广西强天气气候特征及其探空特征物理量分析

赵金彪　黄荣成　梁维亮

摘要 通过统计历年实况资料，得出广西强天气的气候分布特征及其变化规律，然后利用大量样本的探空资料计算有利于强天气发生的特征物理量。结果表明，广西强天气有明显的地域分布特征，主要表现为雷暴南部多、北部少，其中桂东南和沿海地区是雷暴的高发区；冰雹主要出现在北部，桂南降雹少；广西东部和沿海地区为大风频发区；历年龙卷风天气发生次数不多，且集中在涠州岛及沿海地区；强降水呈南北2个高频带。雷暴、降雹和强降水的月变化均具有“单峰型”特征，大风月分布具有“双峰型”特征；强降水主要出现在夜间至次日08：00，大风、雷暴和冰雹天气则主要出现在午后至傍晚；广西强天气发生前在不同地域和不同天气系统影响下的温度层结和不稳定能量等探空特征物理量均有较大差异。

关键词 强天气；气候特征；探空；物理量

中图分类号 S161 文献标识码 A 文章编号 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

广西地处低纬度，丘陵错落，河谷纵横，海拔250 m以上的丘陵地占总面积的65%；北依南岭山脉，西靠云贵高原；北回归线横贯中部，夏季太阳直射天顶，太阳辐射强，热量丰富；南部濒临北部湾，水汽充沛。这些自然地理环境给强对流天气的发生提供了有利的热力条件和水汽条件，每年冰雹、雷雨大风和局地短时暴雨等强对流天气十分活跃[1]，造成严重的经济损失。据近5年的统计，每年仅冰雹和龙卷风造成的直接经济损失已占年平均自然灾害的9.6%，强降水常造成局地山洪、地质灾害，同时带来的城市气象灾害日益频繁，社会对强天气预警和减轻其灾害损失的要求越来越高。

针对广西强对流天气的研究，近年来许多学者也做过大量的工作。如覃卫坚等用小波分析了历年雷雨大风的分布及变化规律，结论表明2006年之后的几年广西将处于多雷区[1]。李向红等对2004年后广西强对流天气的天气形势和雷达产品特征进行统计和分类[2]。强对流天气一般都是由中小尺度天气系统直接产生的，Charles等对造成强对流天气的环境条件、能量参数和动力结构进行深入研究[3-7]。笔者通过统计历年实况资料，得出广西强天气的气候分布特征及其变化规律，然后利用大量样本的探空资料计算有利于强天气发生的特征物理量，为广西强天气的潜势预報提供依据。

1 資料与方法

强天气（severe Weather）包括强对流天气和强降水天气。在此分析的强天气有雷暴、冰雹、大风、龙卷、短时强降水等5类，所用的观测数据从广西气象档案馆提供的A0文件中提取，时段为1951～2012年。其中，短时强降水按1 h降水量25 mm以上进行分级统计，时段为1991～2012年。

选取广西6个探空气象站的常规观测资料，根据强天气的地域分布特点，以百色、河池、桂林等站点代表桂北，南宁、北海、梧州等站代表桂南，逐站进行特征物理量统计分析。

2 强天气的气候统计特征

2.1 地域分布

2.1.1 雷暴日数。由图1a可见，

广西雷暴地域分布特征主要为南部多、北部少；桂东南的玉林、贵港、梧州市的南部地区及沿海的防城港、钦州平均年雷暴日数≥90 d，其中东兴市最高，为103 d，均达到了强雷区的国家标准（年雷暴日数>90 d），桂林市北部山区和河池市北部雷暴日数相对较少，平均年雷暴日数<60 d，但也达到了多雷区的国家标准（年雷暴日数>40 d）；其余地区的年平均雷暴日数在60～90 d。由此可见，广西是雷暴多发区，桂东南和沿海地区地势相对平坦且易受来自海洋上的西南暖湿气团影响，加上海陆地形差异的作用，成为广西雷暴的高发区。

2.1.2 冰雹。图1b显示，广西西北部是冰雹的高发区，各站降雹总次数>20次，其中隆林、乐业、南丹分别达53、46、45次，平均一年降雹1次；东北部是广西另一个冰雹相对多发区，兴安县总降雹次数达31次，其他县市总降雹次数在10～20次；而广西南部降雹次数较少，大部地区总降雹次数在10次以下，平均10年降雹才1次。

2.1.3 大风。由图1c可见，广西东部和沿海地区为大风频发区，大风总日数普遍大于200 d，有3个中心，一是桂东北地区，桂林大风总日数为558 d，年平均约10 d；二是沿海地区，涠州岛、北海分别达1 068和528 d，年平均出现大风天气约20和10 d；第三为桂东南地区，梧州、玉林两市大部地区大风总日数超过300 d，梧州本站达383 d，年平均出现大风日数为7 d。

2.1.4 强降水。

广西强降水分布呈南北2个高频区（图1d）。以1 h降雨量≥25 mm为强降水统计，广西沿海到玉林市南部地区的强降水次数年平均大于8次，其中东兴市是广西强降水次数之最，达20次；北部则以凌云至都安、融安到永福为中心的一条东北—西南向强降水频发区，1 h降雨量≥25 mm的年平均次数在8～10次；广西其他地区的强降水年均大部2～6次。

图1 广西年雷暴日数（a）、总降雹次数（b）、总大风日数（c）和年强降水次数（d）地理分布

2.1.5 龙卷风。广西的龙卷风天气发生次数不多，且集中在涠州岛及沿海地区。自建站记录以来，广西仅观测到龙卷风共90站次，其中涠州岛、北海分别记录42和23次，合浦站也观测到10次。而广西内陆观测到龙卷风的站点并不多，其中南宁、玉林、武鸣等站分别均观测到2次，桂林、忻城、桂平、宜州、博白等站各观测到1次。

2.2 月分布

根据广西89个气象站的历年逐日资料统计，绘制了累年月平均雷暴站数、降雹总站数、大风总站数及强降水总站数的月分布曲线（图2a）。由图2a可见，广西的雷暴、降雹和强降水的月分布均具有“单峰型”的特征，即从1月上升到一定高峰后下降；雷暴主要出现在主汛期（4～9月），高峰期出现在7～8月份，月平均达1 175站次；冰雹从2月份开始明显增多，4月最活跃，月平均达8站数，5月份明显减少，6月份后就极少出现冰雹天气。进入汛期后，1 h降水量≥25 mm的强降雨天气逐月明显增多，6月达到高峰，月平均达148个站数；7～8月缓慢减少，10月份后很少出现强降雨天气。而广西的大风月分布具有“双峰型”的特征，即从1月上升至4月达到高峰后略有下降，又上升至7月份达到

图2 广西强天气月变化（a）和日变化（b）曲线

另一高峰，之后逐步下降；其中，4、7月的大风总站数分别达1 678、2 449次。

2.3 日变化

根据广西各站历年逐日各时段资料统计分析，发现各类强天气活动的日变化比较明显。从图2b可看出，强降水主要出现在夜间至次日08：00，特别是1 h降水量≥50 mm的过程集中在03：00～08：00，07：00～08：00为最频发时段；另外，15：00～20：00也是强降水较频发的时段，其他时段强降水的次数较少。大风、雷暴和冰雹天气则主要出现在午后至傍晚，均占总次数的70%以上，高峰时段则分别出现在15：00、16：00、17：00。另外，08：00是另一个多雷暴、降雹时段。

3 特征物理量分析

由以上分析可知，广西的冰雹、大风等强天气具有明显的地域特征分布，与不同季节的大气环流演变相对应的。观测事实已表明，大尺度环流背景场下的各种中小尺度天气系统相互作用产生的强降水差异非常大[2]。因此，笔者选取了2000～2012年典型的强天气个例，冰雹和大风按地域分类、强降水按主要影响天气系统进行分类，在此基础上利用常规探空资料计算出能反映天气尺度系统结构与大气垂直稳定度综合特征的常用物理因子[8]，并进行对比分析。由表1可看出，2～5月冰雹发生前，一般均具有极其不稳定的温度层结和不稳定能量的积累，其中桂西平均的对流有效位能CAPE为950.5 J/kg、抬升指数LI为-2.7 K、最大上升速度W_CAPE为39.2 m/s，明显比桂东的偏高和偏强；桂西K指数和TT值也比桂东的大。相比较而言，桂西的对流有效位能和抬升条件比桂东更有利于冰雹天气的产生。另外，这一时期桂西北也经常出现雷雨大风，其平均的CAPE、LI、W_CAPE和K指数等探空物理量值与冰雹的物理量统计值大体相当。这是由于在这一时期桂西经常受地面西南暖低压发展影响，下垫面气温明显比桂东偏高，获得更多的不稳定能量积累，遇空气入侵易触发释放形成对流，产生冰雹、雷雨大风等强对流天气。盛夏是广西东部、南部雷雨大风的频发期，其平均的对流有效位能CAPE达1 600.5 J/kg，SI指数<-1.4 K、LI<-3.8 K。

广西强降水的西风带影响系统主要有锋面和低涡两类。4～7月当冷空气南下时易造成锋面强降水过程，其平均的K指数、LI、CAPE分别达38 K、-4.2 K和 1 800.0 J/kg，整层水汽积分IQ为5 700 g/cm2，0 ℃层位势高度ZH达5 000 m。而当中低层有低涡切变系统南移影响时，其统计得到的K指数、CAPE比锋面强降水过程的值高一些，如K指数最高达39 K，对流有效位能CAPE值达2 100 J/kg，整层水汽积分IQ为6 100 g/cm2，最大上升速度W_CAPE为66.3 m/s；因此相比较而言，低涡影响时广西可能伴有更强的对流不稳定能量重建和释放过程，往往比有锋面影响时更容易诱发大范围的强降雨天气，造成洪涝及山体滑坡等次生灾害。而在后汛期（7～10月），广西主要受台风等热带系统影响易造成强降水天气过程，其平均对流有效位能CAPE值达1 900 J/kg，整层水汽积分IQ为5 650 g/cm2，与锋面系统影响时大体相当，但0 ℃层位势高度较高，达5 200 m，K指数较小，为36.5 K。另外，从总能量TT等其他物理特征量的统计结果来看，差别不是很大。

综上所述可知，当有锋面、低涡和台风等天气系统影响时，广西均具有非常有利的中尺度对流环境条件，均有可能造成雷雨大风、短时强降水等强天气的发生，因此，要注意做好以上天气系统的综合图分析，利用卫星云图、多普勒天气雷达[9-10]等技术手段进行跟踪监测，才能提高强天气的预报预警能力，加强防范措施，以减少强天气灾害的损失。

4 结论

（1）广西强天气有明显的地域分布特征，雷暴南部多、北部少，其中桂东南和沿海地區是雷暴的高发区；广西冰雹主要出现在北部，其中桂西北局部年平均降雹可超过1次，而桂南降雹平均10年才1次；广西东部和沿海地区为大风频发区，中心在桂林、梧州、北海等市；历年龙卷风天气发生次数不多，且集中在涠州岛及沿海地区；强降水呈南北2个高频区。

（2）广西的雷暴、降雹和强降水的月变化均具有“单峰型”特征：雷暴高峰期出现在7～8月份；冰雹2月份开始明显增多，4月最活跃；短时强降水6月达到高峰，7～8月缓慢减少。而广西的大风月分布具有“双峰型”的特征，即从1月上升至4月达到高峰后略有下降，又上升至7月份达到另一高峰，之后逐步下降。

（3）广西强天气活动的日变化比较明显，强降水主要出现在夜间至次日08：00；大风、雷暴和冰雹天气则主要出现在午后至傍晚，高峰时段则分别出现在15：00、16：00、17：00。

（4）通过探空特征物理量分析表明，广西在不同地域的