猫儿山突发暴雨灾害成因分析

摘 要：以2017年7月29日广西壮族自治区桂林市兴安县猫儿山致灾大到暴雨为例，讨论分析山区特征的中小尺度的强对流天气特征及成因。阐述了猫儿山概况及2017年7月29日山洪概况，介绍了国外预报产品及国内区、市、县天气预报对此次灾害的相关情况，分析了引发强降水的气象要素和物理量，探讨山洪灾害成因，为今后中小尺度强对流天气预报提供参考。

关键词：山洪；重大灾害；成因分析；强对流

中图分类号：P642.23 文献标志码：B 文章编号：2095–3305（2024）10–0-03

随着全球天气变暖加剧，极端天气事件频发，气象预报工作的重要性日益显现。其中，中小尺度强对流天气的预报工作是重难点。中小尺度强对流天气往往伴随雷暴、大风、冰雹及带有较强的雷暴现象的短时强降水等灾害性天气，易引发泥石流、山洪等次生灾害，对经济社会发展和人民生命财产安全构成威胁[1-3]。

对此，以2017年7月29日广西壮族自治区桂林市兴安县猫儿山致灾大到暴雨为例，探讨导致山洪重大灾害成因，以及中小尺度强对流天气预报中需要考虑的基本问题。

1 猫儿山概况

1.1 山地地形特征

猫儿山位于广西壮族自治区桂林市兴安县西北部，跨兴安、资源2县，面积5.3万hm2。既广西第一峰，也是华南第一峰。猫儿山山体狭长，山峰高峻，气势雄伟，因山顶峰酷似蹲伏的猫儿而得名。猫儿山山脉为漓江、资江的发源地，水能资源丰富。

猫儿山属于越城岭山脉，其西北方为资源县中峰乡，东南方为兴安县华江瑶族乡。两乡之间有断裂带分隔（断裂带分界就是一条沟）。猫儿山山上分布着密集的大小沟壑，沟壑又有众多个分支。其山脉在越城岭的中支，与东支（越城岭的主干）、西侧支都有沟壑作分界线。猫儿山山峰众多，海拔＞2 000 m的山峰有10座，海拔＞1 000 m的山峰有68座。

1.2 气候特征

猫儿山山地气候特征明显，随着海拔的变化，各气象要素发生明显变化。

统计了2006—2024年兴安县部分自动气象站平均气温、最高气温、雨量的相关数据，如表1所示。2006—2024兴安华江水厂（海拔280 m）年平均温度为17.8 ℃，兴安猫儿山东南侧海拔1 250 m处的自动气象站年平均温度为13.6 ℃，两者相差4.2 ℃；兴安猫儿山东南侧海拔1 600 m处的年平均温度为12.8 ℃，比华江水厂低5 ℃，最高气温（32.4 ℃）比华江水厂最高气温（38.8 ℃）低6.2 ℃。

综上所述，在没有逆温层出现情况下，猫儿山气温从山脚向山顶递减；同一时间段，猫儿山不同高度的相对湿度存在较大差异。

表1" 2006—2024年兴安县部分自动气象站平均气温、最高气温、雨量实况统计

站名 站号 平均气温/℃ 最高气温/℃ 累计降水量/mm

兴安 57955 18.8 39.4 3 4972.4

兴安华江水厂 N3004 17.8 38.8 4 1221.6

兴安严关 N3544 18.4 40.8 2 9376.5

兴安猫儿山东南侧海拔1 250 m N3554 13.6 34.6 3 9558.2

兴安猫儿山东南侧海拔1 600 m N3584 12.8 32.4 4 4277.8

2 猫儿山2017年7月29日山洪概况

2.1 山洪灾害情况

2017年7月29日14：00左右，兴安县猫儿山局地出现了短时强降雨，造成华江乡同仁村委大竹坪村河水迅速上涨，猫儿山局地突发山洪。该县自行户外徒步人员26人被困，4人被洪水冲走且因溺水死亡。此次山洪灾害造成直接经济损失20万元，其中家庭财产损失20万元。

2.2 降水情况

据兴安县自动气象站监测：2017年7月29日13：00

～15：00，兴安县猫儿山局地出现了短时强降雨。猫儿山区域自动站雨量记录显示：13：00～15：00，猫儿山海拔1 995 m处的降水量为28.9 mm；13：00的小时降水

量为0.1 mm（小雨量级），14：00的小时降水量为13.3 mm

（大雨量级）、15：00的小时降水量为15.5 mm（暴雨量级）。

2.3 天气形势

2017年7月29日，兴安县受副热带高压边缘不稳定气流影响，500 hPa副热带高压与大陆高压合并；7月29—31日，850 hPa广西地区受偏北气流控制。

3 国外预报产品及国内区、市、县天气预报

（1）日本数值预报、欧洲细网格、上海预报模式等各类预报模式预报结论：桂林全市多云，局部地区有阵雨。

（2）广西壮族自治区气象台于2017年7月28日12：00、

7月29日12：00发布高温黄色预警信号。桂林市气象台、兴安县气象台于2017年7月23—29日，每日发布高温橙色预警信号，发布高温橙色预警信号与天气实况相符合，预警正确。以上3家气象台天气预报结论：2017年7月29—31日，兴安县多云，局部地区有雷阵雨天气。天气预报与天气实况对比一致。

4 引发较强降水的基本因素

4.1 气温

2017年7月27—29日，兴安县各乡镇最高气温为29.7

～40.6 ℃。其中，猫儿山一带最高气温为29.7～38.2 ℃。全县多日处于高温热浪状态，空气团包含有较大的扰动能量。

4.2 湿度

降水的本质是大气中的水汽被凝结。降水量的大小与大气中水汽的含量、凝结效率和持续的时间有关。分析大气中的水汽状况，包括水汽含量的分布和水汽的输送量。一般情况下，空气中水汽含量多少用相对湿度大小来表示。相对湿度实质上是温度露点差（T-Td）的另一种表述。当空气中的水汽达到完全饱和时，湿度露点差为零，相对湿度为100%。而这种水汽饱和可以理解为当温度下降到与露点温度相等时，空气中水汽达到完全饱和[4-7]。

根据相关气象站数据显示，2017年7月27—29日，

兴安县各乡镇相对湿度较大，最大相对湿度在87%～

90%时易引发降水。

4.3 风速

2017年7月27—29日，兴安县各乡镇的风速均较大，最大风速在3.9～7.2 m/s，风向大部分为南风，少部分吹北风。7月29日，猫儿山1 995 m处吹东南风，与7月28日08：00相比，风速较大。这给水汽的输送提供了有利的条件。

5 对桂林市高空探测图的相关物理量分析

5.1 假相当位温

假相当位温（θse）是指湿空气通过假绝热过程将其水汽全部凝结降落后所具有的位温。在假相当位温中，不仅考虑了气压对温度的影响，还考虑了水汽的凝结和蒸发对温度的影响。它实际上是包括温度、气压、湿度的一个综合物理量，也是一个保守量（即在假绝热过程中，假相当位温的值保持不变，只取决于空气块的初始状态）[8-9]。

根据图1可知，2017年7月28—29日，各层的假相当位温数值均为正值。从地表到高空的假相当位温数值呈垂直递减状态，即递减率＜0，表明气团具有不稳定性，由此可以判断猫儿山低空气团处于高温高湿不稳定的状态。

a.7月28日07：15；b.7月28日19：15；c.7月29日07：15；d.7月29日19：15

图1" 2017年7月28—29日桂林市高空探测

5.2 K指数

K指数为气团指数，K=（T850-T500）+（Td）850-（T-Td）700。其中，T为温度，Td为露点。K值的大小反映对流层中下层（700～850 hPa）的湿度廓线，湿度越大，K值越大，气团越不稳定[10]。

根据桂林市高空站资料，2017年7月28—29日，K指数分别为39.1、36.2、38.4、40.3，K值较大。由此可判断桂林地区上空中下层强对流潜势较大，出现大到暴雨的可能性较大。

5.3 沙氏指数

沙氏指数（SI）等于T500-TS，其中，T500是指500 hPa的实际温度，TS指气块。沙氏指数是指850 hPa的保守气块被抬升到500 hPa时，与环境温度的差异。其可判断对流层中层850～500 hPa中是否存在热力不稳定层结。沙氏指数与对流有效位能（Convective Available Potential Energy，CAPE）有较好的正相关，与自由对流高度以上的浮力大小正相关。沙氏指数越小所表示出来的不稳定性越强。

2017年7月28—29日，沙氏指数分别为：-3.1、1.7、1.3，沙氏指数较小。由此可判断桂林地区上空中层存在热力不稳定层结，强对流潜势较大，出现大到暴雨的可能性较大。

6 兴安县57955站各气象要素的分析

（1）气温。2017年7月25—29日，兴安县平均气温为30.2～30.6 ℃，日平均气温为30.2～31.2 ℃。日最高气温为35.3～38.0 ℃。在此期间，全县5天处于高温状态。

（2）水汽压。2017年7月25—29日，兴安县平均水汽压为29.5～30.3 hPa，日平均水汽压为30.3～30.5 hPa，

水汽压大，空气中所能容纳的水汽含量较多。

（3）本站气压。日最高气压与日最低气压之差为3.2～5.5 hPa。日气压波动较大，气压差值引起气流向低压定向运动，气流运动使大气中的水分与热量重新分配，从而引起强降水发生。

7 结论

（1）气旋、冷锋、低压槽、切变线等系统均可触发强对流天气，但在2017年7月28—29日强对流天气中，以上天气系统对猫儿山影响较小。同时，57957高空探测图、57955地面站各气象要素的分析对预报猫儿山大到暴雨预报贡献较大，有探讨和研究价值。

（2）山区强对流天气的形成是一个非常复杂的过程。山区小尺度强对流天气系统酝酿、发生、发展，消亡的物理过程受大天气尺度的影响较大，但是在没有气旋、冷锋、低压槽、切变线等大天气系统直接影响时，山区仍然可能触发大到暴雨的强对流天气。

（3）此次强对流天气的发生有以下几个基本条件：不稳定层结，垂直风切变，初始的抬升触发机制和适当的水汽补充条件。这些基本条件的形成既可能是由天气尺度系统的演变而形成，亦可能是局地中小尺度环流演变而形成。

（4）在猫儿山中同样的阳光强度照射下，山区垫面质量不同，温度相差较大，使得山区冷暖气团温度差异明显。低层的水汽受山体形状影响导致流场的水平辐合，辐合区产生向上运动，空气中水汽发生凝结，从而出现较强降水天气。

（5）2017年7月29日猫儿山突发暴雨导致山洪暴发，

由于山体遮挡，当天广西桂林、柳州，以及湖南永州雷达回波没有观测到强回波，因此在天气监测时不能用常用的云顶亮温或者雷达回波顶的强度和高度来判断是否发生了强对流过程。除了猫儿山有大到暴雨，兴安县大部分自动气象雨量站无雨。

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收稿日期：2024-07-12

作者简介：卢春英（1970—），女，广西马山人，高级工程师，研究方向为天气预报。