2023 年廣西暴雨強度極端性分析

劉國忠，覃衛堅，董良淼，陳業國，李生艷，梁存桂，梁嘉穎

（1.廣西壯族自治區氣象臺，南寧 530022；2.廣西壯族自治區氣候中心，南寧 530022）

在全球氣候變暖的背景下，極端暴雨天氣氣候事件強度遠遠超出了平均態，往往引發嚴重的洪澇災害，特別是北京“7·21”、河南“7·20 ”［1-2］、華北“7·31”極端暴雨事件［3-4］造成重大人員傷亡和財產損失之后，極端暴雨受到了極大的關注［5-9］，廣西也發生了多次極端暴雨事件［10-12］，極端暴雨天氣氣候事件呈現頻發、重發、常態化的變化趨勢。針對暴雨極端性研究，很多專家從水汽通量、位渦、Q 矢量、散度等物理量診斷分析暴雨的極端性［13-16］，取得了一定的成果，對預報業務提供了有益的指導，但是暴雨強度指數極端性研究還不多見。暴雨極端性研究為氣象業務所急需，如中國氣象局在《中國氣象科技發展規劃（2021—2035）》《“十四五” 氣象預報業務發展規劃》《暴雨監測預報預警服務能力提升工作方案（2021—2025 年）》提出“制定全國分區域極端暴雨事件標準，分析全國極端暴雨事件分布特征和變化規律”，廣西壯族自治區氣象局《廣西氣象事業發展“十四五”規劃》和《廣西暴雨監測預報預警服務能力提升工作方案（2022—2025 年）》中提出“加強極端暴雨大尺度環流異常特征及維持機制研究，建立廣西極端暴雨歷史個例數據庫”。“廣西壯族自治區氣象局極端暴雨形成機理及預報技術研究創新團隊”制定了廣西極端暴雨事件的評估標準，開展了極端暴雨形成機理研究，取得了豐富的研究成果。

本文利用1961—2021 年地面氣象觀測站逐日降水觀測資料，建立廣西極端暴雨事件強度評估標準，開展2023 年廣西暴雨強度極端性分析，加深對廣西暴雨災害極端性的整體性、規律性認識，以期對廣西極端暴雨災害業務及研究提供參考。

1 資料與方法

1.1 資料

包括2023 年1—12 月廣西3 075 個地面氣象觀測站（其中89 個國家級地面氣象觀測站，簡稱“國家站”）逐日降水觀測資料。

1.2 方法

（1）單站暴雨定義:氣象觀測站點24 h（北京時20—20 時，下同）雨量≥50 mm。

（2）區域性暴雨過程定義:廣西89 個國家站24 h逐日降雨量≥50 mm 的站數在4 站以上，至少有1 d出現10 站及以上日降雨量≥50 mm，持續天數≥2 d。

（3）根據廣西壯族自治區氣象臺業務規定，按暴雨發生范圍將暴雨日劃分為局地性暴雨日、區域性暴雨日及全區性暴雨日三種類型。局地性暴雨日:廣西國家站89 站中1～9 站24 h 雨量≥50 mm。區域性暴雨日: 廣西國家站89 站中10～19 站24 h 雨量≥50 mm。全區性暴雨日:廣西國家站89 站中≥20 站24 h雨量≥50mm。區域性暴雨日和全區性暴雨日統稱為區域性以上暴雨日。

（4）“廣西壯族自治區氣象局極端暴雨形成機理及預報技術研究創新團隊”將廣西極端暴雨分為三種類型:站點極端暴雨、區域性極端暴雨日、區域性極端暴雨過程，分別對應局地暴雨災害、單日大范圍暴雨災害、持續時間長范圍廣的暴雨災害過程三種暴雨災害，其中站點極端暴雨又分為1、3、6、24 h 極端暴雨。

（5）利用1961—2021 年地面氣象觀測站逐日降水觀測資料，建立廣西極端暴雨事件強度評估標準，計算每次站點暴雨、區域性以上暴雨日、區域性暴雨過程綜合強度。

暴雨事件強度指數計算公式［17］:

D 為暴雨過程持續天數，St為第t 天出現暴雨站數，Rt，i為暴雨過程中第t 天的第i 站日降水量≥50 mm 的日降水量。

采用百分位數計算法，選取最強5%各類型暴雨為極端暴雨，利用公式（1）統計并建立了各類極端暴雨事件閾值標準。可以看出，站點暴雨綜合強度與降雨量值有關，數值與雨量值一樣；區域性暴雨日綜合強度與暴雨站數和各站點降雨量有關；區域暴雨過程強度與暴雨站數、各站點降雨量和持續天數有關。計算得到區域性極端暴雨日綜合強度指數閾值為535.60，區域性極端暴雨過程綜合強度指數閾值為701.30，廣西3 075 個地面氣象觀測站有各自極端暴雨強度指數閾值。

2 2023 年暴雨強度極端性分析

2.1 站點暴雨強度極端性分析

2023 年廣西3 075 個地面氣象觀測站共出現24 h 極端暴雨928 站次，分布在3—12 月的31 個時段，共65 d，平均每天約14 站次（表1），各縣（區）均有出現，具有發生數量多、時間跨度長、空間分布廣、時空分布不均等特征。從89 個國家站（城市站）24 h極端暴雨（表2）可見，全區出現站點極端暴雨14 站次，分布在5—10 月的8 個時間段，共19 d，大多持續1～2 d，最多持續4 d，平原、城市與山區、鄉村極端暴雨的差異明顯，山區、鄉村比平原、城市多發，這可能與地形相關。因此，對于站點極端暴雨發生需要特別關注特殊地形下中小尺度天氣系統影響。

表1 2023 年1—12 月地面氣象觀測站24h 極端暴雨時段

表2 2023 年1—12 月國家站24h 極端暴雨強度

2.2 暴雨日強度極端性分析

據統計，2023 年廣西共出現暴雨日106 d，其中局地性暴雨日92 d、區域性暴雨日10 d 及全區性暴雨日4 d（表3），區域性以上暴雨日14 d 分布在4—10月，主要集中在6 月，比歷史平均（17.9 d）約少4 d［18］。造成區域性以上暴雨日的主要天氣系統為熱帶天氣系統8 d（臺風4 d、臺風殘渦2 d、南海熱帶擾動2 d）和西風帶冷空氣6 d，熱帶天氣系統多于西風帶天氣系統，造成廣西南部暴雨災害頻次比北部高，這與常年情況相反。弱于熱帶低壓的臺風殘渦及南海熱帶擾動等弱天氣系統也造成區域性以上暴雨日，這種情況以往較為少見。區域性以上暴雨日的國家站最大雨量多為大暴雨，其中南海熱帶擾動和2316 號臺風“三巴”影響時，國家站最大雨量為特大暴雨，國家站日最大雨量為429.9 mm，地面氣象觀測站日最大雨量553.6 mm，局地降雨強度大。11 次區域性以上暴雨日國家站沒有出現站點極端暴雨，3 次有1 次為站點極端暴雨，區域性以上暴雨日綜合強度指數為221.10～474.40，最強指數為2304 號臺風“泰利”造成的7 月18 日30 個國家站暴雨以上降雨的全區性暴雨日，但強度未達到區域性極端暴雨日綜合強度指數閾值535.60，2023 年度廣西無區域性極端暴雨日。據災情統計，這與2023 年度沒有發生單日大范圍嚴重暴雨災害一致，主要原因是在區域性以上暴雨日，站點極端暴雨出現偏少。

表3 2023 年1—12 月區域性以上暴雨日信息表

從表1 和表2 綜合分析可以看出，區域性以上暴雨日較少出現站點極端暴雨，而大量局地性暴雨日伴有站點極端暴雨，一些局地性暴雨日伴有大量站點極端暴雨，引發嚴重局地性暴雨日災害，主要個例如下:

（1）2023 年4 月24 日廣西局地性暴雨日，主要造成玉林一帶的集中災害。7 個國家站出現暴雨，暴雨區主要位于玉林市轄區，最大24 h 雨量出現在陸川縣良田鎮車田村259.4 mm。分析暴雨的極端性，9個地面氣象觀測站出現極端暴雨，無國家站出現極端暴雨。24 日10 時陸川縣良田鎮車田村1h 雨量為166.8 mm，破玉林市1h 雨量歷史極值，為廣西歷史第三位。24 日09 時博白縣寧潭鎮1h 雨量為143.6 mm，破博白縣1h 雨量歷史極值。

（2）2023 年5 月22 日廣西局地性暴雨日，主要造成桂林一帶的集中災害。6 個國家站出現暴雨，暴雨以上降雨區域主要位于桂林市轄區，其中桂林國家站大暴雨，最大24 h 雨量為桂林市秀峰區甲山琴潭329.4 mm。分析暴雨的極端性，13 個地面氣象觀測站出現站點極端暴雨，桂林國家站出現極端暴雨。5 月22 日06 時桂林市秀峰區甲山琴潭1 h 雨量為160.6 mm，22 日06—08 時桂林市秀峰區甲山琴潭3h 雨量為300.1 mm，均破桂林城區歷史極值，為桂林市歷史第二位、廣西歷史第四位。

（3）2023 年8 月24 日廣西局地性暴雨日，主要造成百色市北部山區的集中災害。9 個國家站出現暴雨以上降雨，暴雨區主要位于百色市轄區，其中田林、靖西兩站出現大暴雨。分析暴雨的極端性，14 個地面氣象觀測站出現極端暴雨，田林、靖西兩個國家站出現極端暴雨，最大24 h 雨量出現在凌云縣岑王老山東南側249.5 mm，是百色市2008 年以來8 月歷史同期日最大降雨量，24 日04 時田林縣八渡鄉小時雨量83.2 mm，為田林縣8 月歷年最大小時雨量。

可見，暴雨日的強度及災害與站點極端暴雨出現數量和強度相關，綜合強度強的暴雨日包含數量多和強度強的站點極端暴雨，暴雨日災害也越強。區域性極端暴雨日反映單日大范圍極端暴雨及災害，預報區域性極端暴雨日可視同于預報單日大范圍極端暴雨災害。

2.3 區域性暴雨過程強度極端性分析

2023 年廣西出現區域性暴雨過程5 次（表4），在6—10 月，持續天數2～5 d，國家站出現暴雨20～86站，國家站最大累計雨量223.4～592.2 mm，地面氣象觀測站最大累計雨量356.4～914.6 mm，綜合強度指數為462.90～729.20，所有過程最大累計雨量具有地面氣象觀測站大于國家站的特征，表明暴雨與地形相關的特點。區域性暴雨過程由臺風、臺風殘渦、南海熱帶擾動、冷空氣等4 種主要影響天氣系統造成［19-21］。

表4 2023 年1—12 月區域性暴雨過程信息表

2.3.1 區域性極端暴雨過程分析

2023 年6 月22—26 日“龍舟水”天氣過程綜合強度指數為729.20，超過區域性極端暴雨過程綜合強度指數閾值701.30，為2023 年唯一的一次區域性極端暴雨過程。受冷空氣伴暖區影響，全區出現暴雨，過程持續5 d，國家站暴雨總站數86 站，國家站日最大雨量為22 日宜州139.3 mm，地面氣象觀測站日最大雨量出現在22 日都安拉烈鎮拉烈村305.9 mm，最大過程雨量為賀州八步蓮塘炭沖487.3 mm；有243 個地面氣象觀測站出現極端暴雨，其中宜州、龍州2 個國家站出現極端暴雨。這次暴雨過程具有最大的站點極端暴雨數，造成全區大范圍的暴雨災害。

2.3.2 其他類型區域性暴雨過程分析

與暴雨日相似，其他4 次區域性暴雨過程均伴有站點極端暴雨，一些區域性暴雨過程伴有大量站點極端暴雨，造成嚴重局地暴雨災害過程。主要個例如下:

（1）2023 年6 月8—9 日廣西區域性局地暴雨災害過程。受南海熱帶擾動影響，北海、欽州、防城港及玉林市出現暴雨，過程持續2 d，國家站暴雨總站數20 站，國家站日最大雨量為8 日北海429.9 mm，地面氣象觀測站日最大雨量為9 日鐵山港石頭埠為553.6 mm，最大過程雨量為鐵山港石頭埠714.3 mm。分析暴雨的極端性，34 個地面氣象觀測站出現24 h 極端暴雨，其中北海、合浦2 個國家站出現24 h極端暴雨。9 日02—04 時3 h 北海鐵山港區興港雨量為272.3 mm，突破北海市3 h 雨量歷史極值，8 日23 時—9 日04 時6 h 雨量為440.5 mm，突破廣西6 h歷史極值，24 h 雨量為614.7 mm，突破北海市24 h雨量歷史極值。這次暴雨過程造成沿海至桂東南一帶較大范圍的災害。

（2）2023 年9 月11—14 日廣西區域性局地暴雨災害過程。受2311 號臺風“海葵”殘渦影響，玉林、北海、欽州、防城港等市出現暴雨，過程持續4 d，國家站暴雨總站數30 站，國家站日最大雨量為11 日博白329.3 mm，地面氣象觀測站日最大雨量為11日博白水鳴新和404.7 mm，最大過程雨量為鐵山港進港航道大牛石燈樁516.2 mm。分析暴雨的極端性，138 個地面氣象觀測站出現極端暴雨，其中博白國家站出現極端暴雨。博白國家站24 h 雨量374.2 mm 和11 日20 時日雨量329.3 mm 均突破歷史極值。這次暴雨過程造成沿海至桂東南一帶較大范圍的災害。

（3）2023 年10 月19—22 日廣西區域性局地暴雨災害過程。受2316 號臺風“三巴”伴冷空氣影響，過程持續4 d，北海、玉林、欽州、梧州、貴港等市出現暴雨，國家站暴雨總站數30 站，國家站日最大雨量為20 日北海295.0 mm，地面氣象觀測站日最大雨量為20 日北海銀海僑港亞平453.5 mm，最大過程雨量為北海銀海僑港亞平914.6 mm。分析暴雨的極端性，276 個地面氣象觀測站出現極端暴雨，其中北海國家站出現極端暴雨。北海銀海僑港鎮亞平氣象觀測站24 h 雨量780.3 mm，打破廣西有觀測記錄以來24 h 最大降水量紀錄，玉林博白東平氣象觀測站24 h 雨量522.1 mm，破博白縣24 h 最大降水量紀錄。北海銀海僑港亞平過程雨量914.6 mm 破北海記錄。這次暴雨過程造成沿北海、玉林一帶嚴重集中災害。

可見，區域性暴雨過程的強度及災害也與站點極端暴雨出現數量和強度相關，綜合強度強的區域性暴雨過程包含數量多和強度強的站點極端暴雨，暴雨過程災害也越強。區域性極端暴雨過程反映暴雨過程大范圍極端暴雨災害，預報區域性極端暴雨過程可視同于預報大范圍區域性極端暴雨災害過程。

3 結論

文中利用地面氣象觀測站逐日降水觀測資料，建立廣西極端暴雨事件強度評估標準，開展2023 年廣西暴雨強度極端性分析，得到以下結論:

（1）2023 年站點極端暴雨具有發生數量多、時間跨度長、空間分布廣、時空分布不均及山區多于平原等特征。無區域性極端暴雨日及單日全區性大范圍災害，有一次區域性極端暴雨過程和全區性持續性災害。

（2）在站點極端暴雨頻發背景下，由于時空分布不均，造成嚴重局地性暴雨災害日和局地暴雨災害過程。

（3）區域性以上暴雨日和區域性暴雨過程主要發生在西風帶冷空氣、南海熱帶擾動、臺風及其殘渦等四種天氣系統影響下。由于熱帶天氣系統多于西風帶天氣系統，造成南部暴雨災害頻次比北部高，這與常年情況相反。

（4）區域性極端暴雨日及區域性極端暴雨過程分別與單日大范圍暴雨災害和持續時間長的大范圍暴雨災害相關，研究區域性極端暴雨日及區域性極端暴雨過程的成因有重要意義。