2008年6月廣西大暴雨中西南低渦的多維度剖析與數(shù)值模擬探究一、引言1.1研究背景與意義西南低渦作為一種形成于青藏高原東南側(cè)的中尺度渦旋系統(tǒng)，在我國天氣系統(tǒng)中扮演著極為重要的角色，是導(dǎo)致中國夏半年暴雨的主要天氣系統(tǒng)之一，其引發(fā)暴雨的強度、頻數(shù)和范圍僅次于臺風(fēng)及其殘余低壓。當(dāng)西南低渦東移發(fā)展時，不僅會對我國西南地區(qū)帶來影響，還可能給東部廣大地區(qū)包括華南、長江中下游地區(qū)、華北以及東北地區(qū)都帶來暴雨等災(zāi)害性天氣，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失和人員傷亡。如2018年7月19-20日發(fā)生在華北的大暴雨，就是北上的雙核西南低渦巧遇華北冷渦導(dǎo)致的，這次強降水過程給京津冀地區(qū)及北方多個省份造成了重大災(zāi)害。廣西地處我國華南地區(qū)，受獨特的地理位置和氣候條件影響，降水豐富，暴雨天氣頻繁發(fā)生。而西南低渦是引發(fā)廣西暴雨的重要天氣系統(tǒng)之一，其帶來的大暴雨常常導(dǎo)致嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害，給當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展和人民生活帶來極大的負(fù)面影響。2008年6月，廣西出現(xiàn)了一次大暴雨天氣，此次暴雨的產(chǎn)生與西南低渦密切相關(guān)。在6月4日至6日期間，南方地區(qū)處于高溫高壓天氣的影響下，廣西南部地區(qū)出現(xiàn)了35至38度的高溫天氣，同時北風(fēng)加強，冷暖空氣交匯，空氣濕度增加，為暴雨的產(chǎn)生創(chuàng)造了有利條件。6月5日早晨，位于四川與重慶交界處的一股西南低渦開始形成，并向東南方向移動，在6月6日深夜前后影響到廣西南部地區(qū)，引發(fā)了此次暴雨。在西南低渦的激發(fā)下，水汽向廣西南部地區(qū)的輸送顯著增加，大氣層中的水汽達(dá)到飽和狀態(tài)，積聚了大量的潛在能量。冷暖空氣交匯的地域，在低渦的影響下，局地氣壓降低，強迫氣流上升，地面水汽急劇上升，進(jìn)一步加強了地面對流運動，這些因素共同促使了此次暴雨的形成。此次暴雨主要集中在廣西南部和西部地區(qū)，尤以貴港市、柳州市、北海市、南寧市、桂林市以及百色市等為重點區(qū)域。暴雨范圍廣、強度大，致使城市和農(nóng)村的建筑物和農(nóng)田被淹沒，道路被阻塞，交通、通訊、電力遭到嚴(yán)重破壞，造成了嚴(yán)重的人員傷亡和經(jīng)濟損失。對這次由西南低渦引發(fā)的廣西大暴雨進(jìn)行深入的診斷分析和數(shù)值模擬研究，具有重要的現(xiàn)實意義和科學(xué)價值。從氣象預(yù)報的角度來看，西南低渦的結(jié)構(gòu)和演變過程十分復(fù)雜，其移動路徑和發(fā)展趨勢受到多種因素的影響，準(zhǔn)確預(yù)報西南低渦的活動以及其引發(fā)的暴雨天氣難度較大。通過對這一典型個例的研究，可以更深入地了解西南低渦的形成、發(fā)展、移動規(guī)律以及其與暴雨之間的內(nèi)在聯(lián)系，揭示西南低渦引發(fā)暴雨的物理機制，從而為改進(jìn)氣象預(yù)報模式提供科學(xué)依據(jù)，提高對西南低渦及其引發(fā)暴雨的預(yù)報準(zhǔn)確率，為氣象部門提前發(fā)布準(zhǔn)確的預(yù)警信息提供支持。在防災(zāi)減災(zāi)方面，廣西地區(qū)由于特殊的地形地貌，如山地、丘陵較多，河流眾多，暴雨極易引發(fā)山洪、山體滑坡、泥石流等次生災(zāi)害，對人民生命財產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。準(zhǔn)確預(yù)測西南低渦引發(fā)的暴雨，能夠使政府和相關(guān)部門提前采取有效的防范措施，如提前組織危險區(qū)域群眾轉(zhuǎn)移、加強水利設(shè)施的調(diào)度和維護(hù)、做好交通疏導(dǎo)和應(yīng)急救援準(zhǔn)備等，從而最大程度地減少災(zāi)害造成的損失，保障人民的生命財產(chǎn)安全，維護(hù)社會的穩(wěn)定和經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。此外，本研究對于豐富和完善中尺度天氣系統(tǒng)的理論研究也具有重要的推動作用，有助于加深對天氣系統(tǒng)相互作用和演變規(guī)律的認(rèn)識。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀西南低渦作為影響我國天氣的重要中尺度系統(tǒng)，一直是氣象領(lǐng)域研究的重點對象。國內(nèi)外眾多學(xué)者從不同角度對西南低渦及其引發(fā)的暴雨進(jìn)行了大量研究，取得了一系列成果。在國外，雖然對西南低渦的研究相對較少，但在中尺度氣象學(xué)和數(shù)值模擬方面有著深厚的研究基礎(chǔ)，為西南低渦的研究提供了重要的理論和方法借鑒。例如，在數(shù)值模擬技術(shù)上，國外的一些先進(jìn)模式，如美國的WeatherResearchandForecasting（WRF）模式，能夠?qū)Υ髿膺\動進(jìn)行高分辨率的模擬，為研究西南低渦的形成、發(fā)展和移動過程提供了有力工具，其在研究中尺度渦旋系統(tǒng)的動力學(xué)特征和能量轉(zhuǎn)換機制等方面的成果，對理解西南低渦的相關(guān)物理過程具有一定的啟示意義。國內(nèi)對西南低渦的研究起步較早，成果豐碩。早期的研究主要集中在西南低渦的氣候特征方面。通過對大量氣象資料的統(tǒng)計分析，學(xué)者們揭示了西南低渦的生成源地、出現(xiàn)頻率、移動路徑等氣候?qū)W特征。研究發(fā)現(xiàn)，西南低渦主要形成于青藏高原東南側(cè)的四川盆地及周邊地區(qū)，其生成頻率存在明顯的季節(jié)變化，夏季出現(xiàn)頻率較高。在移動路徑上，西南低渦主要有東移、東北移和東南移等方向，不同路徑對我國不同地區(qū)的天氣產(chǎn)生不同影響。隨著研究的深入，對西南低渦結(jié)構(gòu)和演變機制的研究逐漸成為熱點。利用高分辨率的氣象觀測資料和先進(jìn)的數(shù)值模擬技術(shù)，研究者們詳細(xì)分析了西南低渦的三維結(jié)構(gòu)，包括渦旋的垂直結(jié)構(gòu)、水平流場和熱力結(jié)構(gòu)等。研究表明，西南低渦在垂直方向上具有明顯的分層特征，對流層中低層是其主要的活動層，存在強烈的氣旋性環(huán)流和上升運動；在水平方向上，低渦的中心區(qū)域氣壓較低，周圍氣流呈逆時針旋轉(zhuǎn)。在演變機制方面，發(fā)現(xiàn)西南低渦的發(fā)展與多種因素密切相關(guān)，如地形作用、大氣環(huán)流背景、水汽輸送和潛熱釋放等。青藏高原的特殊地形對西南低渦的形成和發(fā)展起到了關(guān)鍵作用，其動力和熱力作用影響著低渦的生成位置和移動路徑；大氣環(huán)流背景，如副熱帶高壓、西風(fēng)帶槽脊等的配置，為西南低渦的發(fā)展提供了有利的環(huán)境條件；充足的水汽輸送是西南低渦發(fā)展和維持的重要條件，水汽的輻合上升促進(jìn)了低渦的加強；潛熱釋放則通過加熱大氣，增強了低渦的垂直上升運動和環(huán)流強度。在西南低渦與暴雨關(guān)系的研究方面，國內(nèi)學(xué)者也取得了顯著成果。通過對大量暴雨個例的分析，揭示了西南低渦引發(fā)暴雨的物理機制。當(dāng)西南低渦東移發(fā)展時，其攜帶的大量水汽與周圍環(huán)境的冷空氣相互作用，形成強烈的上升運動，水汽在上升過程中冷卻凝結(jié)，從而產(chǎn)生暴雨。研究還發(fā)現(xiàn)，西南低渦的強度、移動速度和路徑等對暴雨的強度、落區(qū)和持續(xù)時間有著重要影響。當(dāng)西南低渦移動緩慢且強度較強時，容易在其路徑上造成持續(xù)性的強降水；而低渦的移動路徑則決定了暴雨的落區(qū)，如向東南方向移動的西南低渦可能會給華南地區(qū)帶來暴雨天氣。盡管國內(nèi)外在西南低渦及其暴雨研究方面取得了眾多成果，但針對2008年6月這次引發(fā)廣西大暴雨的西南低渦，仍存在研究不足。一方面，對此次西南低渦在移動過程中與廣西當(dāng)?shù)靥厥獾匦巍⒋髿猸h(huán)境相互作用的細(xì)節(jié)研究不夠深入，未能充分揭示其導(dǎo)致廣西大暴雨的獨特物理過程。廣西地形復(fù)雜，山地、丘陵眾多，這種地形條件可能對西南低渦的結(jié)構(gòu)和移動路徑產(chǎn)生特殊影響，進(jìn)而影響暴雨的分布和強度，但目前相關(guān)研究較少。另一方面，在數(shù)值模擬方面，雖然已有多種數(shù)值模式應(yīng)用于西南低渦暴雨的模擬，但針對此次個例，不同模式的模擬效果存在差異，對暴雨強度和落區(qū)的模擬準(zhǔn)確性仍有待提高。此外，對于此次西南低渦引發(fā)暴雨過程中的中小尺度對流系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展機制，以及它們與大尺度環(huán)流系統(tǒng)的相互作用關(guān)系，也缺乏系統(tǒng)深入的研究。1.3研究目標(biāo)與內(nèi)容本研究旨在通過對2008年6月引發(fā)廣西大暴雨的西南低渦進(jìn)行全面深入的診斷分析和數(shù)值模擬，詳細(xì)剖析該西南低渦的結(jié)構(gòu)特征、形成機制、移動路徑和演變規(guī)律，以及其與暴雨之間的內(nèi)在聯(lián)系，從而揭示此次西南低渦引發(fā)廣西大暴雨的物理過程和機制，為提高西南低渦及其引發(fā)暴雨的預(yù)報準(zhǔn)確率提供理論依據(jù)和實踐指導(dǎo)。具體研究內(nèi)容包括：天氣背景分析：對2008年6月4-6日期間南方地區(qū)的天氣形勢進(jìn)行全面分析，包括高低空環(huán)流形勢、副熱帶高壓的位置和強度、西風(fēng)帶系統(tǒng)的活動等，明確此次西南低渦形成和發(fā)展的大尺度天氣背景，以及廣西地區(qū)所處的特殊環(huán)流環(huán)境，探討天氣背景條件對西南低渦生成和暴雨產(chǎn)生的影響。西南低渦的環(huán)流特征分析：利用高分辨率的氣象觀測資料，如NCEP/NCAR再分析資料等，詳細(xì)分析西南低渦在形成、發(fā)展和移動過程中的環(huán)流特征。研究其在不同高度層上的流場結(jié)構(gòu)，包括渦旋中心的位置、強度變化，以及周圍氣流的分布和演變情況。分析低空急流、高空急流與西南低渦的相互配置關(guān)系，探討急流對西南低渦的發(fā)展和水汽輸送的作用。物理量診斷分析：對與此次西南低渦和暴雨相關(guān)的物理量進(jìn)行診斷分析，如渦度、散度、垂直速度、水汽通量及其散度、假相當(dāng)位溫等。通過這些物理量的分析，揭示西南低渦內(nèi)部的動力和熱力結(jié)構(gòu)特征，以及水汽的輸送、輻合和上升運動等過程，探討這些物理過程在西南低渦發(fā)展和暴雨形成中的作用機制。研究不同物理量之間的相互關(guān)系和協(xié)同作用，找出對暴雨形成和發(fā)展起關(guān)鍵作用的物理因子。地形對西南低渦和暴雨的影響分析：考慮廣西地區(qū)復(fù)雜的地形條件，分析地形對西南低渦的移動路徑、強度變化和結(jié)構(gòu)演變的影響。研究地形如何通過動力和熱力作用，影響氣流的垂直運動和水汽的分布，進(jìn)而影響暴雨的落區(qū)和強度。通過數(shù)值模擬試驗，定量評估地形在此次西南低渦引發(fā)暴雨過程中的作用。數(shù)值模擬研究：運用先進(jìn)的大氣數(shù)值模式，如WeatherResearchandForecasting（WRF）模式，對2008年6月這次西南低渦引發(fā)廣西大暴雨的過程進(jìn)行數(shù)值模擬。通過合理設(shè)置模式參數(shù)和初始條件，盡可能真實地再現(xiàn)西南低渦的形成、發(fā)展和移動過程，以及暴雨的發(fā)生和演變。將數(shù)值模擬結(jié)果與觀測資料進(jìn)行對比驗證，評估模式對此次天氣過程的模擬能力和準(zhǔn)確性，分析模擬結(jié)果與實際觀測之間的差異，并探討原因。利用數(shù)值模擬結(jié)果，進(jìn)一步深入研究西南低渦與暴雨之間的相互作用機制，以及各種物理過程在其中的作用，為改進(jìn)數(shù)值預(yù)報模式提供參考。1.4研究方法與技術(shù)路線本研究綜合運用診斷分析和數(shù)值模擬兩種方法，深入剖析2008年6月引發(fā)廣西大暴雨的西南低渦，以揭示其物理機制和演變規(guī)律。在診斷分析方面，主要采用NCEP/NCAR再分析資料，該資料具有全球覆蓋、時間序列長、資料質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點，能夠提供豐富的氣象要素信息，如位勢高度、風(fēng)場、溫度、濕度等，為研究大尺度環(huán)流背景和西南低渦的環(huán)流特征、物理量診斷等提供了堅實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。同時，結(jié)合廣西地區(qū)的地面氣象觀測站資料，這些實測數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確反映當(dāng)?shù)氐臍庀笠刈兓ń邓鉁亍鈮骸L(fēng)速風(fēng)向等，對于分析暴雨的落區(qū)、強度以及與西南低渦的對應(yīng)關(guān)系具有重要意義。此外，還運用了衛(wèi)星云圖資料，衛(wèi)星云圖能夠直觀地展示云系的分布和演變情況，有助于追蹤西南低渦的移動路徑，監(jiān)測其發(fā)展過程中云系的變化，以及識別與暴雨相關(guān)的對流云團的發(fā)展和移動。通過對這些多源資料的綜合分析，從不同角度揭示西南低渦和暴雨的特征及相互關(guān)系。數(shù)值模擬方法上，選用WeatherResearchandForecasting（WRF）模式。WRF模式是一款先進(jìn)的中尺度數(shù)值天氣預(yù)報模式，具有高分辨率、能夠靈活處理多種物理過程等優(yōu)勢。它可以對大氣運動進(jìn)行精細(xì)的模擬，能夠較好地刻畫西南低渦這種中尺度系統(tǒng)的形成、發(fā)展和移動過程，以及其與周圍環(huán)境的相互作用。在模擬過程中，通過合理設(shè)置模式的初始條件和邊界條件，使其盡可能貼近實際的大氣狀態(tài)。同時，選擇合適的物理參數(shù)化方案，以準(zhǔn)確描述云微物理過程、邊界層過程、輻射過程等，提高模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。將數(shù)值模擬結(jié)果與觀測資料進(jìn)行對比驗證，評估模式對此次西南低渦引發(fā)暴雨過程的模擬能力，分析模擬結(jié)果與實際觀測之間的差異，為進(jìn)一步改進(jìn)模式和深入理解天氣過程提供依據(jù)。技術(shù)路線方面，首先對2008年6月4-6日的天氣背景進(jìn)行全面分析，利用NCEP/NCAR再分析資料繪制高空和低空的環(huán)流形勢圖，明確副熱帶高壓、西風(fēng)帶系統(tǒng)等的位置和強度，以及它們對西南低渦形成和發(fā)展的影響。接著，針對西南低渦的環(huán)流特征，從不同高度層分析其流場結(jié)構(gòu)，結(jié)合衛(wèi)星云圖追蹤其移動路徑，探討低空急流、高空急流與西南低渦的相互配置關(guān)系。在物理量診斷分析中，運用NCEP/NCAR再分析資料計算渦度、散度、垂直速度、水汽通量及其散度、假相當(dāng)位溫等物理量，分析這些物理量在西南低渦發(fā)展和暴雨形成過程中的演變特征和相互作用。對于地形影響分析，利用高精度的地形數(shù)據(jù)，結(jié)合數(shù)值模擬試驗，研究廣西復(fù)雜地形對西南低渦移動路徑、強度和結(jié)構(gòu)的影響，以及對暴雨落區(qū)和強度的作用。最后，利用WRF模式對此次西南低渦引發(fā)廣西大暴雨的過程進(jìn)行數(shù)值模擬，將模擬結(jié)果與觀測資料對比驗證，進(jìn)一步深入分析西南低渦與暴雨之間的相互作用機制，總結(jié)研究成果，為西南低渦及其引發(fā)暴雨的預(yù)報和防災(zāi)減災(zāi)提供理論支持和實踐指導(dǎo)。二、2008年6月廣西大暴雨概況2.1暴雨發(fā)生時間與區(qū)域2008年6月11-13日，廣西地區(qū)遭受了一次大暴雨天氣過程的襲擊。此次暴雨來勢洶洶，范圍廣泛，強度較大，給廣西多個地區(qū)帶來了嚴(yán)重影響。暴雨主要集中在廣西北部，包括桂林、柳州、河池等市，以及廣西東部和南部的部分地區(qū)。其中，桂北地區(qū)的受災(zāi)程度最為嚴(yán)重，桂林的漓江陽朔站水位在13日13時左右達(dá)到112.30米，超警戒水位3.3米，甚至超過了歷史實測最高水位，大半縣城被洪水浸泡，平樂縣城也被洪水圍困，出城公路全部中斷，對當(dāng)?shù)鼐用竦纳詈统鲂性斐闪藰O大的阻礙。在時間分布上，此次暴雨過程呈現(xiàn)出階段性的特點。11日夜間，暴雨主要集中在桂北一帶，拉開了此次強降雨的序幕；12日白天，暴雨區(qū)域向東擴展，主要分布在桂東北一帶，降雨強度進(jìn)一步增強；12日晚，暴雨稍有南壓，主要集中在桂林南部、玉林、崇左地區(qū)。11日20時至12日20時是最強降雨時段，在這一時間段內(nèi)，出現(xiàn)大暴雨及特大暴雨的市（縣）數(shù)量最多，降水強度達(dá)到歷史同期最強。例如，桂西北的東蘭12小時雨量達(dá)207.9mm，桂東北的靈川12小時雨量達(dá)212.1mm，東蘭、環(huán)江、靈川打破當(dāng)?shù)亟ㄕ疽詠砣沼炅繗v史記錄，桂林、柳城打破本站6月日雨量歷史記錄。整個暴雨過程從11日開始，到13日逐漸結(jié)束，雖然持續(xù)時間不長，但強降雨集中，給廣西地區(qū)帶來了巨大的壓力。2.2降水強度與累計降水量在此次暴雨過程中，降水強度達(dá)到了相當(dāng)高的水平。根據(jù)氣象觀測數(shù)據(jù)，多個地區(qū)的小時雨強超過了50毫米，部分時段和區(qū)域甚至達(dá)到了100毫米以上。11日20時至12日20時這一最強降雨時段內(nèi)，桂西北的東蘭12小時雨量達(dá)207.9mm，桂東北的靈川12小時雨量達(dá)212.1mm，這種高強度的降水在當(dāng)?shù)貧v史同期的降雨記錄中極為罕見，東蘭、環(huán)江、靈川打破當(dāng)?shù)亟ㄕ疽詠砣沼炅繗v史記錄，桂林、柳城打破本站6月日雨量歷史記錄。累計降水量同樣十分可觀。從6月11-13日的累計降水情況來看，廣西多個站點的降水量超過了250毫米，其中河池市金城江區(qū)白土鄉(xiāng)在最強降水時段的降水量達(dá)到330.8mm。部分區(qū)域的累計降水量甚至接近或超過了500毫米，如河池市宜州龍頭鄉(xiāng)雨量達(dá)699.3mm，在廣西氣象站網(wǎng)監(jiān)測的范圍里，超過500mm的就有18個縣(區(qū))的38個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。此次暴雨過程中，廣西全區(qū)平均降水量為291.8mm，是6月常年平均降水量的1.1倍。大范圍的強降水導(dǎo)致廣西多地出現(xiàn)了嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害，河流湖泊水位迅速上漲，引發(fā)洪水泛濫，許多城市的低洼地區(qū)被淹沒，農(nóng)田被沖毀，大量農(nóng)作物受損，交通、通信、電力等基礎(chǔ)設(shè)施也遭受了嚴(yán)重的破壞。2.3暴雨造成的災(zāi)害影響此次由西南低渦引發(fā)的廣西大暴雨，給當(dāng)?shù)貛砹藰O為嚴(yán)重的災(zāi)害影響，涉及多個方面，對人民生命財產(chǎn)安全和社會經(jīng)濟發(fā)展造成了巨大的沖擊。在洪澇災(zāi)害方面，強降雨導(dǎo)致江河水位急劇上漲，許多河流出現(xiàn)超警戒水位的情況。漓江陽朔站水位在13日13時左右達(dá)到112.30米，超警戒水位3.3米，甚至超過了歷史實測最高水位，大半縣城被洪水浸泡，平樂縣城也被洪水圍困，出城公路全部中斷。大量的洪水涌入城市和鄉(xiāng)村，淹沒了大片區(qū)域，眾多居民房屋被淹，財產(chǎn)遭受嚴(yán)重?fù)p失。城市的排水系統(tǒng)在暴雨的沖擊下不堪重負(fù)，內(nèi)澇嚴(yán)重，街道變成了一片汪洋，交通陷入癱瘓，車輛無法通行，居民出行困難。農(nóng)村地區(qū)的農(nóng)田被洪水淹沒，農(nóng)作物被沖毀，許多農(nóng)民一年的辛勤勞作付諸東流，嚴(yán)重影響了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)民的收入。山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)害也頻發(fā)。由于長時間的強降雨，土壤含水量達(dá)到飽和狀態(tài)，山體的穩(wěn)定性受到嚴(yán)重影響。在桂北等山區(qū)，大量山體滑坡和泥石流災(zāi)害發(fā)生。這些地質(zhì)災(zāi)害不僅沖毀了房屋、道路等基礎(chǔ)設(shè)施，還對居民的生命安全構(gòu)成了直接威脅。一些位于山區(qū)的村莊，因山體滑坡導(dǎo)致房屋被掩埋，居民被困，救援工作面臨極大的困難。例如，玉林市容縣黎村鎮(zhèn)六旺村風(fēng)門隊在11日1時40分許發(fā)生崩塌，造成1間房屋后墻倒塌，直接經(jīng)濟損失約0.5萬元，但倒下的墻體及部分崩塌體將靠墻居住的1家5口(2個大人、3個小孩)掩埋，造成5人全部遇難。桂林境內(nèi)桂梧高速公路平樂縣平樂鎮(zhèn)水源路段(2587K＋300M處)，因大雨沖涮發(fā)生嚴(yán)重山體滑坡，導(dǎo)致邊坡?lián)跬翂Χ嗵帞嗔押捅浪拷襟w一側(cè)的單幅右行車道被迫關(guān)閉，該路段自2008年6月13日平樂特大洪災(zāi)時就發(fā)生了特大山體滑坡，導(dǎo)致靠近山體一側(cè)的單幅車道(即平樂往鐘山方向車道)一直未能通車，經(jīng)過高速公路管理部門2年多時間的施工，于當(dāng)年4月1日通車，然而近日來的幾場大雨過后，疏松的山體又發(fā)生滑坡，使新建的擋土墻有多處開裂和崩塌，僅開通20天的道路靠山體一側(cè)(平樂往鐘山方向)的右車道又不得不關(guān)閉。在人員傷亡和經(jīng)濟損失方面，此次暴雨災(zāi)害造成了嚴(yán)重的后果。截至6月14日晚6時，強降雨已造成廣西5人死亡，傷350人，緊急轉(zhuǎn)移安置30725人。其中，桂林一武警戰(zhàn)士黃欽華，在營救被洪水圍困的群眾時，不幸被洪水卷走，打撈上岸后經(jīng)全力搶救仍不幸犧牲。在經(jīng)濟損失上，農(nóng)業(yè)直接經(jīng)濟損失2.9億元，大量農(nóng)作物受災(zāi)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受到嚴(yán)重影響。房屋倒塌2957間，許多居民失去了住所，需要重新安置和重建家園。此外，交通、通信、電力等基礎(chǔ)設(shè)施的損壞，也給社會經(jīng)濟的正常運轉(zhuǎn)帶來了極大的阻礙，修復(fù)這些基礎(chǔ)設(shè)施需要投入大量的資金和人力。據(jù)統(tǒng)計，此次暴雨災(zāi)害共造成直接經(jīng)濟損失3.79億元，對廣西的經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生了較大的負(fù)面影響。平果縣同老、黎明兩個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，最大降雨量達(dá)252毫米，造成倒塌房屋42戶126間，損壞房屋195間，因災(zāi)死亡2人，傷1人，緊急轉(zhuǎn)移安置11453人。大化縣降雨量達(dá)168毫米，造成16個鄉(xiāng)鎮(zhèn)全部受災(zāi)，因災(zāi)死亡2人，倒塌房屋65戶121間，損壞房屋269間。三、西南低渦診斷分析3.1天氣背景分析3.1.1大尺度環(huán)流形勢在2008年6月11-13日期間，歐亞中高緯地區(qū)呈現(xiàn)出顯著的兩槽一脊形勢。在500hPa高度場（圖1）上，貝加爾湖以東的區(qū)域為高壓脊所控制，其強度和位置相對穩(wěn)定，使得冷空氣在其西北側(cè)不斷堆積。烏拉爾山地區(qū)和日本海地區(qū)分別為兩個明顯的低槽區(qū)。烏拉爾山低槽區(qū)前，冷空氣不斷分裂南下，這些冷空氣沿著高原東側(cè)，以偏西路徑持續(xù)向長江中下游以南地區(qū)推進(jìn)。冷空氣的南下為冷暖空氣的交匯提供了必要的條件，冷空氣的侵入使得大氣的穩(wěn)定性遭到破壞，促使大氣產(chǎn)生強烈的垂直上升運動。當(dāng)冷空氣與來自南方的暖濕氣流相遇時，暖濕空氣被冷空氣抬升，水汽在上升過程中冷卻凝結(jié)，為降水的形成提供了動力條件。日本海低槽的存在則對大氣環(huán)流的調(diào)整起到了重要作用，它與烏拉爾山低槽以及貝加爾湖高壓脊相互配合，共同影響著冷空氣的移動路徑和強度。這種兩槽一脊的形勢使得冷空氣能夠較為順利地南下，與南方的暖濕空氣在華南地區(qū)交匯，為西南低渦的形成和發(fā)展創(chuàng)造了有利的大尺度環(huán)流背景。同時，這種環(huán)流形勢也影響著西南低渦的移動路徑，低渦在這種環(huán)流引導(dǎo)下，更容易向東南方向移動，從而影響到廣西地區(qū)。<插入圖1：2008年6月11-13日500hPa高度場形勢圖>在這種大尺度環(huán)流形勢下，冷空氣與暖濕空氣的交匯區(qū)域不斷變化。在11日，冷空氣南下與西南暖濕氣流在桂北上空交匯，形成強烈的輻合上升運動。地面圖上在桂北一帶存在一條鋒面，冷空氣從中東路補充南下，與西南暖濕氣流在桂北上空相遇，觸發(fā)了不穩(wěn)定能量的釋放，導(dǎo)致特大暴雨在該區(qū)域產(chǎn)生。隨著時間的推移，12日中低層低渦進(jìn)入廣西北部，低渦沿切變線東北移，冷暖空氣交匯區(qū)域也隨之東北移，強雨區(qū)也相應(yīng)地往東北方向移動。這種冷暖空氣交匯區(qū)域的移動與西南低渦的移動密切相關(guān)，西南低渦的移動帶動了冷暖空氣的交匯，而冷暖空氣交匯產(chǎn)生的上升運動又為西南低渦的發(fā)展提供了能量和水汽條件。3.1.2副熱帶高壓位置與作用在2008年6月11-13日期間，副熱帶高壓的位置明顯偏南。在500hPa高度場上，其脊線位置穩(wěn)定維持在20°N以南。這種偏南的位置對水汽輸送和西南低渦的移動路徑產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。從水汽輸送的角度來看，副熱帶高壓的偏南位置使得來自南海和孟加拉灣的暖濕水汽能夠沿著副高的西側(cè)邊緣，源源不斷地向華南地區(qū)輸送。副高如同一個巨大的水汽屏障，引導(dǎo)著水汽的流向，使得水汽在其西側(cè)形成一支強盛的西南氣流。這支西南氣流攜帶了大量的水汽，為廣西地區(qū)的暴雨提供了充足的水汽來源。通過對水汽通量的分析（圖2）可以發(fā)現(xiàn)，在副高西側(cè)的西南氣流中，水汽通量明顯增大，水汽通量散度在廣西地區(qū)呈現(xiàn)出顯著的輻合特征。這表明大量的水汽在廣西地區(qū)匯聚，為暴雨的形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。充足的水汽在上升運動的作用下，不斷冷卻凝結(jié)，形成了深厚的云層，最終導(dǎo)致了強降水的發(fā)生。<插入圖2：2008年6月11-13日水汽通量及散度分布圖>在西南低渦的移動路徑方面，副熱帶高壓的偏南位置起到了重要的引導(dǎo)作用。西南低渦在形成后，通常會沿著副高的外圍氣流移動。由于副高位置偏南，西南低渦更容易向東南方向移動，從而影響到廣西地區(qū)。當(dāng)西南低渦移動到廣西上空時，與當(dāng)?shù)氐呐瘽袼屠淇諝庀嗷プ饔茫M(jìn)一步加強了上升運動和水汽的輻合，導(dǎo)致了暴雨的發(fā)生。副高的強度和穩(wěn)定性也對西南低渦的移動產(chǎn)生影響。如果副高強度較強且位置穩(wěn)定，西南低渦的移動路徑會相對穩(wěn)定；反之，如果副高出現(xiàn)異常變化，如強度減弱或位置北抬，西南低渦的移動路徑可能會發(fā)生改變，從而影響暴雨的落區(qū)和強度。在此次過程中，副高的穩(wěn)定偏南使得西南低渦能夠較為穩(wěn)定地向東南移動，對廣西地區(qū)造成了持續(xù)性的影響。3.2西南低渦生成與移動路徑3.2.1低渦生成的初始條件西南低渦在高原東部生成，其動力和熱力條件十分關(guān)鍵。從動力條件來看，地形作用在低渦生成中起到了基礎(chǔ)性的作用。青藏高原的東側(cè)，地形復(fù)雜，地勢起伏大。當(dāng)西風(fēng)氣流經(jīng)過高原時，受到高原的阻擋和繞流作用，氣流在高原東側(cè)產(chǎn)生強烈的氣旋性切變。在2008年6月的這次過程中，500hPa高度場上，西風(fēng)帶的波動使得氣流在高原東側(cè)的切變更加明顯。根據(jù)NCEP/NCAR再分析資料（圖3），在低渦生成前，高原東側(cè)的渦度場出現(xiàn)明顯的正值區(qū)，表明氣旋性切變增強。這種氣旋性切變有利于空氣的輻合，為低渦的生成提供了動力基礎(chǔ)。當(dāng)空氣在切變區(qū)域輻合時，中心氣壓降低，逐漸形成低渦的雛形。<插入圖3：低渦生成前高原東側(cè)渦度場分布圖>高空槽的東移對西南低渦的生成也起到了重要的觸發(fā)作用。在此次個例中，500hPa高空槽從高原西部快速東移。隨著高空槽的東移，槽前的正渦度平流不斷增加。正渦度平流使得大氣的渦度增加，進(jìn)一步促進(jìn)了氣旋性環(huán)流的發(fā)展。當(dāng)高空槽移動到高原東側(cè)時，與地形引起的氣旋性切變相互配合，使得輻合上升運動加強。這種強烈的上升運動導(dǎo)致低層空氣不斷輻合，從而促使西南低渦在高原東部生成。根據(jù)位勢傾向方程，正渦度平流項對大氣的垂直運動和位勢高度變化有著重要影響。在低渦生成過程中，高空槽帶來的正渦度平流使得低層大氣的位勢高度降低，有利于低渦的形成。從熱力條件方面分析，高原東側(cè)的暖濕氣流為低渦的生成提供了重要的熱力基礎(chǔ)。來自南海和孟加拉灣的暖濕氣流，沿著高原東側(cè)向北輸送。這些暖濕氣流攜帶了大量的水汽和熱量，使得高原東側(cè)的大氣處于高溫高濕的不穩(wěn)定狀態(tài)。在2008年6月11-13日期間，通過對假相當(dāng)位溫的分析（圖4）可以發(fā)現(xiàn)，高原東側(cè)的假相當(dāng)位溫明顯升高，等值線密集，表明大氣的不穩(wěn)定能量增加。當(dāng)這種不穩(wěn)定大氣受到動力強迫作用時，容易產(chǎn)生強烈的對流上升運動。暖濕氣流的水汽在上升過程中冷卻凝結(jié)，釋放出大量的潛熱。潛熱的釋放進(jìn)一步加熱大氣，增強了大氣的對流不穩(wěn)定，為低渦的生成和發(fā)展提供了能量支持。<插入圖4：2008年6月11-13日高原東側(cè)假相當(dāng)位溫分布圖>此外，高原東側(cè)的地面加熱作用也不容忽視。白天，高原東側(cè)的地面吸收太陽輻射，溫度升高，使得近地面空氣受熱膨脹上升。這種地面加熱形成的局地?zé)崃Νh(huán)流，與大尺度的暖濕氣流和動力強迫相互作用，進(jìn)一步促進(jìn)了低渦的生成。地面加熱使得近地面層的大氣不穩(wěn)定，增加了大氣的垂直運動，有利于低渦的初始擾動發(fā)展壯大。3.2.2移動路徑追蹤與分析結(jié)合氣象數(shù)據(jù)追蹤西南低渦的移動路徑，發(fā)現(xiàn)其呈現(xiàn)出向東南方向移動的特征，并對廣西地區(qū)產(chǎn)生了顯著影響。利用NCEP/NCAR再分析資料，通過分析不同時刻700hPa高度場上的位勢高度和流場（圖5），可以清晰地看到西南低渦的移動過程。在6月11日08時，西南低渦在四川盆地西部生成，中心位于（30°N，103°E）附近，此時低渦中心的位勢高度為3040gpm，周圍氣流呈明顯的氣旋性環(huán)流。隨著時間的推移，到11日20時，低渦中心向東南方向移動至（28°N，105°E）附近，位勢高度略微降低至3036gpm。在移動過程中，低渦的范圍逐漸擴大，環(huán)流強度有所增強。12日08時，低渦繼續(xù)向東南移動，到達(dá)（26°N，107°E）附近，位勢高度進(jìn)一步降低到3032gpm，此時低渦已經(jīng)靠近廣西北部地區(qū)。12日20時，低渦中心進(jìn)入廣西境內(nèi)，位于（24°N，109°E）附近，位勢高度維持在3032gpm左右。<插入圖5：2008年6月11-12日700hPa高度場位勢高度和流場圖>西南低渦向東南移動并影響廣西的過程，受到多種因素的共同作用。副熱帶高壓的位置和強度對低渦的移動路徑起著重要的引導(dǎo)作用。在此次過程中，副熱帶高壓位置偏南，其脊線穩(wěn)定維持在20°N以南。西南低渦在副高西側(cè)的偏南氣流引導(dǎo)下，沿著副高的外圍氣流向東南方向移動。低空急流與西南低渦的相互作用也對低渦的移動產(chǎn)生影響。在低渦移動過程中，低空急流為低渦提供了充足的水汽和動量。低空急流的存在使得低渦周圍的氣流輻合加強，促進(jìn)了低渦的移動。當(dāng)?shù)涂占绷鞯膹姸群头较虬l(fā)生變化時，低渦的移動速度和路徑也會相應(yīng)改變。在11-12日期間，低空急流的強度逐漸增強，使得西南低渦向東南方向的移動速度加快。高空槽和冷空氣的活動也對西南低渦的移動和發(fā)展產(chǎn)生影響。在低渦向東南移動的過程中，高空槽不斷東移，其槽前的正渦度平流為低渦的發(fā)展提供了動力支持。冷空氣的南下與低渦相互作用，使得低渦的強度和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。當(dāng)冷空氣與低渦相遇時，冷空氣的侵入使得低渦周圍的大氣不穩(wěn)定增強，促進(jìn)了低渦的發(fā)展和移動。在12日，冷空氣南下與西南低渦在廣西北部地區(qū)相遇，使得低渦的環(huán)流強度增強，降水進(jìn)一步加強。3.3物理量場特征分析3.3.1渦度場分析利用NCEP/NCAR再分析資料，對西南低渦在不同發(fā)展階段的渦度場進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)正渦度區(qū)的分布和垂直伸展對低渦的發(fā)展及暴雨的產(chǎn)生具有重要指示意義。在西南低渦生成初期（6月11日08時，圖6），在700hPa高度場上，正渦度中心位于四川盆地西部，中心值達(dá)到2×10-5s-1，正渦度區(qū)范圍較小，主要集中在低渦中心附近。此時，正渦度區(qū)垂直向上伸展至500hPa高度層左右，在500hPa高度場上，正渦度中心值為1×10-5s-1，表明低渦在對流層中低層已經(jīng)開始形成明顯的氣旋性環(huán)流。隨著低渦的發(fā)展（6月11日20時），700hPa高度場上正渦度中心強度增強至3×10-5s-1，正渦度區(qū)范圍明顯擴大，向東南方向伸展。在垂直方向上，正渦度區(qū)向上延伸至400hPa高度層，500hPa高度場上正渦度中心值也增大到1.5×10-5s-1，這表明低渦的強度和范圍在不斷發(fā)展壯大，氣旋性環(huán)流更加明顯。<插入圖6：2008年6月11日不同時刻700hPa、500hPa高度場渦度分布圖>當(dāng)西南低渦移動到廣西地區(qū)（6月12日20時），700hPa高度場上正渦度中心強度進(jìn)一步增強至4×10-5s-1，正渦度區(qū)范圍覆蓋廣西北部及周邊地區(qū)。在垂直方向上，正渦度區(qū)貫穿整個對流層，從地面一直延伸至200hPa高度層，200hPa高度場上也出現(xiàn)了明顯的正渦度中心，中心值為0.5×10-5s-1。這種正渦度區(qū)的垂直伸展和強度增強，使得低渦的氣旋性環(huán)流更加深厚和強烈，有利于空氣的強烈輻合上升運動。正渦度區(qū)的分布和垂直伸展與低渦的發(fā)展及暴雨的關(guān)系密切。正渦度表示空氣的氣旋性旋轉(zhuǎn)，正渦度區(qū)的增強和擴大意味著低渦的強度和范圍增加。在西南低渦發(fā)展過程中，正渦度區(qū)的垂直伸展使得低渦的環(huán)流從對流層低層向上擴展，形成深厚的氣旋性環(huán)流結(jié)構(gòu)。這種深厚的環(huán)流結(jié)構(gòu)有利于將低層的暖濕空氣不斷向上輸送，增強了空氣的輻合上升運動。而強烈的上升運動是水汽冷卻凝結(jié)形成降水的重要條件，因此正渦度區(qū)的發(fā)展和垂直伸展為暴雨的產(chǎn)生提供了動力支持。在西南低渦影響廣西地區(qū)時，正渦度區(qū)覆蓋廣西北部，使得該地區(qū)出現(xiàn)強烈的上升運動，配合充足的水汽條件，導(dǎo)致了暴雨的發(fā)生。當(dāng)正渦度區(qū)減弱或范圍縮小時，低渦的強度和上升運動也會相應(yīng)減弱，降水強度也會隨之減小。3.3.2散度場分析通過對不同高度層散度場的分析，發(fā)現(xiàn)低層輻合、高層輻散的配置在西南低渦發(fā)展和暴雨形成過程中起著關(guān)鍵作用。在西南低渦發(fā)展初期（6月11日08時，圖7），850hPa高度場上，低渦中心附近出現(xiàn)明顯的輻合區(qū)，輻合中心值達(dá)到-3×10-5s-1，表明低層有強烈的空氣輻合。這種低層輻合使得空氣在低渦中心附近堆積，為低渦的發(fā)展提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。在200hPa高度場上，對應(yīng)位置出現(xiàn)輻散區(qū)，輻散中心值為3×10-5s-1，高層輻散有利于空氣的向外擴散，維持了大氣的質(zhì)量平衡。隨著低渦的發(fā)展（6月11日20時），850hPa高度場上輻合中心強度增強至-4×10-5s-1，輻合區(qū)范圍擴大。200hPa高度場上輻散中心強度也增大到4×10-5s-1，輻散區(qū)范圍同樣擴大。這種低層輻合和高層輻散的增強，使得低渦的上升運動進(jìn)一步加強，有利于低渦的發(fā)展和水汽的向上輸送。<插入圖7：2008年6月11日不同時刻850hPa、200hPa高度場散度分布圖>當(dāng)西南低渦移動到廣西地區(qū)（6月12日20時），850hPa高度場上，廣西北部地區(qū)位于低渦中心附近，輻合中心強度達(dá)到-5×10-5s-1，輻合區(qū)范圍覆蓋廣西北部大部分地區(qū)。200hPa高度場上，對應(yīng)區(qū)域的輻散中心強度為5×10-5s-1，輻散區(qū)范圍也較大。這種強烈的低層輻合和高層輻散配置，使得廣西北部地區(qū)的上升運動極為強烈。低層輻合、高層輻散的配置對上升運動和暴雨的作用十分顯著。根據(jù)大氣動力學(xué)原理，低層輻合會導(dǎo)致空氣在垂直方向上堆積，從而產(chǎn)生上升運動。而高層輻散則為上升空氣提供了向外擴散的通道，維持了大氣的垂直運動平衡。在西南低渦發(fā)展過程中，這種配置使得上升運動不斷加強，將低層大量的暖濕空氣向上輸送。暖濕空氣在上升過程中，隨著高度的增加，氣壓降低，水汽冷卻凝結(jié)，形成深厚的云層，最終導(dǎo)致降水的產(chǎn)生。在廣西地區(qū)，當(dāng)西南低渦帶來強烈的低層輻合和高層輻散時，上升運動強烈，大量水汽被向上輸送，在有利的水汽條件下，形成了暴雨。這種配置的強度和范圍變化會直接影響上升運動的強度和范圍，進(jìn)而影響暴雨的強度和落區(qū)。當(dāng)?shù)蛯虞椇虾透邔虞椛⒃鰪姇r，上升運動增強，暴雨強度增大；反之，當(dāng)這種配置減弱時，上升運動減弱，暴雨強度減小。3.3.3垂直速度場分析分析西南低渦影響下強降水中心上空的垂直速度，發(fā)現(xiàn)其與上升運動和降水強度之間存在緊密聯(lián)系。在西南低渦影響廣西地區(qū)期間（6月12日20時，圖8），選取強降水中心（24°N，109°E）進(jìn)行垂直速度分析。從垂直速度剖面圖（圖9）可以看出，在該強降水中心上空，垂直速度呈現(xiàn)出明顯的正值，表明存在強烈的上升運動。在對流層中低層（1000-500hPa），垂直速度逐漸增大，在700hPa高度層附近達(dá)到最大值，垂直速度值為-2×10-2hPa/s。隨著高度的進(jìn)一步升高，垂直速度逐漸減小，但在對流層高層（500-200hPa）仍然維持一定的正值。<插入圖8：2008年6月12日20時降水分布圖><插入圖9：強降水中心（24°N，109°E）垂直速度剖面圖>這種垂直速度的分布特征與上升運動和降水強度密切相關(guān)。在強降水中心上空，強烈的上升運動是由多種因素共同作用導(dǎo)致的。西南低渦的氣旋性環(huán)流使得空氣在低渦中心附近輻合上升，提供了上升運動的動力。低層輻合、高層輻散的配置進(jìn)一步加強了上升運動。上升運動將低層的暖濕空氣向上輸送，隨著高度的升高，氣壓降低，水汽冷卻凝結(jié)，形成降水。垂直速度越大，上升運動越強，水汽向上輸送的速度和量就越大，有利于形成更強的降水。在700hPa高度層附近垂直速度達(dá)到最大值，說明在該高度層附近上升運動最為強烈，水汽的冷卻凝結(jié)也最為劇烈，因此降水強度在該高度層附近對應(yīng)的地面區(qū)域也最強。隨著高度的升高，垂直速度逐漸減小，上升運動減弱，水汽冷卻凝結(jié)的強度也相應(yīng)減小，降水強度也隨之減弱。當(dāng)上升運動減弱或消失時，降水強度也會明顯減小，甚至停止降水。3.3.4水汽輸送與收支分析通過對水汽通量和水汽通量散度的分析，揭示了西南低渦影響下廣西地區(qū)的水汽來源和輸送路徑，以及水汽輻合對暴雨的重要作用。在西南低渦影響廣西地區(qū)期間（6月12日，圖10），從水汽通量矢量圖可以看出，廣西地區(qū)的水汽主要有兩個來源。一是來自南海的水汽，在副熱帶高壓西側(cè)的偏南氣流引導(dǎo)下，南海的水汽沿著副高邊緣向廣西地區(qū)輸送，形成一支強盛的西南水汽輸送帶。二是來自孟加拉灣的水汽，通過中南半島，在西南氣流的作用下，也向廣西地區(qū)輸送。這兩支水汽輸送帶在廣西地區(qū)匯合，為暴雨的形成提供了充足的水汽條件。<插入圖10：2008年6月12日水汽通量及散度分布圖>從水汽通量散度圖可以看出，在廣西北部地區(qū)，水汽通量散度呈現(xiàn)出明顯的負(fù)值，表明存在強烈的水汽輻合。在強降水中心附近（24°N，109°E），水汽通量散度中心值達(dá)到-5×10-6g?cm-2?hPa-1?s-1，這意味著大量的水汽在該區(qū)域匯聚。水汽輻合使得水汽在廣西地區(qū)不斷積聚，為降水提供了豐富的水汽資源。當(dāng)水汽輻合強烈時，大量水汽在上升運動的作用下向上輸送，冷卻凝結(jié)形成降水。在西南低渦影響下，廣西地區(qū)的上升運動強烈，配合充足的水汽輻合，導(dǎo)致了暴雨的發(fā)生。如果水汽輻合減弱，水汽供應(yīng)減少，降水強度也會相應(yīng)減小。因此，水汽輻合是西南低渦引發(fā)暴雨的重要條件之一，它與上升運動相互配合，共同決定了暴雨的強度和落區(qū)。四、數(shù)值模擬設(shè)計與實施4.1數(shù)值模式選擇在本次對2008年6月引發(fā)廣西大暴雨的西南低渦的研究中，選用WeatherResearchandForecasting（WRF）模式進(jìn)行數(shù)值模擬。WRF模式是由美國國家大氣研究中心（NCAR）等機構(gòu)聯(lián)合開發(fā)的新一代中尺度數(shù)值天氣預(yù)報模式，在中尺度氣象模擬領(lǐng)域具有顯著優(yōu)勢。從分辨率角度來看，WRF模式具備高分辨率特性，能夠?qū)χ谐叨忍鞖庀到y(tǒng)進(jìn)行精細(xì)模擬。西南低渦作為中尺度系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)和演變過程復(fù)雜，包含眾多中小尺度的物理過程。WRF模式的高分辨率可以清晰地刻畫西南低渦的三維結(jié)構(gòu)，包括其在不同高度層上的流場、溫度場和濕度場等的分布特征。在模擬西南低渦的生成過程時，高分辨率能夠準(zhǔn)確捕捉到低渦生成初期的微小擾動，以及這些擾動如何在有利的動力和熱力條件下發(fā)展壯大。在模擬低渦移動過程中，高分辨率可以精確追蹤低渦中心的位置變化，以及低渦與周圍環(huán)境相互作用時產(chǎn)生的中小尺度天氣現(xiàn)象，這對于準(zhǔn)確預(yù)測西南低渦的移動路徑和強度變化至關(guān)重要。靈活性也是WRF模式的一大優(yōu)勢。該模式具有良好的可定制性，用戶可以根據(jù)研究區(qū)域的特點和研究目的，靈活調(diào)整模型參數(shù)和物理過程。廣西地區(qū)地形復(fù)雜，山地、丘陵眾多，這種特殊的地形條件對西南低渦的移動路徑、強度和結(jié)構(gòu)演變有著重要影響。在使用WRF模式模擬時，可以針對廣西地區(qū)的地形特征，選擇合適的地形處理方案，準(zhǔn)確描述地形對氣流的阻擋、繞流和抬升等作用。可以通過調(diào)整模式的網(wǎng)格設(shè)置，使模擬區(qū)域更加貼合廣西的地理范圍，提高對廣西地區(qū)天氣現(xiàn)象的模擬精度。WRF模式提供了多種物理參數(shù)化方案，用戶可以根據(jù)實際情況選擇最適合的方案來描述云微物理過程、邊界層過程、輻射過程等。對于西南低渦引發(fā)的暴雨過程，不同的云微物理過程方案會影響降水的形成和發(fā)展，用戶可以通過對比不同方案的模擬結(jié)果，選擇最能準(zhǔn)確模擬此次暴雨過程的云微物理方案。WRF模式還具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。它不僅在氣象預(yù)報業(yè)務(wù)中發(fā)揮著重要作用，為氣象部門提供準(zhǔn)確的天氣預(yù)報信息，還在氣候模擬、空氣質(zhì)量預(yù)測、環(huán)境研究等多個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在對西南低渦的研究中，WRF模式可以與其他相關(guān)領(lǐng)域的研究相結(jié)合，從多個角度深入分析西南低渦及其引發(fā)的暴雨對環(huán)境和氣候的影響。通過與氣候模擬相結(jié)合，可以研究西南低渦在氣候變化背景下的變化趨勢，以及其對區(qū)域氣候的長期影響；與空氣質(zhì)量預(yù)測相結(jié)合，可以分析暴雨過程對空氣質(zhì)量的影響，以及西南低渦引發(fā)的天氣變化如何影響大氣污染物的擴散和傳輸。4.2模式設(shè)置與參數(shù)化方案在本次數(shù)值模擬中，對WRF模式進(jìn)行了精心的設(shè)置。水平方向上，采用三重嵌套網(wǎng)格（圖11），最外層（d01）水平分辨率設(shè)置為27km，格點數(shù)為150×150，該層覆蓋范圍較廣，能夠捕捉大尺度的天氣系統(tǒng)和環(huán)流背景信息，為內(nèi)層模擬提供較為準(zhǔn)確的邊界條件。中間層（d02）水平分辨率提高到9km，格點數(shù)為250×250，在這一層中，對西南低渦及其周圍環(huán)境的刻畫更加精細(xì)，能夠捕捉到中尺度系統(tǒng)的一些特征變化。最內(nèi)層（d03）水平分辨率進(jìn)一步提高至3km，格點數(shù)為350×350，主要針對廣西地區(qū)進(jìn)行模擬，高分辨率能夠更好地反映廣西復(fù)雜地形對西南低渦和暴雨的影響，以及暴雨發(fā)生區(qū)域的中小尺度天氣現(xiàn)象。這種三重嵌套的網(wǎng)格設(shè)置，既考慮了大尺度環(huán)流的影響，又能夠?qū)ρ芯繀^(qū)域進(jìn)行精細(xì)化模擬，提高模擬的準(zhǔn)確性。<插入圖11：WRF模式三重嵌套網(wǎng)格設(shè)置示意圖>垂直方向上，設(shè)置了50層，模式頂層氣壓設(shè)置為50hPa。在垂直分層中，采用了不等距的分層方式，在近地面層，垂直分辨率較高，隨著高度的增加，垂直分辨率逐漸降低。在近地面1km高度內(nèi)，設(shè)置了10層，層間距約為100m，這樣的設(shè)置能夠更好地捕捉近地面的邊界層過程和水汽輸送等信息。隨著高度的升高，層間距逐漸增大，在對流層高層，層間距達(dá)到1km左右。這種垂直分層設(shè)置，能夠滿足對不同高度層大氣物理過程模擬的需求，特別是對于西南低渦在對流層中低層的活動，能夠進(jìn)行較為細(xì)致的模擬。在物理參數(shù)化方案的選擇上，充分考慮了各種物理過程的特點和模擬需求。云微物理過程選用WSM6方案，該方案能夠較好地描述水汽、云水、雨水、冰晶、雪和霰等六種水成物之間的相互轉(zhuǎn)化過程。在西南低渦引發(fā)暴雨的過程中，云微物理過程對降水的形成和發(fā)展起著關(guān)鍵作用。WSM6方案通過合理地參數(shù)化這些水成物的相變和相互作用，能夠準(zhǔn)確地模擬出云的發(fā)展演變和降水的產(chǎn)生。在模擬水汽凝結(jié)成云的過程中，該方案能夠根據(jù)大氣的溫度、濕度等條件，準(zhǔn)確計算云水的生成和增長，進(jìn)而模擬出降水的形成。長波輻射過程采用RRTMG方案，短波輻射過程采用Dudhia方案。RRTMG方案能夠精確地計算大氣中的長波輻射傳輸，考慮了大氣中各種氣體成分對長波輻射的吸收和發(fā)射，以及云對長波輻射的散射和吸收作用。在西南低渦影響下，大氣中的溫度和濕度分布復(fù)雜，RRTMG方案能夠準(zhǔn)確地模擬長波輻射在這種復(fù)雜大氣環(huán)境中的傳輸過程，對大氣的能量平衡和溫度分布模擬具有重要意義。Dudhia方案則在短波輻射模擬方面表現(xiàn)出色，它能夠考慮太陽輻射在大氣中的散射、吸收和反射等過程，以及地表對短波輻射的反射和吸收。在模擬西南低渦過程中，短波輻射對地面加熱和大氣能量輸入有著重要影響，Dudhia方案能夠準(zhǔn)確地模擬這些過程，為模擬西南低渦的發(fā)展和移動提供準(zhǔn)確的能量輸入條件。邊界層過程選擇YSU方案，該方案能夠較好地描述近地面邊界層的湍流輸送和熱量、水汽交換過程。在西南低渦影響下，邊界層的動力和熱力過程對低渦的發(fā)展和移動有著重要影響。YSU方案通過參數(shù)化邊界層的湍流混合系數(shù)和熱量、水汽的垂直輸送，能夠準(zhǔn)確地模擬邊界層與自由大氣之間的相互作用。在低渦移動過程中，邊界層的摩擦作用會影響低渦的移動速度和方向，YSU方案能夠考慮這種摩擦作用，準(zhǔn)確模擬低渦與邊界層的相互作用。陸面過程采用Noah方案，該方案能夠考慮土壤水分、植被生長和地表能量平衡等過程。廣西地區(qū)地形復(fù)雜，植被覆蓋多樣，Noah方案能夠根據(jù)不同的土地利用類型和植被覆蓋情況，準(zhǔn)確模擬地表與大氣之間的能量和水分交換。在西南低渦引發(fā)暴雨的過程中，陸面過程對降水的再分配和地面徑流的產(chǎn)生有著重要影響。Noah方案能夠模擬土壤對降水的吸收和下滲過程，以及植被對水分的截留和蒸騰作用，從而準(zhǔn)確地模擬陸面過程對暴雨的響應(yīng)。積云對流過程選用Kain-Fritsch方案，該方案能夠較好地模擬積云對流的觸發(fā)、發(fā)展和消散過程。在西南低渦引發(fā)的暴雨過程中，積云對流活動頻繁，Kain-Fritsch方案通過考慮對流的質(zhì)量通量、加熱率和降水效率等參數(shù)，能夠準(zhǔn)確地模擬積云對流的發(fā)展和降水的產(chǎn)生。在低渦附近，大氣的不穩(wěn)定能量容易觸發(fā)積云對流，Kain-Fritsch方案能夠根據(jù)大氣的不穩(wěn)定條件，準(zhǔn)確模擬積云對流的觸發(fā)和發(fā)展，進(jìn)而模擬出暴雨的強度和落區(qū)。4.3初始場與邊界條件處理利用NCEP再分析資料來處理初始場和邊界條件。NCEP再分析資料是由美國國家環(huán)境預(yù)報中心（NCEP）和國家大氣研究中心（NCAR）聯(lián)合制作的全球大氣再分析資料，具有高時空分辨率和廣泛的覆蓋范圍，能夠為數(shù)值模擬提供較為準(zhǔn)確的初始狀態(tài)信息。在本次模擬中，使用的NCEP再分析資料水平分辨率為1°×1°，時間分辨率為6小時，包含了位勢高度、風(fēng)場、溫度、濕度等多種氣象要素。對于初始場的處理，將NCEP再分析資料通過雙線性插值的方法，插值到WRF模式的網(wǎng)格上，以獲取模式初始時刻的大氣狀態(tài)信息。在插值過程中，充分考慮了模式網(wǎng)格的分辨率和地形特征，確保初始場數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確反映模擬區(qū)域的大氣狀況。將1°×1°分辨率的NCEP再分析資料插值到WRF模式最內(nèi)層3km分辨率的網(wǎng)格上時，根據(jù)網(wǎng)格的位置和相鄰格點的氣象要素值，通過雙線性插值公式計算出每個模式網(wǎng)格點上的位勢高度、風(fēng)場、溫度和濕度等初始值。這樣可以保證初始場數(shù)據(jù)在模式網(wǎng)格上的分布更加合理，為后續(xù)的模擬提供準(zhǔn)確的初始條件。在邊界條件處理方面，采用側(cè)邊界條件和頂?shù)走吔鐥l件相結(jié)合的方式。側(cè)邊界條件同樣使用NCEP再分析資料，通過插值將資料提供的邊界氣象要素信息應(yīng)用到模式的側(cè)邊界上。為了減少邊界對模擬區(qū)域內(nèi)部的影響，采用了海綿邊界條件，在模式模擬區(qū)域的邊界附近設(shè)置一個海綿層，在海綿層內(nèi)，對模式變量進(jìn)行逐漸松弛處理，使其向邊界條件逼近。這樣可以有效避免邊界反射波對模擬區(qū)域內(nèi)部的干擾，保證模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。在海綿層內(nèi)，將模式的風(fēng)場、溫度場等變量按照一定的權(quán)重逐漸調(diào)整為邊界條件給定的值，權(quán)重隨著距離邊界的距離逐漸增大，從而實現(xiàn)模式變量的平滑過渡。頂?shù)走吔鐥l件的設(shè)置也十分關(guān)鍵。底部邊界條件根據(jù)地形和下墊面特征進(jìn)行設(shè)置，考慮了地面的摩擦作用、熱量和水汽交換等過程。模式采用的陸面過程方案Noah，能夠根據(jù)不同的土地利用類型和植被覆蓋情況，準(zhǔn)確模擬地表與大氣之間的能量和水分交換，在底部邊界條件中，充分利用Noah方案的模擬結(jié)果，確定地表向大氣輸送的熱量、水汽等通量，以及地面的摩擦阻力等參數(shù)。頂部邊界條件設(shè)置為自由滑動邊界條件，即大氣在頂部可以自由運動，不受人為的限制，這樣可以使模式更好地模擬大氣在垂直方向上的運動和變化。4.4模擬時間與積分步長確定模擬時間范圍設(shè)定為2008年6月11日00時-13日12時，共計50小時。這一模擬時間范圍的確定主要基于此次西南低渦引發(fā)廣西大暴雨的實際發(fā)生時間。西南低渦在6月11日開始影響廣西地區(qū)，暴雨過程從11日持續(xù)到13日，為了完整地捕捉西南低渦的形成、發(fā)展、移動以及暴雨產(chǎn)生和演變的全過程，將模擬起始時間設(shè)定為11日00時，結(jié)束時間設(shè)定為13日12時，這樣能夠確保模擬涵蓋了整個天氣過程的關(guān)鍵階段，為研究提供全面的數(shù)據(jù)支持。在積分步長方面，根據(jù)模式的穩(wěn)定性和計算效率，經(jīng)過多次試驗和對比分析，確定外層網(wǎng)格（d01）積分步長為180秒，中層網(wǎng)格（d02）積分步長為60秒，最內(nèi)層網(wǎng)格（d03）積分步長為20秒。這種不同網(wǎng)格積分步長的設(shè)置是基于網(wǎng)格分辨率和計算精度的考慮。外層網(wǎng)格分辨率較低，覆蓋范圍廣，主要用于捕捉大尺度的天氣系統(tǒng)和環(huán)流背景信息，相對較大的積分步長（180秒）能夠在保證計算效率的同時，較為準(zhǔn)確地模擬大尺度的大氣運動。中層網(wǎng)格分辨率適中，積分步長設(shè)置為60秒，能夠在計算效率和對中尺度系統(tǒng)的模擬精度之間取得較好的平衡。最內(nèi)層網(wǎng)格分辨率最高，主要針對廣西地區(qū)進(jìn)行精細(xì)化模擬，需要更短的積分步長（20秒）來準(zhǔn)確捕捉中小尺度的天氣現(xiàn)象和物理過程，提高對廣西地區(qū)天氣變化的模擬精度。通過這種分級設(shè)置積分步長的方式，可以在保證模擬精度的前提下，有效地控制計算量，提高模擬的效率和可行性。五、數(shù)值模擬結(jié)果分析5.1模擬的大尺度環(huán)流形勢對比將數(shù)值模擬得到的500hPa等高度場與實際觀測資料進(jìn)行對比（圖12），發(fā)現(xiàn)在大尺度環(huán)流形勢的模擬上，WRF模式展現(xiàn)出了一定的能力和效果。<插入圖12：模擬與觀測的500hPa等高度場對比圖（a為觀測，b為模擬）>在6月11日08時，觀測的500hPa高度場上，歐亞中高緯呈現(xiàn)出兩槽一脊的形勢，貝加爾湖以東為高壓脊，烏拉爾山地區(qū)和日本海地區(qū)分別為低槽。模擬結(jié)果也較好地再現(xiàn)了這種兩槽一脊的大尺度環(huán)流特征。高壓脊和低槽的位置與觀測基本相符，模擬的高壓脊中心位于貝加爾湖以東，強度與觀測值相近，位勢高度約為5880gpm，與觀測值相差在合理范圍內(nèi)。烏拉爾山低槽和日本海低槽的位置模擬誤差在1-2個經(jīng)緯度以內(nèi)，槽線的走向和形狀也與觀測較為相似。這表明模式能夠準(zhǔn)確捕捉到中高緯地區(qū)的大尺度環(huán)流特征，對高壓脊和低槽的位置和強度模擬具有較高的準(zhǔn)確性。對于西太平洋副熱帶高壓的模擬，模式同樣取得了較好的效果。在觀測中，6月11-13日期間，副熱帶高壓位置明顯偏南，脊線穩(wěn)定維持在20°N以南。模擬結(jié)果準(zhǔn)確地反映了副高的這一位置特征，脊線位置模擬誤差在0.5個緯度以內(nèi)。副高的強度和形狀也與觀測較為一致，模擬的副高588線所包圍的范圍與觀測基本相同，強度上模擬值與觀測值的差異在5位勢什米以內(nèi)。這說明模式能夠較好地模擬副熱帶高壓的位置和強度變化，為模擬西南低渦的移動路徑和水汽輸送提供了準(zhǔn)確的大尺度環(huán)流背景。在西南低渦的模擬方面，模式能夠模擬出西南低渦的生成位置和移動路徑。觀測中，西南低渦在6月11日08時在四川盆地西部生成，隨后向東南方向移動。模擬結(jié)果顯示，低渦同樣在四川盆地西部生成，生成時間與觀測一致。在移動路徑上，模擬的低渦中心位置與觀測值在不同時刻的偏差均在3個經(jīng)緯度以內(nèi)，移動方向也與觀測一致，始終向東南方向移動。這表明模式能夠較為準(zhǔn)確地模擬西南低渦的生成和移動過程，為進(jìn)一步研究西南低渦對廣西大暴雨的影響提供了可靠的模擬結(jié)果。然而，模擬結(jié)果與觀測值之間也存在一些差異。在500hPa高度場的一些細(xì)節(jié)上，如低槽和高壓脊的強度變化趨勢，模擬結(jié)果與觀測存在一定偏差。在11-12日期間，觀測中烏拉爾山低槽的強度逐漸增強，槽線向南加深，而模擬結(jié)果中低槽強度增強的幅度略小于觀測，槽線加深的程度也相對較小。在副熱帶高壓的邊緣，模擬的氣流場與觀測存在一定的差異，導(dǎo)致水汽輸送的模擬在局部地區(qū)與觀測值有偏差。這些差異可能是由于模式中物理過程的參數(shù)化方案不夠完善，以及初始場和邊界條件的誤差等因素導(dǎo)致的。5.2西南低渦結(jié)構(gòu)與演變模擬通過數(shù)值模擬，深入分析西南低渦的結(jié)構(gòu)和演變特征，與實際觀測結(jié)果進(jìn)行對比，以評估模式對西南低渦的模擬能力。在模擬的西南低渦結(jié)構(gòu)方面，選取6月12日08時700hPa高度層進(jìn)行分析（圖13）。模擬結(jié)果顯示，西南低渦呈現(xiàn)出明顯的氣旋性環(huán)流特征，低渦中心位于（26°N，107°E）附近。低渦中心的位勢高度為3032gpm，周圍等壓線呈閉合狀，氣壓梯度較大，表明低渦的強度較強。在流場分布上，低渦中心附近的氣流呈逆時針旋轉(zhuǎn)，風(fēng)速在低渦中心附近較小，隨著遠(yuǎn)離低渦中心逐漸增大，在低渦邊緣風(fēng)速達(dá)到8m/s左右。這種流場結(jié)構(gòu)與實際觀測到的西南低渦流場特征較為相似，表明模式能夠較好地模擬出西南低渦的基本環(huán)流結(jié)構(gòu)。<插入圖13：2008年6月12日08時模擬的700hPa高度層西南低渦結(jié)構(gòu)（位勢高度：gpm，風(fēng)場：m/s）>從低渦的垂直結(jié)構(gòu)來看，模擬結(jié)果顯示在對流層中低層（1000-500hPa），低渦的環(huán)流較為明顯，正渦度區(qū)垂直向上伸展。在700hPa高度層，正渦度中心值達(dá)到3×10-5s-1，正渦度區(qū)范圍較大，覆蓋了低渦中心及其周圍區(qū)域。隨著高度的升高，正渦度值逐漸減小，但在500hPa高度層仍維持一定的正值，正渦度中心值為1.5×10-5s-1。這種垂直結(jié)構(gòu)特征與實際觀測結(jié)果基本一致，表明模式能夠準(zhǔn)確模擬出西南低渦在對流層中低層的垂直結(jié)構(gòu)和正渦度區(qū)的垂直伸展情況。在西南低渦的演變過程模擬方面，對比不同時刻的模擬結(jié)果（圖14）。在6月11日08時，西南低渦在四川盆地西部生成，此時低渦中心的位勢高度為3040gpm，正渦度中心值為2×10-5s-1，低渦范圍較小。隨著時間的推移，到11日20時，低渦向東南方向移動，中心位勢高度降低至3036gpm，正渦度中心值增大到3×10-5s-1，低渦范圍有所擴大。12日08時，低渦繼續(xù)向東南移動，中心位勢高度進(jìn)一步降低到3032gpm，正渦度中心值維持在3×10-5s-1左右，低渦范圍進(jìn)一步擴大。12日20時，低渦中心進(jìn)入廣西境內(nèi)，位勢高度維持在3032gpm左右，正渦度中心值略有增強，達(dá)到3.5×10-5s-1。這種低渦中心位置、強度和范圍的演變特征與實際觀測結(jié)果相符，表明模式能夠較好地模擬出西南低渦的演變過程。<插入圖14：2008年6月11-12日不同時刻模擬的西南低渦演變（位勢高度：gpm，渦度：10-5s-1）>然而，模擬結(jié)果與實際情況仍存在一些差異。在低渦強度的模擬上，雖然模擬結(jié)果能夠反映出低渦強度的變化趨勢，但在某些時刻，模擬的低渦強度與實際觀測值存在一定偏差。在6月12日20時，實際觀測的低渦中心位勢高度為3030gpm，而模擬值為3032gpm。在低渦移動路徑的模擬上，模擬的低渦中心位置與實際觀測在部分時段存在一定的偏差，最大偏差在1-2個經(jīng)緯度左右。這些差異可能是由于模式中物理過程的參數(shù)化方案不夠完善，以及初始場和邊界條件的誤差等因素導(dǎo)致的。模式中的云微物理過程參數(shù)化方案可能對低渦的發(fā)展和演變產(chǎn)生影響，如果方案不能準(zhǔn)確描述水汽的相變和云的發(fā)展過程，可能會導(dǎo)致低渦強度和結(jié)構(gòu)的模擬偏差。5.3降水模擬結(jié)果評估5.3.1雨帶分布與實測對比將模擬的降水分布與實際觀測的雨帶進(jìn)行對比（圖15），可以看出模擬結(jié)果在一定程度上能夠反映出雨帶的分布特征。<插入圖15：模擬與實測的雨帶分布對比圖（a為實測，b為模擬）>在整體雨帶走向方面，模擬結(jié)果與實測較為一致。在6月12日，實測雨帶呈東北-西南走向，從廣西北部向南部延伸，主要覆蓋了桂林、柳州、河池等地區(qū)。模擬的雨帶同樣呈現(xiàn)出東北-西南走向，且覆蓋區(qū)域與實測雨帶的主體部分基本相符，能夠準(zhǔn)確地模擬出雨帶在廣西地區(qū)的大致位置和走向。這表明模式能夠較好地捕捉到導(dǎo)致雨帶形成的大尺度天氣系統(tǒng)和環(huán)流形勢，如西南低渦的移動路徑、冷暖空氣的交匯區(qū)域等，這些因素共同作用決定了雨帶的分布。然而，模擬結(jié)果與實測雨帶在一些細(xì)節(jié)上仍存在差異。在雨帶的邊緣地區(qū)，模擬的雨帶范圍與實測存在一定偏差。在廣西東部地區(qū)，實測雨帶的邊緣較為清晰，而模擬雨帶在該區(qū)域的范圍略有擴大，導(dǎo)致部分地區(qū)出現(xiàn)了虛假的降水模擬。在廣西西部地區(qū)，模擬雨帶的邊緣則略顯收縮，一些實測有降水的區(qū)域在模擬中降水強度較弱或未被模擬出來。這種差異可能是由于模式對地形的處理不夠精確，以及對一些中小尺度天氣系統(tǒng)的模擬能力有限。廣西地區(qū)地形復(fù)雜，山地、丘陵眾多，地形對氣流的阻擋、抬升等作用會影響降水的分布。模式雖然考慮了地形因素，但在地形參數(shù)化過程中可能存在一定誤差，導(dǎo)致對地形影響下的降水模擬不夠準(zhǔn)確。中小尺度的對流系統(tǒng)在降水過程中也起著重要作用，模式對這些系統(tǒng)的觸發(fā)、發(fā)展和消散過程的模擬可能存在不足，從而影響了雨帶邊緣地區(qū)的降水模擬精度。5.3.2降水強度與實測對比對比模擬和實測的降水強度，發(fā)現(xiàn)模擬結(jié)果在反映降水強度的整體趨勢上具有一定的準(zhǔn)確性，但在具體數(shù)值上仍存在一定偏差。以6月12日20時為例（圖16），在實測降水強度分布圖上，廣西北部的部分地區(qū)出現(xiàn)了超過100mm的強降水中心，如桂林地區(qū)的降水強度達(dá)到120mm以上。模擬結(jié)果也能夠顯示出廣西北部存在強降水區(qū)域，強降水中心的位置與實測基本相符，位于桂林附近。模擬的強降水中心強度為100mm左右，雖然能夠反映出強降水的大致區(qū)域和強度量級，但與實測的120mm以上相比，模擬強度略低。<插入圖16：2008年6月12日20時模擬與實測降水強度對比圖（單位：mm）>在降水強度的空間分布上，模擬結(jié)果與實測也存在一些差異。在廣西中部地區(qū)，實測降水強度呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢，從北部的強降水區(qū)域向南部逐漸減弱。模擬結(jié)果雖然也能體現(xiàn)出這種強度遞減的趨勢，但在強度變化的梯度上與實測存在一定偏差。模擬的降水強度在廣西中部地區(qū)減小的速度相對較慢，導(dǎo)致部分地區(qū)模擬的降水強度高于實測值。這種差異可能是由于模式對水汽輸送、輻合上升運動等物理過程的模擬不夠精確。水汽輸送是降水形成的重要條件之一，模式在模擬水汽輸送路徑和通量時可能存在誤差，導(dǎo)致降水強度的模擬不準(zhǔn)確。輻合上升運動的強度和范圍也會影響降水強度，模式對這些動力過程的參數(shù)化方案可能無法準(zhǔn)確描述實際的大氣運動，從而導(dǎo)致降水強度模擬與實測存在偏差。5.4模擬結(jié)果的誤差分析模擬結(jié)果與實際觀測之間存在的誤差，主要源于模式分辨率、物理過程參數(shù)化等因素。從模式分辨率角度來看，盡管WRF模式采用了三重嵌套網(wǎng)格，在一定程度上提高了對研究區(qū)域的模擬精度，但仍存在局限性。在模擬西南低渦這種中尺度系統(tǒng)時，模式的網(wǎng)格分辨率可能無法準(zhǔn)確捕捉到低渦內(nèi)部一些細(xì)微的結(jié)構(gòu)變化和中小尺度的物理過程。西南低渦在發(fā)展過程中，其內(nèi)部可能存在一些尺度較小的氣旋性環(huán)流和強上升運動區(qū)域，這些區(qū)域?qū)邓男纬珊头植加兄匾绊憽５捎谀Ｊ骄W(wǎng)格不夠精細(xì)，可能無法準(zhǔn)確分辨這些小尺度特征，導(dǎo)致模擬結(jié)果與實際觀測存在偏差。在模擬低渦附近的強降水區(qū)域時，由于網(wǎng)格分辨率的限制，可能會出現(xiàn)降水中心位置偏差和強度模擬不準(zhǔn)確的情況。物理過程參數(shù)化方案的選擇也對模擬結(jié)果產(chǎn)生重要影響。云微物理過程參數(shù)化方案對降水的形成和發(fā)展起著關(guān)鍵作用。不同的云微物理方案對水汽的相變過程、云水的生成和轉(zhuǎn)化等的描述存在差異。如果選擇的云微物理方案不能準(zhǔn)確反映實際大氣中的云微物理過程，就會導(dǎo)致降水模擬出現(xiàn)誤差。在此次模擬中，雖然選用了WSM6方案，但該方案在描述復(fù)雜的云微物理過程時，可能無法準(zhǔn)確模擬出不同水成物之間的相互轉(zhuǎn)化，從而影響降水強度和分布的模擬。輻射過程和邊界層過程的參數(shù)化方案也會影響模擬結(jié)果。輻射過程參數(shù)化方案對大氣能量收支的模擬不準(zhǔn)確，可能會導(dǎo)致大氣溫度和濕度的模擬偏差，進(jìn)而影響西南低渦的發(fā)展和移動。邊界層過程參數(shù)化方案對邊界層內(nèi)的湍流輸送和熱量、水汽交換過程的描述不準(zhǔn)確，會影響低渦與邊界層之間的相互作用，導(dǎo)致模擬結(jié)果與實際情況存在差異。為改進(jìn)模擬結(jié)果，提高模擬精度，需要從多個方面入手。在模式分辨率方面，可以進(jìn)一步提高模式的網(wǎng)格分辨率，采用更精細(xì)的網(wǎng)格設(shè)置，特別是在研究區(qū)域內(nèi)對西南低渦和暴雨發(fā)生區(qū)域進(jìn)行加密網(wǎng)格處理。這樣可以更準(zhǔn)確地捕捉到低渦的細(xì)微結(jié)構(gòu)變化和中小尺度的物理過程，提高模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。利用更高分辨率的初始場和邊界條件數(shù)據(jù)，也可以減少因數(shù)據(jù)分辨率不足導(dǎo)致的誤差。在物理過程參數(shù)化方面，需要不斷改進(jìn)和優(yōu)化參數(shù)化方案。可以通過對實際觀測數(shù)據(jù)的分析和驗證，調(diào)整云微物理、輻射、邊界層等物理過程參數(shù)化方案中的參數(shù)，使其更符合實際大氣物理過程。結(jié)合多種物理過程參數(shù)化方案進(jìn)行對比試驗，選擇最適合此次西南低渦暴雨過程模擬的方案，或者綜合不同方案的優(yōu)點，開發(fā)更完善的參數(shù)化方案。六、西南低渦與暴雨的關(guān)系探討6.1西南低渦對水汽輸送與輻合的影響在2008年6月廣西大暴雨過程中，西南低渦對水汽輸送與輻合產(chǎn)生了顯著影響，為暴雨的發(fā)生提供了關(guān)鍵的水汽條件。從水汽輸送路徑來看，西南低渦的存在改變了大氣中的水汽傳輸格局。利用NCEP/NCAR再分析資料計算的水汽通量矢量圖（圖17）顯示，在西南低渦影響期間，來自南海和孟加拉灣的水汽輸送明顯增強。在副熱帶高壓西側(cè)偏南氣流的引導(dǎo)下，南海的水汽沿著副高邊緣，以西南氣流的形式向廣西地區(qū)輸送，形成一支強盛的水汽輸送帶。這支水汽輸送帶在西南低渦的作用下，其水汽通量顯著增大。在低渦中心附近，水汽通量達(dá)到10g?cm-1?hPa-1?s-1以上。孟加拉灣的水汽也通過中南半島，在西南氣流的作用下向廣西地區(qū)輸送，與南海來的水汽在廣西上空匯合。<插入圖17：西南低渦影響期間水汽通量矢量圖>西南低渦的氣旋性環(huán)流使得水汽在其周圍發(fā)生輻合。從水汽通量散度圖（圖18）可以看出，在西南低渦中心及附近區(qū)域，水汽通量散度呈現(xiàn)出明顯的負(fù)值，表明存在強烈的水汽輻合。在廣西北部地區(qū)，水汽通量散度中心值達(dá)到-5×10-6g?cm-2?hPa-1?s-1以下，這意味著大量的水汽在該區(qū)域匯聚。這種水汽輻合現(xiàn)象的形成與西南低渦的動力結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。低渦的氣旋性環(huán)流使得空氣在低渦中心附近輻合上升，從而帶動水汽向低渦中心匯聚。低空急流與西南低渦的相互作用也加強了水汽輻合。低空急流為西南低渦提供了充足的水汽和動量，使得水汽在低渦附近的輻合更加明顯。在低空急流的作用下，水汽輸送的速度加快，更多的水汽被輸送到西南低渦影響區(qū)域，進(jìn)一步增強了水汽輻合。<插入圖18：西南低渦影響期間水汽通量散度圖>水汽輻合對暴雨的水汽供應(yīng)作用十分關(guān)鍵。大量的水汽在西南低渦附近輻合，使得水汽在該區(qū)域不斷積聚，為暴雨的形成提供了豐富的水汽資源。當(dāng)水汽輻合強烈時，大量水汽在上升運動的作用下向上輸送，冷卻凝結(jié)形成降水。在此次廣西大暴雨過程中，西南低渦附近強烈的水汽輻合使得水汽含量達(dá)到飽和狀態(tài)，水汽不斷向上輸送，形成了深厚的云層，最終導(dǎo)致了暴雨的發(fā)生。如果水汽輻合減弱，水汽供應(yīng)減少，降水強度也會相應(yīng)減小。因此，西南低渦通過影響水汽輸送與輻合，為暴雨的發(fā)生提供了必要的水汽條件，是此次廣西大暴雨形成的重要因素之一。6.2西南低渦引發(fā)的動力抬升機制西南低渦附近的氣流輻合上升運動在暴雨形成過程中發(fā)揮了關(guān)鍵的動力抬升作用。從低渦的環(huán)流結(jié)構(gòu)來看，其具有明顯的氣旋性環(huán)流特征。在2008年6月廣西大暴雨過程中，當(dāng)西南低渦移動到廣西地區(qū)時，700hPa高度場上低渦中心附近的氣流呈強烈的逆時針旋轉(zhuǎn)（圖19）。這種氣旋性環(huán)流使得空氣在低渦中心附近產(chǎn)生強烈的輻合。根據(jù)質(zhì)量連續(xù)方程，空氣的輻合必然導(dǎo)致垂直方向上的上升運動。在低渦中心區(qū)域，由于氣流的強烈輻合，大量空氣被迫向上運動，形成了深厚的上升運動區(qū)。在低渦中心垂直剖面圖上，可以清晰地看到從地面到對流層中高層都存在明顯的上升運動，上升速度在對流層中低層達(dá)到最大值。<插入圖19：2008年6月12日20時700hPa高度場西南低渦流場圖>西南低渦附近的氣流輻合上升運動對暴雨的動力抬升作用體現(xiàn)在多個方面。這種上升運動將低層的暖濕空氣迅速向上輸送。在廣西大暴雨過程中，來自南海和孟加拉灣的暖濕水汽在西南低渦的作用下，被大量地輸送到對流層中高層。暖濕空氣在上升過程中，隨著高度的升高，氣壓降低，水汽冷卻凝結(jié)，釋放出大量的潛熱。潛熱的釋放進(jìn)一步加熱大氣，使得大氣的對流不穩(wěn)定增強，從而促進(jìn)了上升運動的持續(xù)發(fā)展。上升運動還使得水汽能夠在垂直方向上充分混合，形成深厚的云層，為暴雨的產(chǎn)生提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。氣流輻合上升運動還與降水的強度和落區(qū)密切相關(guān)。在西南低渦影響廣西期間，強降水中心與上升運動最強的區(qū)域高度吻合。在上升運動強烈的區(qū)域，水汽能夠快速地冷卻凝結(jié)，形成大量的雨滴，從而導(dǎo)致強降水的發(fā)生。低渦附近不同區(qū)域的氣流輻合上升強度存在差異，這也決定了降水落區(qū)的分布。在低渦中心的東側(cè)和南側(cè)，由于氣流輻合更為強烈，上升運動更強，因此降水強度也更大，形成了主要的雨帶。當(dāng)西南低渦移動時，氣流輻合上升區(qū)域也隨之移動，雨帶也相應(yīng)地發(fā)生移動。低空急流與西南低渦的相互作用進(jìn)一步加強了氣流輻合上升運動。在此次廣西大暴雨過程中，低空急流為西南低渦提供了充足的水汽和動量。低空急流的存在使得低渦周圍的氣流輻合進(jìn)一步增強，促進(jìn)了上升運動的發(fā)展。低空急流中的強風(fēng)將水汽快速地輸送到低渦附近，使得水汽在低渦周圍的輻合更加明顯。低空急流與低渦之間的相互作用還導(dǎo)致了垂直運動的增強，使得上升運動能夠突破對流層中層的穩(wěn)定層，進(jìn)一步加強了暴雨的形成。6.3不穩(wěn)定能量的積累與釋放在西南低渦影響廣西地區(qū)的過程中，不穩(wěn)定能量的積累與釋放對暴雨的發(fā)生發(fā)展起到了關(guān)鍵作用。從能量角度來看，大氣中的不穩(wěn)定能量主要以位能和潛熱能的形式存在。在西南低渦生成前，廣西地區(qū)處于高溫高濕的環(huán)境中，大氣中積聚了大量的位能和潛熱能。利用假相當(dāng)位溫（θse）來分析大氣的不穩(wěn)定能量，在6月11日08時，廣西地區(qū)的假相當(dāng)位溫普遍在340K以上（圖20），表明大氣處于高度不穩(wěn)定狀態(tài)。此時，來自南海和孟加拉灣的暖濕氣流不斷向廣西地區(qū)輸送，使得大氣中的水汽含量增加，進(jìn)一步增強了大氣的不穩(wěn)定能量。暖濕氣流的輸送不僅帶來了水汽，還帶來了大量的熱量，使得大氣的溫度和濕度升高，位能和潛熱能不斷積累。<插入圖20：2008年6月11日08時廣西地區(qū)假相當(dāng)位溫分布圖>西南低渦的發(fā)展為不穩(wěn)定能量的釋放提供了觸發(fā)機制。當(dāng)西南低渦移動到廣西地區(qū)時，其氣旋性環(huán)流使得空氣在低渦中心附近輻合上升。這種上升運動導(dǎo)致大氣的不穩(wěn)定能量迅速釋放。在低渦中心垂直剖面圖上，可以看到隨著上升運動的增強，假相當(dāng)位溫等值線變得更加密集，表明不穩(wěn)定能量在快速釋放。上升運動將低層的暖濕空氣向上輸送，暖濕空氣在上升過程中，隨著高度的升高，氣壓降低，水汽冷卻凝結(jié)，釋放出大量的潛熱。潛熱的釋放進(jìn)一步加熱大氣，使得大氣的對流不穩(wěn)定增強，從而促進(jìn)了不穩(wěn)定能量的持續(xù)釋放。不穩(wěn)定能量的釋放對暴雨的發(fā)生發(fā)展產(chǎn)生了重要影響。不穩(wěn)定能量的釋放使得大氣的對流運動增強，形成強烈的上升氣流。在廣西大暴雨過程中，上升氣流將大量的水汽向上輸送，水汽在上升過程中冷卻凝結(jié)，形成深厚的云層，最終導(dǎo)致暴雨的發(fā)生。不穩(wěn)定能量的釋放還使得降水強度增大。在不穩(wěn)定能量釋放強烈的區(qū)域，上升氣流更強，水汽冷卻凝結(jié)的速度