鞏義地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水特征與服務(wù)探究

王森彪

（鞏義市氣象局，河南 鞏義 451200）

短時(shí)強(qiáng)降水是在較短的時(shí)間內(nèi)降水的強(qiáng)度很大，雨量達(dá)到或大于某一量值的一類天氣現(xiàn)象，極易引起城市內(nèi)澇、山洪等氣象災(zāi)害及其衍生災(zāi)害。鞏義市地形地貌特征復(fù)雜,其北邊為邙嶺，中部區(qū)域?qū)儆跍\山丘陵，東南部屬于高山區(qū)，地勢(shì)由南向北呈階梯狀下降，相對(duì)高差達(dá)1 383 m，復(fù)雜的地形使鞏義地區(qū)容易出現(xiàn)因短時(shí)強(qiáng)降水導(dǎo)致的城市內(nèi)澇、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。為此，有必要對(duì)鞏義地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水特征、規(guī)律進(jìn)行研究分析，提升本地短時(shí)強(qiáng)降水監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)能力，增加預(yù)報(bào)提前量，做好災(zāi)害易發(fā)區(qū)的預(yù)報(bào)預(yù)警工作。

1 資料和方法

本次研究采用的短時(shí)強(qiáng)降水標(biāo)準(zhǔn)為小時(shí)降水量≥20 mm。考慮到轄區(qū)內(nèi)區(qū)域自動(dòng)站建站時(shí)間、數(shù)據(jù)連續(xù)性和可靠性等要素，本次研究選用鞏義市34 個(gè)自動(dòng)氣象站（2012 年—2019年）汛期（5 月—9 月）數(shù)據(jù)資料進(jìn)行分析。定義某站1h降水量≥20 mm 時(shí)，記為該站出現(xiàn)1次短時(shí)強(qiáng)降水（如果某站在不同時(shí)次內(nèi)多次出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水，則次數(shù)累加）；2012年—2019年內(nèi)站點(diǎn)出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水次數(shù)的總和（單位為站次）記為短時(shí)強(qiáng)降水頻次；2012年—2019年內(nèi)站點(diǎn)出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水的總雨量為累計(jì)雨量（單位為mm）。并由此歸類分析鞏義地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水時(shí)空分布特征，年、月、日時(shí)間變化特征，并通過對(duì)影響因子的研究分析，得出鞏義市短時(shí)強(qiáng)降水成因以及預(yù)報(bào)預(yù)警指標(biāo)。最后在分析基礎(chǔ)上，結(jié)合典型個(gè)例進(jìn)行服務(wù)思考。

2 鞏義市短時(shí)強(qiáng)降水主要?dú)夂蛱卣?/h2>

2.1 鞏義市短時(shí)強(qiáng)降水分布特征

鞏義市短時(shí)強(qiáng)降水累積的量分布和降水頻次分布情況見圖1、圖2。由圖1、圖2 可知，鞏義市短時(shí)強(qiáng)降水總降水量與頻次對(duì)應(yīng)關(guān)系較好，中東部坡地總雨量及頻次明顯大于其他地區(qū)。高中心位于大峪溝鎮(zhèn)、小關(guān)鎮(zhèn)、新中鎮(zhèn)，米河鎮(zhèn)部分站點(diǎn)也處于大值區(qū)。總雨量及頻次受地形影響明顯，表現(xiàn)為沿地形走勢(shì)自南向北遞減。鞏義市夏季盛行風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)，其次為西南風(fēng)。東南部山體走勢(shì)與盛行風(fēng)向基本垂直，由于地形強(qiáng)迫抬升造成地面垂直速度加大，加上地形的云物理作用，使得凝結(jié)水分高效率下降為雨。

圖1 鞏義市短時(shí)強(qiáng)降水累積雨量分布Fig.1 The short term heavy rainfall cumulative rainfall distribution

圖2 鞏義市短時(shí)強(qiáng)降水頻次分布Fig.2 The frequency distribution of short term heavy precipitation

2.2 鞏義市短時(shí)強(qiáng)降水變化特征

通過分析2012 年—2019 年鞏義市短時(shí)強(qiáng)降水頻次年變化趨勢(shì)了解到，鞏義市短時(shí)強(qiáng)降水頻次年際變化分布態(tài)勢(shì)呈單峰型，年均短時(shí)強(qiáng)降水頻次約為40.4站次，2016年最多，高達(dá)81站次；2014年最少，只有13站次。

通過月變化圖情況可知，鞏義市短時(shí)強(qiáng)降水高發(fā)期出現(xiàn)在盛夏（7 月—8 月），達(dá)114 站次；5 月次之，有46 站次；6 月、9月分別為34 站次、15 站次，短時(shí)強(qiáng)降水月際變化特征與河南省雨季變化相吻合。推測(cè)原因?yàn)椋柫x市七八月進(jìn)入汛期，副熱帶高壓西伸北抬，高壓西側(cè)的偏南暖濕氣流帶來大量水汽，低層水汽充足，在有利的觸發(fā)條件下，很容易形成降水。此外，據(jù)鞏義30 年氣候統(tǒng)計(jì)資料，七八月的月平均氣溫分別為27.2℃和25.7℃，低層較高的氣溫導(dǎo)致中低層不穩(wěn)定能量增強(qiáng)，對(duì)流發(fā)展旺盛，使降水效率增加。9 月副高南退，降水隨之減少。在工作中可根據(jù)不同月份短時(shí)強(qiáng)降水分布的差異有針對(duì)性地做好高發(fā)區(qū)強(qiáng)降水災(zāi)害防御工作。

通過分析鞏義市短時(shí)強(qiáng)降水日變化情況了解到，短時(shí)強(qiáng)降水日變化整體分布態(tài)勢(shì)為雙峰型，14 時(shí)—22 時(shí)以及08 時(shí)前后均屬于短時(shí)強(qiáng)降水高發(fā)時(shí)段。夜發(fā)性顯著，峰值出現(xiàn)在傍晚到前半夜，谷值位于后半夜2 時(shí)—7 時(shí)及9 時(shí)—11 時(shí)，其中最高峰出現(xiàn)在21時(shí)，占全天出現(xiàn)總頻次的13.6%。

3 短時(shí)強(qiáng)降水環(huán)流形勢(shì)分析

短時(shí)強(qiáng)降水的產(chǎn)生與環(huán)流形勢(shì)關(guān)系密切。通過對(duì)鞏義市2012 年—2019 年自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)資料的統(tǒng)計(jì)分析，篩選出21個(gè)短時(shí)強(qiáng)降水天氣個(gè)例。

按降水類型可分為3類：純短時(shí)強(qiáng)降水類，即降水過程中沒有雷暴、冰雹、大風(fēng)；風(fēng)雨混合類，即降水過程中伴有大風(fēng)雷雨，無冰雹；雨雹混合類，降水過程中夾雜冰雹，無雷暴大風(fēng)。其中，鞏義地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水絕大部分為純短時(shí)強(qiáng)降水類（91%）。

按環(huán)流形勢(shì)可分為7 類：低槽型；臺(tái)風(fēng)倒槽型；西北氣流型；華北低渦型；低槽低渦型；副高內(nèi)部型；冷鋒型。其中，鞏義地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水環(huán)流形勢(shì)主要為低槽型（57%），其余各類環(huán)流形勢(shì)占比較小。

低槽型短時(shí)強(qiáng)降水主要發(fā)生在低槽和副熱帶高壓相結(jié)合的形勢(shì)下，副高脊線通常位于30°N 以南。低空存在低渦和切變線，地面上通常存在冷鋒。崔慧慧等通過對(duì)鄭州地區(qū)分類強(qiáng)對(duì)流天氣環(huán)流分型及環(huán)境參數(shù)的研究發(fā)現(xiàn)，鄭州地區(qū)純短時(shí)強(qiáng)降水類的關(guān)鍵預(yù)警指標(biāo)有：K 指數(shù)30℃以上，濕層厚度1.0 km 以上，整層可降水量達(dá)到50 mm 以上；0℃和-20℃層高度分別在5 km 和8 km 左右；近地面露點(diǎn)溫度20℃以上。

4 短時(shí)強(qiáng)降水雷達(dá)回波特征分析

分析鞏義市短時(shí)強(qiáng)降水雷達(dá)回波特征，發(fā)現(xiàn)區(qū)域性的短時(shí)強(qiáng)降水出現(xiàn)時(shí)，雷達(dá)回波一般維持在50 dBz 以上，回波移動(dòng)緩慢，常出現(xiàn)“列車效應(yīng)”。例如2018 年8 月5 日，強(qiáng)度為40～60 dBz 的回波單體不斷在鞏義東北部地區(qū)產(chǎn)生并沿東北向西南方向以25 km/h 的速度移動(dòng)，回波頂高大于9 km，最高達(dá)到15 km左右，這種回波單體不斷補(bǔ)充發(fā)展，使得降水維持時(shí)間較長，多單體合并的區(qū)域，降水量較大，市區(qū)累計(jì)降水量達(dá)到62.4 mm。短時(shí)強(qiáng)降水回波通常是絮狀或塊狀的強(qiáng)對(duì)流回波，如2019年8月6日典型的低槽型短時(shí)強(qiáng)降水，大量絮狀和塊狀回波從西南向東北方向移動(dòng)，塊狀結(jié)構(gòu)明顯。雷達(dá)速度圖上通常伴有低空急流、輻合或逆風(fēng)區(qū)。

5 結(jié)語

鞏義市短時(shí)強(qiáng)降水總雨量及頻次受地形影響明顯，表現(xiàn)為沿地形走勢(shì)自南向北遞減。總降水量與頻次對(duì)應(yīng)關(guān)系較好，中東部坡地總雨量及頻次明顯大于其他地區(qū)。高中心位于大峪溝鎮(zhèn)，小關(guān)鎮(zhèn)、新中鎮(zhèn)，米河鎮(zhèn)部分站點(diǎn)也處于大值區(qū)。高中心與山洪溝隱患點(diǎn)分布高度重合，需加強(qiáng)關(guān)注，提前預(yù)警。

短時(shí)強(qiáng)降水日變化大致呈雙峰型分布，峰值出現(xiàn)在早上和傍晚。日變化與城市上下班高峰期時(shí)間重合較好，在服務(wù)中需采用范圍廣泛、受眾響應(yīng)快的發(fā)布手段。

鞏義市短時(shí)強(qiáng)降水按環(huán)流形勢(shì)可分為：低槽型、臺(tái)風(fēng)倒槽型、西北氣流型、華北低渦型、低槽低渦型、副高內(nèi)部型、冷鋒型7 類。其中，鞏義地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水環(huán)流形勢(shì)主要為低槽型，其余各類環(huán)流形勢(shì)占比較小。

鞏義市短時(shí)強(qiáng)降水類的關(guān)鍵預(yù)警指標(biāo)有：K 指數(shù)30℃以上，濕層厚度1.0 km 以上，整層可降水量達(dá)到50 mm 以上；0℃和-20℃層高度分別在5 km 和8 km 左右；近地面露點(diǎn)溫度20℃以上。雷達(dá)回波特征一般為回波強(qiáng)度50 dBz 以上，移動(dòng)速度25～35 km/h，回波頂高≥9km，回波通常是絮狀或塊狀的強(qiáng)對(duì)流回波，速度圖上常伴有低空急流、輻合或逆風(fēng)區(qū)。