內(nèi)蒙古地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降雨時(shí)空分布特征分析

劉林春

內(nèi)蒙古地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降雨時(shí)空分布特征分析

劉林春

（內(nèi)蒙古自治區(qū)氣象臺，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051）

利用2002—2012年每年5—9月內(nèi)蒙古地區(qū)119個(gè)氣象站逐小時(shí)降水資料，分析了內(nèi)蒙古地區(qū)出現(xiàn)的短時(shí)強(qiáng)降雨（≥10 mm/h）的空間及年際變化特征。結(jié)果表明，短時(shí)強(qiáng)降水在內(nèi)蒙古地區(qū)主要存在2個(gè)活躍區(qū)，2個(gè)一般活躍和1個(gè)不活躍區(qū)；5個(gè)區(qū)域整體年際變化大體呈現(xiàn)出峰谷交替出現(xiàn)的形式，各區(qū)域年累計(jì)頻次及累計(jì)短時(shí)強(qiáng)降水量差異較大，相同點(diǎn)為5個(gè)區(qū)域內(nèi)2012年短時(shí)強(qiáng)降水最為活躍。通過對內(nèi)蒙古地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降雨時(shí)空分布特征的分析，為今后內(nèi)蒙古地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降雨的短時(shí)臨近預(yù)報(bào)和預(yù)警提供參考。

短時(shí)強(qiáng)降雨；空間特征；年際特征；破壞力

短時(shí)強(qiáng)降雨作為強(qiáng)對流的一種天氣現(xiàn)象，因其突發(fā)性強(qiáng)、破壞力大，是內(nèi)蒙古的主要災(zāi)害性天氣之一。內(nèi)蒙古地域廣闊，天氣氣候及地形復(fù)雜，強(qiáng)對流天氣時(shí)有發(fā)生，給人民生命和財(cái)產(chǎn)、工農(nóng)業(yè)及交通運(yùn)輸造成了嚴(yán)重?fù)p失。短時(shí)強(qiáng)降雨常與中小尺度系統(tǒng)相聯(lián)系，它突發(fā)性強(qiáng)、發(fā)生發(fā)展非常復(fù)雜，對其的預(yù)報(bào)一直是天氣預(yù)報(bào)的難點(diǎn)，而且中小尺度的識別受到觀測能力和資料分辨率的限制，短時(shí)強(qiáng)降雨的預(yù)報(bào)在落區(qū)和時(shí)效上不能滿足社會需求。

多年來，許多專家學(xué)者對強(qiáng)對流天氣的發(fā)生和發(fā)展規(guī)律進(jìn)行了大量的研究，取得了一些重要的成果。DOSWELL[1]指出，大多數(shù)的強(qiáng)降水是對流性的，短時(shí)強(qiáng)降水的預(yù)報(bào)首要的是理解產(chǎn)生強(qiáng)降水的物理機(jī)制所需要的條件。國內(nèi)的許多學(xué)者也對短時(shí)強(qiáng)降水等強(qiáng)對流天氣進(jìn)行了大量的研究。尹承美等[2]利用濟(jì)南市區(qū)域自動氣象觀測站資料和高空、地面資料，分析了濟(jì)南市出現(xiàn)強(qiáng)降水的年際、月際以及強(qiáng)度特征，并分析了產(chǎn)生短時(shí)強(qiáng)降水的不同天氣系統(tǒng)類型，指出每年7—8月濟(jì)南市出現(xiàn)區(qū)域性或者大范圍短時(shí)強(qiáng)降水的可能性非常大，而小范圍短時(shí)強(qiáng)降水5月初就開始出現(xiàn)。多普勒雷達(dá)在短時(shí)強(qiáng)降水臨近預(yù)報(bào)中有很大的作用。應(yīng)冬梅等[3]對發(fā)生在江西的8次強(qiáng)對流天氣進(jìn)行分析，得出冰雹、雷雨大風(fēng)與短時(shí)強(qiáng)降水的多普勒雷達(dá)回波的不同特征。

環(huán)境參數(shù)特征有助于了解短時(shí)強(qiáng)降水的物理過程，很多專家在這方面做過深入的研究。周后福等[4]分析了1995—2001年的強(qiáng)對流天氣過程，計(jì)算了指數(shù)、指數(shù)和位勢不穩(wěn)定指標(biāo)，用作強(qiáng)對流天氣的短時(shí)預(yù)報(bào)指標(biāo)。因此，如何利用現(xiàn)有的氣象資料，開展短時(shí)強(qiáng)降雨預(yù)報(bào)服務(wù)，并形成日常業(yè)務(wù)流程，對提高預(yù)報(bào)預(yù)警和防災(zāi)減災(zāi)能力十分重要。

1 資料選取

本文利用全區(qū)119個(gè)自動站降水資料對發(fā)生在內(nèi)蒙古區(qū)域內(nèi)的2002—2012年短時(shí)強(qiáng)降雨個(gè)例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)了分析，找出內(nèi)蒙古地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降雨空間分布特征，以提高內(nèi)蒙古地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降雨的預(yù)報(bào)質(zhì)量，減少或避免短時(shí)強(qiáng)降雨對社會經(jīng)濟(jì)帶來的損失。

2 內(nèi)蒙古短時(shí)強(qiáng)降雨特征分析

2.1 短時(shí)強(qiáng)降雨標(biāo)準(zhǔn)

短時(shí)強(qiáng)降雨是指短時(shí)間內(nèi)降水強(qiáng)度較大，其降雨量達(dá)到或超過某一量值的天氣現(xiàn)象，這一量值的規(guī)定各地氣象臺站不盡相同。

結(jié)合內(nèi)蒙古地區(qū)實(shí)際情況和成災(zāi)的可能性，本文中將短時(shí)強(qiáng)降雨定義為：≥10 mm/h，統(tǒng)計(jì)中規(guī)定觀測站只要有一個(gè)站≥10 mm/h即作為一個(gè)短時(shí)強(qiáng)降雨日統(tǒng)計(jì)，一天中一個(gè)站多次出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降雨時(shí)站次累加統(tǒng)計(jì)。

2.2 短時(shí)強(qiáng)降雨空間特征

2002—2012年每年5—9月全區(qū)短時(shí)強(qiáng)降雨發(fā)生頻次總體上從東向西減少，從南向北減少，如圖1所示。按照短時(shí)強(qiáng)降雨累積發(fā)生頻次特點(diǎn)將全區(qū)分為短時(shí)強(qiáng)降雨Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)，如表1所示。

通過對1 h降水量大于30 mm和1 h降水量大于50 mm短時(shí)強(qiáng)降雨的統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)1 h大于30 mm的短時(shí)強(qiáng)降雨主要分布在Ⅰ區(qū)內(nèi)，如圖2所示，高發(fā)區(qū)域主要在鄂爾多斯市，其中以烏審旗的發(fā)生次數(shù)最多，達(dá)7次。1 h大于50 mm的強(qiáng)降雨還是分布在Ⅰ內(nèi)，如圖3所示，但發(fā)生次數(shù)少于30 mm的強(qiáng)降雨只有2次。

對應(yīng)各站點(diǎn)1h最大降水量分布，如圖4所示，1 h最大降水量大于30 mm的站點(diǎn)分布最為廣泛，其次是大于20 mm的站點(diǎn)，大于50 mm的站點(diǎn)主要分布于Ⅰ區(qū)，主要集中在赤峰市、通遼市、鄂爾多斯市、呼和浩特市和烏蘭察布市，1 h最大降水量的極值出現(xiàn)在通遼市為77.6 mm，Ⅱ區(qū)主要以1 h最大降水量30 mm，小于20 mm的站點(diǎn)零星分布于Ⅱ和Ⅲ區(qū)，其中1 h最大降水量的極小值出現(xiàn)在阿拉善盟的額濟(jì)納旗，為14.7 mm。

2.3 短時(shí)強(qiáng)降雨年際變化特征

從圖4得知，ⅠA區(qū)從2002—2012年11年間，每年的短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生次數(shù)都在100次以上，屬5個(gè)區(qū)域中發(fā)生年次數(shù)最多的區(qū)域。ⅠA區(qū)發(fā)生最少的年份在2004年，為108次，發(fā)生最多的年份是2005年，為193次，2012年緊隨其后為192次，總體呈現(xiàn)跳躍性增長趨勢。

對應(yīng)年短時(shí)強(qiáng)降水累積雨量，其變化趨勢與累積頻次基本一致，累積雨量最多的為2005年的3 525.2 mm，最少的在2002年，為2 013.4mm。

ⅠB區(qū)在2006年以前年發(fā)生頻次和累積降水量基本保持在90次左右和1 600 mm左右，只有2005年較低，為57次，830.9 mm。2006—2011年短時(shí)強(qiáng)降水的活躍度降低，年發(fā)生頻次沒有超過65次，年累積降水量不超過1 500 mm，至2012年短時(shí)強(qiáng)降水有明顯的增強(qiáng)，年累積頻次達(dá)到156次，累積降水量更是達(dá)到了2 646.3 mm。整體緩慢下降到2012年呈現(xiàn)激增的趨勢。

圖1 2002—2012年內(nèi)蒙古短時(shí)強(qiáng)降雨（1 h降水量大于等于10 mm）累積發(fā)生頻次

表1 內(nèi)蒙古短時(shí)強(qiáng)降雨發(fā)生頻次類別區(qū)劃

ⅠAⅠBⅡCⅡDⅢE 地區(qū)呼倫貝爾市、興安盟、通遼市、赤峰市鄂爾多斯市、包頭市、呼和浩特市、烏蘭察布市錫林郭勒盟巴彥淖爾市、烏海市阿拉善盟 平均發(fā)生頻次32.221.914.110.13.8

圖2 2002—2012年內(nèi)蒙古短時(shí)強(qiáng)降雨（1 h降水量大于等于30 mm小于等于50 mm）累積發(fā)生頻次

圖3 2002—2012年內(nèi)蒙古短時(shí)強(qiáng)降雨（1 h降水量大于等于50 mm）累積發(fā)生頻次

圖4 2002—2012年內(nèi)蒙古短時(shí)強(qiáng)降雨1 h最大降水量分布

ⅡC區(qū)的年變化趨勢呈現(xiàn)3峰2谷，第一個(gè)波峰出現(xiàn)在2003年，發(fā)生頻次為27次，累積降水為528 mm，之后年短時(shí)強(qiáng)降水開始減少，到2005年時(shí)形成第一個(gè)波谷，該年發(fā)生頻次為12次，累積降水為181.4 mm，之后降水開始增加。到2006年形成第二個(gè)波峰，但其次數(shù)和降水量不及2003年，為25次，445. 7mm，從2007—2010年降水逐年減少，并在2010年形成第二個(gè)波谷，該年短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生次數(shù)僅為8次，累積降水量為127.8 mm，2010年之后降水又開始增加。到2012年形成第三個(gè)波峰，從圖5中可以看出2012年是ⅡC區(qū)近11年最為活躍的一年，其發(fā)生次數(shù)為35次，是2010年的4倍，累積降水量達(dá)到了687.3 mm，也接近2010年的5倍。

短時(shí)強(qiáng)降水累積發(fā)生頻次及短時(shí)強(qiáng)降水累積降水量的年變化如圖5所示。

ⅡD區(qū)年變化除2003年、2008年和2012年短時(shí)強(qiáng)降水較為活躍外，其他年份的累積發(fā)生頻次均不超過10次，累積降水也不超過200 mm，2012年為該區(qū)域最為活躍的一年，其降水頻次達(dá)到35次，累積降水更是達(dá)到706.8 mm，是除2003年、2008年之外年份次數(shù)的4倍，降水量的5倍以上。

圖5 短時(shí)強(qiáng)降水累積發(fā)生頻次及短時(shí)強(qiáng)降水累積降水量的年變化

注：斜線柱狀為短時(shí)強(qiáng)降水年累積發(fā)生頻次，方塊狀折線為短時(shí)強(qiáng)降水年累積降水量，單位：mm。

ⅢE區(qū)各年短時(shí)強(qiáng)降水均不活躍，只有2003年、2007年和2012年較為突出，其中最為活躍的2012年累積次數(shù)也只有11次，累積降水量也只有205.7 mm，整體也呈現(xiàn)出了波峰波谷交替出現(xiàn)的趨勢。

雞蛋坪組遍布全區(qū)，分布廣泛，自下而上可分為上、中、下三個(gè)巖性段，區(qū)內(nèi)僅出露上、中二個(gè)巖性段，總體上呈NE向展布，是礦區(qū)賦礦層位。上段巖性主要為巨厚層的安山巖，局部夾小面積的凝灰?guī)r透鏡體及構(gòu)造角礫巖；雞蛋坪組中段巖性主要為安山巖、英安巖、凝灰?guī)r、火山角礫巖、構(gòu)造角礫巖，二巖性段間為整合接觸。

3 結(jié)論

短時(shí)強(qiáng)降水在內(nèi)蒙古地區(qū)主要存在2個(gè)活躍區(qū)，2個(gè)一般活躍和1個(gè)不活躍區(qū)，2個(gè)活躍區(qū)主要位于大興安嶺地區(qū)和河套地區(qū)，處于山區(qū)的迎風(fēng)坡或地形升高地區(qū)，不活躍區(qū)主要位于阿拉善盟和烏海市，無論是活躍區(qū)還是不活躍區(qū)均能出現(xiàn)每小時(shí)大于30 mm的降水，相對而言大興安嶺地區(qū)和河套地區(qū)更容易出現(xiàn)＞50 mm的降水。5個(gè)區(qū)域整體年際變化大體呈現(xiàn)出峰谷交替出現(xiàn)的形式，各區(qū)域年累計(jì)頻次及累計(jì)短時(shí)強(qiáng)降水量差異較大，ⅠA區(qū)各年短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生頻次及累計(jì)降水量居全區(qū)之首，ⅢE區(qū)為全區(qū)最差。相同點(diǎn)為5個(gè)區(qū)域內(nèi)2012年短時(shí)強(qiáng)降水最為活躍。

參考文獻(xiàn)：

［1］DOSWELL III C A，BROOKS H E.Flash flood forecasting：an ingredients-based methodology［J］.Wea Forecasing，1996（11）：560-581.

［2］尹承美，梁勇禮，冉桂平，等.濟(jì)南市區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水特征分析［J］.氣象科學(xué)，2010，30（2）：262-267.

［3］應(yīng)冬梅，許愛華，黃祖輝.江西冰雹、大風(fēng)與短時(shí)強(qiáng)降水的多普勒雷達(dá)產(chǎn)品的對比分析［J］.氣象，2007，33（3）：48-53.

［4］周后福，邱明燕，張愛民，等.基于穩(wěn)定度和能量指標(biāo)作強(qiáng)對流天氣的短時(shí)預(yù)報(bào)指標(biāo)分析［J］.高原氣象，2006，25（4）：716-722.

中圖分類號：P458.2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2019.20.026

文章編號：2095－6835（2019）20－0065－03

作者簡介：劉林春（1986—），男，主要從事短時(shí)臨近預(yù)報(bào)與數(shù)值天氣預(yù)報(bào)研究。

〔編輯：張思楠〕