引言

近年来，全球气候变暖导致大气环流异常，极端降水事件时有发生，强降水造成的经济和财产损失越来越大。对于暴雨或强降水的成因，国内许多学者从大尺度环流形势(陈翔翔等，2012；孔期和林建，2017)、环境参数(辜旭赞等，2014；张云惠等，2018)及中小尺度系统特征(夏茹娣和赵思雄，2009；刘雯等，2017；郭楠楠等，2019)等方面作了大量研究，得到较多有价值的成果，但对广西桂林短时间内连续发生的多次强降水对比研究较少。桂林位于广西东北部及25°N左右，属中亚热带季风气候，主汛期4—7月主要受西风带系统影响，偶受台风低压西移影响，地势北高南低，湘桂走廊贯穿其中，成为冷暖气流的主要通道。由于特殊的地理位置及复杂的地形，桂林是广西三大暴雨中心之一，其主要暴雨类型为锋面暴雨，其次为低涡暴雨和暖区暴雨，台风暴雨相对较少。暴雨也是桂林地区主要灾害性天气之一，如2008年6月11—12日广西东北部大暴雨过程，暴雨中心在桂林市，共62个乡镇雨量超过250 mm，永福县城累积雨量达413.3 mm，桂林市区、灵川县分别突破有气象记录以来6月日雨量和历年日雨量极值，大暴雨造成罕见高洪水位，导致桂林中南部阳朔县等洪水泛滥成灾，水漫阳朔城西街，平乐县城最大水深2~3 m，除漓江外，分布在西南、东北方向的洛清江、湘江等河流也出现新中国以来罕见大洪水，大暴雨造成广西600.15万人受灾，直接经济损失21.3亿元。再如，2017年7月1—2日，桂林市出现大暴雨，当地240个自动站中有167站雨量超过100 mm，20站超过250 mm，其中永福县罗锦镇1日21时(北京时，下同)—2日09时12 h累积雨量达603.9 mm，突破自1951年广西有气象记录以来12 h累积降水极值，导致多县塌方、道路中断，造成全市15县区洪涝灾害，因灾死亡多人，直接经济损失26.3亿万元。多年来，气象工作者对华南和广西地区暴雨从其形成的环境条件与热力、动力、水汽特征等方面进行了大量研究。孙莹等(2011)将雷达回波与天气系统相结合建立了桂林短时暴雨概念模型。高安宁等(2013)分析广西低涡暴雨成因指出，发展深厚且伴有强西南低空急流的过程有利于强降水。赵金彪等(2010)分析暖区暴雨形成机制时强调，高空急流稳定维持与低空急流持续加强是暖区暴雨发生发展的动力机制。陈见等(2012)统计显示广西超大范围锋面暴雨落区最大频数位于桂北。李向红等(2015)分析指出，孟加拉湾旺盛对流对广西连续暴雨有2~3 d的前兆增温信号。黄明策等(2010)分析揭示了MCS、低空急流、地形对广西特大暴雨的作用机制。孙健等(2002)研究证实了南岭山脉等对冷暖气流的阻挡对形成华南强降水有重要作用。伍志方等(2018)研究广东弱风场环境下暖区特大暴雨中尺度系统触发机制指出，加强的温度梯度及地面风场辐合可能是局地强降水的重要触发因子。另外，国内也有不少专家在极端强降水研究方面取得重要进展(杨春等，2009；陈贵川等，2013；杨玮等，2017；张家国等，2018；曾智琳等，2018)，主要结论包括:极端强降水发生在MCC冷云中心云顶亮温(TBB)最低值处，强降水具有低空西南急流、比湿、垂直速度异常偏强及环流异常特征；锋面气旋、西南涡切变是极端强降水的主要影响系统；极端强降水具有冷池持续抬升机制、对流雨带合并、后向传播、列车效应等特征。这些研究结论为提高极端强降水发生规律认识提供了新的思路。

2019年前汛期广西东北部暴雨频发，在前期多雨基础上，6月6—12日桂林市相继出现大暴雨，累积雨量达400~600 mm，局地达700 mm以上，过程累积雨量、日雨量与小时雨量均表现出极端性，造成严重洪涝灾害，给人民群众生命财产造成重大损失。与广西以往单次或连续强降水不同，当年6月一周内出现3次强降水，且暴雨中心迭加在广西东北部的桂林附近，实属罕见。那么，这3次强降水过程是在怎样的环流背景下产生的、影响系统是什么？强降水环境场与动力机制有何特点？造成各次暴雨的中尺度系统如何发展？针对以上问题，本文利用常规观测资料、卫星云图、雷达回波资料及NCEP /NCAR (1°×1°)再分析资料，从大尺度环境条件、中尺度触发系统等方面对上述3次强降水过程的多种尺度特征及成因进行了对比分析，重点探讨强对流云团的生成、维持机制，以期提高对短时强降水的认识，为极端强降水预报预警提供参考依据。

1 强降水过程实况与特征

2019年6月6日08时—13日08时，桂林市相继出现3次强降水过程。第1次过程发生在6日08时—7日08时，全市12个县市区共240个自动气象站(含中尺度自动站，下同)中，24 h累积雨量有5县(区、市)64站达到50 mm以上，48站在100 mm以上，10站达到200 mm以上(图 1a)，强降水位于桂林市区及其中部3县，1站以上≥70 mm·h^-1强降水持续时间达4 h。过程雨量叠彩街道站最大为283 mm，≥20 mm·h^-1强降水主要集中在16—19时，最大小时雨强(80.5 mm·h^-1)出现在17时(图 1d)；另外，临桂两江镇、五通站最大小时雨量分别为81.7 mm (6日23时)和84.9 mm·h^-1 (7日01时)。第2次强降水过程出现在8日20时—10日08时，过程雨量有11县(区、市)124站在100 mm以上(仅荔浦站不足100 mm)，6县(区、市)18站在200 mm以上，6站在250 mm以上(图 1b)，强降水位于桂林市区及其中北部，1站以上≥70 mm·h^-1强降水持续时间达6 h (08—14时)。过程雨量叠彩街道站最大为394.8 mm，小时雨量叠彩街道站最大为134.4 mm (9日13时)，2 h雨量兴安县溶江镇最大为160.6 mm，出现在09—10时(图 1e)，桂林市区的叠彩街道站和兴安县溶江镇自动站突破当地国家站有气象记录以来1 h、3 h、6 h及24 h降水量极值。第3次强降水过程出现在11日20时—13日08时，过程雨量有4县(区、市)共47站在50 mm以上，22站达到100 mm以上(图 1c)，强降水位于桂林市区及其南部各县。过程雨量恭城莲花兰洞水库最大为182.6 mm，≥20 mm·h^-1强降水主要集中在12日23时— 13日02时(图 1f)；另外，灌阳县洞井站11日23时出现最大小时雨量为77.4 mm。

从上述3次过程雨量分布范围和强降水持续时间看，第1次过程为局地分散性强降水，范围小；第2次过程为大范围混合型强降水，雨量大；第3次为移动性强降水，影响时间短。由于3次过程在一周内发生，暴雨区重叠，桂林中部雨量较常年同期偏多超过150%，桂林市区偏多245%，境内多条河流水位超警戒。3次过程具有是累积雨量大、强度强、预报难度大、灾害严重的共同特点，导致严重洪涝、内涝及滑坡、地质崩塌和泥石流等地质灾害，造成14人死亡、5人失踪，25 577 hm²农作物受灾，其中2 646 hm²绝收，倒塌房屋475户1 133间，其中270户717间损坏严重，直接经济损失14.6亿元。

2 环流背景与影响系统对比分析

广西暴雨易出现在高空急流右侧、低空急流左侧构成的低层辐合、高层辐散的环境场中(罗建英等，2009；刘国忠等，2013)。2019年6月5—14日200 hPa风场、散度场及850 hPa风场显示，高、低空急流经历了一次发展加强到减弱的过程，强降水时段高、低空急流增强移近桂林，强降水减弱结束时高低空急流减弱远离。3次过程桂林均处于高空急流右侧和低空急流左侧的高层辐散、低层辐合区中，但不同过程也存在明显差异。第1次过程高空急流核较远(100°E、35°N左右)，辐散弱(仅5×10^-5 s^-1)(图 2a)；第2次过程高空急流核近，辐散强(达12×10^-5 s^-1)，低空急流也相对最强(达16 m·s^-1)(图 2b)；第3次过程高空急流东移远离，辐散较弱(仅7×10^-5 s^-1)，低空急流相对最弱(图 2c)，仅在锋面影响之后的13日凌晨有明显增强。对照3次过程雨量可知，高空辐散区范围、强度与强降水区及雨量大小均有较好的对应关系，而降水间歇日为弱的辐散或辐合区，说明强的高空急流右侧辐散有利于中低层辐合上升，尤其是与强低空急流左侧的辐合区迭加时更有利于强降水发生，第2次过程的高空辐散、低空辐合配置作用最强。

分析3次强降水天气过程中低层天气系统可知，第1次过程，6日08时—7日08时500 hPa西风槽发展东移，槽底南伸至25°N，850—925 hPa暖式切变线影响湖南和贵州，广西、广东一带西南低空急流发展，桂林市处于低空急流轴左侧附近，地面西南暖低压发展，桂林附近有中尺度辐合线存在(图 3a)，这次过程的动力抬升主要由高空槽和西南急流左侧、地面辐合线附近的多层次辐合及有利地形造成，低层无锋面和冷式切变影响，属于暖区暴雨，通常这类暴雨过程具有范围小、强度大、影响时间短的特点(此过程持续时间则较长)，在以往广西暴雨业务预报中最易漏报，该过程各家数值模式客观预报和各级预报员主观预报的降水量级严重偏小，为中到大雨，造成了大暴雨过程漏报。

第2次过程，9日08时—10日08时500 hPa高空槽从贵州至广西西北部东移影响桂林，700—850 hPa低涡、切变由贵州经过桂林移至湖南、江西南部，925 hPa及地面西南暖低压稳定在广西中西部一带，广西东部的桂林一带有暖切变及辐合线，槽线、切变线、辐合线相距在1~2个纬距内，低空急流发展强盛，西南风速普遍达16 m·s^-1以上(图 3b)，桂林位于强的西南急流轴左侧附近，该过程动力抬升主要由高空槽、低涡、低空急流左侧风速辐合共同造成，属东南偏东路径西南低涡暴雨，此类暴雨主要分布在广西东北部桂林一带，其降水强度大、范围广、致灾性强，对此次强降水过程模式客观预报为大雨到暴雨，主观预报根据经验预报有暴雨到大暴雨，定性预报出暴雨过程，只是量级偏小。

第3次过程，11日20时—13日08时500 hPa高空槽加深东移，槽底引导低层850 hPa冷切变和地面冷锋影响桂林(图 3c)，动力抬升主要为西风槽、切变、冷锋东南移共同造成，属锋面暴雨，锋面暴雨是广西北部即桂林一带发生最多的暴雨类型，由于锋面系统移动较有规律，其可预报性较强，但这次锋面暴雨并不典型，锋面雨带不是由上游移入桂林造成，而是在低槽、锋面、切变系统经本地时耦合发展使对流云迅速组织成锋面云带造成的，数值模式客观预报和主观预报对12日20时前24 h降水量级预报偏大，对20时后24 h降水量级预报正确。

综上可见，200 hPa为高空急流右侧辐散分流区、500 hPa受西风槽东移影响、地面配置中尺度辐合线是3次强降水过程共同的影响系统。其不同之处是：(1) 200 hPa辐散区强度不同，第2次低涡暴雨过程辐散最强；(2)低层850 hPa以下主要影响系统和动力机制不同，第1次暖区暴雨的主要影响系统为西南暖湿气流，低层上升运动主要由暖平流、涡度差动平流、喇叭口和迎风坡地形以及风速辐合造成，第2次低涡暴雨过程的影响系统为低涡切变线，上升运动由低涡环流风向风速辐合造成，第3次锋面暴雨过程的影响系统为冷锋及冷切变，低层上升运动主要由冷切变风向风速辐合和锋面抬升造成；(3)低空急流强度不同，第1次暖区暴雨和第2次低涡暴雨过程的西南急流较强，不仅为暴雨提供了充足的水汽及热力条件，也有利于强降水持续。

3 强降水成因对比分析

本文使用NCEP再分析资料及探空T－logp图分析等，对上述3次过程中桂林站及广西东北部热力、动力环境条件分析如下。

3.1 水汽及大气层结对比分析

上述3次过程中，强降水期间湿层深厚，气层强烈不稳定。6月5—13日广西北部850 hPa以下相对湿度大于等于90% (图 4a)，饱和层达700 hPa，低层比湿17~21 g·kg^-1；水汽通量场与风场显示，第1、3次过程的水汽分别来自孟加拉湾和南海，第2次过程上述两地均提供水汽，其850 hPa以下层水汽通量分别为16~20、28~24、8~12 g·cm^-1·s^-1；可降水量均在60~ 68 mm之间，与田付友等(2017)总结的强降水易出现在可降水量60 mm以上的湿环境下的结果一致。频繁的强降水与不稳定能量“释放、快速重建”机制相关。3次过程前对流有效位能(CAPE)均在1 000 J·kg^-1以上，第2次低涡暴雨过程则高达3 486 J·kg^-1 (图 4b)，由不稳定能量释放产生的最大上升速度达42.4~ 78.2 m·s^-1，850 hPa与500 hPa假相当位温差(θ_se850-500)为10~14 ℃，K指数大于等于40 ℃，SI指数为-3~ -1 ℃，说明大气层结强烈不稳定；抬升凝结高度低，为280~460 m，暖云较厚，在4 830~5 246 m之间，有利于高效率降水。

3.2 动力机制对比分析 3.2.1 低层暖湿平流、水汽辐合与中高层弱干冷空气侵入

强降水期间，850 hPa以下偏南风增大，θ_se高能舌随偏西南气流向东北伸展(图 5a—c)，大气增温增湿，不稳定能量增大。同时低层形成中尺度水汽辐合(图中虚线)大值区，强降水区分布在低层θ_se高能舌与水汽通量辐合区附近。第1、2次过程西南急流(长箭头)偏北，导致θ_se高能舌与水汽通量辐合区偏北，因而强降水区也偏北，第3次过程西南风(短箭头)较弱，位置偏南，因而θ_se高能舌、水汽通量辐合区及强降水区偏南，即强降水区、位置、范围与θ_se高能舌、水汽通量辐合区有较好的对应关系。3次过程在500 hPa附近有θ_se低值区及西北风形成的干冷平流从西北部向强降水区侵入(图略)，有利于形成对流性强降水。

3.2.2 中低层暖湿气流辐合上升与对流云顶达200 hPa

从强降水时段桂林站大尺度系统造成的垂直速度及风场演变图上可见(图 6)，上述3次过程上升运动伸至200 hPa，有利于对流性强降水发生，第1次暖区暴雨过程上升速度中心为-0.6 Pa·s^-1，持续时间长达24 h，强上升速度9 h (6日14时—7日02时)，对应桂林站累积降水量达130.7 mm；第2次低涡暴雨过程上升速度中心强度达-0.8 Pa·s^-1，持续时间长达36 h (8日20时—10日08时)，对应桂林站累积降水量达181.2 mm；第3次过程上升运动中心强度达-1.0 Pa·s^-1，但持续时间仅4 h，对应桂林站累积降水量为65.4 mm。

从沿25°N所作的强降水时段散度、涡度纬向剖面图上可见(图 7)，第2次低涡暴雨过程辐合层顶达到300 hPa，中心值达-5×10^-5 s^-1，正涡度层伸至500 hPa，最大值8×10^-5 s^-1，强散度柱与强涡度柱重叠层较厚(图 7b)，在低涡系统影响下，强散度柱与强涡度柱耦合发展结构更有利于形成强垂直上升运动，导致有组织的强对流天气发生(寿绍文等，2003)。第1次暖区暴雨过程和第3次锋面暴雨过程辐合层顶分别位于925 hPa和700 hPa附近，辐合分别偏弱和偏强，正涡度分别伸展至500 hPa和200 hPa，散度柱与涡度柱重叠区在低层，比第2次过程耦合结构差，降水强度与持续时间逊于第2次过程(图 7c)。

3.3 对流云团触发及维持机制对比分析 3.3.1 第1次暖区暴雨过程对流云发展演变特征

(1) 桂林地形对西南暖湿气流的抬升作用。桂林西北部、北部有大南山、天平山以及位于越城岭西南段的猫儿山和真宝顶，东部、南部有海洋山、都庞岭、大瑶山等，西南部为低洼地带(图 8)，对850 hPa (约1 500 m)以下低层偏南气流形成迎风坡和喇叭口地形，偏南暖湿气流沿湘桂走廊北上时，受迎风坡抬升和喇叭口地形辐合抬升时易成云致雨，尤其有高空扰动系统及低层中尺度辐合线配合时，云雨增强明显，如这次暖区暴雨过程中6月6日13—14时受高空短波槽及850、925 hPa低层西南暖湿气流共同影响，对流云团发展北移，在迎风坡明显加强，但移速减慢，FY-2H红外云图显示出对流云团TBB为-33 ℃和-53 ℃的覆盖面积明显增大，云团少动(图 8a、b)，对降水有增幅作用。同样5日下午受高空槽底和850、925 hPa强西南暖湿气流影响，16—17时对流云北上至迎风坡时TBB为-33 ℃和-53 ℃的覆盖面积也明显增大，其中心达增强到-73 ℃(图略)。

(2) 暖区暴雨对流云触发和维持机制。6日10— 11时受西南暖湿气流及迎风坡地形影响，在猫儿山、大瑶山至蒙山南侧分别有对流云团生成，12时另一对流云团在天平山南侧的柳州北部生成，说明迎风坡地形对初生对流云具有触发作用。13—14时高空短波槽东移至108°E，槽底南伸至25°N，地面中尺度辐合线在广西北部桂林至柳州一带生成，在辐合系统与地形的共同作用下，桂林一带辐合抬升加强，南部两个对流云团发展北移，面积增大，边界逐渐合并，TBB降低(图 9a)。6日下午到晚上随着高空槽加深东移以及副热带高压(以下简称副高)加强，588 dagpm线西伸北抬，导致广西、广东一带等高线密集，西南低空急流稳定维持在桂林东南方(图 3a)，受高空槽、西南急流和地面辐合线共同影响，低层辐合明显增大，925 hPa桂林附近辐合中心达到-4.5×10^-5 s^-1，配合强的对流不稳定层结条件，对流云不断发展并随副高西北侧边缘的西南风移动，14—20时对流云在桂林西南方不断生成东北移影响桂林(图 9b)，20时以后副高588 dagpm线西侧对流云在偏西方向的山前迎风坡不断生成并向东移动影响桂林(图 9c)，上游不断移来的对流云相继影响桂林，由于西(南)方不断有对流云生成补充，导致后向传播的对流云带影响桂林达9 h，造成大暴雨和局部特大暴雨。对流云中心TBB降至-70 ℃以下，其中6日17时、7日00时TBB最低达-75 ℃和-77 ℃，分别对应叠彩街道站80.5 mm·h^-1、两江镇站84.9 mm·h^-1的强降水。随着副高继续加强北抬，高空槽东移北收，辐合区减弱北移，对流云团逐渐减弱消失，强降水过程趋于结束。

3.3.2 第2次低涡暴雨过程对流云发展演变特征与触发机制

由于副高加强使588 dagpm线北抬，切变线随之北抬至贵州一带减弱，在切变环流及西南地形作用下，7日08—20时700—850 hPa四川南部生成小范围西南涡环流，8日08—20时华北槽发展，副高南退，同时青藏高原东部有短波槽发展东移，高原槽前正涡度平流使低层减压，中低层700—850 hPa西南涡发展并从四川移至贵州。8日16—18时初生西南涡对流云团在贵州西南部生成，随着500 hPa高原波动槽东移，西南涡移向贵州东部到广西一带的θ_se≥350 K的暖湿舌区，8日20时低涡对流云团发展迅速，面积扩大，TBB降低。9日凌晨至上午高原波动槽中的西槽发展加深，槽底南伸至25°N，低层低涡位于槽前，同时低层有冷空气从低涡西北部侵入，有利于低涡发展加强(图 10a)，02时较强的低涡对流云团从贵州南部东移影响广西北部，同时地面中尺度辐合线在桂林北部形成，桂林以南受较强暖湿气流影响，在天平山南侧的桂林西部生成新的对流云，03—04时低涡对流云迅速发展东移，广西与湖南交界处对流云也发展加强；05—08时低涡移近桂林，同时中低层副高加强西伸，导致高低压之间形成较大气压梯度，桂林东南部西南风由12~14 m·s^-1增大到16~20 m·s^-1，强的西南气流既利于辐合增强，又使低涡辐合系统东移减速，对强降水云团加强及维持起到重要作用。另外，西南气流的加强也使低层广西北部暖湿舌加强，850 hPa桂林附近θ_se维持在350 K以上(图 5b)，有利于对流性强降水发生，06时位于西部、北部及桂林的3个中α、β对流云团合并加强，移速减慢，TBB低值区面积增大，桂林雨势开始增强，07时上述合并云团发展为中尺度对流复合体(MCC)(Maddox，1980)。到08时，TBB≤-52 ℃的云罩面积达到10×10⁴ km²，TBB中心值为-82 ℃ (图 10b)，该值一直维持到当日13时，此期间造成叠彩街道站134.4 mm·h^-1、全州庙头站86.8 mm·h^-1和溶江镇站160.6 mm·(2 h)^-1的强降水。14时后，上述MCC减弱为MCS。至此，影响桂林的对流云团小于等于-75 ℃的TBB低值中心持续超过10 h，导致07—13时1站以上大于等于70 mm·h^-1雨强持续6 h，造成桂林市区北部琴潭站、叠彩街道站日雨量分别达217.5 mm和345.3 mm。随着500 hPa短波槽东移出广西，低层低涡减弱成切变，对流云团东移减弱，强降水过程结束。

3.3.3 第3次锋面暴雨过程对流云发展演变特征与触发机制

继9—11日850 hPa低涡减弱成切变线逐渐南压后，12日08时开始华南地区西南气流再次加强，在广西北部形成弱的暖式切变线并有弱的对流云生成，14时零散对流云由于低层冷空气前锋移近再度活跃(图 11a)，17—18时随着500 hPa华北槽加深东移，槽后西北气流引导冷空气向南移动，850—925 hPa东西向暖切线变转为东北—西南向冷切变线，地面静止锋转为冷锋，锋面、切变线南侧暖湿气流辐合抬升，在广西西南部东兴至南宁一带生成对流云并向东北方向扩展，同时广西东北部贺州至全州对流云团加强，20时开始暖湿气流受强的锋面、冷式切变线等抬升，西南部云带与北部云系连成一体，发展成较强的东北—西南向对流云带，同时低值区东移与南海稳定的副高之间形成强的西南风，导致12日22时—13日00时对流云带增强，面积增大且移速减缓，TBB最低达-85 ℃(图 11b)，历时4 h，造成桂林中南部暴雨以及富川站87.0 mm·h^-1强降水。高空槽、切变线及冷锋东南移出桂林后强降水结束。

3次过程对流云发展演变的异同点：(1) 3次过程高空槽对对流云触发、低空急流加强对对流云维持起到重要作用，对流云发展强烈，TBB达到-75 ℃以下，造成80.0 mm·h^-1以上强降水。(2)对流云形状、范围及移动速度不同，暖区对流云为分散的块状、面积小、移动快，低涡对流云为密实的椭圆形、面积大、移动慢，锋面对流云为密实的带状、移动快。(3)触发、维持机制不同，除高空槽外，暖区暴雨过程地形也起到触发作用，初生对流云在本地迎风坡生成，后向传播的对流云使对流云带维持；低涡暴雨过程低层触发系统为西南涡，对流云由上游西北地区移入，低涡西部冷空气侵入以及广西北部暖湿舌使低涡云团发展东移，西南急流加强导致低涡对流云团移动缓慢，持续影响桂林。锋面暴雨过程触发系统为冷锋，初生对流云沿锋面在本地发展，配合锋前暖湿气流加强，对流云带加强，并随锋面移出桂林。

3.4 中尺度对流系统(MCS)的雷达回波特征对比分析

利用桂林多普勒天气雷达反射率因子产品分析上述3次过程造成强降水的MCS回波可知，暖区暴雨以带状或线状排列的对流回波为主，强回波分散，具有局地积云对流回波特征；低涡暴雨为大面积连续性强降水回波，45 dBz以上强回波镶嵌在大片中等强度回波中，为大范围对流云降水回波；锋面暴雨由线状对流回波发展成有组织的强回波带，中间镶嵌有55 dBz以上小块强对流单体，为大范围对流云降水回波。回波垂直剖面图显示3次过程均为多单体风暴造成，强回波垂直发展高度在5 km (0 ℃层高度)以下，为有组织、低质心、高效率的降水回波。

按照俞小鼎(2013)给出的极端短时强降水标准，即1 h雨量大于等于50 mm或3 h雨量大于等于100 mm，上述3次过程共有15个时次出现极端短时强降水。参考王珏等(2019)、Schumacher和Johnson (2005)的MCS回波组织形态分类方法，分析暴雨过程MCS回波演变，揭示极端强降水发生发展过程。第1次暖区暴雨过程中，6月6日下午到晚上桂林市区、临桂等地出现50 mm·h^-1以上极端强降水，主要为线状后向扩建类(Back-Building/Quasi-Stationary，简称BB/QS) MCS造成。6日12—13时受西南暖湿气流及地形影响，桂林周围有零散对流回波发展，其中柳州北部对流回波单体生成后迅速加强东移，面积增大，强中心达到45 dBz以上(图略)，形成BB/QS MCS的雏形(图 12a)；14—15时高空槽、西南气流、地面辐合线移近，单体回波东移与桂林市北部猫儿山一带发展起来的对流回波连成一片，同时西南方永福一带又有对流回波生成，形成东北—西南向对流回波带，桂林、临桂强降水开始，16时回波带上强对流单体沿西南气流向东北方向移动时，经过桂林喇叭口及迎风坡地形时，强度加强，回波带发展，强中心达到50 dBz，桂林市区受到强回波中心的影响，降水加大(图 12b)，造成当日16—17时定江镇、长海厂等多站1 h雨量超过50 mm，叠彩街道站最大达80.5 mm；20—21时随着副高加强西伸，西南急流轴西段向北推进，对流回波带由东北—西南向转为东西向，形成线状对流回波，上游西部不断有新生对流回波补充东移，尾端桂林及东部地区有层状云回波维持(图 12c)，达到MCS BB/ QS模态的成熟阶段，21—23时其东西向前端不断有强对流回波呈列车效应从稳定的强回波带上发展东移，导致位于线对流后段强回波处的永福龙江乡、临桂两江镇先后出现79.6 mm·h^-1和93.6 mm·h^-1的强降水。

造成第2次低涡暴雨过程中9日凌晨到上午全州庙头镇、兴安溶江镇、桂林市区等多70 mm·h^-1以上极端强降水的MCS模态为涡旋类(Vorticity Stratiform，简称VS) (图 13a)。9日凌晨，低涡回波从贵州南部向东移近广西，同时桂林北部有对流单体生成发展，随着低涡椭圆形回波东移，两块回波逐渐靠近，MCS涡旋类模态进入初始阶段(图 13d)，06—07时两块回波合并成涡旋状，40 dBz以上较强回波面积明显增大，涡旋中心附近镶嵌有55 dBz强对流单体，两强回波带呈“人”字形沿逆时针缓慢旋转，整体回波移速明显减慢，达到涡旋类模态发展阶段(图 13e)，此时位于强回波处的全州庙头镇小时雨量达到86.8 mm，08—09时“人”字回波上两个强回波合并后涡旋回波继续加强，演变为椭圆状，其中左侧一支明显增强并缓慢东南移，强度达50 dBz，右侧一支继续向北旋转并减弱，达到涡旋类模态成熟阶段(图 13f)，受其中心附近东西向强对流回波带东段影响，从08时开始兴安南部溶江镇雨势迅速增大(图 13b)，其西段发展东移并于08:34与东段连接，50 dBz线状强回波不断东移影响溶江镇达2 h，形成“列车效应”。沿东西向强回波中心所作的反射率因子垂直剖面图显示，≥45 dBz强回波均在5 km (0 ℃层高度)以下，≥55 dBz强回波在3 km以下或接地，强回波具有低质心暖云降水特征(图 13c)，造成溶江镇87.3 mm·h^-1和160.6 mm·(2 h)^-1强降水。低涡东移由于遇到副高而增强，西南急流增大，导致低涡强度增强、东南移动缓慢，低涡造成的涡旋强回波对桂林中部持续影响长达6 h，继溶江镇强降水之后，相继造成灵川、桂林市区、临桂等多站次强降水，桂林市区小时雨量达80~130 mm。15时之后强回波向南移出桂林，强降水结束。MCS涡旋类模态造成位于涡旋中心附近的溶江镇、叠彩街道等多站出现极端强降水，也是影响时间最长、短时降水最大的一种模态。

第3次锋面暴雨过程前期，MCS模态为邻近层状云线状对流系统(图略)，12日17—19时受切变线与锋面影响，在桂林地区形成东北—西南向线状对流，雷达强回波中心达50 dBz，由于中高层为西北偏西气流，邻近层状云线状对流系统中线状对流后部层云减弱，MCS演变成接近飑线的对流系统模态，极端短时强降水发生在后侧有入流通道导致线对流弯曲的位置，如平乐沙子站12日18时74.7 mm·h^-1的短时强降水就出现在这一位置；后期MCS模态转为层状云包裹对流系统(Zheng et al., 2013)，22—23时受冷锋及中高层西风槽底等多层辐合系统东南移影响，在桂林南部形成东北—西南向宽回波带，55 dBz以上强回波镶嵌在大片层状云回波中，极端短时强降水出现在强回波中心附近，对应13日01—02时恭城兰洞水库出现82.6 mm·(2 h)^-1和贺州富川13日02时87.3 mm·h^-1短时强降水。

4 结论与讨论

本文利用NCEP再分析资料以及卫星云图、雷达回波等资料，对2019年6月6—12日桂林市相继出现的3次强降水过程的成因进行了对比分析。主要得到如下结论：

(1) 3次强降水过程分属暖区暴雨、低涡暴雨和锋面暴雨，均发生在高空急流右侧辐散、低空急流左侧辐合叠加区，第2次过程高低空急流最强。3次过程均主要是受500 hPa高空槽和地面中尺度辐合线影响造成的，但中低层主要抬升系统不同，第1次过程为西南急流、地形等，第2次过程为低涡切变线，第3次过程为冷锋。

(2) 3次过程均具有暖湿层深厚、中低层大气强烈不稳定的潜势环境，低层暖湿平流及水汽辐合，中高层弱干冷空气侵入，强降水区分布在低层θ_se高能舌与水汽通量辐合区附近，第1、2次过程西南气流偏强偏北，强降水区偏北，第3次过程西南气流弱，位置偏南，侧强降水区偏南。3次过程辐合上升达对流云顶，第2次过程持续时间最长，累积雨量最大，而强散度柱与强涡度柱的深层耦合结构更有利于形成有组织的强降水天气，第2次过程耦合结构最好，第1、3次过程耦合层较低，散度或涡度柱偏弱，强降水系统组织性不如第2次过程，雨强相对偏弱。

(3) 第1次过程暖区暴雨对流云呈分散块状，面积小，移动快；第2次过程低涡暴雨对流云发展成密实的椭圆形MCC，面积大，移动慢；第3次过程锋面对流云呈密实的带状，移动快。迎风坡地形对暖区暴雨起到触发作用，西南急流导致后向传播的对流云带维持；低涡暴雨低层触发系统为位于贵州一带的西南涡，西部冷空气侵入与西南急流加强导致低涡对流云团维持；锋面暴雨触发系统为冷锋，配合有锋前暖湿气流和对流云带加强。

(4) 3次过程均是由强烈发展的多单体风暴引发的，低质心、高效率降水回波及其对站点形成的“列车效应”对极端强降水的形成起到重要作用。第1次暖区暴雨短时强降水MCS模态主要为线状后向扩建类，强降水出现在线对流中后端；第2次低涡暴雨MCS模态为涡旋类，强降水出现在涡旋中心附近；第3次冷切变暴雨MCS模态由邻近层状云线状对流转为层状云包裹对流系统类，强降水分别发生在线对流弯曲和强回波中心附近。

综合上述对桂林3次强降水过程成因的分析可知，在高空急流右侧辐散、低空急流左侧辐合叠加区的有利背景形势下，500 hPa高空槽与中低层强的西南暖湿气流配合有利于当地出现暖区暴雨，与中低层西南涡及锋面系统配合则有利于低涡暴雨形成和锋面暴雨发生。低层θ_se高能舌与水汽通量辐合对暖区暴雨、低涡暴雨有较好的指示意义，而冷锋强度及移速可决定锋面暴雨的发生时间和地点。低层有中尺度辐合线、锋面等触发系统出现时可诊断暴雨开始，各层辐合系统相对稳定及强西南暖湿气流持续可使强降水维持。但在强降水过程分析中对影响桂林地区的暖区暴雨、低涡暴雨的MCS或MCC的结构及其生消机制，还需利用高分辨率数值模拟进行深入研究。