桂東北一次暖區(qū)暴雨向鋒面暴雨演變特征分析

黃遠(yuǎn)盼，李驕楊，劉桂華

（1．賀州市氣象局 廣西 賀州 542800；2．蒙山縣氣象局 廣西 蒙山 546700）

1 實(shí)況概述

對于廣西前汛期暴雨天氣，國內(nèi)已經(jīng)有較多的氣象工作者進(jìn)行研究，并且得出很多十分有意義的成果。2014年5月10日至11日，廣西桂東北地區(qū)出現(xiàn)了一次區(qū)域性的暴雨天氣過程，大部出現(xiàn)大到暴雨，局部大暴雨。5月9日20時(shí)至11日15時(shí)，共有5個(gè)縣區(qū)的7個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)200mm以上降水，40個(gè)縣區(qū)的142個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)100～200mm的降水。本次強(qiáng)降雨過程分兩段時(shí)間出現(xiàn)，10日凌晨首先出現(xiàn)暴雨天氣，具有短時(shí)降水強(qiáng)度大，降水分布不均的特點(diǎn)，具有暖區(qū)暴雨的特征；10日夜間到11日白天出現(xiàn)第二次強(qiáng)降雨時(shí)段，具有局地短時(shí)降水強(qiáng)度大，降雨時(shí)間長，降水分布均勻的特點(diǎn)，具有鋒面暴雨的特點(diǎn)。在前一段降雨分成南北兩條雨帶，降雨中心分別位于桂林市興安縣和賀州市昭平縣，其中興安縣貓兒山南側(cè)在10日凌晨3時(shí)出現(xiàn)68．5mm／h的強(qiáng)降水，昭平縣五將鎮(zhèn)在10日07時(shí)出現(xiàn)65mm／h的強(qiáng)降水；后一段降水雨帶連成一片，降雨落區(qū)均勻分布在桂東北地區(qū)，降雨中心位于賀州市昭平縣，其中永福縣百壽鎮(zhèn)10日23時(shí)出現(xiàn)了109mm／h的強(qiáng)降水天氣，昭平縣文竹鎮(zhèn)11日5～6時(shí)連續(xù)2小時(shí)出現(xiàn)60mm以上強(qiáng)降水。分析本次強(qiáng)降水天氣過程的環(huán)流形勢、物理量條件以及雷達(dá)特征，得出強(qiáng)降水天氣過程中暖區(qū)暴雨和鋒面暴雨的特點(diǎn)，為今后做好廣西前汛期暴雨預(yù)報(bào)提供參考。

2 天氣形勢分析

5月8日至9日，500hPa中高緯度為兩槽一脊的形勢，烏拉爾山以東有橫槽發(fā)展，槽線北部建立較強(qiáng)的高壓脊，脊區(qū)有冷中心發(fā)展，配合地面冷高壓不斷增強(qiáng)，說明有冷空氣在新疆北部堆積；此時(shí)中低緯度高原波動(dòng)?xùn)|移，配合700－850hPa中低層西南風(fēng)發(fā)展，地面西南暖低壓增強(qiáng)，廣西大部分地區(qū)出現(xiàn)陣雨天氣。10日08時(shí)500hPa中高緯度橫槽轉(zhuǎn)豎，引導(dǎo)地面冷空氣南下影響我國中東部地區(qū)，500hPa鋒區(qū)南壓到35°N附近；低緯地區(qū)西南低壓倒槽發(fā)展，500hPa南支槽東移加深，槽線位于110°N附近，桂東北處于槽前正渦度區(qū)，有利于觸發(fā)低層不穩(wěn)定能量的發(fā)展，700－850hPa西南季風(fēng)急流建立，水汽和不穩(wěn)定能量輸送穩(wěn)定，廣西東北部處于西南季風(fēng)急流左側(cè)正渦度區(qū)，并且在廣西東北部到湖南中部有風(fēng)速風(fēng)向的輻合切變，說明低層桂東北地區(qū)為較強(qiáng)烈的西南季風(fēng)輻合區(qū)，配合高層300－200hPa明顯的高空幅散區(qū)的抽吸作用，這樣的動(dòng)力條件配置十分有利于在桂東北產(chǎn)生暖區(qū)暴雨。

10日北支槽繼續(xù)東移加深，10日20時(shí)北支槽東移到河套地區(qū)，地面冷鋒南下影響到長江流域，低緯度地區(qū)200hPa桂東北地分流區(qū)維持，500hPa南支槽進(jìn)入廣西，桂東北地區(qū)處于槽前正渦度上升區(qū)，700hPa為槽線明顯落后于500hPa的槽，且槽前西南氣流明顯，達(dá)到了12m．s－1以上，這種上下層前傾槽的配置十分有利于建立不穩(wěn)定形勢，觸發(fā)暴雨天氣的發(fā)生。低層西南季風(fēng)急流維持，850hPa切變線逐漸的南壓到桂北地區(qū)，切變線南側(cè)強(qiáng)烈的南風(fēng)輻合有利于建立低層輻合上升運(yùn)動(dòng)。同時(shí)地面冷鋒影響桂北，弱冷空氣的侵入觸發(fā)不穩(wěn)定能量的爆發(fā)，廣西轉(zhuǎn)為鋒面暴雨天氣過程。11日08時(shí)切變線線南壓到桂中一帶（圖1），南支槽緩慢向東移動(dòng)逐漸移出廣西，地面冷鋒移到桂南，暴雨區(qū)向南移動(dòng)影響到玉林、來賓地區(qū)，廣西降雨強(qiáng)度逐漸減弱（圖2）。

對比本次強(qiáng)降雨天氣過程前后兩段降雨天氣過程的環(huán)流形勢可以發(fā)現(xiàn)，10日凌晨的暖區(qū)暴雨主要是南支槽配合中低層西南季風(fēng)環(huán)流暖濕氣流輸送，加上地面有低壓倒槽發(fā)展，觸發(fā)不穩(wěn)定能量的爆發(fā)，產(chǎn)生暖區(qū)暴雨天氣。同時(shí)，桂東北多山地的地形也對暖區(qū)暴雨的產(chǎn)生有很大的促進(jìn)作用。10日夜間到11日上午的鋒面暴雨主要是南支槽、切變線以及中低層急流的共同影響，地面冷空氣侵入觸發(fā)了暴雨天氣的產(chǎn)生。黃士松曾研究指出華南暖區(qū)暴雨的最大特點(diǎn)是降水強(qiáng)度大，一般比鋒面暴雨大3～5倍。對比前后兩個(gè)降水時(shí)段的單站降水強(qiáng)度可以發(fā)現(xiàn)，暖區(qū)暴雨和鋒面暴雨的降水強(qiáng)度相差不大，甚至鋒面暴雨個(gè)別站點(diǎn)的降水強(qiáng)度比暖區(qū)暴雨降水強(qiáng)度還大，造成這種現(xiàn)象的原因主要是西南季風(fēng)急流強(qiáng)烈發(fā)展，地面冷空氣快速南下，冷暖空氣在桂東北地區(qū)產(chǎn)生強(qiáng)烈輻合上升運(yùn)動(dòng)造成的。

3 物理量分析

選取桂林站作為代表站點(diǎn)，制作物理量時(shí)間剖面圖，分析桂東北上空水汽條件、動(dòng)力條件、熱力條件的空間分布以及隨時(shí)間的演變，得出物理量的時(shí)空分布對本次強(qiáng)降雨過程的影響情況。

圖1 桂林市上空垂直上升速度時(shí)間剖面圖

圖2 桂林市上空渦度時(shí)間剖面圖

3．1 水汽條件分析

分析水汽通量剖面可以發(fā)現(xiàn)，從8日夜間開始中低層水汽通量有一次躍升的過程，與西南季風(fēng)急流建立的時(shí)間吻合。10日凌晨到11日凌晨水汽通量達(dá)到最大值，為 26g／（cm*hPa*s），說明這一次降水天氣過程的水汽輸送條件非常有利。分析桂東北上空的比濕隨時(shí)間的剖面可以發(fā)現(xiàn)，本次強(qiáng)降雨天氣過程中，比濕值都在15g／kg以上，9日20時(shí)比濕值有一次明顯增大的過程，9日夜間到10日凌晨低層比濕值達(dá)到了17g／kg以上，說明10日凌晨強(qiáng)降水天氣水汽含量十分充足。強(qiáng)降水過后，10日白天比濕值有回落，到了10日夜間比濕值再一次增大，比濕極大值達(dá)到了18g／kg，水汽含量非常豐富，反映出10日夜間桂東北上空水分豐富，對出現(xiàn)強(qiáng)降雨天氣十分有利。對比分析本次過程的兩個(gè)降水時(shí)段可以發(fā)現(xiàn)，暖區(qū)暴雨的比濕條件較鋒面暴雨過程比濕小，導(dǎo)致鋒面降水強(qiáng)度強(qiáng)于暖區(qū)暴雨降水強(qiáng)度。

3．2 動(dòng)力條件分析

圖3 桂林市上空假相當(dāng)位溫時(shí)間剖面圖

分析本次降水天氣過程的垂直上升速度可以發(fā)現(xiàn)（圖1），10日凌晨垂直上升速度明顯增大，出現(xiàn)大值中心，低層850～700hPa垂直上升速度值達(dá)到－16～18hPa／s， 最強(qiáng)上升速度出現(xiàn)在 500～400hPa 之間，垂直速度達(dá)到了－28hPa／s；10日白天垂直速度值變小，到了10日后半夜垂直速度再一次迅速增大，850～700hPa 垂直上升速度值達(dá)到－26～36hPa／s，上升速度大值中心出現(xiàn)在700hPa附近，達(dá)到了－38hPa／s。分析渦度隨時(shí)間剖面圖可以發(fā)現(xiàn)（圖2），本次降水過程桂東北地區(qū)中低層為強(qiáng)的正渦度區(qū)，其中10日凌晨低層正渦度值達(dá)到了42s－1，11日凌晨正渦度達(dá)到了60s－1。綜合以上分析可以知道，本次降水天氣過程鋒面暴雨的垂直上升速度和渦度都比暖區(qū)暴雨的強(qiáng)度強(qiáng)，最終出現(xiàn)了鋒面暴雨降雨強(qiáng)度比暖區(qū)暴雨降雨強(qiáng)度強(qiáng)的現(xiàn)象。

3．3 不穩(wěn)定條件分析

分析本次降雨天氣過程的K指數(shù)可以發(fā)現(xiàn)（圖3），9日20時(shí)至11日08時(shí)桂東北地區(qū)K指數(shù)達(dá)到了38℃以上，說明本次強(qiáng)降雨天氣過程的不穩(wěn)定條件能量十分豐富，有利于強(qiáng)降雨天氣的發(fā)生。分析假相當(dāng)位溫隨時(shí)間的剖面可以發(fā)現(xiàn)，9日白天開始中低層假相當(dāng)位溫有一次明顯的增大過程，在桂東北地區(qū)925～700hPa出現(xiàn)θse大于70℃的高能區(qū)內(nèi)，表明這一地區(qū)對流層中低層有對流不穩(wěn)定區(qū)存在，且暖濕不穩(wěn)定伸展高度較高，這與西南季風(fēng)急流的建立，向桂東北地區(qū)輸送大量不穩(wěn)定能量有關(guān)。并且從850hPa到500hPa隨著高度的增加θse逐漸減小，這種（θse）／p＞0 的配置十分有利于大氣不穩(wěn)定對流的發(fā)展。

對比分析本次過程中前后兩次降水時(shí)段可以發(fā)現(xiàn)，暖區(qū)暴雨的θse小于鋒面暴雨，說明鋒面暴雨中對流不穩(wěn)定能量更加充足。

4 雷達(dá)回波特征分析

應(yīng)用桂林和梧州市多普勒天氣雷達(dá)產(chǎn)品，分析本次強(qiáng)降雨天氣過程中局地短時(shí)強(qiáng)降水的成因，找出致災(zāi)暴雨預(yù)報(bào)的多普勒回波特征。

從梧州市多普勒天氣雷達(dá)多普勒徑向速度圖可以看出，10日06時(shí)在梧州市蒙山縣境內(nèi)有一個(gè)較強(qiáng)回波發(fā)展，輻合特征明顯，組合反射率強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，降水強(qiáng)度變強(qiáng)。06時(shí)45分，強(qiáng)降水回波進(jìn)入賀州市昭平境內(nèi)，從徑向速度產(chǎn)品可以看到在昭平縣五將鎮(zhèn)東北側(cè)出現(xiàn)中氣旋特征，五將鎮(zhèn)北側(cè)正負(fù)速度輻合增大，其中正負(fù)徑向速度值都達(dá)到了10m．s－1以上，強(qiáng)烈的風(fēng)速輻合加上中氣旋的發(fā)展，昭平縣中部組合反射率強(qiáng)烈發(fā)展，最強(qiáng)回波達(dá)到了60dBz以上，導(dǎo)致了昭平縣五將鎮(zhèn)6－8時(shí)50mm／h的強(qiáng)烈降水。

分析10日夜間桂林市多普勒雷達(dá)產(chǎn)品可以發(fā)現(xiàn)，10日22時(shí)01分在桂林市西南側(cè)有逆風(fēng)區(qū)發(fā)展，輻合正負(fù)速度達(dá)到了10m．s－1以上。逆風(fēng)區(qū)附近有一條線狀回波發(fā)展，回波強(qiáng)度在45dBz以上。到了22時(shí)31分，桂林市西南側(cè)逆風(fēng)區(qū)面積擴(kuò)大，風(fēng)速輻合持續(xù)較強(qiáng)，組合反射率回波位置少動(dòng)，強(qiáng)度增強(qiáng)。強(qiáng)回波區(qū)在桂林市西南側(cè)穩(wěn)定停留，導(dǎo)致永?？h百壽鎮(zhèn)一小時(shí)超100mm的短時(shí)強(qiáng)降雨。

5 小結(jié)

（1）本次強(qiáng)降水天氣過程主要是西南季風(fēng)急流爆發(fā)，加上高空槽、切變線以及地面弱冷空氣南下影響造成的。前一階段的降水具有暖區(qū)暴雨特征，后一階段降水為鋒面降水。由于冷空氣南下速度較快，鋒面降水的強(qiáng)度比鋒面降水強(qiáng)度強(qiáng)。

（2）通過物理量分析，本次降水的水汽條件、動(dòng)力抬升條件和不穩(wěn)定條件十分充足，且鋒面降水的物理量條件比暖區(qū)降水的物理量條件好。

（3）從多普勒特征分析可以發(fā)現(xiàn)，本次過程局地強(qiáng)降水的出現(xiàn)主要是由于中－γ尺度系統(tǒng)在暖區(qū)強(qiáng)烈發(fā)展。鋒面南移后，局地強(qiáng)降水的出現(xiàn)主要是由于輻合系統(tǒng)穩(wěn)定的在一個(gè)地方維持。

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