2020年7月8—11日柳州持续性暴雨过程的环境条件及模式可预报性分析

李宜爽

摘要 利用常规观测资料、区域自动站资料、欧洲中期天气预报中心开发的时间分辨率1 h，水平分辨率0.25°×0.25°的新一代再分析資料ERA5，分析了柳州2020年7月8—11日一次持续性强降水的特征及其成因。结果表明：西太平洋副热带高压和高空槽的稳定维持是出现持续性暴雨的天气尺度原因;整个过程期间，柳州地区700 hPa以下有西南风急流并伴随风速的脉动，低空以及超低空急流输送的暖湿气流不断在柳州地区辐合，为暴雨的产生提供了源源不断的水汽;南风风速在柳州北部地区的辐合致使强降水在柳州北部地区维持。在低层偏南气流增强的情况下，应尤其注意元宝山地区可能出现的强降水，加强短临监测和预报预警。

关键词 持续性暴雨;地形;水汽辐合;模式预报

中图分类号：P458.121.1 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2022）04–0051–05

0 引言

持续性暴雨过程是一种高影响的强降水事件，相较于普通短时暴雨过程，具有强度大、持续时间长、落区稳定的特点，具有极强的致灾能力，严重威胁着人们的生命财产安全，一直以来都是气象工作者研究的重点，也是社会防灾减灾的重要任务。

我国的持续性暴雨多发生在江南、华南及西南地区[1-2]。研究表明，持续性暴雨常常是若干个中小尺度系统的不断产生、合并加强及持续影响所致的[3-4]。刘国忠等[5]对2015年一次广西持续性暴雨过程进行了多尺度特征分析，得出长时间持续性暴雨过程是一个多尺度和多天气系统相互作用的结果，暴雨发生在有利的大尺度环流背景和天气系统配置下的中小尺度系统频繁发生处，地形助推暴雨作用明显。林开平等[6]对广西致洪暴雨过程的要素场演变特征和物理量进行了诊断分析，得出有利暴雨出现的温湿、动力及热力环境场。罗建英等[7]分析广西汛期暴雨过程的水汽特征指出，暴雨期广西地区的水汽来源主要为孟加拉湾、南海、西太平洋，暴雨期水汽收入远大于非暴雨期。还有许多气象工作者对广西暴雨过程进行了研究[8-12]，发现广西大范围持续性暴雨过程与西太平洋副热带高压、南亚高压、高原低涡、急流、水汽输送等配置有关。虽然针对持续性暴雨的研究已取得很大的进展[13-15]，但由于其致灾性强、预报难度大，目前仍是气象预报业务中的重点和难点。

2020年7月8—11日，受高空槽、低层切变线及西南急流的共同影响，柳州市出现了持续性的暴雨天气过程。据统计，此次过程共造成约2.3万人受灾、房屋受损和倒塌303间、农作物受灾面积达536.75 hm2、部分地区道路交通中断，其中，融水县城城南片区低洼地带出现严重内涝，经济损失高达7 758.94万元。气象台虽较好地预报了此次暴雨过程，但对降雨的时段和极端性预报均存在较大的不足，7月8日20：00—9日08：00融水中北部出现的大暴雨就出现了漏报。通过对此次连续性的暴雨过程从环流形势、水汽、热力及动力条件等方面进行了详细分析，探讨了预报失误的原因，以期为今后此类过程的预报提供一定的参考。

1 降水特征

2020年7月8日20：00—11日20：00，柳州出现了持续性的暴雨天气过程。区域自动站累计雨量分布图（图1）显示，强降水主要位于柳州市北部地区，其中融水的元宝山地区为此次过程的最强降水中心。结合自动站小时雨量演变图（图2），此次过程具有如下特点。

（1）累计雨量大。据区域自动站统计，7月8日20：00—11日20：00累计雨量超过200 mm的有35站次（占全市站点17.1%），最大累计雨量641.2 mm（出现在融水县四荣东田村）。

（2）强降雨区高度重叠。强降雨主要出现在柳州市北部地区，9—11日，融水县连续3 d出现大暴雨，三江县连续2 d出现大暴雨。

（3）局地雨强大。最大小时雨量高达90.0 mm（融水县三防拉川村），最大3 h雨量188.3 mm（融水县四荣乡）。

（4）具有明显夜雨特征和阶段特征。强降水主要出现在后半夜至凌晨阶段，有3个明显的降雨集中时段，柳州北部地区在3个阶段都维持较强的降水，南部的降水产生于第3阶段。

2 天气背景和环境条件分析

2.1 环流形势分析

结合天气形势以及图2小时雨量演变图，此次过程可分为3个阶段。

第一阶段，即8日20：00—9日08：00，8日20：00 500 hPa 588线控制广西南部，并呈闭合环流盘踞在南海到中南半岛一带，广西北部地区有小波动东移;中低层广西上空的西南气流在9日08：00加强为急流。这一阶段的大暴雨主要出现在融水县元宝山山脉南部地区，12 h最大雨量为245.7 mm，小时最大雨量为74.4 mm（融水县四荣乡东田村）。属于南风气流叠加地形效应后的暖区降水。

第二阶段，9日20：00—10日20：00，随着高空槽的发展东移，副高有所减弱东退，柳州处于槽前和副高西北侧的西南暖湿气流中;850、925 hPa切变线在南岭附近，柳州位于切变线南侧的西南急流中，随着中低层偏南气流增强，10日20：00 850、925 hPa切变线北抬至贵州、湖南北部地区，整个广西上空为一致的偏南气流控制。此阶段的降水属于高空槽、低层切变线以及西南急流共同影响下产生的降水，由于切变线的位置较北且没有南压的动力，强降水仍维持在柳州的北部地区，小时最大雨量为90.9 mm（融水县三防镇拉川村）。

第三阶段，10日20：00—11日20：00，副高呈块状稳定维持在110°E以东的洋面，广西上空高空槽不断发展加深，槽底一直延伸到广西沿海地区;850 hPa的西南急流进一步增强，其中桂林探空站由16 m/s增强至20 m/s。柳州处于槽前西南急流控制的高温高湿区中。高空槽的进一步发展导致柳州市南部地区也出现暴雨，此阶段的降水为高空槽，西南急流共同影响下产生的降水。副高和高空槽相对稳定的维持是柳州北部出现持续性暴雨重要的天气尺度原因。

2.2 环境条件分析

2.2.1 水汽条件 充沛的水汽输送是持续性暴雨发生的必要条件，而低层水汽辐合的强弱则起到关键作用[16-17]。从上述分析可知，本次持续性暴雨过程期间最大小时雨量达90.9 mm，而短时强降水需要非常充沛的水汽。有文献指出，当大气可降水量（PW）达到60 mm时，接近我国短时强降水发生的充分条件（≥20 mm/h）[18]。

分析7月8日21：00—11日20：00桂林站（代表柳州北部地区）、柳州站（代表柳州南部地区）的大气可降水量，整个过程期间2个站的大气可降水量都在60 mm以上。结合图2第一阶段融水县四荣乡东田村发生强降水时（7月9日02：00～05：00），北部的桂林站大气可降水量维持在73 mm左右;第三阶段柳州南部发生强降水时，7月10日20：00～23：00柳州站大气可降水量维持在72 mm左右。

郑永光等[19]指出，大气可降水量在70 mm以上是大气中非常极端的水汽条件，说明此次强降水过程的水汽条件方面具有一定的极端性。本次持续性降雨发生前和整个过程期间，柳州地区700 hPa以下均有西南风急流并伴随风速的脉动;低空和超低空急流输送的暖湿气流不断在柳州地区辐合，为暴雨的产生提供了源源不断的水汽。

图3a是7月8日20：00—11日08：00柳州北部强降水区域（108°E，110°E;24.5°N，25.5°N）水汽通量散度与风场的区域平均时间—高度演变图，可以看到过程期间柳州的北部区域在850 hPa以下维持较强的水汽辐合，其中，9日02：00～05：00、9日22：00—10日08：00、10日20：00—11日05：00分别出现了4个较强的水汽通量散度辐合中心，与图2小时雨量的分布有较好的对应关系。

分析第一阶段融水县强降水发生前9日00：00的950 hPa水汽通量散度图（图3b），广西境内从百色到桂林有一条东北—西南向的带状水汽辐合中心，强的水汽辐合中心刚好位于融水县元宝山地区，中心强度超过了-20×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1，融水四荣地区的降水从9日00：00开始逐渐增强，9日05：00 小时雨量达到最强74.4 mm;图3c是第三阶段南部也出现降水时水汽通量散度图（10日22：00），可以看到柳州南部地区和北部地区分别有强的水汽辐合中心，中心强度达-25×10-7g·cm-2·hPa-1 ·s-1，10日22：00市區石碑坪出现了小时雨量42 mm的强降水。从上述分析可知，低层强烈的水汽辐合和水汽辐合中心在柳州北部地区长时间的维持是柳州出现持续性暴雨的原因之一｡

2.2.2 不稳定条件 由于柳州没有探空站，为分析柳州地区的层结结构和环境条件，选取就近的河池、桂林探空站进行分析，分析7月8日20：00 河池站、桂林站T-log P（图4）， 850 hPa以下为一致的偏南风，露点曲线与层结曲线非常接近，湿层深厚，有利于出现强降水。

河池站CAPE值由8日8：00的1 639.2 J/kg增加到8日20：00的1 767.4 J/kg、桂林站CAPE值由8日8：00的591.7 J/kg突增至8日20：00的2 635.6 J/kg;K指数分别由7月8日08：00的32.8、37.4℃增加至37、41.2℃;说明能量在8日白天有个大量积聚的过程，热力条件非常不稳定。

桂林站自由对流高度（LFC）由867.6 hPa下降至886.4 hPa，几乎没有对流抑制能量，表明触发抬升条件向有利于降水的方向发展，无需太强的动力强迫即可触发对流。平衡高度（EL）175.6 hPa上升至114.1 hPa，表明桂林探空站附近云体的理论伸展高度在增大。此外，过程期间，河池、桂林探空站都维持较高的对流有效位能（CAPE）和K指数，以及较低的SI指数，11日两站的探空图均显示对流有效位能（CAPE）急剧下降，SI指数转为正值，对流条件变差，实况也是11日过程趋于结束。

2.2.3 动力条件 图6a、b分别给出的是过程期间7月8日20：00—11日20：00柳州北部强降水区域（108.5°E～109.5°E，25°E～26°E）和南部降水区域（109°E～ 110°E，24°E～24.5°E）涡度的区域平均时间—高度演变图。分析图6a可以看到，过程期间，850 hPa以下一直维持正涡度，且有多个正涡度中心。过程第一阶段（7月8日20：00—9日08：00），正涡度柱伸展到300 hPa附近，在925、400 hPa附近分别出现了0.6×10-4 s 的涡度大值中心，强降雨主要出现在融水县元宝山地区，9日05：00融水四荣东田村出现了74.4 mm小时雨量。

过程第二、第三阶段，随着高空槽的进一步发展，正涡度柱一直伸展至100 hPa附近，低层925 hPa涡度大值中心分别出现在9日后半夜至10日凌晨、10日晚上至11日凌晨，与强降水时段对应较好。分析南部涡度区域平均时间—高度演变图6b，7月10日以前，柳州南部地区正涡度区较弱，10日20：00—11日04：00，正涡度区中心值增大至0.8×10-4 s，且正涡度柱的高度一直延伸到200 hPa附近，柳州南部地区的强降水也正是出现在这一阶段，其中，柳江区的屯兵村10日21：00的小时雨强达68.1 mm，柳城县的沙浦镇10日22：00出现了52 mm的小时雨强。结合11日02：00 500 hPa（图6c）和低层925 hPa（图5d）涡度平流与风场叠加图可以看到，柳州地区处于正的涡度平流区，且低层正涡度平流值大于南部地区，这也是柳州北部地区降水强度强于南部的原因。

3 预报过程回顾及可预报性分析

首先，回顾第一阶段降水的预报情况：7月20日20：00起报的36 h实效预报未来12 h（8日20：00—9日08：00）累积降雨的多模式（图6a-g）对比可知，全球模式和EC的集合预报均未预报出柳州北部的大暴雨，预报中到大雨量级降水，比实况明显偏弱。相对于模式预报区，气象台对柳州市北部的降水调大了量级，预报暴雨（图6f），但市级订正的城镇预报把量级往下调了（图6g），预报理由是：500 hPa副高维持，柳州市处于副高北侧偏西气流中，贵州、湖南境内为槽后西北气流控制;700、850 hPa一致西南气流、850 hPa切变线位置偏北。低层没有明显辐合形势，高层动力条件相对较弱。

此外，结合华东中尺模式的雷达反射率因子预报（图7），夜间时段柳州北部均没有报出强对流回波，综合分析后只在柳州北部报了阵雨，南部没有预报降水。但实况是融安县国家气象站出现大雨，融水县国家气象站出现暴雨，融水县中部地区出现了大暴雨，柳州市南部没出现降水，柳州南部的降水相比区气象台预报有正订正技巧的。由于第一阶段的降水其局地性较强，属于暖区降水，全球模式对暖区对流的刻画和捕捉能力有限，加上市级预报员对其降水的极端性估计不足，降水强度上出现了较大偏差。

第二、三阶段降水的预报情况：8月20日20：00起报的未来24 h（9日20：00—10日20：00）（图9）和9日20：00起报的未来24 h（10日20：00—11日20：00）（图6）累积降雨的多模式对比可知，各家全球模式和EC的集合预报虽然报出了柳州北部的暴雨，但雨量还是较实况偏弱，均未预报出柳州北部大范围的大暴雨，而且漏报了第三阶段南部的暴雨。

从区气象台指导预报和市级气象台订正的城镇预报来看，2个阶段柳州北部降水量级均预报偏小，区气象台空报了第二阶段柳州南部的暴雨，区气象台和市级气象台均漏报了第三阶段柳州南部的暴雨。

从形势上看，第二阶段500 hPa、700 hPa有小槽东移，850 hPa切变线有所南压且有急流，在第二阶段的降水预报中，市级气象台在强降水的范围预报中北部地区，南部预报中雨，整体把握还是可以。但是，第三阶段市级降水预报是失误的，预报员以为低层切变线北抬了，辐合条件变差，只报了北部大雨，南部小雨，但实况是北部仍有大暴雨，南部出现了暴雨。

总体来看，EC模式预报的形势大体较好，但各家全球模式对降水的量级仍偏弱，尤其针对暖区降水，基本预报不出。市级预报员只抓住了此次过程第二阶段的降水，第一阶段和第三阶段的降水预报结果不太理想，区气象台的指导预报在量级和强降水范围上要好于地市级预报。在今后的预报过程中，地市级预报员要加强对南风气流中暖区降水强度和落区的分析总结;在高空有槽加深发展、低层南风气流加强导致切变线北抬情况下，一定要注意有可能出现全市性的暴雨或局部大暴雨，因为这种形势下水汽、能量、动力条件都不缺。

4 结论

采用常規观测资料、区域自动站资料、欧洲中期天气预报中心开发的时间分辨率1 h，水平分辨率0.25°×0.25°新一代再分析资料ERA5对2020年7月8—11日柳州的连续性暴雨过程进行了分析，主要得到以下结论：

（1）此次过程具有累计雨量大、强降雨区高度重叠、局地雨强大、夜雨特征明显等特点。

（2）副高和高空槽的稳定维持是出现持续性暴雨的天气尺度原因，环境条件非常有利于持续性暴雨的发生;在偏南暖湿气流持续输送的前提下，柳州地区700 hPa以下有西南风急流并伴随风速的脉动;低空和超低空急流输送的暖湿气流不断在柳州地区辐合，为暴雨的产生提供了源源不断的水汽;南风风速在柳州北部地区的辐合致使强降水在柳州北部地区维持。

（3）目前，模式和预报员对有地形影响的南风气流中暖区暴雨的预报存在较大困难，尤其是针对落区和强度的预报。在今后的预报过程中，地市级预报员要加强对南风气流中暖区降水强度和落区的分析总结，在高层有波动、低层偏南气流持续增强的情况下应尤为注意山脉南侧的降水，加强短临监测和预报预警;在高空有槽加深发展、低层南风气流加强导致切变线北抬情况下应注意有可能出现全市范围的暴雨或局部大暴雨，因为在这种形势下，水汽、能量、动力条件都不缺。

参考文献

[1] 陶诗言.中国之暴雨[M].北京：科学出版社，1999.

[2] 陈阳.中国持续性暴雨特征及中东部地区事件异常大尺度环流分析[D].北京：中国气象科学研究院，2013.

[3] 王晓芳，黄丽华，黄治勇.2010年5—6月南方持续性暴雨的成因分析[J].气象， 2011，37（10）：1206-1215.

[4] 胡祖恒，李国平，官昌贵，等.中尺度对流系统影响西南低涡持续性暴雨的诊断分析[J].高原气象，2014，33（1）：116-129.

[5] 刘国忠，赖珍权，钟祥平，等.“15.7”广西超长持续性暴雨过程多尺度特征分析[J].热带气象学报，2017，33（3）：357-367.

[6] 林开平，张诚忠，董良淼，等.广西致洪暴雨过程的要素场演变特征及物理量诊断分析[J].广西气象，2001，22（1）：12-16.

[7] 罗建英，廖胜石，黄归兰，等.2004年7月广西汛期暴雨过程水汽特征[J].气象， 2009，35（8）：61-69.

[8] 蔡悦幸，何慧，陆虹，等.2020年6月广西持续性暴雨的天气气候特征[J].气象研究与应用，2021，42（1）：113-117.

[9] 李勇，覃武，钟利华.广西2012年前汛期3次暴雨过程环流和中尺度特征[J].气象研究与应用，2013，34（2）：31-35.

[10] 陈见，高安宁，唐文.广西超大范围锋面暴雨发生特征及预报方法研究[J].气象研究与应用，2013，34（1）：7-12.

[11] 周能，李生艳.08.6广西连续暴雨的大尺度环流和物理条件分析[J].气象研究与应用，2011，32（4）：23-26.

[12] 蓝柳茹，刘蕾，李亚琴，等.2017年7月广西柳州一次特大暴雨过程成因分析[J].农业灾害研究，2019，9（1）：45-49，68.

[13] 熊英，乔云亭.华南冬春季连续性降水异常的成因分析[J].广东气象，2012，34 （6）：9-13.

[14] 张端禹，郑彬，汪小康，等.2015.华南前汛期持续暴雨环流分型初步研究[J].大气科学学报，38（3）：310-320.

[15] 張端禹，徐明，汪小康，等.华南前汛期持续暴雨环流特征分析[J].暴雨灾害， 2012，31（3）：264-271.

[16] 康志明.2003年淮河流域持续性大暴雨的水汽输送分析[J].气象，2004，30 （2）：20-24.

[17] 周长艳，李跃清，李薇，等.青藏高原东部及邻近地区水汽输送的气候特征[J].高原气象，2005，24（6）：880-888.

[18] 伍志方，蔡景就，林良勋，等.2017年广州“5.7”暖区特大暴雨的中尺度系统和可预报性[J].气象，2018，44（4）：485-499.

[19] 郑永光，陶祖钰，俞小鼎，2017.强对流天气预报的一些基本问题[J].气象， 2017，43（6）：641-652.

责任编辑：黄艳飞

The Analysis of Enviro-nmental Conditions and Model Predictability of Continuous Rainstorm in Liuzhou on July 8—11， 2020

LI Yishuang （Liuzhou Meteorological Bureau， Liuzhou， Guangxi 545001）

Abstract Analysed the characters and reasons of heavy precipitation happened in Liuzhou on July 8—11， 2020， making use of conventional observational data， data from regional automatic weather station， and ERA5 reanalysis （Temporal Resolution： 1 h; horizontal resolution： 0.25°×0.25°）. As a result， the synoptic scale reason of the continuous rainstorm was the stable maintenance of subtropical high and upper trough over the Western Pacific. During the entire process， there was a southwest jet stream with wind speed fluctuation below 700 hPa in Liuzhou area， and the warm and humid air carried by low and ultra-low jet stream continued to converge in Liuzhou area， providing a steady flow of water vapor for the generation of rainstorm. What’s more， the convergence due to the wind speed of south wind in the northern part of Liuzhou， resulted in the continuous heavy precipitation. In the case of the strengthening of southerly airstream at the lower layer， special attention should be paid to the possible heavy precipitation in Yuanbaoshan area， and short-impending and monitor， and prediction and early warming should be beefed up.

Key words Continuous rainstorm; Terrain; Convergence; Model Prediction