湖南極端降水的氣候特征及天氣系統分型研究*

陳紅專

1 湖南省懷化市氣象局，懷化 418000

2 氣象防災減災湖南省重點實驗室，長沙 410118

提 要： 基于湖南省97個國家站1981—2018年共38年的逐日降水資料、常規高空、地面觀測資料、ERA-Interim再分析資料和臺風路徑資料，采用氣候統計、天氣學分析和分類合成方法，分析了湖南省極端降水的氣候特征，并對影響系統進行了分型研究，結果表明：38年間，湖南省日極端降水閾值均值是71.6 mm，年均出現130站次極端降水日，二者年際變化大;在1993年有一個明顯的突變，1993年前日極端降水閾值均值低(65.7 mm)、極端降水日站次少(99 次·a-1);1993年后均值高(74.7 mm)、極端降水日多(146 次·a-1)。日極端降水閾值和極端降水日的空間分布不均，湘中及以北地區閾值高，極端降水強度大，出現頻次低，湘南地區閾值低，極端降水強度小，出現頻次高。湖南省區域性極端降水過程主要發生在5—8月，6月最多，按主要影響系統分為五類：西南渦-暖式切變線型、冷槽切變線型、臺風型、副熱帶高壓邊緣型和一致南風型。湖南極端降水的主要影響系統是高空槽、西南渦、切變線和低空急流，如果西南渦未出西南地區或位置偏南，湖南極端降水由西南渦和暖式切變線產生，如果西南渦位置偏北，或者武陵山脈東側有新生渦發展加強，則湖南極端降水由西南渦(新生渦)后側冷式切變線產生。地形對極端降水的增幅作用明顯，尤其是對于湘東南臺風極端降水過程。不同季節副熱帶高壓對極端降水的落區和強度有不同影響。對于弱強迫背景下的暖區極端降水，應加強高時空分辨率資料的應用，分析其中小尺度觸發機制。

引 言

近幾十年來，在全球變暖的氣候背景下，極端降水事件頻發，極端降水的強度增強，極端降水量顯著增加(Zhai et al，2005；鄒用昌等，2008)，往往會導致重大的人員傷亡和財產損失，造成較大的社會影響(諶蕓等，2012；伍志方等，2018；陳紅專等，2019)，因此針對極端降水事件的研究也越來越多(Alexander et al，2006；Choi et al，2009；楊金虎等，2010；田付友等，2018)。

研究表明，我國極端降水的時空分布和變化趨勢具有較強的地域差異(Fu et al，2013)，其控制和影響系統多有不同，再加上復雜的地質和地貌特征，使得極端降水氣候特征顯得極為復雜，也增加了我國區域極端降水研究的難度。氣象學者們從引起極端降水的中小尺度系統的結構和演變(張家國等，2013；曾勇和楊蓮梅，2018；趙嫻婷等，2020)、多尺度相互作用(苗愛梅等，2014；沈新勇等，2018)、大氣環流和特征物理量場的異常(黃榮輝等，2003；楊金虎等，2010；孫軍等，2012)、多源資料的應用(王洪等，2015；傅佩玲等，2018；李伶杰等，2018)、地形的影響(Gao et al，2009；徐珺等，2018)等多個角度對極端降水進行了大量研究，其中基于天氣學診斷分析方法對極端降水進行分型的研究也不少。極端降水過程一般均具有典型的天氣形勢，通過對極端降水過程影響系統的分型，有助于理解導致極端降水的天氣尺度和中尺度機制，進而提高此類事件的預報準確率。陶詩言(1980)總結了中國持續大暴雨的多種環流型，指出大的形勢穩定、水汽的輸送和輻合及對流不穩定能量的釋放和再生是中國持續大暴雨發生的三個基本條件。Maddox et al(1979)調查了發生在美國的151次暴洪事件及其時空特征，根據地面和高空形勢將這些暴洪分成四種天氣類型：天氣尺度強迫型、鋒面型、中高壓型和西部型，該分型至今仍被美國天氣預報部門廣泛應用。Kahana et al(2002)將發生在以色列內蓋夫沙漠的52次洪水過程按天氣學類型分為四類，分別是紅海低壓槽類、地中海氣旋類、熱帶暖流向亞熱帶急流延伸類以及Sharav氣旋類，并總結了一組動力和熱力學物理量來預測主要山洪的發生和位置。肖遞祥等(2017)依據500 hPa環流形勢，將四川盆地極端暴雨分為東高西低型和兩高切變型兩種形勢，同時總結了不同環流類型和不同暴雨中心的極端暴雨概念模型。陳靜靜等(2016)統計了2006—2014年湖南117例強降雨天氣過程，依據湖南省暴雨預報經驗和方法，將其分為低渦冷槽型、地面暖倒槽鋒生型、副熱帶高壓(以下簡稱副高)邊緣型、臺風型、梅雨鋒切變型和華南準靜止鋒型六種類型，并以同期500 hPa高度場和850 hPa徑向風為參數，采用K均值聚類法，經過迭代得到六類暴雨日的客觀天氣型。這些研究對業務預報有較好的指導作用。

在全球變暖背景下，湖南極端強降水事件的發生頻次呈現增加的趨勢(張劍明等，2012)，湖南也是極端降水致災較為嚴重的省份之一。由于極端降水影響系統的復雜性以及地域差異，系統性地總結本區域極端降水天氣系統類型不僅可為準確預測該類事件提供科學依據，也對強天氣預報預警業務十分必要。為此，本文在分析1981—2018年湖南極端降水氣候特征的基礎上，總結了湖南省區域性極端降水過程的天氣類型，然后通過分類合成方法研究各類區域性極端降水過程的主要天氣系統和熱動力過程特征，希望研究結果可用于進一步發展和改進湖南的極端降水預報技術。

1 資料和方法

1.1 資 料

本文所用降水資料為湖南97個國家站1981—2018年共38年的逐日降水資料，時間段為08—08時(北京時，下同)。天氣系統分型所用資料為常規高空探測、地面觀測資料以及歐洲中期天氣預報中心間隔6 h一次的全球分析資料ERA-Interim(Dee et al，2011)，分辨率為0.5°×0.5°。臺風路徑資料采用中國氣象局上海臺風研究所的臺風最優路徑資料(Ying et al，2014)。

1.2 方 法

單站日極端降水閾值的確定采用百分位法，具體方法是：將某個站某年的有效日降水量(≥0.1 mm)按從小到大的順序排列，取第99個百分位的值作為該站該年的日極端降水閾值。第99百分位閾值的確定采用Bonsal et al(2001)的方法:如果某個氣象要素有n個值，將這n個值按升序排列x1，x2，…，xm，…，xn，則某個值小于或等于xm的概率P為：

式中:m為xn的序號，如果某個站某年有100個有效降水值，那么第99個百分位上的值為排序后的x99(P=98.32%)和x100(P=99.31%)的線性插值。根據上述方法計算得到各站1981—2018年的逐年閾值，38年平均的閾值定義為該站的日極端降水閾值。最后統計1981—2018年各站的日降水量，如果某站某日日降水量大于等于該站歷年平均的日極端降水閾值，則計該日為一個極端降水日。

區域性極端降水過程的定義采用戴澤軍等(2015)的標準，即若某日湖南97個國家站中有10%及以上站點(≥10站)出現極端降水，即至少有10個站同時達到極端降水日標準，則計該日為一次區域性極端降水過程，持續兩天或以上只計算一次。

區域性極端降水過程的天氣系統分型采用綜合分析的方法，從天氣類型的角度進行分型，然后對同類型的過程進行合成分析。由于過程較多，如果采用傳統的簡單算術平均的合成方法，會導致資料平滑(Frank，1977)，難以發現影響系統的主要特征，為此，本文采用以強降水中心為坐標原點和研究中心的動態合成方法，其方法是：同類型的每個個例選取其最強降水中心為中心(坐標原點)的經緯度范圍固定的區域，對該區域內的物理量進行合成。這種合成分析與簡單的算術平均在物理意義上有顯著不同，它減少了樣本物理量平均時的相互抵消作用，強降水區與其環境系統的相對位置也基本保持原狀，而且強降水中心也總是處于研究區域的中心。合成的時間點是極端降水發生前最臨近的08時或20時的再分析場，即如果極端降水發生在白天，則采用當天08時的再分析資料，如果發生在晚上，則采用當天20時的。

2 極端降水的氣候特征

2.1 日極端降水閾值的氣候特征

從圖1可看出，湖南省平均的日極端降水閾值，1991年最小(57.7 mm)，2017年最大(85.4 mm)，平均值為71.6 mm，序列在1993年有一個明顯的突變，1993年以前閾值大多小于70 mm(平均值為65.7 mm)，而1993年以后閾值大多大于70 mm(平均值為74.7 mm)。閾值的年際變化大， 尤其是世紀之交的1996—2006年以及2017—2018年，其中2017年和2018年的閾值相差20 mm。

圖1 1981—2018年湖南省日極端降水閾值的年際變化

從日極端降水閾值的空間分布看(圖2)，湘中及以北地區閾值大都在70 mm以上，其中湘東北和湘西北閾值大于80 mm，最大值為湘東北的臨湘(95.8 mm)，而湘南大多在70 mm以下，最小值為湘西南的城步(54.3 mm)。

2.2 極端降水日的氣候特征

38年間湖南省97個國家站共出現4 954站次極端降水日，平均每年為130站次，平均每站為51次,其中有5個站少于40次，湖北省的南縣最少(36次)，8個站出現60次以上的極端降水日，湖南省的桂東最多(66次)。從極端降水日的平均降水強度的空間分布看(圖3a)，降水強度的空間分布與日極端降水閾值的空間分布(圖2)類似，即湘中及以北地區大于湘南地區，尤其是湘東北和湘西北地區，最大值是湘東北的臨湘(139.4 mm)，最小值同樣是湘西南的城步(71.8 mm)，極大、極小值相差較大。極端降水日次數的分布與強度的分布剛好相反，即湘南偏多，而湘北和湘中的衡邵盆地偏少(圖3b)，這可能與各站日極端降水閾值的年際變化特點有關，湘北各站的閾值年際變化大，造成大于平均閾值標準的極端降水日數少，而湘南則剛好相反。

圖2 1981—2018年湖南省日極端降水閾值空間分布

圖3 1981—2018年湖南省極端降水日平均降水強度(a)和年均次數(b)的空間分布

從圖4a可看出，極端降水日站次的年際變化大，1991年最少(64次)，2002年最多(242次)，其年際變化趨勢與閾值的年際變化趨勢(圖1)類似，即序列在1993年有一個明顯的突變，1993年以前極端降水日出現次數少(平均為99次·a-1)，年際變化小，而1993年后出現次數多(平均為146次·a-1)，年際變化大。極端降水日平均降水強度的年際變化雖然也較大，但沒有類似頻次和閾值的突變特征(圖4b)。結合圖1和圖4說明，20世紀90年代以來，隨著全球氣候變暖等多種因素的影響，極端的洪澇災害極易發生，表現為降水強度大(日極端降水閾值大)、頻次高(極端降水日站次多)、大旱與大澇相間(日極端降水閾值和極端降水日頻次的年際變化大)。

圖4 1981—2018年湖南省極端降水日的頻次(a)和強度(b)的年際變化

從極端降水日的月際變化看(表1)，極端降水日在一年12個月均可出現，但各月出現的頻次差別較大，具有明顯的月際變化特征。極端降水日主要出現在3—10月，尤其是5—8月出現次數多，其中6月最多，其次是7月，占比分別為28.02%和23.11%，1月和12月最少。

表1 1981—2018年湖南省極端降水日的逐月分布

2.3 區域性極端降水過程的氣候特征

38年間，湖南一共出現了91次區域性極端降水過程，平均每年2.4次，有10年(1988、1990、1996、1998、1999、2000、2002、2004、2014、2017年)出現4次或以上區域性過程，其中1999年和2002年各出現5次，僅2年(1989年、1991年)沒有出現區域性極端降水過程。91次過程中，有15次為持續性過程，最長持續天數為4 d，為1996年7月14—17日。有3次過程同一天達到極端降水日標準的站點數超過30個站，約占湖南總站數的1/3，其中2010年6月19日和2017年6月30日均有33個站點達到極端降水日標準。從區域性極端降水過程的月發生頻次(表2)可看出，區域性極端降水過程僅出現在4—11月，尤其是5—8月，其中6月最多，其次是7月，占比分別為31.87%和23.08%，12月至次年3月未發生過區域性極端降水過程。

表2 1981—2018年湖南省區域性極端降水過程的逐月分布

3 區域性極端降水過程天氣類型

采用天氣學診斷分析方法將91次過程歸納為西南渦-暖切變線型、冷槽切變線型、臺風型、副高邊緣型和一致南風型等五類，從表3可見，西南渦-暖切變線型和冷槽切變線型最多，分別占總次數的47.2%和28.6%，二者之和約占總次數的3/4，是湖南兩種主要的區域性極端降水類型，從平均降水強度、平均影響站次和日降水極值看，前三類明顯強于后兩類。下面采用以暴雨中心為坐標原點的動態合成方法，利用ERA-Interim資料對每一類極端降水過程的高空、地面系統和降水區進行合成，主要從中低層和地面影響系統的角度討論每一類區域性極端降水過程的主要天氣系統和熱動力過程特征。

表3 五種區域性極端降水過程天氣類型的主要特征

3.1 西南渦-暖切變線型

西南渦-暖切變線型極端降水的主要影響系統是低層(850 hPa)的西南渦、暖式切變線以及地面暖低壓倒槽。其天氣系統特征如下：

500 hPa在中高緯度為高空槽系統(圖5a)，槽的經向度沒有冷槽切變線型大，但槽前仍有較強正渦度平流，如果在東北或華北地區存在冷渦系統，則表現為從冷渦往西南方向伸展的深厚高空槽系統。本型的副高相對較弱，位置偏東，湖南處在副高與高空槽之間的西南暖濕氣流中。850 hPa受西南渦及人字形切變線，尤其是暖式切變線影響(圖5b)，西南渦是本型最常見的天氣系統，僅4例無西南渦影響。其余個例中，有12例西南渦未移出西南地區就消亡(或者在極端降水時段未移出西南地區)，其余27例按其移動路徑可分為三類：東南移型8例(圖6a)，西南渦經貴州東南部或湘西地區往東南行，強降雨一般位于湘西和湘中以南地區；先東南移再東(北)移型11例(圖6b)，西南渦東南行到貴州東部或湖南西部后轉向東或東北方向，經湖南中部地區，強降雨一般位于湘中一線；東(東北)移型8例(圖6c)，西南渦經湘中以北地區往東(東北)方向移動，強降雨一般位于湘中以北。

圖5 1981—2018年湖南省西南渦-暖切變線型極端降水過程合成的天氣形勢(a)500 hPa高度場(單位：dagpm)，(b)850 hPa風場(矢量)和≥10 m·s-1的大風速區(陰影)，(c)地面氣壓場(等值線，單位：hPa)和風場(矢量)，(d)24 h累計降雨量(降雨中心位于坐標原點，x、y坐標分別是距離降雨中心的經緯度數；圖5a、5b、5c中粗虛線分別為高空槽、切變線和低壓倒槽槽線)

地面形勢是由西南地區往東北方向伸展的暖低壓倒槽(圖5c)，暖倒槽及其南側高溫高濕的環境為中小尺度擾動的產生提供了有利的熱動力環境條件。強降雨區位于西南渦東南側、暖式切變線南側，雨帶分布與暖式切變線的走向相同，有時強降雨帶上會有東西兩個強中心，一個位于西南渦東南側附近，另一個位于暖切變線南側，低空急流出口區附近。如果在暖式切變線東北側還有一條冷式切變線，則強降雨中心會偏向暖式切變線東側與冷式切變線匯合處附近，因為該區域冷暖氣流交匯最明顯。降水強度為暴雨，極易出現大暴雨甚至更大量級的降雨(圖5d)。因此預報員在面對西南渦暴雨時，除了要關注西南渦的生消和移動路徑外，還要關注西南渦與人字形切變線、低空急流等系統的配置關系。

3.2 冷槽切變線型

冷槽切變型極端降水的主要影響系統是中層(500 hPa)的高空槽和低層(850 hPa)的冷式切變線，其天氣系統特征如下：

500 hPa在中高緯度為深厚的高空槽系統(圖7a)，槽前正渦度平流較強，大尺度的動力強迫有利于大范圍地區維持較長時間的上升運動。副高大多已經登陸我國大陸或位于我國東南沿海一帶，強大而穩定維持的副高導致中低緯系統移動緩慢或受阻，有利于強降水的維持。低層受冷式切變線的影響，切變線南側通常均伴有急流(圖7b)。本型有17例在冷式切變線東北側伴有低渦系統，其中13例為西南渦，西南渦的位置偏北，一般位于湖北境內或擦過湘西北地區，另有4例為江漢平原和洞庭湖區新生渦。低渦的移動路徑一般為東北方向(圖8)，與西南渦-暖切變線型過程的西南渦路徑相比要明顯偏北(圖6)。低渦本身對湖南極端降水的影響較弱或沒有影響，主要是低渦在東移過程中其西南側的冷式切變線影響湖南，造成極端降水的發生。

圖6 1981—2018年湖南省西南渦的移動路徑(a)東南移型，(b)先東南移再東(東北)移型，(c)東(東北)移型

圖7 1981—2018年湖南省冷槽切變線型極端降水過程合成的天氣形勢(a)500 hPa高度場(等值線，單位：dagpm)；(b)850 hPa風場(矢量)和≥10 m·s-1的大風速區(陰影)；(c～e)地面氣壓場(等值線，單位：hPa)和風場(矢量)：(c)地面輻合線型，(d)冷鋒型，(e)暖低壓倒槽型；(f)24 h累計降雨量(圖7a、7b、7c、7e中粗虛線分別為高空槽、切變線、地面輻合線和低壓倒槽)

圖8 1981—2018年湖南省冷槽切變線型西南渦的移動路徑

本型的地面形勢可分為三類，第一類是地面輻合線型(圖7c)，其特點是地面為東高西低形勢，降水區以南低緯地區有較強的偏南氣流，北側南風風速較小或為弱的偏北氣流，強降水區有較強的風速(和風向)輻合。第二類是地面冷鋒型(圖7d)，其特點是我國東部地區地面為鞍形場結構特征，中高緯受東北冷渦控制，冷渦東移帶動后側冷空氣南下至暴雨區北側，與副高西側暖濕氣流匯合，冷暖氣流交匯有利于冷鋒鋒生。第三類是地面暖低壓倒槽型(圖7e)，暖低壓倒槽為極端降水提供高溫高濕的不穩定層結，也為極端降水的發生提供觸發條件。

此型的強降水區位于高空槽和冷式切變線東南側，雨區分布與影響系統類似，呈東北—西南向帶狀分布，帶狀結構特征在5種類型中最明顯，大雨區可連綿上千千米，強度上，該型極易出現大暴雨量級的降雨(圖7f)。

冷槽切變線型極端降水的天氣系統較為明顯，中低層和地面的動力強迫作用清晰，日常業務分析中應注意地面影響系統的不同而導致的降水類型的差異。另外武陵山東側湘鄂交界區域是梅雨鋒上中尺度氣旋波新生或加強的重要源地之一, 其形成原因與長江中游復雜地形下有利的動力和熱力因素有關(張家國等，2013)，因此應關注有利于該區域新生渦發展和加強的環境條件。

3.3 臺風型

湖南雖然地處內陸，但登陸臺風仍對湖南有較大的影響，例如21世紀初影響較大的200604號臺風碧利斯和200709號臺風圣帕，均造成了湖南嚴重的洪澇災害(葉成志等，2009)。38年間，造成湖南區域性極端降水過程的臺風個例有14例(包括2個臺風減弱后的低壓環流與西風帶系統相互作用的個例)。臺風移動路徑可分為西北行路徑和北上路徑，從浙江和福建登陸的臺風移動路徑均為西北行路徑，廣東登陸的臺風中2例為西北行路徑，3例為北上路徑(圖9)。臺風登陸后由于受多種因素的影響，其降水分布通常呈不對稱結構特征(陳聯壽等，2004；孫力等，2015)，統計結果顯示，這14例按其降水的分布特征，可分為西南象限型(10例)、西北象限型(2例)和東北象限型(2例)。從浙江和福建登陸的9例均為西南象限型。

圖9 1981—2018年湖南省臺風型個例的路徑

在臺風降水分布的三種類型中，西北象限型和東北象限型樣本較少(均只有2例)，而西南象限型有10例，因此本型的合成分析僅針對西南象限型。其天氣系統特征如下：

西南象限型臺風主要出現在盛夏季節，正是一年中副高最強大的時段，因此中層500 hPa副高偏強，位置偏北，脊線多呈東西走向(圖10a)，臺風低壓環流位于副高西南側的偏東氣流中，有利于臺風的西北行。低層臺風中心位于強降水區的東北方向，臺風低壓環流受兩支強水汽輸送通道影響，即與西南季風相聯系的偏南風水汽通道和與臺風低壓環流相聯系的偏北風水汽通道(圖10b，10c)，強降水受臺風低壓環流及其西南側的切變線影響，主要出現在臺風低壓環流的西南象限。從強降水發生的區域看，臺風型區域性極端降水主要出現在湖南東部和南部，尤其是湘東南地區。與其他類型的雨區呈帶狀結構明顯不同，臺風型的降水區帶狀結構不明顯，多呈塊狀分布，降水強度在5種類型中也最強，極易出現大暴雨以上量級的降水(圖10d)，影響區域多為湖南東部和南部地區，尤其在湘東南地區，這除了與臺風系統具有較好的熱動力條件有關外，還與該地區有利的地形有關，湘東南地區南部為南嶺山脈，東部為羅霄山脈，西部有雪峰山脈，地形對湘東南臺風暴雨有明顯的增幅作用(姚蓉等，2007；Gao et al，2009)，因此在實際業務預報中預報員除了要關注登陸臺風的移動方向和風雨分布外，也要關注湘東南的復雜地形對強降水的增幅作用。

圖10 同圖5，但為臺風型

3.4 副高邊緣型

副高邊緣型極端降水過程僅出現5次，其主要影響系統是500 hPa穩定維持的副高、低層的切變線和急流。其天氣系統特征如下：

500 hPa副高已控制湖南的東南部地區，副高脊線位于23°N附近，副高較為穩定，雖然在過程期間略有東退，但仍控制我國東南部省份，5例中，有3例副高西北側為短波槽控制， 2例由于在北方分別有東北冷渦和華北冷渦存在而在副高西北側存在深厚高空槽，因此合成圖上高空槽較為明顯(圖11a)，穩定維持的副高一方面可以阻擋西風帶系統的南下，有利于降水維持，另一方面有利于其西側從低層到地面暖濕急流的建立，為降水區輸送充足的水汽和不穩定能量。低層850 hPa暴雨區北側受切變線影響，其中4例低空急流建立(圖11b)，過程期間切變線隨副高的緩慢減弱而南移。地面圖上，暴雨區南側均有較強的偏南風，暴雨區有明顯的風速輻合(圖11c)。雨區呈東北—西南向分布在副高北界附近，以暴雨為主，局地大暴雨(圖11d)。本型與冷槽切變線型的影響系統有些類似，主要區別是強降水落區與副高的位置關系以及發生的季節不同。副高邊緣型的強降水大都出現在盛夏季節，雨帶位于副高北界不穩定層結區，雨帶的分布和移動與副高密切相關，因此該型的預報除了要關注上游高空槽以及低層切變線的位置關系，更要關注副高的移動和強度變化。

圖11 同圖5，但為副高邊緣型

3.5 一致南風型

38年間，一致南風型極端降水過程僅出現 3次，其主要影響系統是從地面到高空上下一致的西南氣流。其天氣系統特征如下：

強降水區從地面至高空均受上下一致的偏南氣流控制，500 hPa處在高空槽前強西南氣流中(圖12a)，高空槽移動緩慢，副高穩定少動。低層850 hPa雖然也有切變線，但切變線離強降水區較遠，強降水區受較強西南氣流控制，暴雨區北側有較強的西南氣流風速輻合,強降水的產生與西南氣流的脈動有關(圖12b)，地面形勢雖各不相同，但共同的特點是地面均為偏南風控制，高溫高濕的不穩定環境條件有利于強對流的發生，強降水區有較強的風速輻合(圖12c)。強降水位于地面輻合線附近，強度一般為大到暴雨，局地可達到大暴雨(圖12d)。

圖12 同圖5，但為一致南風型

一致南風型的個例較少，但預報難度較大，雖然中層處在高空槽前，有一定的大尺度強迫，但低層沒有明顯的切變線影響或切變線遠離暴雨區，低層動力條件不足，觸發條件多為西南氣(急)流的脈動導致的風速輻合或是邊界層輻合線。對這種弱強迫背景下的暖區極端降水過程，數值天氣預報模式的可預報性明顯不足，因此應當在臨近預報中加強高時空分辨率區域自動站資料的應用，通過加密區域自動站資料判斷地面輻合線的位置，結合衛星和多普勒雷達資料提高短時臨近預報準確率，及時發布預警信號。

4 結論與討論

本文在分析了1981—2018年湖南極端降水氣候特征的基礎上，對湖南省區域性極端降水過程進行天氣系統分型，然后采用分類合成方法研究了各類區域性極端降水過程的主要天氣系統和熱動力過程特征，得到以下結論：

(1)38年間，湖南省日極端降水閾值均值是71.6 mm，年均出現130站次極端降水日，二者年際變化大，在1993年有一個明顯的突變，即1993年前日極端降水閾值均值低(65.7 mm)、極端降水日站次少(平均99次·a-1)，1993年后閾值均值高(74.7 mm)、極端降水日多(平均146次·a-1)。日極端降水閾值和極端降水日的空間分布不均，湘中及以北地區閾值高，極端降水強度大，出現頻次低，湘南地區閾值低，極端降水強度小，出現頻次高。

(2)38年間，湖南共發生91次區域性極端降水過程，主要發生在5—8月，尤其是6月和7月，根據主要影響系統分為五種天氣型：西南渦-暖式切變線型、冷槽切變線型、臺風型、副高邊緣型和一致南風型，其中前兩種是湖南最主要的極端降水天氣型。

(3)極端降水是各影響系統相互作用的結果，其中高空槽、西南渦、切變線和低空急流是湖南極端降水最主要的影響系統。當西南渦未出西南地區或位置偏南，湖南極端降水由西南渦和暖式切變線產生，如果西南渦位置偏北，或者武陵山東側有新生渦發展和加強，則湖南極端降水由西南渦(新生渦)后側冷式切變線產生。地形對極端降水的增幅作用明顯，尤其是對于湘東南臺風極端降水過程。不同的季節，副高對極端降水的落區和強度有不同的影響。弱強迫背景下的暖區極端降水預報難度大，應加強高時空分辨率的區域自動站資料、衛星和多普勒雷達資料的應用。

天氣系統分型研究有助于預報員快速識別極端降水的形勢及配置關系，判斷極端降水發生的可能性，對于極端降水的預報是必不可少的。但分型是基于天氣尺度系統的，而極端降水的直接制造者往往是中小尺度系統，因此在業務預報中，預報員應該在大尺度天氣分型的基礎上，分析中小尺度系統的環境條件、結構特征及其生消演變過程，同時參考數值預報(尤其是集合預報少數成員的極端預報)以及綜合觀測資料，對極端降水的可能落區、強度和起止時間做出精確預報，同時在臨近階段及時發布預警信號。