2015年11月廣西秋季連續性暴雨研究

黃翠銀，賴雨薇，陳劍飛

（1.廣西區氣候中心，廣西 南寧 530022；2.南寧市氣象局，廣西 南寧 530022；3.廣西區氣象服務中心，廣西 南寧 530022）

1 引言

2015年11月7-13日，廣西出現持續性強降雨。7日20時-9日20時，全區有10站次暴雨3站次大暴雨，暴雨區位于桂東北和桂東南。11月9日20時-11日20時，全區出現6站次暴雨，強降雨落區在桂東北。11月11日20時-13日20時，全區出現44站次大雨、44站次暴雨和11站次大暴雨，強降雨區在桂北和桂中。強降雨期間，共有19站次打破當地建站以來11月最大日降水量歷史記錄。

本次強降雨過程歷時較久，范圍較大，尤其11日至13日，強范圍之廣歷史少見，產生的災害較為嚴重。這次強降雨過程的環流形勢如何，影響系統是怎么生消、更替的？為什么引起這么長時間的強降雨，桂東北為什么一直是強降雨中心？本文利用NCEP1×1、2.5×2.5資料以及常規觀測資料來分析揭示引起本次秋季長時間強降雨的原因。

2 環流形勢

強降水前期，500hPa中高緯是兩槽一脊的形勢。我國中緯度有兩次華北槽的東移過程，一次是7-8日，一次是12-13日；期間配合有兩次南支槽的東移，第一次以東移北收為主，第二次加深東移，13日晚與華北槽合并東移出海。另外，10-11日，高原有低槽東移影響桂北。強降水前期，副熱帶高壓（以下簡稱副高）588dagpm等值線伸展到桂北，南海處于592dagpm的控制下，副高強盛控制范圍大；9日之后副高稍減弱南落，588dagpm等值線在桂中和華南沿海之間擺動。由于副高減弱，高原槽和第二次南支槽伸展到桂中，強降雨落區向南擴到桂中。

11月6日850hPa形成強勁的西南急流延伸到長江中下游，桂北處于西南急流入口區。8日，隨著華北槽的東移，切變線逐漸南壓到桂林南部。9日夜間切變線進一步南壓過桂東，白天北抬減弱。10日冷空氣變性出海，廣西轉為偏南氣流影響，風力加大形成急流。11日南風稍減弱，切變線在黔桂之間擺動，12日隨著第二次華北槽東移，新一輪切變線南下影響廣西。由于副高強盛850hPa南風較強，切變線南壓到桂中后即減弱北抬，強降雨在桂中以北地區。

地面，7日晚，第一次冷空氣從桂東北侵入影響廣西。10-11日，冷高變性出海，廣西由變性高壓脊控制轉為高壓后部影響。11日晚開始第二輪冷空氣南下影響。

3 南北風演變特征

從強降雨落區和850hPa切變線的演變可以看出，強降雨落區和850hPa切變線位置息息相關，強降雨落區一般位于切變線的南側。通過850hPa南北風變化情況分析切變線的演變。桂林位于110.30°E、25.33°N，一直處于強降雨中心，因而沿25°N作經向風的經度-時間剖面圖。從圖中看出（圖1），8日之前廣西受偏南氣流影響，風速很大，6日形成急流，8日08時后由南風轉為北風，但僅影響到108°E以東地區，以西仍然是南風控制，說明第一次切變線南下僅影響桂東北地區，水汽和不穩定能量在桂東北大量輻合，因而8日強降雨落在桂東北。此時北風風速很小，僅2m·s-1，切變線強度較弱。9日晚上到11日白天，廣西受南風控制，風速大部在8-10m·s-1之間，較強的南風有利于洋面水汽和能量的往北輸送。11日晚上，南風再次被北風替換，切變線第二次南壓，從受影響的經度發現，切變線第二次南壓影響的區域更廣，影響到了104°E附近，寬度上影響了整個廣西，且強度更強，北風最大有6m·s-1，比第一次強得多，使強降雨落區向南擴展。

圖1 沿25°N作經向風的經度－時間剖面圖（單位：m·s－1）

4 500hPa高度場及其距平特征

圖2 2015年11月7－13日500hPa平均高度場（等值線）及其距平（陰影）（單位：dagpm）

分析2015年11月7-13日500hPa高度場及距平場（圖2）可見，副高588dagpm等值線北界控制到廣西中部23°N附近，比歷年同期偏強，有利于西南氣流攜帶暖濕氣流在副高邊緣的廣西上空輻合；在巴爾喀什湖北側有一個寬廣強大的負距平中心，高度場上該地是低渦低槽，說明強降水期間低渦深厚西風槽活躍，西風槽分裂小槽東移引導低層切變線和地面冷空氣南下；距平場上在我國東北和日本北部之間有一個18dagpm的正距平中心，2015年11月強降水期間對應正距平中心的是很弱的高壓脊，高壓脊與強盛的副高一起阻止低渦和西風槽快速東移和南壓，使得切變線只能南壓到桂北、桂中一帶擺動，地面冷空氣不能大舉南下，在東移南壓過程中強度被削弱從而只能緩慢擴散南下。海平面氣壓距平圖上（圖略）華南是-3dagpm的距平，證實了2015年11月強降雨期間冷空氣強度比往年弱。活躍的西風槽、副高的阻擋、較弱的冷空氣使得冷暖干濕空氣長時間在副高北界附近對峙，造成桂東北及桂中長時間強降雨。

5 副高減弱原因分析

副高強度和位置對強降雨落區有很大影響［1］。強降水期間副高北界588dagpm等值線有兩次明顯的減弱南落過程：9日南落到桂中，10日進一步退到沿海。從位勢傾向方程來分析副高北界變化的原因。如不考慮非絕熱加熱，位勢傾向方程如下：

簡化后，位勢高度的變化主要取決于相對渦度平流和厚度平流（或溫度平流）隨高度的變化。計算相對渦度平流和溫度平流分析副高減弱的原因。

11月8日08時，華北槽移到110°E以西，高原槽和南支槽合并到四川東部和云南西部；渦度平流場中（圖3），槽前有大范圍的正渦度平流，在副高北側的河南東部經湖北、湖南一直到貴州南部都是正的渦度平流區。沿110°E作溫度平流剖面，8日08時，26°N 以北 900hPa下是冷平流；14 時 （圖 4），冷平流擴展到25°N以南，副高北側800hPa以下是冷平流，其上暖平流隨高度增強。槽前的正渦度平流向東南方向輸送，冷平流向南向上擴展，迫使500hPa26°N以南的等壓面下降，因此9日副高減弱，北界南退到桂中。10日，中低緯小波動東移，10日20時低槽位于四川東部-廣西西北部，槽前正渦度平流隨低槽東移南壓，桂東北到粵中有條正渦度帶，正渦度中心位于桂東北。溫度平流場上，10日14時前，桂中以北的對流層低層仍是冷平流控制，20時，廣西上空500hPa附近是冷平流，-4×10-5K·s-1位于25°N的500hPa上空，650hPa以下廣西受暖平流影響，暖平流隨高度增強。受10日渦度平流和溫度平流配置影響，500hPa等壓面進一步降低，副高北界再次向南撤退，在華南沿海維持，為11日晚到13日大范圍強降雨能夠向南深入創造了條件。

圖 3 500hPa 渦度平流（單位：10－10s－2），（a）：2015 年 11 月 8 日 08 時；（b）：10 日 20 時

圖 4 500hPa 溫度平流（單位：10－5K·s－1），（a）：2015 年 11 月 8 日 14 時；（b）：10 日 20 時

6 鋒面分析

鋒生是指密度不連續性形成的一種過程，或是指已有的一條鋒面，其溫度（或位溫）水平梯度加大的過程。鋒生函數由三部分組成：空氣水平運動對鋒生的作用，垂直運動對鋒生的作用，非絕熱加熱對鋒生的作用。

圖 5 沿 110°E 的鋒生函數（單位：10－10K·m－1·s－1）和假相當位溫（單位：K）的緯度－高度剖面，（a）：2015年 11月 7日 20時；（b）：2015年 11月 12日 02時

計算分析鋒生函數和假相當位溫的演變。沿110°E作鋒生函數和假相當位溫的緯度-高度剖面，廣西處于21-26°N緯度范圍內。6日開始，27°N附近開始有正的鋒生函數，假相當位溫線逐漸加密，7日20時正的鋒生函數區域開始南壓進入廣西，等假相當位溫線更加密集，鋒區在900hPa以下，600hPa以下假相當位溫隨高度減小，有弱的位勢不穩定（圖5）。 8日，正鋒生函數移到 23°N，數值稍減小，等假相當位溫線密集度減小。9日，鋒生函數和假相當位溫線密集度減小，鋒區減弱。11日，鋒區從900hPa附近重新加強，并向上向下延伸，12日02時，鋒區從30°N的400hPa伸展到地面的22°N，鋒生函數有兩個正值中心， 一個是 18×10-10K·m-1·s-1在 500-400hPa 間， 另一個 12×10-10K·m-1·s-1在 900hPa，結合天氣圖可知，這是新一輪天氣系統影響廣西，此時廣西上空是位勢穩定層結，假相當位溫等值線沒有8日的密集。13日白天，高低空鋒生函數正值斷開，廣西上空750-500hPa無鋒區，最大值位于近地層的21°N，地面鋒區已壓到沿海，高空天氣系統對廣西的影響結束。

從鋒生函數和假相當位溫剖面演變可以看出，8日廣西上空存在位勢不穩定區，高低空鋒區不連在一起；9-11日白天，鋒區減弱，影響廣西強降雨的主要是925-850hPa之間的鋒區；11日晚到13日，高低空鋒區相連，高低空天氣系統耦合共同影響廣西，造成廣西大范圍強降雨。鋒區函數和假相當位溫的剖面圖很好地反映了高低空各層次鋒面的生消和移動情況，由此可以判斷強降雨未來走向和落區。

7 物理量分析

7.1 水汽條件

秋冬季強降雨水汽條件至關重要［2-10］。從相對濕度的演變看到，強降水區水汽飽和，強降水區外水汽迅速降低，從高度上看，11日08時之前，90%以上的水汽飽和區在600hPa以下，11日之后飽和區升高到300hPa。與相對濕度相似，水汽通量散度剖面圖上，11日之前，水汽輻合在700hPa下，11日晚上開始，輻合量增多，輻合層增高，12日08時輻合量最多。整個強降水期間，廣西上空的925hPa大部都是水汽輻合區。

從850hPa水汽通量來看，水汽來源在降水的各個階段不盡相同。強降水前期，水汽來源于西北太平洋和南海；中期水汽通道最多，除了西北太平洋、南海的水汽通道外，還有黃海、東海和孟加拉灣；后期，水汽來源于西北太平洋、南海和孟加拉灣，輻合量比前期中期多，因而降雨更明顯，水汽輻合區和強降雨帶明顯對應。

7.2 動力條件

沿25°N做散度、垂直速度的經度-高度剖面。強降雨過程中，桂林低層是負值，氣流輻合，上升氣流中心自北向南壓，8日20時 （圖6），桂林上空500hPa以下有一對散度場的正負中心，800hPa是分界線，其下是-4×10-5s-1，其上是 5×10-5s-1，200hPa 桂林處于西南氣流和偏西到西北氣流的分散區，高層輻散低層輻合配置形成抽吸作用引起氣流強烈上升。垂直速度場上，上升氣流逐漸加強，8日20時，對應正負散度中心有一個-1.5Pa·s-1的上升氣流中心，上升氣流伸展到600hPa。強降雨過程中，隨著天氣系統的移動、更替，桂林上空的散度場所變化，但低層一直存在垂直上升運動。12日02時，第二次切變線南下，400hPa以下產生一對5×10-5s-1的正負散度中心，負中心就在桂林上空的750hPa，正中心傾斜到104°E的550hPa上，傾斜的散度場使得上升氣流也向西傾斜，-3Pa·s-1的上升氣流中心位于桂林上空的700hPa上，強烈的大范圍的上升氣流引起廣西強降雨。

圖 6 沿 25°N 的散度（等值線，單位 10－5s－1）、垂直速度（陰影，單位：Pa·s－1）的經度－高度剖面，左：2015年11月8日20時；右：12日02時

7.3 熱力條件

7日08時強降水前一天，桂林K指數為36℃，cape 值為 545J·kg-1，20 時驟升到 1081J·kg-1；8 日 08時，K值增加到38℃，SI指數為-1.55℃，這在秋季是相當不穩定的。8日白天850hPa切變線南下造成桂東北5站暴雨2站大暴雨的強降雨天氣，桂林本站12小時降雨量為97.5mm，接近大暴雨。強降雨后，8日20時，桂林 K指數仍然有 37℃，SI指數為-0.61℃；梧州K指數為38℃，SI指數為-2.31℃，cape值為2139J·kg-1，各個數值均顯示其上空為極不穩定的狀態。9日，3站暴雨出現在梧州附近的桂東南。11月是深秋，經過2天的強降雨，cape基本為0，但10-13日桂林、梧州k指數仍大于35℃，SI大部分時候仍然是負值，說明還存在不穩定的狀況，有觸發機制仍會引發強降水。

8 結論

（1）從環流形勢的演變分析發現，2015年11月7日-13日長時間的強降雨主要是由兩次華北槽引導兩次低層切變線和地面冷空氣南下并配合有南支槽東移造成，強降雨中期則是高原槽東移和切變線北抬南風加大輻合引起。

（2）通過850hPa南北風演變和副高變化可見，8日和12日有兩次切變線的南壓過程，8日由于副高更強切變線只壓到桂北，12日副高南退到沿海后切變線南壓到桂南，且強度更強，因而造成的強降雨范圍更大。

（3）通過位勢傾向方程分析發現，槽前的正渦度平流和冷平流隨高度減弱使得副高北界出現兩次南退；鋒生函數和假相當位溫能夠判斷未來鋒面走向從而預報強降雨的落區。

（4）物理量場的分析說明強降雨過程的水汽有三個來源通道，源源不斷地為廣西上空輸送水汽并輻合；低層輻合高層輻散的散度場造成強降雨區上空強勁的上升氣流；強降雨期間廣西上空存在不穩定能量。

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