持续性暴雨又称连续性暴雨，是一区域持续出现≥2 d暴雨天气，由于降雨时间长、总量大，往往造成严重的灾害，我国的持续性暴雨多发生在江南、华南及西南地区等。广西是华南地区持续性暴雨的多发区，由于复杂的地形、地貌，持续性暴雨会造成严重的山体滑坡、泥石流等次生灾害，带来重大人员伤亡和财产损失。气象工作者一直重视持续性暴雨的研究，鲍名^[1]、雷雨顺^[2]分析获得了我国持续性暴雨的特征及其大尺度环流背景，江吉喜等^[3]分析了我国南方持续性暴雨成因的TBB场。还有其他学者^[4-16]在区域性的持续性暴雨环流特征、要素场特征、数值模拟等方面对持续性暴雨成因进行了探讨。林爱兰等^[17]、刘国忠等^[18]利用概念模型结合配料法对持续性暴雨预报进行了尝试。以上研究取得了持续性暴雨成因和预报方面有意义的成果，但以往的研究由于受资料或技术限制，主要是对持续性暴雨的单一尺度方面分析较多，随着人们对精细化预报要求的不断提高，利用更加精细化的常规和非常规资料对持续性暴雨的成因进行分析研究^[19]有着十分重要的现实意义。

按照广西预报业务规定，广西区域性暴雨定义为≥10站的国家站24 h雨量≥50 mm，区域持续性暴雨定义为≥2 d出现区域性暴雨。由于持续性暴雨的发生是多尺度天气系统相互作用的复杂问题，本文利用中国气象局业务系统Micaps提供的常规观测及物理量场资料、地面中尺度自动站观测资料、FY系列卫星TBB资料、广西8部多普勒雷达探测及拼图资料、一天4次水平分辨率为1 °×1 °的NCEP/NCAR再分析资料等多源气象资料，应用天气学及动力学、卫星气象学、雷达气象学等多学科知识提供的诊断分析方法，对2015年7月22日—8月1日持续性暴雨过程的大尺度环流背景及天气尺度、中小尺度天气系统等多尺度特征分析，从多视角探讨持续性暴雨的成因，揭示一些新的事实，为这类暴雨的预报提供参考依据。

2015年7月22日—8月1日广西出现了一场历史罕见连续10日的持续性暴雨天气过程。广西大部地区过程降雨量（图 1a）在100 mm以上，其中沿海地区降雨量超过500 mm，最大降雨量出现在东兴，达1 126.5 mm。全区平均降雨量达197.3 mm，居1951年来同期第二，是1982年来同期最多。按24 h(20—20时)(北京时间，下同)雨量计，全区共出现暴雨78站次，大暴雨19站次，特大暴雨2站次，其中23—28日连续6 d逐日国家气象站暴雨站数都在10站以上(图 1b)，为长时间区域持续性暴雨，是近50年广西区域持续性暴雨最长的过程，与1994年持平。此次持续性暴雨的小时雨强大多在30~60 mm/h，最大雨强出现在东兴，为88 mm/h。分析可见，此次降雨具有持续时间特别长、范围广、总雨量大、局地短时降雨强等特点，在广西历史上十分罕见。

图 1

图 1 2015年7月22日20时—8日1日20时广西总降雨量(a，单位：mm)、逐日暴雨站数(b，单位：站)

此次暴雨发生前(图 2a)，副热带地区200 hPa为带状高压环流，分布于非洲北部到西太平洋广大地区，高压带中有多个小高压中心。暴雨开始后(图 2b)，位于伊朗高原附近高压脊向北和向东发展，形成从伊朗高原到中亚至我国新疆及西藏地区的强大高压脊；位于中南半岛北部的高压脊向东发展，形成从中南半岛到我国中东部至西太平洋的另一高压脊；南亚高压双体型结构建立，呈西部型，据以前的研究表明此时强降雨带位置容易出现在我国南方^[20]。双体之间的副热带长波槽位于我国中东部地区偏北的位置，由于西脊向北发展致使长波槽的经向环流加大，有利于引导冷空气从脊前槽后南下影响广西和长波槽前高空西南急流的建立、维持及南伸。高空西南急流(≥30 m/s)轴位于华中至华东一带，广西位于急流入口的右后侧及东部脊附近，高空为强辐散场，这样的形势稳定维持且缓慢发展，副热带长波槽向南延伸至30 °N以南，在向南引导冷空气的同时使高空西南急流在华中至华东一带得以长时间维持（图 2c)。随着南亚高压西脊的缓慢发展东扩，双体结构破坏(图 2d)，7月31日高压控制我国大部地区，脊线北跳至35 °N附近，广西降雨结束，整个强降雨过程经历了一次南亚高压双体型构建、维持及演变过程(从西向东振荡过程^[20])。

图 2

图 2 2015年7月南亚高压双体型构建过程中200 hPa高度场 a. 19日20时；b. 22日20时；c. 24日20时；d. 31日20时。“▲”标注为广西。单位：dagpm。

2014年5月进入El Niño状态，10月达到事件标准，一直持续发展进入2015年。受其影响，7月后，西太平洋副高强度偏强，位置偏西、偏南，中心位于日本以南30 °N附近洋面上，西脊线位于20 °N以南地区，588 dagpm线位于东南到华南沿海一带，呈东北-西南走向，广西处于副高西北侧。与此同时，对流层上部的南亚高压发展旺盛向下延伸，500 hPa过渡层^[20]在新疆至青藏高原为强大大陆高压，与副高构成稳定的对峙关系，两高之间为从中高纬度延伸到低纬度的低槽区，副高与低槽区在华南西部形成了对广西强降雨发生极为有利的东高西低的环流形势(图 3a)，这一环流形势符合鲍名^[1]提出的南方锋面型持续性暴雨华南型的大尺度环流背景特征，在此环流形势下，强大的大陆高压致使大气经向度加大，有利于引导槽后脊前北方冷空气南下，副高强度偏强、位置偏西、偏南有利于暖湿气流向广西输送，使冷暖空气在广西交汇。26日后，大陆高压和副高继续加强相向而行，28日(图 3b)在我国北方地区打通，形成高压坝，阻止冷空气南下，广西处于副高西南侧，降雨形势发生了变化，这一时期的环流特征基本符合鲍名^[1]提出的华南低压型，即热带低压(包括台风)型。以往讨论的持续性暴雨是其中一种类型产生的持续性暴雨，这次持续性暴雨具有两种类型相结合产生的特点，因而维持的时间更长。随着副高的继续加强西移，1日后副高控制广西。

图 3

图 3 2015年7月500 hPa形势场演变 a. 24日08时；b. 28日20时。“▲”标注为广西。单位：dagpm。

南海季风于2015年5月第5候爆发，索马里越赤道气流和赤道印度洋西风明显增强，从索马里经赤道印度洋、孟加拉湾、中南半岛至南海北部地区的西南暖湿水汽通道建立，南海地区对流活动也明显活跃。不断增强的西南风将热带海洋丰沛的热量和水汽不断地向东亚大陆输送，季风雨带随之从南海向我国中东部地区推进。从中南半岛至华南中东部维持风速≥12 m/s的中低空西南风急流，为华南地区提供了丰富的水汽和能量条件。华南中东部中低空西南急流的长期维持对持续性暴雨产生起到了关键作用(图 4)。

图 4

图 4 7月24日08时850 hPa风场 单位：m/s，阴影为≥8 m/s的风速，“▲”标注为广西。

持续性暴雨的发生除了要有稳定维持的大尺度环流背景，还要有高中低层、高中低纬及上下游天气系统的相互配置。

22—23日(图 5a)，受分裂移出的高空槽东南移、引导地面冷锋和850 hPa切变线的影响，在各种天气系统有利配置下，锋面及其附近的桂西北总体地势为云贵高原下坡及地面喇叭口地形(图略)辐合处出现了近东西向的锋面及其附近暴雨带，低空急流与六万大山、大容山地形(图略)辐合区的桂东南出现了西南-东北向的暖区暴雨带。24日后，锋面东南移减弱消失，受稳定维持的副高阻挡，高空槽东南移在广西中东部一带滞留，由于500 hPa青藏高原上大陆高压与副高的稳定对峙使广西中东部槽一直维持到26日，在高空槽和低层西南低空急流作用下，槽前桂东一带稳定维持了西南-东北向的强雨带(图略)。此时期，广西高空位于200 hPa急流入口的右后侧及南亚高压东部脊附近，为强辐散场(图 6a)，形成了高层辐散、低空辐合的有利配置。

图 5

图 5 7月主要降雨阶段天气形势配置及强降雨带特征 阴影为主要强降雨带。a. 23日20时；b. 28日08时。

图 6

图 6 7月200 hPa散度场 单位：10-5 s-1。a. 23日02时；b. 27日14时。

26日以后(图 5b)，随着高空槽的东移北收，影响广西的冷空气势力迅速减弱变性，广西中低层转为一致的偏南气流控制，同时副高在长江中下游加强西伸、华南以南减弱东退，在30 °N附近形成西伸脊线，588 dagpm线由东北-西南走向转变为从华南东部到华中一带的南北走向，副高转变为向广西地区西南开口的马蹄型高压坝，阻断了冷空气到达广西地区，中低空西南急流受阻于高压坝，在广西形成了类似热带气旋的涡旋，副高西南侧东南气流的并入加大了偏南风分量，增强了涡旋，同时在南海北部到桂东南形成了由西南风和东南风辐合生成的东南-西北向的季风槽^[20]，为暴雨提供了更充足的水汽和动力条件，暴雨发生在涡旋东侧和南侧、季风槽和低空急流轴附近存在海陆差异的广西沿海地区，200 hPa广西高空位于向东南开口的南亚高压坝偏南位置气流分流区附近，为强辐散场(图 6b)，同样形成了高层辐散、低空辐合的有利配置。此外，由于大陆青藏高压的阻挡作用，副高西移缓慢，至8月1日，广西区域才被副高控制，降雨结束。

暴雨期间，水汽通量方面，400 hPa以上层水汽通量值很小，一般＜0.05×10^-5 g/(s·cm·hPa)，较大水汽通量主要在500 hPa以下层。500 hPa以下层在孟加拉湾、中南半岛、南海北部通常都有水汽通量大值中心，向广西一侧为明显的水汽通量脊，来自孟加拉湾、中南半岛、南海北部的水汽通道建立，南海北部水汽通量中心值最大，通常中心值＞0.2×10^-5 g/(s·cm·hPa)，850 hPa以下层水汽通量值明显大于其他层，可见水汽输送主要来源于南海低层大气，暴雨区出现在脊区顶端的水汽通量梯度最大处(图略)。从比湿看，暴雨区700 hPa以下层比湿＞10 g/kg，850 hPa、925 hPa、1 000 hPa比湿分别＞15 g/kg、＞18 g/kg、＞19 g/kg，大气中水汽含量十分充沛。从水汽通量散度看，23日02时沿着东西向通过暴雨中心的水汽通量散度剖面，700 hPa以下层为负值，水汽辐合，850~925 hPa有＜-2×10^-5 g/(s·cm·hPa)的最大辐合中心(图 7a)。27日02时沿着南北向通过暴雨中心的水汽通量散度剖面，整层大气基本为负值，均为水汽辐合，925 hPa有＜-12×10^-5 g/(s·cm·hPa)的最大辐合中心(图 7b)，后期水汽辐合更强，因此降雨更大。

图 7

图 7 7月水汽通量散度剖面特征 单位：×10-5 g/(s·cm·hPa)，“ ”标注为强降雨位置。a. 23日02时；b. 27日02时。

从垂直速度场上看，沿着暴雨中心的垂直速度剖面，两阶段都表现为整层的负值，23日02时(图 8a)整层大气垂直速度＜-20 hPa/s，450~250 hPa有＜-100 hPa/s的最大负速度中心，27日02时(图 8b)800~600 hPa有中心值＜-140 hPa/s的最大负速度中心，强降雨发生在负垂直速度最大值附近，第二阶段的上升速度要大于第一阶段，降雨强度更大。整层大气上升运动为暴雨产生提供了有利的触发机制。

图 8

图 8 7月垂直速度剖面特征 单位：hPa/s，“ ”标注为强降雨位置。a. 23日02时；b. 27日02时。

由于西南季风作用，高温、高湿大气的向北输送，使得广西低层大气θ_se＞80 ℃，中层500 hPa附近为70 ℃左右相对低值区，广西为强的对流性不稳定区(图 9)。从CAPE可以看出，在暴雨发生前CAPE迅速增加为＞1 000 J/kg，大气条件不稳定能量增加。此时，大气既是条件性不稳定又是对流性不稳定的，不稳定能量的累积为中尺度对流产生提供了动力条件。

图 9

图 9 7月假相当位温剖面特征 单位：℃，“ ”标注为强降雨位置。a. 23日02时；b. 27日02时。

暴雨是在有利大尺度环流背景和天气系统配置下，由中小尺度对流系统直接造成的。前面分析了此次暴雨过程发生的有利大尺度环流背景和天气系统配置，下面利用中尺度地面自动站资料、卫星资料和雷达资料，分析造成此次持续性暴雨过程的中小尺度对流云团、雨团、雷达回波的特征，并探讨地面中尺度辐合系统对持续性暴雨形成的作用。该次持续性暴雨经历了锋前暖区、锋面、高空槽维持加强、季风槽与涡旋等四个暴雨阶段。

在持续性暴雨发生前，由于受季风爆发的高温、高湿不稳定西南气流影响，广西多出现南北移的午后对流天气。7月22日20时，在高空槽引导下，850 hPa切变线到达贵州中部，地面锋面到达黔桂交界一带，东西向带状云带在南移过程中在贵州中西部到桂西北一带发展成MCC云团(图 10a)，在锋面南侧(暖区)、MCC南部边沿TBB梯度大值区有强的偏北风与弱的东南风的地面中尺度辐合线(图 11a)，在辐合线附近或南侧有最大CR≥45 dBz积云发展组织成的弓型雷达回波(图 12a)，弓型回波后为大片层状云回波区，与弓型回波相对应的桂西北出现最大小时雨强值(图 13a)为30~50 mm/h的雨带。随着天气系统加强缓慢东南移，21日30分MCC云团(图略)发展到最强，地面中尺度辐合线(图略)仍为强偏北风与弱的东南风辐合，弓型最强雷达回波(图略)稍有增强，最大小时雨强值(图略)增大至30~70 mm/h。此后，MCC东南移椭圆型云团(图 10b)特征维持到23日05时，移动过程中TBB增高，云团强度有所减弱，地面中尺度辐合线(图 11b)逐渐转为其南北两侧大片弱的西风或西北风与大片弱的偏南风辐合，辐合组织性较好，但强度有所减弱，在辐合线附近或北侧有由紧凑排列的积云转为积云层状云混合型最大CR≥45 dBz组成的弓型雷达回波(图 12b)，积云对流呈现为珍珠链上镶嵌的珍珠，不连续的最大小时雨强值(图 13b)维持在30~70 mm/h，降雨局地性增强，强降雨有逐渐靠近锋面之势。此阶段为锋前暖区降雨，锋前地面中尺度辐合线系统性组织较好，前期强降雨落区位于锋前、中尺度辐合线附近或南侧，后期强降雨落区位于锋前、中尺度辐合线附近或北侧，对流性降雨特征明显。降雨发生在MCC云团形成到减弱的结构完整期，强降雨位于MCC南部边沿TBB梯度大值区。强雷达回波具有弓型特征。地面中尺度辐合线与强雷达回波、强降雨带走向均呈一致的弓型结构。

图 10

图 10 7月FY2F气象卫星TBB演变特征 a. 22日20时30分；b. 23日04时30分；c. 23日08时30分；d. 23日12时30分；e. 24日02时30分；f. 26日20时30分。

图 11

图 11 7月地面中尺度自动站观测风场及辐合线或涡旋环流 a. 22日20时；b. 23日04时；c. 23日08时；d. 23日12时；e. 24日02时；f. 26日20时。

图 12

图 12 7月广西多普勒雷达组合反射率拼图演变 a. 22日20时；b. 23日04时；c. 23日08时；d. 23日12时；e. 24日02时；f. 26日20时。

图 13

图 13 7月地面中尺度自动站观测雨团值演变 a. 22日21时；b. 23日05时；c. 23日08时；d. 23日13时；e. 24日03时；f. 26日20时。

23日06—11时，MCC云团(图 10c)减弱向带状云带过渡，地面中尺度辐合线(图 11c)转为其两侧附近较为零乱的弱的偏北风与弱的偏南风辐合，辐合组织性变差，强度进一步减弱，雷达回波(图 12c)减弱为大片东北至西南向的层状云回波，强雷达回波由弓型演变为直线型，其中存在小块、分散最大CR值≤45 dBz的积云对流回波，最大小时雨强值(图 13c)减小为20~40 mm/h，辐合线走向(弧线)与强雷达回波或强降雨走向(直线)不一致，锋面与地面中尺度辐合线位置趋于重合，强降雨落区位于锋面附近，转为锋面降雨。23日12时后，当锋面东南移到桂东南一带，更靠近低空急流轴，由于低空急流动力作用和午后太阳辐射热力作用增强，带状云带(图 10d)迅速增强，地面中尺度辐合线(图 11d)两侧附近加强为强西北风与强偏南风辐合，辐合组织性得以加强，辐合强度增强，层状云雷达回波(图 12d)前沿对流性强回波迅速发展起来，最大CR≥50 dBz，最大小时雨强值(图 13d)增大至40~80 mm/h，辐合线走向与强雷达回波或强降雨走向(直线)又变为一致。此阶段为锋面降雨，强降雨落区位于锋面和地面中尺度辐合线附近，前期地面中尺度辐合线组织性差、强度弱、雨强小，以稳定的层状云降雨为主，后期地面中尺度辐合线组织性得以加强，雨强增强，对流性降雨特征加强。强雷达回波具有直线型特征，地面中尺度辐合线与强雷达回波、强降雨带走向前期不一致，后期呈基本一致的直线型结构。

在锋前暖区和锋面降雨期间，强雷达回波区始终保持着西南-东北走向，由于环境风场为西南风，雷达单体移动以西南向东北移为主，列车效应明显，降雨叠加，累积降雨量大。

23日傍晚后，锋面东南移逐渐减弱消失，受稳定维持的副高阻挡，高空槽东南移在广西中东部一带停滞，后维持加强，高空槽云系(图 10e)得以发展，可以看到槽前有最大CR≥50 dBz直线型强雷达回波和局地的强回波(图 12e)，最大小时雨强值(图 13e)为30~50 mm/h，在与强雷达回波相对应的位置同样存在地面中尺度辐合线(图 11e)，由于500 hPa位于青藏高原的大陆高压与副高的稳定对峙使高空槽直线型云系一直维持到26日，维持约60 h。

此后，由于大气环流背景调整，类似热带气旋的涡旋环流形成，与季风槽的相互作用，在广西沿海至桂东南地区形成季风涡旋云系(图 10f)，地面激发出中β尺度的低涡系统(图 11f)，雷达回波(图 12f)为涡旋结构的层状云夹杂少量、小块的最大CR≥45 dBz的对流云回波，且回波停滞，中尺度雨团值(图 13f)为30~50 mm/h、局地达80 mm/h，强降雨位于云团增强区。这样的稳定系统一直维持约6 d，强降雨也维持了6 d，到8月1日强降雨才趋于结束，造成东兴站雨量达1 126.5 mm。该阶段具有降雨集中，雨强强，降雨稳定，维持时间长，总降雨量大等热带季风云团降雨特征。

值得一提的是，在影响系统无较大差别的情况下，地形与天气系统有利配置处容易引起强降雨天气。此次强降雨的落区有明显的地域特征，强降雨区主要有：桂西北暴雨区、北部湾沿岸暴雨区、桂西南暴雨区、桂东南暴雨区以及其他零散的暴雨点。

桂西北地处高海拔的云贵高原向低海拔两广丘陵过渡带，高空槽下坡加深，近地层偏南风在东南开口的喇叭型地形处辐合，造成了该地强降雨。季风槽与涡旋相互作用下，北部湾沿岸和桂东南分别处于低涡的南侧和东侧，受海陆分布差异、海南岛的海岛绕流及十万大山地形抬升作用，水汽在北部湾沿岸强烈辐合，造成了该地特别大的强降雨。受六万大山、大容山及四方岭近东西向地形对偏南急流的阻挡抬升作用，造成了桂东南及桂西南的强降雨。此外，在距离主要天气系统较远的圣堂山特殊地形附近的金秀等地也出现了强降雨点。

利用多源气象资料，通过综合诊断分析方法，对持续性暴雨过程的多尺度特征进行分析，揭示了一些新的事实，获得一些有意义的结论。

(1) 南亚高压双体型结构建立，副热带长波槽南伸至我国中东部地区维持；El Niño状态下，西太平洋副高强度偏强，位置偏西、偏南，南亚高压过渡层大陆高压与副高稳定对峙；环流形势先后符合华南锋面型和热带低压型等是持续性暴雨发生的大尺度环流背景，稳定的大尺度环流形势是暴雨持续发生的必要条件。季风爆发，华南中东部维持低空西南风急流，对持续性暴雨起重要作用。

(2) 引起持续性暴雨的主要天气系统有高空槽、切变线、冷锋、低空急流、季风槽及低涡等多天气系统，既有中高纬度天气系统，也有低纬度天气系统，是多天气系统相互复杂作用的结果。

(3) 持续性暴雨大致经历了锋前暖区、锋面、高空槽加强和季风槽与低涡等四个暴雨阶段，各暴雨阶段具有不同的中尺度特征。锋前暖区暴雨发生在MCC云团形成到减弱期，地面中尺度辐合线组织性好，雷达强回波呈弓型结构，对流性强；锋面暴雨为MCC减弱的带状云带，地面中尺度辐合线组织性转差，雷达强回波为弓型向直线型转换，对流性减弱；锋前暖区和锋面暴雨均位于云团或云带南部边沿TBB梯度大值区。高空槽加强暴雨为直线型云系和雷达回波增强；季风槽与低涡暴雨为增强的涡旋型云系和雷达强回波；高空槽加强和季风槽与低涡暴雨位于TBB增强区。根据不同暴雨阶段的降雨特征可以采取不同的预警及服务策略。

(4) 在天气系统影响无明显差别的情况下，暴雨发生在桂西北、沿海及桂东南等地的地形与天气系统有利配置处，地形助推暴雨作用十分明显。因此，在预报中尤其关注天气系统和地形相互作用的分析。

在实际业务中，做好持续性暴雨发生的各尺度特征的诊断分析，对提高持续性暴雨的预报、预警和服务水平有现实意义。