呼倫貝爾市汛期短時強降水特征

常煜

（呼倫貝爾市氣象局，內蒙古呼倫貝爾 021008）

呼倫貝爾市汛期短時強降水特征

常煜

（呼倫貝爾市氣象局，內蒙古呼倫貝爾 021008）

基于1991—2013年呼倫貝爾市汛期（6—8月）16站逐小時降水資料，分別定義各站點小時降水量的短時強降水閾值，同時利用經驗正交函數（EOF）分析方法揭示呼倫貝爾市短時強降水（強降水）變化特征。分析結果表明：強降水閾值、強降水事件以及強降水雨強均呈現自西向東部偏南方向遞增的空間分布，最強中心位于東南部阿榮旗，其形成與地形關系密切。強降水占汛期總降水量百分比低于1/5，而且發生頻率最低的地區出現84.2 mm/h的強降水事件。強降水事件具有明顯年代際變化,21世紀10年代以來，強降水事件發生頻率增加趨勢明顯，空間分布表現為自東北向西南方向傳播。7月下旬是強降水事件頻發的時段，而且有明顯日變化特征，主峰出現在17時。EOF分析結果顯示強降水事件在空間上表現出全市具有同步性以及南部和北部地區反相位的特征。

短時強降水閾值；強降水事件；強降水雨強

呼倫貝爾市位于中國緯度最高的東北部邊疆，內蒙古東北部，面積約25萬km2。汛期短時強降水、冰雹、雷電等強對流天氣時有發生，由于強對流天氣空間尺度小、生命史短、突發性強、破壞力大、預報難度大等特點，對當地人民生命財產常造成威脅。如2009年7月12日呼倫貝爾市東北部阿里河站出現短時強降水，最強小時雨強達到44.7 mm/h，由于阿里河地區地形特殊、泄洪能力薄弱，造成局地洪災，據初步統計，此次受災1 100戶，3 850人，水損房屋200戶600間，農作物受災127 hm2，共計經濟損失128.5萬元。因此，研究位于中國最北方的呼倫貝爾市短時強降水發生發展規律具有非常重要的意義。

中國≥20 mm/h短時強降水頻率地理分布與年平均暴雨日數分布非常類似，短時強降水天氣的分布具有中國南部比北部活躍，東部比西部活躍，平原、谷地較相鄰的高原、山地活躍等特點[1-2]。中國夏季短時強降水天氣分布決定了暖季的短時強降水天氣分布，夏季風影響的邊緣區域短時強降水天氣也顯著活躍，比如甘肅南部、陜西、山西、內蒙古中東部等，在短時強降水發生頻率較低的區域，也有超過50 mm/h的強降水[3-5]。我國1 h雨強的日變化有明顯的地區差異，其中西南和華南地區日變化最明顯,干旱的內蒙古西部和新疆、甘肅西部等地區為雨強的低值區，百年一遇的1 h最大雨強為15～20 mm/h[6]。各地學者也對短時強降水進行了很有價值的研究工作[7-11]。但目前為止關于呼倫貝爾市短時強降水發生發展規律的研究幾乎為空白。本文將通過百分位方法確定呼倫貝爾市短時強降水閾值,并對強降水事件特征進行研究，找出呼倫貝爾市短時強降水的發生發展規律，為當地防災減災提供科學依據，為提高短時臨近預報業務中短時強降水預報準確率提供科學診斷事實。

1 資料和方法

1.1 資料來源

資料選用內蒙古自治區氣象局信息中心整編的1991—2013年6—8月呼倫貝爾市16個觀測站逐小時降水量資料（北京時）。研究中剔除了累積降水量及缺測值，因此，本文所確定的短時強降水頻次要低于實際發生的頻次。使用經驗正交函數（EOF）分析方法[12]。

1.2 短時強降水閾值的確定

中國氣象局辦公室〔2010〕19號文件《全國短時臨近預報業務規定》中短時強降水定義為1 h降水量≥20 mm的降水，新疆、西藏、青海、甘肅、寧夏、內蒙古6省（區），可自行定義短時強降水標準，但是截至到目前為止，呼倫貝爾市短時臨近預報業務尚無統一的短時強降水定義標準。本文選擇閾值法[13]定義各站的短時強降水等級。閾值的求取是把某站點的小時降水量按照升序排列x1，x2，x3，…，xm，…，xn，某個值小于或等于xm的概率為：

式中m為xm的序號，n為降水序列長度，P為概率，利用求取P=99百分位閾值對各站點進行短時強降水事件檢驗，并分析短時強降水發生頻次和雨強的時空分布特征。

2 閾值空間分布特征

圖1為呼倫貝爾市汛期1 h降水量95百分位和99百分位短時強降水閾值空間分布，兩個百分位共同特征表現為自西部地區向東部地區遞增。呼倫貝爾市東南部地區是短時強降水閾值高值區，北部和西部地區是明顯的低值區，95百分位和99百分位短時強降水閾值最強中心均出現在呼倫貝爾市東南部的阿榮旗，其強降水閾值分別達到6.6 mm/h和15.1 mm/h，低閾值區均出現在北部圖里河，95百分位和99百分位強降水閾值分別為4.5 mm/h和9.8 mm/h。降水量閾值空間分布顯示，呼倫貝爾市2個百分位強降水閾值的空間分布變化不明顯，高閾值區基本上與低閾值區相差2～5 mm左右。閾值的高低通常可以反映當地降水強度的強弱，因此，通過上述的研究結論初步得出，呼倫貝爾市汛期短時強降水定義≥12 mm較合適。綜上所述，本文對各站1 h降水量≥99百分位閾值定義為短時強降水，簡稱強降水事件。

3 強降水事件空間分布

3.1 強降水事件年代際變化

呼倫貝爾市1991—2013年6—8月年平均強降水事件的空間分布特征（圖2a）與99百分位閾值空間分布特征（圖1）基本相一致，強降水事件年平均次數自呼倫貝爾市西部地區向東部地區遞增。呼倫貝爾市東部偏南地區不但是99百分位閾值高值區，而且也是強降水事件發生頻率最高的地區，強降水事件年平均2.6次/a，呼倫貝爾市西部地區強降水事件發生頻率最低，強降水事件年平均1.3次/a。強降水事件各年代距平的空間分布表明，20世紀90年代（圖2b），強降水事件為負距平，21世紀初（圖2c），除東北部地區開始表現為正距平,其余地區仍為負距平；21世紀10年代以來（圖2d），強降水事件呈現一致的正值分布，而且呼倫貝爾市東北部偏多顯著。分析可知，進入21世紀以來，呼倫貝爾市短時強降水事件自東北部開始增加，特別是21世紀10年代增加顯著，空間分布表現自呼倫貝爾市東北部地區開始增多，并向西南方向擴展的特征。

研究發現，呼倫貝爾市強降水事件演變特征與該區暴雨日[14]的空間分布幾乎完全相吻合，共同特征是大興安嶺山脈以東偏南暖濕氣流的迎風坡，是暴雨日和強降水事件發生頻率高值區，呼倫貝爾市強降水分布與地形關系密切。地形的迎風坡具有動力及屏障作用,可以作為中小尺度強對流系統的觸發機制，造成不穩定能量的釋放[15]。馬玉芬等[16]通過數值模擬天山地形對新疆強降水天氣影響的研究指出，地形的抬升作用對暴雨在山脈迎風坡一側的降雨量有明顯的增幅效應，對其雨帶分布也有顯著影響。

3.2 強降水雨強特征

1991—2013年呼倫貝爾市汛期年平均降水量（圖3a）和強降水年平均雨強（圖3b）空間分布特征基本相一致，表現為自呼倫貝爾市西部地區向東部地區遞增，兩者低值區出現在西南部的新巴爾虎右旗，分別為142 mm/a和25 mm/a，高值區位于東南部阿榮旗，分別達到424 mm/a和55 mm/a，高值區基本為低值區的2倍，可見，呼倫貝爾市強降水空間分布有規律但很不均勻。強降水降水量占汛期總降水量的百分比自呼倫貝爾市偏南地區向北部地區遞減（圖3c），相對來講，西部和東南地區強降水占汛期總降水量百分比較大，分別達到15%和14%，北部地區為低值中心，占12.5%。分析可知，呼倫貝爾市汛期強降水占同期降水比值較低，低于1/5，說明呼倫貝爾市汛期主要是穩定性降水，對流性降水發生概率較低。

最大小時降水量可以從另一個側面表征極端強對流天氣的強度，2010年8月8日導致甘肅舟曲特大山洪泥石流的最大小時降水量達77.3 mm/h[4]，2007年7月17日17時新疆和布克賽爾縣北部山區1 h降水量達到52.1 mm/h[5]。那么地處中國最北部的呼倫貝爾市最大小時降水量表現怎樣的特征？這也是我們所關注的。圖3d給出了1991—2013年呼倫貝爾市汛期16站最大1h降水量空間分布，可見，呼倫貝爾市最大1h降水量范圍在30～85 mm之間，最大值出現在呼倫貝爾市西北地區的滿洲里（1995年6月20日18時，84.2 mm/h），次大值位于巴彥庫仁（2007年6月30日14時，71.5 mm/h）,而最小值出現在北部地區的圖里河（1993年8月20日16時，29.8 mm/h）。分析可知，呼倫貝爾市最大1 h降水量出現了與閾值分布相反的特征，而且與呼倫貝爾市暴雨極值的分布特征也不一致[14]（呼倫貝爾市24 h暴雨量最大值出現在呼倫貝爾市東南），說明，高緯度地區極端強降水事件發生具有明顯的局地性，更進一步證實極端強降水事件是強烈發展的中小尺度天氣系統造成的事實[4，17-19]，同時也證實了夏季風影響的邊緣區域短時強降水天氣也顯著活躍，在我國內陸遠離海洋的高原地區，也有超過50 mm/h的強降水的結論[4]。

4 強降水時間變化特征

4.1 強降水年代際變化

1991—2013年呼倫貝爾市汛期強降水事件年平均發生頻次距平和最大小時降水量的變化趨勢見圖4。統計分析表明，呼倫貝爾市強降水年平均發生頻次為1.4次/a。發生頻次年代際變化明顯，20世紀90年代強降水距平在0線附近波動明顯，但21世紀初前10 a除了2003年和2008年年平均強降水為正距平，其余年份均為負距平，2008年以來強降水事件呈現略增趨勢；21世紀10年代以來強降水事件增強顯著。近23 a最大小時降水量年代際變化可見，最大小時降水量極大值為84.2 mm/h，出現在1995年，即發生在強降水距平波動明顯年代，最大小時降水量極小值為27.1 mm/h，出現在2004年，即21世紀初強降水發生頻次最低時段。從強降水事件距平和最大小時降水量的時間變化對比來看，最突出的特征是，21世紀初強降水事件發生頻次較低，對應最大小時降水量值也較低，20世紀90年代和2008年以來強降水事件發生頻次較高，最大小時降水量值也較高。

4.2 強降水旬和日變化特征

呼倫貝爾市強降水發生年平均頻次旬變化特征很明顯（圖5a），與西太平洋副熱帶高壓（簡稱西太副高，下同）脊線的三次季節性位移[20]基本相一致。6月上旬強降水年平均頻次為1.4次/a，6月中旬西太副高脊線北跳到20°N以北，強降水頻次開始增加，7月上中旬西太副高第二次北跳到25°N，強降水頻次迅速增加，第三次北跳在7月下旬，向北越過30° N，強降水頻次達到最高峰，出現頻次為7次/a，占強降水事件發生頻次的24%，8月隨著西太副高南退，強降水發生頻次迅速減少。可見，呼倫貝爾市強降水年平均發生頻次旬變化與西太副高強弱和位置變化關系密切，說明西太副高西側暖濕氣流向北方地區輸送對強降水的發生起到了關鍵作用。但是，圖5a最大小時降水量旬變化規律并沒表現出西太副高3次北跳相一致的特征，最大小時降水量峰值出現在6月中旬，其次為6月下旬。根據當地的預報經驗可知，6月中旬冷空氣活動頻繁，比7月冷空氣強度強，當副高第一次北跳，副高西側攜帶偏南暖濕氣流向北輸送，與強冷空氣相疊置，極易引發局地的強對流天氣,這可能是呼倫貝爾市最大小時降水量出現在6月中旬的主要原因。

從呼倫貝爾市平均強降水頻次日變化看（圖5b），最突出的特征為單峰型，中午強降水頻次開始明顯增加，午后14—18時強降水最為活躍，主峰出現在17時，頻次為3次/a，占總次數的10%，前半夜（20—23時）強降水頻次迅速減少，最不活躍時段為凌晨到上午。強降水最大小時降水量日變化特征與發生頻次特征基本相吻合，午后是最大小時降水量極值出現的高峰，最大值出現在18時（84.2 mm），較發生頻次峰值滯后一小時，次大值出現在14時。午后13—19時最大小時降水量級大于40 mm，而其余時段普遍在20～30 mm之間。

4.3 強降水事件EOF主成分分析

對呼倫貝爾市短時強降水事件進行EOF主成分分析可以看出，前4個載荷向量的方差貢獻可以達到69.6%，其中第一載荷向量的方差貢獻為36%，第二載荷向量的方差貢獻為16%，二者均通過了顯著性檢驗，所以分別選取第一和第二載荷向量以及時間系數進行分析。

呼倫貝爾市短時強降水EOF的第一特征向量各分量符號為一致的正值（圖6a），反映了呼倫貝爾市汛期強降水變化趨勢具有基本一致的特征，高值中心集中在呼倫貝爾市北部，是呼倫貝爾市強降水變化最敏感的地區。呼倫貝爾市強降水第一特征向量時間系數在20世紀90年代強降水發生頻次在波動中遞減（圖6b），到了21世紀初減少顯著，2008年以來強降水事件明顯增加，說明近23 a呼倫貝爾市強降水異常具有同步性。

呼倫貝爾市短時強降水事件EOF的第二載荷向量（圖6c）自南向北呈“+-”分布，反映呼倫貝爾市強降水南部地區與北部地區呈現反相位事實，也就是說，當呼倫貝爾南部地區短時強降水事件偏多（少）時，北部地區強降水事件偏少（多）。

5 結論

（1）呼倫貝爾市汛期強降水閾值與強降水事件發生頻次的空間分布表現為西部地區向東部偏南地區遞增，西西南—東東北走向貫穿于呼倫貝爾市的大興安嶺山脈大致決定了強降水的分布，但小時降水量極大值發生在呼倫貝爾市西部地區，可見，在中國遠離海洋的北方地區局地中小尺度系統也能造成極端短時強降水事件。

（2）近23 a呼倫貝爾市強降水年平均雨強與汛期平均降水量空間分布完全吻合，自西部向東部地區遞增，強降水總降水量占汛期總降水量的百分比較低，不到1/5，說明呼倫貝爾市汛期主要是穩定性降水，對流性降水較少發生。

（3）呼倫貝爾市強降水事件有較明顯年代際變化特征，進入21世紀10年代以來，呼倫貝爾市短時強降水事件呈現增加趨勢，空間分布表現自呼倫貝爾市東北部地區開始增多，并向西南方向擴展的特征，而且最大小時降水量極值變化特征與強降水事件年際變化特征趨于一致，即強降水較少發生的年代最大小時降水量值較小，2008年以來強降水事件增加顯著，最大小時降水量也開始增強。

（4）呼倫貝爾市強降水年平均頻次旬變化特征與西太副高壓脊線的三次季節性位移基本相一致，強降水頻次最高峰出現在7月下旬，即西太副高位置最北期間，但最大小時降水量峰值出現在6月中旬，可能與強冷空氣活動有關。呼倫貝爾市強降水日變化特征為單峰型，14—18時強降水最為活躍，主峰出現在17時，而且最大小時降水量極值也出現在午后。

（5）EOF分析結果顯示呼倫貝爾市短時強降水事件在空間上表現出強降水具有同步性以及南部和北部地區反相位的特征。

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在法學詮釋學中，應用體現的最為明顯。一個法律文本是在歷史中制定出來的，而且作為法律文本其必然具有普遍的約束力，然而在法律實踐中，每一個具體的案件都是特殊的。將一條法律應用于某一個既定的法律場合，如執行一個法律判決，就包含著對該法律條文的理解和解釋。“不論怎樣，這意味著各種法律規范的每一次運用(即得到公正的結果)都同時是對某一條既定法律之涵義的具體化和進一步闡明。”[5]因此，將普遍化的法律文本應用于某一具體的法律情境，就是對該法律文本的進一步的理解和解釋，體現了理解、解釋和應用的統一。

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Characteristics analysis of short time heavy rainfall during the rainy season in Hulun Buir

CHANG Yu
（Hulun Buir Meterological Bureau，Hulun Buir 021008，China）

Base on the hourly precipitation data collected from 16 stations during the rainy reason（from June to August）over Hulun Buir city from 1991 to 2013,a threshold value was defined for each stations by the method of threshold value and characteristics of short time heavy rainfall（STHR）were analyzed by Empirical Orthogonal Function（EOF）analysis methods.The results show:The spatial distribution characteristic of the threshold value,events and rain intensity of STHR decrease from west to southeast,the strong center area is in Arongqi of the southeast of Hulun Buir and the spatial distribution characteristic of STHR is the closest relationship with the terrain.The total precipitation of STHR is lower 1/5 than the total precipitation of the rainy season. There appears maximum hourly rainfall of 84.2 mm/h over the inactive areas of STHR events.STHR events experience obviously inter-decadal variation,It founds that the frequencies of STHR obviously increase and move from northeast to southwest after 2010s.STHR events frequently occur in late July and have diurnal variations.the most active diurnal peak is 17:00.The EOF analysis results indicate that STHR events consistent over the whole Hulun Buir and has opposite phases in the south and the north areas.

threshold value of short time heavy rainfall；short time heavy rainfall events；rain intensity of heavy rainfall

P468

B

1002-0799（2015）02-0024-07

常煜.呼倫貝爾市汛期短時強降水特征[J].沙漠與綠洲氣象，2015，9（2）：24-30.

10.3969/j.issn.1002-0799.2015.02. 004

2014-05-23；

2014-07-01

中國氣象局預報員專項（CMAYBY2014-009）；內蒙古山洪地質災害防治氣象保障工程預報預警業務子項目建設“強對流天氣歷史個例庫建設研究”；內蒙古氣象局專家型預報員暴雨團隊共同資助。

常煜（1974-），女，高級工程師，主要從事短期預報工作。E-mail：changyu0258@163.com