2022年桂林“龙舟水”降水特征及形成机制分析.pdf

in Guilin in 2022JJ.Journal of Meteorological Research and A44(1):26-32.Li XianghongZhangYaxin,Zhouitation characteristics and formation mechanism of the draprecipitation李向红，张雅昕，周希源，等.2022年桂林“龙舟水”降水特征及形成机制分析门J1.气象研究与应用，2 0 2 3，44(1):26-32Mar.2023JOURNALOFMETEOROLGICALRESEARCHANDAPPLICATION2023年3 月Vol.44 No.1应用究象研第1期第4 4 卷2022年桂林“龙舟水”降水特征及形成机制分析李向红，张雅昕，周希源，欧阳荣谦，阳薇（桂林市气象局，广西桂林5 4 10 0 0）摘要：利用常规气象观测资料、欧洲再分析资料对2 0 2 2 年桂林“龙舟水”的降水特征和成因进行分析。结果表明，桂林“龙舟水”降水由三次连续性暴雨、局地大暴雨到特大暴雨过程组成，雨量中心主要在铁路沿线湘桂走廊一带，累计雨量具有极端性，三次暴雨过程具有相同的低层水汽输送特征，异常强盛的西南季风带来孟加拉湾和南海的水汽输送到桂林，影响系统有中层低涡稳定控制、高空槽的东移，低层有低空急流、静止锋等。暴雨触发与低空急流加强、切变线、低涡系统的控制，以及副热带高压加强有关，湘桂走廊地形强迫也是暴雨的成因。低空急流的加强与高空槽、低涡迫近导致气压梯度加大有关。关键词：“龙舟水”；暴雨；低空急流；辐合线中图分类号：P458.1+21.1文献标识码：Adoi:10.19849/ki.CN45-1356/P.2023.1.05引言关于对暴雨形成机制的研究，近年有了新的研究成果。王婧羽等 1 研究表明，中国西南山区突发性暴雨的中尺度对流系统触发和维持的有利条件是经向扰动环流的加强、深厚的水汽通量辐合、低层强盛的暖湿气流，以及对流层低层较强的风垂直切变。黄美金等 2 分析了冷锋前暖区暴雨和季风槽暴雨的形成机理，发现暴雨可以由后向传播导致相继多个较强对流雨团移过同一区域形成，后向传播形成是由于一个对流雨团的阵风锋与另一个对流雨团后侧的水平对流卷相遇触发新的对流导致。蔡景就等 3 认为南海高压与季风低压的相互作用为广东极端暴雨增幅提供了有利条件，暴雨发生在对流层中低层的层结最不稳定阶段，发生在边界层动力辐合及水汽辐合最强地区。对端午节前后的“龙舟水”暴雨形成机理有大量的研究，胡娅敏等 4 认为华南龙舟水暴雨的影响系统特征为西太平洋副热带高压偏强，表现为脊线偏北和西伸脊点偏西。南海和西太平洋副热带高压南侧的异常强盛的偏南气流为“龙舟水”暴雨提供充足的水汽。林良勋等 5 认为强降水与高空急流加强、西风槽东移、低层切变线南压有关；低空急流加强有可能导致暴雨雨量加大，两广暴雨水汽来源于孟加拉湾；低层强烈的辐合抬升为强暴雨提供了动力抬升条件。黄滢等 6 、黄卓帆等 7 认为，低层切变线南移、辐合导致气流抬升，同时低空急流脉动和冷空气人侵可以触发暴雨中尺度对流系统。张凌云等 8 认为“龙舟水”由地面中尺度辐合线触发暖区暴雨导致，迎风坡地形抬升对暖区暴雨有增辐作用。翟舒楠 9 、张丁丁 10 梁依玲 1 和梁嘉颖等 12 也对广西暴雨的形成机制进行了研究，发现广西暴雨与高空槽、低层切变线、偏南急流及地面弱冷空气共同作用有关，锋面上对流不断生消发展、移动缓慢及列车效应导致暴雨。本文基于常规观测资料、欧洲再分析资料，对2 0 2 2 年桂林“龙舟水”降水特征和成因进行分析，为今后类似暴雨个例预报提供参考思路。1 资料与方法文中研究采用ERA5逐小时全球再分析数据，空间分辨率0.2 5 x0.25以及常规地面、高空、和雷收稿日期：2 0 2 2-11-2 5基金项目：广西气象重点项目“湘桂走廊暴雨形成机理及精细化预报研究”（桂气科2 0 2 2 Z01）作者简介：李向红，主要从事暴雨形成机理研究与预报。E-mail：g l l x h 9 9 16 3.c o m271期李向红，张雅昕，周希源，等：2 0 2 2 年桂林“龙舟水”降水特征及形成机制分析达观测资料。研究方法采用动力热力和水汽的诊断与分析等方法。2结果与分析2.12022年广西“龙舟水”总雨量及短时强降水分布广西东北部2 0 2 2 年6 月32 1日累计总雨量分布图（图1)显示，降雨中心有两个，一个在湘桂走廊，靠近华南第一高峰越城岭猫儿山一带，雨带重心在山脉的南麓,形成东北-西南向的雨带，特别是兴安和临桂的交界宛田一带累计雨量最大。另一个中心在柳州融水与河池罗城交界，靠近元宝山一带（图1a)。短时强降水频次最多的落区有两个中心，一个在湘桂走廊，另一个在融水元宝山附近，永福金鸡河水库达到5 次，临桂宛田达到4 次。N(a)(b)N26N26N2525120011000120018001000216008003400600424120040024015306001530605100200km100km6109110111E109110111E图12022年6 月3一2 1日广西东北部总雨量分布（a）及5 0 mmh-1短时强降水分布（b）2.2桂林三次暴雨过程累计雨量空间分布2022年桂林“龙舟水”暴雨由三场暴雨过程组成，分别是6 月3一6 日连续大暴雨到特大暴雨过程，降水落区主要在桂林市中北部，累计降水2 5 0 mm以上有17 站，10 0 2 4 9.9 mm有12 7 站。最大累计降雨量落区为桂林中部的灵川县灵田乡上力村，为365.0mm。6月10 一14 日连续暴雨到大暴雨过程，降水落区主要在桂林市中南部，2 5 0 mm以上有15 站，10 0 249.9mm有14 5 站。最大累计降雨量落区为桂林市西南部的永福县罗锦金鸡河水库站，为38 1.4 mm。6月16 日2 0 时至6 月2 1日2 0 时连续大暴雨到特大暴雨过程，强降水落区覆盖全市，累计降雨量500mm以上有2 5 站，2 5 0 mm以上有14 0 站，10 0 249.9mm有9 0 站。最大累计降雨量落区为桂林中部偏西的临桂宛田十二滩漂流风景区站，为9 13.5 mm。2.3桂林短时强降水时间分布分析“龙舟水”期间的逐小时雨量演变发现，短时强降水主要发生在夜间，小时雨强超过10 0 mm主要发生在0 2 时到0 5 时之间。例如6 月13日0 5 时永福罗锦金鸡河水库国家气象观测站，达10 5 mmh-l。6月2 0 日0 3时临桂宛田十二滩漂流风景区观测站110.3mmh-l，其次为临桂宛田气象观测站为107.9mmh-l。小时雨强在5 0 mm到10 0 mm之间的主要出现在0 0 时到0 8 时之间，兴安溶江金石气象观测站4 日0 2 时雨强为7 3.2 mmh-l,永福县永安乡永安村国家气象观测站5 日0 7 时雨强为7 1.3mmh-l。连续性的短时强降水也主要发生在夜间，灵川县灵田乡上力村气象观测站6 月5 日0 0 时到0 6 时共7h有5 h雨强超过2 0 mmh-l，雨强在0 2 时达60.0mmh-l,7h累计雨量达到2 2 5.9 mm。当然0 7 时过后也会出现强降水，但是概率不如夜间到凌晨多。3形成机制3.1天气系统、中尺度分析与暴雨落区6月3一6 日连续大暴雨到特大暴雨过程的影响系统为“高空槽+地面幅合线+低空急流”。3一4 日由于副热带高压加强，5 0 0 hPa的5 8 8 dagpm等高线由12 0 E西伸到华南沿海，形成阻挡高压坝。5 0 0 hPa槽加深东移引导中低层的中纬度冷空气东南移；低层8 5 0 hPa的低涡切变南移至贵州,由于有较强的西南急流配合，桂林处于低涡切变东南侧，具有较强的水汽辐合及抬升条件，3日2 0 时到4 日0 8 时强降水出现在桂林西北面的龙胜；4 日2 0 时中尺度分析2844卷气象研究与应用图显示（图2 a），地面辐合线刚好在桂林中部地区，500hPa槽东移到110 E，尽管低空急流轴在广西与广东交界，相距较远，但是4 日2 3时和5 日0 2 时850hPa桂林本站风达到14 ms-l，多种系统的配合导致对流系统不断沿着地面辐合线东移，导致4 日晚到5 日主要降水在铁路沿线中部，主要是兴安永福一带，其中灵川县上力村12 h累计雨量突破250mm，永福县永安乡永安村共5 h累计雨量也达到了 2 0 5.9 mm。6月10 一13日连续大暴雨到特大暴雨过程的影响系统为：“西南低涡+地面静止锋”。暴雨系统是从南面往北发展，6 月10 一11日850hPa桂林开始转南风，8 5 0 hPa气流气旋性曲率加大，由于南风加大带来水汽，桂林南部出现暴雨、局部大暴雨。12 日2 0 时中尺度分析显示（图2 b），高空槽东移到110 E，8 5 0 h Pa 西南低涡位于贵州、广西、云南三省交界，与之相接的切变线位于贵州南部靠近广西北部桂林地区，桂林位于低空急流轴左侧，地面为静止锋影响，12 日夜间西南低涡沿着8 5 0 hPa切变线东移，加上高空槽动力抬升和地面静止锋的影响，使得12 日夜间铁路沿线的气压梯度加大，低空急流逐渐加强，在13日0 2 0 8 时出现16 ms-1急流，同时冷平流的影响促使原来在中北部的气旋性曲率转变为切变线，控制在铁路沿线，导致兴安南部到永福段出现强降水，永福国家站12 h雨量达到156mm，永福金鸡河水库站0 4 0 6 时3h时累计雨量达到18 2.7 mm。6月17 一2 1日连续大暴雨到特大暴雨过程的影响系统为“阶梯槽（小波动)+西南低涡+低空急流脉动+地面稳定的东高西低形势（南北向等压线）”。17一2 1日逐日雨量分布显示，暴雨以上降水覆盖的范围尽管有些南北移动，但都始终围绕一个中心，就是越城岭山脉的南麓临桂宛田一带，所以导致宛田站5 d累计雨量超过9 13mm。连续5 d的大暴雨到特大暴雨影响系统有个稳定的天气形势，就是副热带高压维持在华南沿海，5 8 8 线一直在沿海摆动，地面在桂林西面维持大低压，在华东和东海维持相对高压区，东高西低的形势一直维持，桂林地区一直处于南北向等压线或者东北-西南向等压线控制，有利于偏南气流持续北上影响桂林，每次强降水过程都是由于高空槽东移和低空急流加强的结果，最强2 4 h降水出现在2 0 日，从19 日2 0 时的中尺度分析（图2 c）可见，5 0 0 hPa高空槽靠近110 E，850hPa西南低涡在四川维持，与之相连的东西向切变线位于2 8 N附近，地面图显示桂林附近有辐合线，低空急流轴位于广西东部，桂林位于急流轴左侧，对流系统沿着地面辐合线向东移动，2 0 日0 2 时低涡切变迫近，低空急流加强，辐合加强，冷平流入侵，静止锋生，对流加强并在越城岭南麓由西向东移动，导致2 4 h最强降水出现在临桂宛田气象观测站，为4 38.8 mm。2 1日桂林与芷江之间形成一低涡环流，桂林仍然位于低空急流轴左侧，切变线南侧辐合区内，暴雨范围扩大至除了北部的资源、全州县所有地区。(a)(b)DDD图2中尺度天气系统分析图(a)6月4 日2 0 时；(b)6月12 日2 0 时；（c)6月19 日2 0 时3.2低空急流与强降水落区分析低空急流强度、影响系统与强降雨落区的关系（表1)看到,8 个强降水日都有8 5 0 hPa低空急流配合，影响桂林本次“龙舟水”过程的低空急流大部分在夜间增强，低空急流强度与强降水落区相关，与强降水雨量值并不成正比。低空急流强度越强，暴29李向红，张雅昕，周希源，等：2 0 2 2 年桂林“龙舟水降水特征及形成机制分析1期雨中心越偏北，当8 50 hPa低空急流强度18 m?s-1时，强降水落区位于越城岭山脉的南麓，也就是兴安，特别是猫儿山南面、临桂北部、灵川西北部和龙胜南部这些地区。例如6 月2 一4日，低空急流逐渐加强，桂林站8 50 hPa西南风由2 日的14ms-1加大到4日0 2 0 5时的2 0 ms-，强降水落区在桂林西北部的越城岭山脉的南麓，最强降水位于猫儿山南侧450 m。6 月18 日、19日、2 0 日8 50 hPa低空急流强度在18 2 2 ms-l之间，强降水落区位于资源、兴安，最强降水位于兴安和临桂宛田。如果桂林本站850hPa西南风在14 16 ms-l之间，强降水落区主要位于湘桂走廊偏南段，也就是位于永福和临桂。例如6月5、13、17 日这三个强降水日8 50 hPa西南风急流在14 16 ms-l之间,强降水落区在永福、临桂南部、桂林市区、灵川东南部、阳朔北部。降水范围与降水系统有关，例如2 1日，动力抬升系统是50 0 hPa低涡，位置偏东，低空急流增大到18 ms-l,维持时间长，导致强降水范围增大，全市除了东北部的全州、资源，都出现特大暴雨。表1低空急流强度、影响系统与强降雨落区分布桂林本站8 50 hPa日期影响系统暴雨落区(2 4h最大雨量)急流强度（时次）/ms龙胜、灵川、临桂西北部、兴安西部、资6月4日20(02、0 5时)高空槽+辐合线源西部（猫儿山南侧450 m处，为2 33.5mm）永福、临桂南部、桂林市区、灵川东南部、6月5日14(02、0 5时)高空槽+切变线+辐合线兴安南部（永福永安2 7 8.6 mm）永福、桂林市区、兴安南部（永福永安乡6月13日1614（0 2,0 8 时)西南低涡+静止锋永安村2 6 9.4mm）6月17 日16(02、0 5 时)切变（较远）+东高西低永福、阳朔（阳朔金宝2 7 1.1mm）高空槽+低涡切变南侧+6月18 日1820（0 5、0 8 时)资源、兴安(兴安17 6.9mm)东高西低高空槽+切变线+南北向等资源南部、兴安、灵川西北（兴安华江6月19 日1822（0 2、0 5、0 8 时)压线256.7mm)高空槽+西南低涡+切变线+临桂北部、灵川西北部、龙胜南部、兴安6月2 0 日1218（0 2、0 8 时）辐合线+冷平流西部（临桂宛田438.8 mm）6月2 1日1218（0 2、0 5时)低涡+冷平流+切变南侧资源全州外（恭城龙虎2 31.6 mm）3.3低空急流演变机制及增强机制分析这几次过程发现，低空急流的增强与高空槽、切变线、低涡的东移和南压迫近有关，例如，6 月4日0 5时高空槽东移，东北-西南向切变线在湖南贵州中部，桂林位于切变线南侧，8 50 hPa西南风增大到18 2 0 ms-（图3a)；6 月13日0 2 时，低涡系统南落到桂林的西北面，桂林西南风加强到14 16 ms-1（图3b）。6 月19日0 5时在四川可见明显低涡系统，桂林西南风加大到2 2 ms（图3c）,2 0 日0 5时在湖南北部可见8 50 hPa切变线，在四川重庆也有低涡，桂林西南风加大到18 ms-（图3d)。根据自然坐标系的水平运动方程组：dVh1aP(1)dtpdsV1aP(2)TTpon沿两个坐标轴的单位向量分别用s和n表示，s与微团的运动方向一致，n垂直于s并指向运动方向的左方。Vh表示空气微团速度，P表示气压。当高空槽、切变线、低涡迫近桂林时，形成气压梯度aP/as和aP/on加大，根据公式V?和（dV_h)/dt也加大。总的来说，低空急流的发展与西南低涡和切变线的迫近有关，由于低涡或者切变的靠近，导致低层气压梯度加大，气压梯度加大和特殊地型的影响，最44卷30气象研究与应用353535353030303025252525412202020201515151215100105110115120E100105110115120E100105110115120E100105110115120E121416182022121416182022121416 182022121416182022图3850hPa低空急流（阴影区为风速12 ms-1,间隔2 ms-1)(a)6月4日0 5时；(b)6月13日0 2 时；（c)6月19日0 5时；（d)6月2 0 日0 5时终导致低空急流加强3.4强降水物理量特征图4a可见，2 0 2 2 年6 月4日2 0 时广西东北部越城岭山脉南侧为50 0 hPa正涡度控制，槽前的正涡度平流有利于低层上升运动，50 0 hPa的垂直速度清晰地展示了这次强烈的抬升运动（图4b），此后低层辐合维持在桂东北缓慢移动并逐渐加强（图4c）,并触发对流单体不断发展和组织化，最终在湘桂走廊特殊地形形成暴雨。30N3030Na252525202020105110115E105110115E105110115E810121416182022-14-12-108-6-4-2-14-12-10-8-6-4-2图42022年6 月4日2 0 时50 0 hPa涡度（单位：10-5.s-1）与50 0 hPa流线（a）;5日0 5时50 0 hP垂直速度（b），单位：10-1.Pas-1;5日0 5时8 50 hPa散度(c)，单位：10-5.s-1500hPa流场和正涡度（图5a）显示6 月13日05时50 0 hPa小波动东移靠近广西西北部，在桂北形成两个中尺度涡旋,92 5hPa桂林处在弱上升区（图5b）,桂林西南部较强的辐合（图5c)触发新的对流单体，并可能与柳州附近的中尺度对流涡旋耦合，产生强对流单体，移向永福，形成列车效应，造成灵川到永福的东北-西南向强降水带（图4d)。6月17 一2 2 日连续大暴雨到特大暴雨过程的动力机制主要是低涡切变,2 0 日0 2 时高空槽形成的正涡度带覆盖越城岭山脉南麓，50 0 hPa垂直上升区出现在广西与贵州交界，临桂宛田在92 5hPa辐合区内。31李向红，张雅昕，周希源，等：2 0 2 2 年桂林“龙舟水”降水特征及形成机制分析1期30N30N30N252525202020105110115E105110115E105110115E24681012141618-14-12-10-8-6-4-2-14-12-10-8-6-4-2图52022年6 月13日0 5时50 0 hPa涡度（单位：10-5.s-1）与50 0 hPa流线（a）、13日0 5时50 0 hP垂直速度（b，单位：10-1.Pas-1)、13日0 5时92 5hPa散度(c,单位：10-5.s-1)4强降水雷达反射率特征分析本次“龙舟水”的雷达产品特征多表现暖云层降水，且降水效率很高，强回波都集中在6 km以下，且45 50 dBZ强回波接地，强回波少动，持续影响宛田达1h，造成临桂宛田0 3时1h雨量超过10 0 mm的回波中心强度达到50 dBZ。线状对流降水回波后向发展、持续东移,形成列车效应,导致累计降水增大。5结论与讨论2022年桂林“龙舟水”暴雨过程和日数偏多、短时强降水频率高、越城岭南麓附近6 月的小时50mm以上降水最多达到6 次之多，累计雨量具有极端性，累计降水集中在湘桂走廊越城岭山脉南麓，铁路沿线多个国家站兴安、临桂、灵川临桂月雨量突破历史记录。三次暴雨过程影响系统分别为：6 月3一5日过程为“高空槽+地面幅合线+低空急流”,6 月10 一13日过程为：“西南低涡+地面静止锋”6 月18 一2 1日过程为“阶梯槽（小波动）+西南低涡+低空急流脉动+地面稳定的东高西低形势（南北向等压线）”。强降水落区与急流的强度有关，当桂林站850hPa西南风18 ms-强降水落区位于越城岭山脉的南麓,如果8 50 hPa西南风在14 16 m?sl,强降水在永福或者阳朔，当然还与50 0 hPa高原槽东移动力抬升有关。低空急流的加强与高空槽、低涡迫近导致气压梯度加大有关，6月2 1日暴雨与湖南、广西东北部交界新生500hPa低涡的抬升动力作用有关,有待进一步研究参考文献：1王婧羽，崔春光，陈杨瑞雪，等.西南山区5一8 月产生突发性暴雨事件的中尺度对流系统的时空分布特征J.气象学报,2 0 2 2,8 0(1)：2 1-38.2 黄美金，俞小鼎，林文，等.福建沿海冷锋前暖区和季风槽大暴雨环境背景与对流系统特征 J.气象，2 0 2 2,48(5):605-617.3蔡景就，伍志方，陈晓庆，等.“18 8广东季风低压持续性特大暴雨成因分析 J.暴雨灾害，2 0 19,38(6)：57 6-58 6.4胡娅敏，杜尧东，罗晓玲.近49年华南“龙舟水”的降水分型 J.气象,2 0 13,39(8)：10 31-10 41.5林良勋，吴乃庚，黄忠，等.广东2 0 0 8 年罕见“龙舟水”特点及成因诊断分析 J.气象，2 0 0 9,35（4)：43-50.6 黄滢，黄春华,刘金裕.广西一次持续性暖区暴雨特征及成因分析 J.气象研究与应用，2 0 2 2，43（3）：50-55.7 黄卓帆，梁岱云，李紫甜，等.2 0 2 0 年南宁“511暴雨成因初探及可预报性分析 J.气象研究与应用，2 0 2 2,43(3):56-61.【8 张凌云，刘蕾.柳州2 0 2 0 年一次“龙舟水”成因及预报偏差分析 J.气象研究与应用，2 0 2 2,43(3)：6 7-7 1.9翟舒楠，黄伊曼，刘国忠，等.一次多类型降雨组成的暴雨成因及预报偏差分析 J.气象研究与应用，2 0 2 2,43(3):83-87.10张丁丁，黄莉，周琰.2 0 2 0 年广西南宁一次极端暴雨特征及预报偏差分析 J.气象研究与应用，2 0 2 2,43（3)：72-76.11梁依玲，覃月凤，陈见.2 0 2 0 年广西开汛暖区暴雨特点及预报偏差分析 J.气象研究与应用,2 0 2 2,43(3)：7 7-82.12梁嘉颖，董良淼，覃月凤，等.2 0 2 0 年广西首场区域性暴雨天气过程分析 J.气象研究与应用,2 0 2 2,43（3)：103-109.44卷32气象研究与应用Precipitation characteristics and formation mechanism ofthe dragon-boat precipitation in Guilin in 2022Li Xianghong,Zhang Yaxin,Zhou Xiyuan,Ouyang Rongqian,Yang Wei(Guilin Meteorological Bureau,Guangxi Guilin 541001,China)Abstract:Based on conventional observation data and ERA5 reanalysis data,the precipitation characteristicsand causes of the dragon-boat precipitation in Guilin in 2022 were analyzed.The dragon-boat precipitation inGuilin consists of three continuous rainstorms,local heavy rainstorms and extreme rainstorms.The rainfall centeris mainly in the Xianggui Corridor along the railway,and the accumulated rainfall is extremely high.The threerainstorms have the same characteristics of low-level water vapor transport.The unusually strong southwestmonsoon brings water vapor from the Bay of Bengal and the South China Sea to Guilin,and the influencingsystems include the stability control of the middle vortex,the eastward movement of the upper trough,and thelow-level jet and the stationary front.The triggers of the rainstorms are related to the strengthening of low-leveljet,the control of the shear line,vortex system and the strengthening of subtropical high,and the topographicforcing of the Xiang-Gui corridor is also the cause of rainstorm.The intensification of the low-level jet is relatedto the increase of the pressure gradient caused by the approaching of the high trough and low vortex.Key words:Dragon-boat precipitation;rainstorm;low-level jet;convergence line