常用物理量與貴州強(qiáng)降水天氣過(guò)程關(guān)系探討

彭 芳，吳古會(huì)，杜小玲，趙 杰

(貴州省氣象臺(tái)，貴州 貴陽(yáng) 550002)

常用物理量與貴州強(qiáng)降水天氣過(guò)程關(guān)系探討

彭 芳，吳古會(huì)，杜小玲，趙 杰

(貴州省氣象臺(tái)，貴州 貴陽(yáng) 550002)

利用貴州2001-2007年日均降水量資料，利用氣候統(tǒng)計(jì)的方法定義日均降水量大于20.73 mm為一次暴雨天氣過(guò)程，用此方法挑選出貴州在2001-2007年4-9月的81次強(qiáng)降水天氣過(guò)程。分析2001-2007年4-9月日均降水量變化及其對(duì)應(yīng)時(shí)次的相關(guān)物理量變化可知：4-9月的日均降水量曲線和貴州區(qū)域的平均可降水量、Cape、Cin、K指數(shù)、沙氏指數(shù)曲線均呈拋物線型，貴州省降水主要集中在5-8月，物理量曲線的頂點(diǎn)較降水量的頂點(diǎn)略微滯后。強(qiáng)降水過(guò)程的日均降水量與對(duì)應(yīng)物理量分析表明，大的Cape值和小的Cin對(duì)降水有利。

日均降水量;Cape，Cin;Si指數(shù);K指數(shù);可降水量

1 引言

我國(guó)定義日降水量大于50 mm為暴雨，而對(duì)暴雨天氣過(guò)程并沒(méi)有明確的定義。在災(zāi)害性天氣數(shù)據(jù)庫(kù)入庫(kù)項(xiàng)目中，如何定義暴雨過(guò)程成為一個(gè)很有爭(zhēng)議的話題，由于主觀的因素始終未能達(dá)成一致，為此選擇一種統(tǒng)計(jì)的方法定義暴雨天氣過(guò)程將具有一定的說(shuō)服力。貴州省屬多山地地形，地形復(fù)雜，對(duì)暴雨的預(yù)報(bào)有一定難度，李彩［1］等利用探空資料中高層溫濕特征空間分布作為預(yù)報(bào)指標(biāo)，這些指標(biāo)積累了貴州預(yù)報(bào)員的經(jīng)驗(yàn)。隨著數(shù)值預(yù)報(bào)的發(fā)展，數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品越來(lái)越多，表示大氣層結(jié)穩(wěn)定度的物理量也越來(lái)越多，探索這些物理量與暴雨的相關(guān)關(guān)系對(duì)暴雨預(yù)報(bào)具有一定的參考價(jià)值。

2 資料與方法

利用貴州區(qū)域84縣站2001-2007年4-9月24 h降水量(08時(shí))資料，對(duì)日均降水量大于1 mm的采用閾值法［2］定義強(qiáng)降水天氣過(guò)程的閾值，當(dāng)日均降水量大于閾值時(shí)定義為一次強(qiáng)降水天氣過(guò)程。利用2001-2008年4-9月 NCEP(1°×1°)再分析資料，提取貴州范圍(103 ～110°E，23 ～30°N)內(nèi)格點(diǎn)上的對(duì)流有效位能(Cape)、對(duì)流抑制位能(Cin)、可降水量(pwa)，并計(jì)算Si指數(shù)、K指數(shù)，對(duì)比分析4-9月各物理量的變化與日均降水的變化規(guī)律。同時(shí)根據(jù)定義的閾值挑選出強(qiáng)降水天氣過(guò)程，與對(duì)應(yīng)的物理量分析總結(jié)規(guī)律。

3 暴雨天氣過(guò)程的定義

暴雨天氣過(guò)程通常是系統(tǒng)性的大范圍降水，目前貴州省考慮有10站以上日降水量大于50 mm為一次天氣過(guò)程，此選取方案較牽強(qiáng)且容易造成因?yàn)槟承┱窘咏?0 mm而誤認(rèn)為不是暴雨過(guò)程的漏選。暴雨過(guò)程在氣候上屬于極端事件，本文選取概率分布占90%的事件為普通事件，10%的事件為極端事件。選取2001-2007年4-9月共1 281 d貴州區(qū)域84站點(diǎn)日均降水量大于1 mm的天數(shù)(804 d)，按升序排列(如圖1a)，分別挑選出概率累積占90%和95%的點(diǎn)，對(duì)應(yīng)圖中第724 d和764 d，其相應(yīng)的降水量分別為20.73 mm和24.62 mm;各降水強(qiáng)度的概率分布符合正態(tài)分布(如圖1b)。結(jié)合降水概率的分布，選定貴州日均降水量大于21 mm的降水為極端降水事件，即一次強(qiáng)降水天氣過(guò)程。

4 強(qiáng)降水閾值檢驗(yàn)

2009年貴州暴雨個(gè)例庫(kù)入庫(kù)項(xiàng)目從2001-2007年4-9月挑選出來(lái)70次暴雨過(guò)程，這70次暴

圖1 (a)日均降水量大于1mm天數(shù)的升序分布，(b)日均降水量概率分布

雨過(guò)程中的日均降水量平均值為24.091 7 mm;如果假設(shè)站點(diǎn)降水大于5 mm是因?yàn)樘鞖膺^(guò)程降水造成，計(jì)算出來(lái)的日均降水量平均值為34.577 8 mm，最小值為19.2 mm，利用第90個(gè)百分位的閾值基本上可以選取所有的暴雨天氣過(guò)程。用本文定義的強(qiáng)降水方法檢驗(yàn)2001-2007年4-9月總共有81次強(qiáng)降水天氣過(guò)程，對(duì)比這70次暴雨過(guò)程，53次被選中，17次漏選，命中率大于75.7%，另外有29次不在人為挑選的過(guò)程中?？梢?jiàn)，用這樣的閾值方法能夠很好的代替人為的定義暴雨過(guò)程，減少因主觀因素帶來(lái)的漏選天氣過(guò)程。

5 物理量的選取

本文選?。簩?duì)流有效位能(Cape)、對(duì)流抑制位能(Cin)、K指數(shù)、Si指數(shù)等指標(biāo)，這些指標(biāo)都能夠很好地體現(xiàn)大氣層結(jié)不穩(wěn)定狀況，在以前的經(jīng)驗(yàn)中主要通過(guò)各指標(biāo)數(shù)值的大小來(lái)判斷層結(jié)不穩(wěn)定性，而對(duì)各量之間的相互聯(lián)系沒(méi)有太多的研究。水汽條件采用大氣可降水量，雖然可降水量不等于降水量，但是其值的大小還是有一定的參考。強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)垂直速度通常都比較大，這里假設(shè)強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)垂直速度的變化較小，所以沒(méi)有選取垂直速度。

6 物理量變化分析

圖2所示為2001-2007年4-9月日均降水量和各物理量變化曲線圖。降水量的變化呈拋物線型，且結(jié)構(gòu)比較對(duì)稱，最強(qiáng)降水在6月上旬末，強(qiáng)降水主要集中在5月中下旬到7月中旬;可降水量在6月下旬之前逐漸增大，7-8月一直維持較高值，期間在7月下旬有幾日有相對(duì)低值控制，到9月以后可降水量值迅速減小，對(duì)比降水量，可降水量最大值出現(xiàn)在6月中旬末，較降水最強(qiáng)略有滯后;cape與cin的值分別從不同的角度反應(yīng)大氣層結(jié)穩(wěn)定度的強(qiáng)弱，較高的cape值可以產(chǎn)生較強(qiáng)的對(duì)流，較低的cin容易造成對(duì)流卻不利于儲(chǔ)蓄能量，往往不能產(chǎn)生強(qiáng)的對(duì)流天氣，4月開(kāi)始cape值較低cin較高對(duì)流不易產(chǎn)生，5月中下旬到6月下旬cape值升高cin減小，使得對(duì)流天氣更加容易發(fā)生，從而導(dǎo)致降水增加，隨后cape值繼續(xù)維持高值而cin開(kāi)始增大，使得這期間的降水略有減小，8月下旬之后cin值減小，但cape減小更加明顯，降水量也跟著減小;沙氏指數(shù)與K指數(shù)反應(yīng)的850～500 hPa之間的大氣穩(wěn)定度情況，兩物理量的變化曲線呈反相關(guān)變化，6月上旬到8月底基本在0℃以下，K指數(shù)在34℃以上，較強(qiáng)的對(duì)流性天氣也往往發(fā)生在這期間，9月以后Si開(kāi)始明顯增加，K指數(shù)也快速下降到30℃以下。

強(qiáng)降水過(guò)程對(duì)應(yīng)的物理量變化(如圖3)，幾個(gè)物理量的值相對(duì)比較穩(wěn)定，波動(dòng)較大的時(shí)刻并不是很多，可降水量在44左右波動(dòng)，K指數(shù)的均值在35℃以上，僅5次小于30℃;Si指數(shù)的波動(dòng)較大，最大達(dá)到9℃，但是主要集中在0℃以下，Cin集中在-10 J/kg，且前期的暴雨對(duì)應(yīng)的值波動(dòng)很小，只是在最近的10次暴雨過(guò)程出現(xiàn)偏離均值的情況，Cape值的波動(dòng)略大，但是仍在400J/kg附近波動(dòng)。

7 結(jié)論

①利用貴州日均降水量的統(tǒng)計(jì)關(guān)系來(lái)定義暴雨過(guò)程，在統(tǒng)計(jì)上有一定的合理性，與人為定義暴雨過(guò)程的結(jié)果比較一致，不會(huì)遺漏降水接近50 mm而沒(méi)有達(dá)到50 mm站點(diǎn)的影響，從大范圍的角度考慮暴雨過(guò)程更加合理。

②日均降水量與各物理量在4-9月的變化都呈拋物線型，但是物理量曲線的頂點(diǎn)較降水量的頂點(diǎn)略微滯后，盛夏季節(jié)各物理量的絕對(duì)值都維持相對(duì)較高的值，也對(duì)應(yīng)較強(qiáng)的降水，K指數(shù)與Si指數(shù)呈反相關(guān)變化，大的cape與較小的cin比較有利于較強(qiáng)的降水。

［1］ 天氣預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)匯編(第一集)［Z］.貴州省氣象學(xué)會(huì)，貴州省氣象局《貴州氣象》編輯室編.

［2］ 翟盤(pán)茂，潘曉華.中國(guó)北方近50年溫度和降水極端事件變化［J］. 地理學(xué)報(bào)，2003，58：1-10.

［3］ 劉健文，郭虎，李耀東，等.天氣分析預(yù)報(bào)物理量計(jì)算基礎(chǔ)［M］.北京：氣象出版，2005.

［4］ 黃嘉佑.氣象統(tǒng)計(jì)分析與預(yù)報(bào)方法［M］.北京：氣象出版社，2004.

［5］ 朱乾根，林錦瑞，壽紹文，等.天氣學(xué)原理和方法(第四版)［M］.北京：氣象出版社，2007.

P458

B

1003-6598(2011)03-0021-03

2010-12-01

彭芳(1984-)，男(苗族)，助工，主要從事短時(shí)臨近天氣預(yù)報(bào)工作。

*資助項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金(40965004)“云貴高原東段初夏暴雨的發(fā)展維持”。