廣西強天氣氣候特征及其探空特征物理量分析

趙金彪　黃榮成　梁維亮

摘要 通過統計歷年實況資料，得出廣西強天氣的氣候分布特征及其變化規律，然后利用大量樣本的探空資料計算有利于強天氣發生的特征物理量。結果表明，廣西強天氣有明顯的地域分布特征，主要表現為雷暴南部多、北部少，其中桂東南和沿海地區是雷暴的高發區；冰雹主要出現在北部，桂南降雹少；廣西東部和沿海地區為大風頻發區；歷年龍卷風天氣發生次數不多，且集中在潿州島及沿海地區；強降水呈南北2個高頻帶。雷暴、降雹和強降水的月變化均具有“單峰型”特征，大風月分布具有“雙峰型”特征；強降水主要出現在夜間至次日08：00，大風、雷暴和冰雹天氣則主要出現在午后至傍晚；廣西強天氣發生前在不同地域和不同天氣系統影響下的溫度層結和不穩定能量等探空特征物理量均有較大差異。

關鍵詞 強天氣；氣候特征；探空；物理量

中圖分類號 S161 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）20-06734-03

Analysis on Climatic Characteristics of Severe Weather and Feature Physical Parameters of Sounding in Guangxi

ZHAO Jinbiao et al

（Guangxi Meteorological Observatory， Nanning， Guangxi 530022）

Abstract Based on the statistics of historical observed data， the spatial distribution of climate and its changing regularity during the severe weather in Guangxi have been found， and then feature physical parameters， which were conducive to appearance of severe weather， were calculated on the sounding data. The results showed that： The severe weather of Guangxi has obvious characteristic of regional distribution， such as： more thunderstorm in south， and less in north， furthermore， the southeast and coastal areas are the frequent thunder areas； more hail in north， less in north； the eastern and coastal areas are the frequent gale areas； few tornado weather seldom in history， and mainly occurred near the Weizhou island and coastal areas； the heavy rain mainly appeared in southern and northern areas. The monthly variations of thunderstorms， hail and strong rain all have “singlepeak” characteristic， but the variations of gale is “Doublepeak”. The heavy rain mainly happened between nighttime to 08：00， the gale， thunderstorms and hail weather primarily occurred from afternoon to evening. There are different temperature stratification and instability energy accumulation in different area or under the influence of weather system before the appearance of severe weather in Guangxi.

Key words Severe weather； Climatic characteristics； Sounding； Physical parameters

廣西地處低緯度，丘陵錯落，河谷縱橫，海拔250 m以上的丘陵地占總面積的65%；北依南嶺山脈，西靠云貴高原；北回歸線橫貫中部，夏季太陽直射天頂，太陽輻射強，熱量豐富；南部瀕臨北部灣，水汽充沛。這些自然地理環境給強對流天氣的發生提供了有利的熱力條件和水汽條件，每年冰雹、雷雨大風和局地短時暴雨等強對流天氣十分活躍[1]，造成嚴重的經濟損失。據近5年的統計，每年僅冰雹和龍卷風造成的直接經濟損失已占年平均自然災害的9.6%，強降水常造成局地山洪、地質災害，同時帶來的城市氣象災害日益頻繁，社會對強天氣預警和減輕其災害損失的要求越來越高。

針對廣西強對流天氣的研究，近年來許多學者也做過大量的工作。如覃衛堅等用小波分析了歷年雷雨大風的分布及變化規律，結論表明2006年之后的幾年廣西將處于多雷區[1]。李向紅等對2004年后廣西強對流天氣的天氣形勢和雷達產品特征進行統計和分類[2]。強對流天氣一般都是由中小尺度天氣系統直接產生的，Charles等對造成強對流天氣的環境條件、能量參數和動力結構進行深入研究[3-7]。筆者通過統計歷年實況資料，得出廣西強天氣的氣候分布特征及其變化規律，然后利用大量樣本的探空資料計算有利于強天氣發生的特征物理量，為廣西強天氣的潛勢預報提供依據。

1 資料與方法

強天氣（severe Weather）包括強對流天氣和強降水天氣。在此分析的強天氣有雷暴、冰雹、大風、龍卷、短時強降水等5類，所用的觀測數據從廣西氣象檔案館提供的A0文件中提取，時段為1951～2012年。其中，短時強降水按1 h降水量25 mm以上進行分級統計，時段為1991～2012年。

選取廣西6個探空氣象站的常規觀測資料，根據強天氣的地域分布特點，以百色、河池、桂林等站點代表桂北，南寧、北海、梧州等站代表桂南，逐站進行特征物理量統計分析。

2 強天氣的氣候統計特征

2.1 地域分布

2.1.1 雷暴日數。由圖1a可見，

廣西雷暴地域分布特征主要為南部多、北部少；桂東南的玉林、貴港、梧州市的南部地區及沿海的防城港、欽州平均年雷暴日數≥90 d，其中東興市最高，為103 d，均達到了強雷區的國家標準（年雷暴日數>90 d），桂林市北部山區和河池市北部雷暴日數相對較少，平均年雷暴日數<60 d，但也達到了多雷區的國家標準（年雷暴日數>40 d）；其余地區的年平均雷暴日數在60～90 d。由此可見，廣西是雷暴多發區，桂東南和沿海地區地勢相對平坦且易受來自海洋上的西南暖濕氣團影響，加上海陸地形差異的作用，成為廣西雷暴的高發區。

2.1.2 冰雹。圖1b顯示，廣西西北部是冰雹的高發區，各站降雹總次數>20次，其中隆林、樂業、南丹分別達53、46、45次，平均一年降雹1次；東北部是廣西另一個冰雹相對多發區，興安縣總降雹次數達31次，其他縣市總降雹次數在10～20次；而廣西南部降雹次數較少，大部地區總降雹次數在10次以下，平均10年降雹才1次。

2.1.3 大風。由圖1c可見，廣西東部和沿海地區為大風頻發區，大風總日數普遍大于200 d，有3個中心，一是桂東北地區，桂林大風總日數為558 d，年平均約10 d；二是沿海地區，潿州島、北海分別達1 068和528 d，年平均出現大風天氣約20和10 d；第三為桂東南地區，梧州、玉林兩市大部地區大風總日數超過300 d，梧州本站達383 d，年平均出現大風日數為7 d。

2.1.4 強降水。

廣西強降水分布呈南北2個高頻區（圖1d）。以1 h降雨量≥25 mm為強降水統計，廣西沿海到玉林市南部地區的強降水次數年平均大于8次，其中東興市是廣西強降水次數之最，達20次；北部則以凌云至都安、融安到永福為中心的一條東北—西南向強降水頻發區，1 h降雨量≥25 mm的年平均次數在8～10次；廣西其他地區的強降水年均大部2～6次。

圖1 廣西年雷暴日數（a）、總降雹次數（b）、總大風日數（c）和年強降水次數（d）地理分布

2.1.5 龍卷風。廣西的龍卷風天氣發生次數不多，且集中在潿州島及沿海地區。自建站記錄以來，廣西僅觀測到龍卷風共90站次，其中潿州島、北海分別記錄42和23次，合浦站也觀測到10次。而廣西內陸觀測到龍卷風的站點并不多，其中南寧、玉林、武鳴等站分別均觀測到2次，桂林、忻城、桂平、宜州、博白等站各觀測到1次。

2.2 月分布

根據廣西89個氣象站的歷年逐日資料統計，繪制了累年月平均雷暴站數、降雹總站數、大風總站數及強降水總站數的月分布曲線（圖2a）。由圖2a可見，廣西的雷暴、降雹和強降水的月分布均具有“單峰型”的特征，即從1月上升到一定高峰后下降；雷暴主要出現在主汛期（4～9月），高峰期出現在7～8月份，月平均達1 175站次；冰雹從2月份開始明顯增多，4月最活躍，月平均達8站數，5月份明顯減少，6月份后就極少出現冰雹天氣。進入汛期后，1 h降水量≥25 mm的強降雨天氣逐月明顯增多，6月達到高峰，月平均達148個站數；7～8月緩慢減少，10月份后很少出現強降雨天氣。而廣西的大風月分布具有“雙峰型”的特征，即從1月上升至4月達到高峰后略有下降，又上升至7月份達到

圖2 廣西強天氣月變化（a）和日變化（b）曲線

另一高峰，之后逐步下降；其中，4、7月的大風總站數分別達1 678、2 449次。

2.3 日變化

根據廣西各站歷年逐日各時段資料統計分析，發現各類強天氣活動的日變化比較明顯。從圖2b可看出，強降水主要出現在夜間至次日08：00，特別是1 h降水量≥50 mm的過程集中在03：00～08：00，07：00～08：00為最頻發時段；另外，15：00～20：00也是強降水較頻發的時段，其他時段強降水的次數較少。大風、雷暴和冰雹天氣則主要出現在午后至傍晚，均占總次數的70%以上，高峰時段則分別出現在15：00、16：00、17：00。另外，08：00是另一個多雷暴、降雹時段。

3 特征物理量分析

由以上分析可知，廣西的冰雹、大風等強天氣具有明顯的地域特征分布，與不同季節的大氣環流演變相對應的。觀測事實已表明，大尺度環流背景場下的各種中小尺度天氣系統相互作用產生的強降水差異非常大[2]。因此，筆者選取了2000～2012年典型的強天氣個例，冰雹和大風按地域分類、強降水按主要影響天氣系統進行分類，在此基礎上利用常規探空資料計算出能反映天氣尺度系統結構與大氣垂直穩定度綜合特征的常用物理因子[8]，并進行對比分析。由表1可看出，2～5月冰雹發生前，一般均具有極其不穩定的溫度層結和不穩定能量的積累，其中桂西平均的對流有效位能CAPE為950.5 J/kg、抬升指數LI為-2.7 K、最大上升速度W_CAPE為39.2 m/s，明顯比桂東的偏高和偏強；桂西K指數和TT值也比桂東的大。相比較而言，桂西的對流有效位能和抬升條件比桂東更有利于冰雹天氣的產生。另外，這一時期桂西北也經常出現雷雨大風，其平均的CAPE、LI、W_CAPE和K指數等探空物理量值與冰雹的物理量統計值大體相當。這是由于在這一時期桂西經常受地面西南暖低壓發展影響，下墊面氣溫明顯比桂東偏高，獲得更多的不穩定能量積累，遇空氣入侵易觸發釋放形成對流，產生冰雹、雷雨大風等強對流天氣。盛夏是廣西東部、南部雷雨大風的頻發期，其平均的對流有效位能CAPE達1 600.5 J/kg，SI指數<-1.4 K、LI<-3.8 K。

廣西強降水的西風帶影響系統主要有鋒面和低渦兩類。4～7月當冷空氣南下時易造成鋒面強降水過程，其平均的K指數、LI、CAPE分別達38 K、-4.2 K和 1 800.0 J/kg，整層水汽積分IQ為5 700 g/cm2，0 ℃層位勢高度ZH達5 000 m。而當中低層有低渦切變系統南移影響時，其統計得到的K指數、CAPE比鋒面強降水過程的值高一些，如K指數最高達39 K，對流有效位能CAPE值達2 100 J/kg，整層水汽積分IQ為6 100 g/cm2，最大上升速度W_CAPE為66.3 m/s；因此相比較而言，低渦影響時廣西可能伴有更強的對流不穩定能量重建和釋放過程，往往比有鋒面影響時更容易誘發大范圍的強降雨天氣，造成洪澇及山體滑坡等次生災害。而在后汛期（7～10月），廣西主要受臺風等熱帶系統影響易造成強降水天氣過程，其平均對流有效位能CAPE值達1 900 J/kg，整層水汽積分IQ為5 650 g/cm2，與鋒面系統影響時大體相當，但0 ℃層位勢高度較高，達5 200 m，K指數較小，為36.5 K。另外，從總能量TT等其他物理特征量的統計結果來看，差別不是很大。

綜上所述可知，當有鋒面、低渦和臺風等天氣系統影響時，廣西均具有非常有利的中尺度對流環境條件，均有可能造成雷雨大風、短時強降水等強天氣的發生，因此，要注意做好以上天氣系統的綜合圖分析，利用衛星云圖、多普勒天氣雷達[9-10]等技術手段進行跟蹤監測，才能提高強天氣的預報預警能力，加強防范措施，以減少強天氣災害的損失。

4 結論

（1）廣西強天氣有明顯的地域分布特征，雷暴南部多、北部少，其中桂東南和沿海地區是雷暴的高發區；廣西冰雹主要出現在北部，其中桂西北局部年平均降雹可超過1次，而桂南降雹平均10年才1次；廣西東部和沿海地區為大風頻發區，中心在桂林、梧州、北海等市；歷年龍卷風天氣發生次數不多，且集中在潿州島及沿海地區；強降水呈南北2個高頻區。

（2）廣西的雷暴、降雹和強降水的月變化均具有“單峰型”特征：雷暴高峰期出現在7～8月份；冰雹2月份開始明顯增多，4月最活躍；短時強降水6月達到高峰，7～8月緩慢減少。而廣西的大風月分布具有“雙峰型”的特征，即從1月上升至4月達到高峰后略有下降，又上升至7月份達到另一高峰，之后逐步下降。

（3）廣西強天氣活動的日變化比較明顯，強降水主要出現在夜間至次日08：00；大風、雷暴和冰雹天氣則主要出現在午后至傍晚，高峰時段則分別出現在15：00、16：00、17：00。

（4）通過探空特征物理量分析表明，廣西在不同地域的