信陽(yáng)市對(duì)流性強(qiáng)降水的物理量特征分析

康紅勛

摘 要：本文通過(guò)對(duì)信陽(yáng)歷史資料2012年至1016年6至8月的對(duì)流性強(qiáng)降水個(gè)例的物理量資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，篩選出對(duì)對(duì)流性強(qiáng)降水具有明確指示意義的9個(gè)物理量，并分別確定了各個(gè)物理量的參考預(yù)報(bào)指標(biāo);通過(guò)對(duì)對(duì)流性強(qiáng)降水個(gè)例發(fā)生時(shí)各個(gè)物理量的綜合分析，所有對(duì)流性強(qiáng)降水個(gè)例均出現(xiàn)在滿足4個(gè)以上的條件下，同時(shí)滿足條件的物理量越多，就越容易出現(xiàn)對(duì)流性強(qiáng)降水。

關(guān)鍵詞：物理量;對(duì)流性強(qiáng)降水;預(yù)報(bào)指標(biāo)

中圖分類號(hào)：P458.121文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2020）25-0149-03

Abstract： In this paper， through the statistical analysis of the physical quantity data of convective heavy precipitation cases from June to August 2012-1016 in Xinyang， nine physical quantities with clear indication significance were selected， and the reference forecast indexes of each physical quantity were determined respectively; through the comprehensive analysis of each physical quantity when the convective heavy precipitation case occurs， all the convective heavy precipitation cases were strong. The more physical quantities that meet the conditions， the more convective heavy precipitation will occur.

Keywords： physical quantity;convective heavy rainfall;forecast index

夏季是信陽(yáng)市強(qiáng)對(duì)流天氣的多發(fā)季節(jié)，強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生時(shí)往往伴有雷電、短時(shí)強(qiáng)降水、雷暴大風(fēng)、冰雹等災(zāi)害性天氣[1]，嚴(yán)重危害著人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全。強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生具有突發(fā)性強(qiáng)、成因復(fù)雜、預(yù)報(bào)難度大等特點(diǎn)[2]。研究者通過(guò)對(duì)信陽(yáng)市對(duì)流性強(qiáng)降水天氣產(chǎn)生時(shí)相關(guān)物理量進(jìn)行研究分析，找出有關(guān)物理量的特征和規(guī)律[3]，為對(duì)流性強(qiáng)降水的預(yù)報(bào)、預(yù)警提供參考依據(jù)，提高對(duì)流性強(qiáng)降水天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性、及時(shí)性，對(duì)天氣預(yù)報(bào)、預(yù)警和氣象服務(wù)具有重要意義。

1 資料來(lái)源

對(duì)流性強(qiáng)降水個(gè)例資料采用信陽(yáng)市國(guó)家氣象觀測(cè)站的觀測(cè)資料，物理量資料選取信陽(yáng)市周邊的南陽(yáng)市（57178）、阜陽(yáng)市（58203）、武漢市（57494）的資料，內(nèi)插到信陽(yáng)市站點(diǎn)上，資料時(shí)次為對(duì)流性強(qiáng)降水個(gè)例出現(xiàn)的前后20：00和當(dāng)日08：00的資料。資料的年代及時(shí)段為2012年至2016年6月至8月。

2 對(duì)流性強(qiáng)降水樣本的確定標(biāo)準(zhǔn)和物理量資料的選取

對(duì)流性強(qiáng)降水個(gè)例的確定標(biāo)準(zhǔn)是，以信陽(yáng)市國(guó)家氣象觀測(cè)站日降水量≥10 mm，并且伴有雷電確定為對(duì)流性強(qiáng)降水，2012年至2016年6月至8月共有41個(gè)對(duì)流性強(qiáng)降水個(gè)例。

物理量資料利用高空探測(cè)實(shí)況資料的[T]-log[p]溫度對(duì)數(shù)壓力圖逐個(gè)讀取、內(nèi)插，選取對(duì)對(duì)流性強(qiáng)降水具有明確物理意義的有關(guān)物理量作為研究分析的對(duì)象。

3 研究方法

對(duì)41個(gè)對(duì)流性強(qiáng)降水個(gè)例的物理量資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，篩選出了對(duì)對(duì)流性強(qiáng)降水具有明確指示意義的9個(gè)物理量，分別是對(duì)流有效位能（[CAPE]）、[K]指數(shù)、沙氏指數(shù)（[SI]）、抬升指數(shù)（[LI]）、假相當(dāng)位溫（[θse]）、整層比濕積分（[IQ]）、總指數(shù)（[TT]）、相對(duì)濕度（[RH700]）、相對(duì)濕度（[RH850]）等。接下來(lái)對(duì)這9個(gè)物理量進(jìn)行逐個(gè)研究分析，并確定各個(gè)物理量的關(guān)鍵指標(biāo)。

4 物理量特征分析

4.1 對(duì)流有效位能[CAPE]（單位J/kg）

對(duì)流有效位能[CAPE]是一個(gè)具有非常明確物理意義的熱力不穩(wěn)定參量，能較好地表示出對(duì)流發(fā)展的強(qiáng)度，[CAPE]值越大，對(duì)流發(fā)展的高度越高，大氣就越不穩(wěn)定，對(duì)流就越強(qiáng)烈。統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)：當(dāng)[CAPE]<300 J/kg時(shí)，有5例，占整個(gè)對(duì)流性強(qiáng)降水天氣個(gè)例的12%;[CAPE]在300～1 000 J/kg時(shí)，有14例，占整個(gè)對(duì)流性強(qiáng)降水天氣個(gè)例的34%;當(dāng)[CAPE]≥1 000 J/kg時(shí)，有22例，占整個(gè)對(duì)流性強(qiáng)降水天氣個(gè)例的54%?？梢姡?8%的對(duì)流性強(qiáng)降水個(gè)例發(fā)生在[CAPE]≥300 J/kg的情況下，因此，當(dāng)[CAPE]≥300 J/kg時(shí)，可以作為對(duì)流性強(qiáng)降水的參考預(yù)報(bào)指標(biāo)。

4.2 [K]指數(shù)（單位：℃）

4.3 沙氏指數(shù)[SI]（單位：℃）

沙氏指數(shù)[SI]的計(jì)算公式為：

4.4 抬升指數(shù)[LI]（單位：℃）

抬升指數(shù)[LI]是一種表示大氣對(duì)流性不穩(wěn)定的指數(shù)，[LI]<0 ℃時(shí)，表示層結(jié)不穩(wěn)定，且負(fù)值越小。據(jù)統(tǒng)計(jì)：[LI]>0 ℃，有4例，占整個(gè)對(duì)流性強(qiáng)降水天氣個(gè)例的10%;-2 ℃<[LI]≤0 ℃時(shí)，有14例，占整個(gè)對(duì)流性強(qiáng)降水天氣個(gè)例的34%;當(dāng)[LI]≤-2 ℃時(shí)，有23例，占整個(gè)對(duì)流性強(qiáng)降水天氣個(gè)例的56%?？梢?，有90%的對(duì)流性強(qiáng)降水個(gè)例發(fā)生在[LI]≤0 ℃的情況下，因此，當(dāng)[LI]≤0 ℃時(shí)，可以作為對(duì)流性強(qiáng)降水的參考預(yù)報(bào)指標(biāo)。

4.5 假相當(dāng)位溫[θse]（單位：℃）

假相當(dāng)位溫實(shí)際上是飽和氣塊上升過(guò)程中，水汽全部凝結(jié)所釋放的潛熱加熱空氣后達(dá)到的位溫，是集溫度、氣壓、濕度于一體的表征大氣中能量分布的物理量。[θse]越高，表示層結(jié)不穩(wěn)定。據(jù)統(tǒng)計(jì)：[θse850]<60 ℃，有2例，占整個(gè)對(duì)流性強(qiáng)降水天氣個(gè)例的5%;60 ℃≤[θse850]<70 ℃時(shí)，有8例，占整個(gè)對(duì)流性強(qiáng)降水天氣個(gè)例的20%;當(dāng)[θse850]≥70 ℃時(shí)，有31例，占整個(gè)對(duì)流性強(qiáng)降水天氣個(gè)例的75%?？梢姡?5%的對(duì)流性強(qiáng)降水個(gè)例發(fā)生在[θse850]≥60 ℃的情況下，因此，當(dāng)[θse850]≥60 ℃時(shí)，可以作為對(duì)流性強(qiáng)降水的參考預(yù)報(bào)指標(biāo)。

4.6 整層比濕積分[IQ]（單位：g/kg）

整層比濕積分[IQ]是指從地面直到大氣頂?shù)谋葷穹e分，其數(shù)值越大，越有利于對(duì)流性強(qiáng)降水天氣的發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計(jì)：[IQ]<5 000 g/kg，有3例，占整個(gè)對(duì)流性強(qiáng)降水天氣個(gè)例的7%;5 000 g/kg≤[IQ]<5 500 g/kg時(shí)，有9例，占整個(gè)對(duì)流性強(qiáng)降水天氣個(gè)例的22%;當(dāng)[IQ]≥5 500 g/kg時(shí)，有29例，占整個(gè)對(duì)流性強(qiáng)降水天氣個(gè)例的71%?？梢姡?3%的對(duì)流性強(qiáng)降水個(gè)例發(fā)生在[IQ]指數(shù)≥5 000 g/kg的情況下，因此，當(dāng)[IQ]指數(shù)≥5000 g/kg時(shí)，可以作為對(duì)流性強(qiáng)降水的參考預(yù)報(bào)指標(biāo)。

4.7 總指數(shù)[TT]（單位：℃）

總指數(shù)[TT]是大氣溫濕類指數(shù)的一種穩(wěn)定度指數(shù)。[TT]數(shù)值越大，表示大氣層結(jié)越不穩(wěn)定。據(jù)統(tǒng)計(jì)：[TT]小于40 ℃時(shí)，有3例，占整個(gè)對(duì)流性強(qiáng)降水天氣個(gè)例的7%;40 ℃≤[TT]<43 ℃時(shí)，有14例，占整個(gè)對(duì)流性強(qiáng)降水天氣個(gè)例的34%;當(dāng)[TT]≥43 ℃時(shí)，有24例，占整個(gè)對(duì)流性強(qiáng)降水天氣個(gè)例的59%?？梢?，有93%的對(duì)流性強(qiáng)降水個(gè)例發(fā)生在[TT]指數(shù)≥40 ℃的情況下，因此，當(dāng)[TT]指數(shù)≥40 ℃時(shí)，可以作為對(duì)流性強(qiáng)降水的參考預(yù)報(bào)指標(biāo)。

4.8 相對(duì)濕度[RH]（單位：%）

相對(duì)濕度[RH]是指空氣中水氣壓與飽和水氣壓的百分比。相對(duì)濕度的百分比值越大，則說(shuō)明空氣中的水汽越高，就越有利于強(qiáng)降水的出現(xiàn)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)分析：[RH700]<70%時(shí)，有2例，占整個(gè)對(duì)流性強(qiáng)降水天氣個(gè)例的5%;70%≤[RH700]<90%時(shí)，有15例，占整個(gè)對(duì)流性強(qiáng)降水天氣個(gè)例的37%;當(dāng)[RH700]≥90%時(shí)，有24例，占整個(gè)對(duì)流性強(qiáng)降水天氣個(gè)例的59%?？梢姡?5%的對(duì)流性強(qiáng)降水個(gè)例發(fā)生在[RH700]≥70%的情況下，因此，當(dāng)[RH700]≥70%時(shí)，可以作為對(duì)流性強(qiáng)降水的參考預(yù)報(bào)指標(biāo)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)分析：[RH850]<70%時(shí)，有1例，占整個(gè)對(duì)流性強(qiáng)降水天氣個(gè)例的2%;70%≤[RH850]<90%時(shí)，有11例，占整個(gè)對(duì)流性天氣個(gè)例的27%;當(dāng)[RH850]≥90%時(shí)，有29例，占整個(gè)對(duì)流性天氣個(gè)例的71%?？梢?，有98%的對(duì)流性強(qiáng)降水個(gè)例發(fā)生在[RH850]≥70%的情況下，因此，當(dāng)[RH850]≥70%時(shí)，可以作為對(duì)流性強(qiáng)降水的參考預(yù)報(bào)指標(biāo)。

4.9 物理量綜合分析

對(duì)流性強(qiáng)降水的產(chǎn)生是多種因素共同作用的結(jié)果，物理量的特征也充分反映了這一點(diǎn)。對(duì)流性強(qiáng)降水物理量綜合分析結(jié)果如表1所示。由表1可以看出，對(duì)流性強(qiáng)降水的發(fā)生是在多個(gè)物理量同時(shí)滿足參考預(yù)報(bào)指標(biāo)的情況下出現(xiàn)的。

5 業(yè)務(wù)試用情況

《信陽(yáng)市對(duì)流性強(qiáng)降水的物理量特征分析研究》初步研究完成后，于2020年6月在市氣象臺(tái)投入了業(yè)務(wù)試用，業(yè)務(wù)試用情況如表2所示。

從表2可知：6月12日天氣過(guò)程，9個(gè)物理量參數(shù)值均達(dá)到參考預(yù)報(bào)指標(biāo);6月15日天氣過(guò)程，有7個(gè)物理量達(dá)到參考預(yù)報(bào)指標(biāo);6月16日天氣過(guò)程，有8個(gè)物理量達(dá)到參考預(yù)報(bào)指標(biāo);6月17日天氣過(guò)程，有5個(gè)物理量達(dá)到參考預(yù)報(bào)指標(biāo)。由此可見，盡管有些物理量未達(dá)到參考預(yù)報(bào)指標(biāo)，但綜合分析，滿足參考預(yù)報(bào)指標(biāo)的物理量在5個(gè)以上，這和研究結(jié)論是一致的，取得了較好的試用效果。

6 結(jié)語(yǔ)

①通過(guò)對(duì)對(duì)流性強(qiáng)降水個(gè)例發(fā)生時(shí)各個(gè)物理量的特征進(jìn)行研究分析，確定了9個(gè)物理量的參考預(yù)報(bào)指標(biāo)，即[CAPE]≥300 J/kg、[K]≥30 ℃、[SI]≤0 ℃時(shí)、[LI]≤0 ℃、[θse850]≥60 ℃、[IQ]指數(shù)≥5000 g/kg、[TT]指數(shù)≥40 ℃、[RH700]、[RH850]≥70%，將其作為可以出現(xiàn)對(duì)流性強(qiáng)降水的物理量參數(shù)指標(biāo)。

②通過(guò)對(duì)對(duì)流性強(qiáng)降水個(gè)例發(fā)生時(shí)各個(gè)物理量的綜合分析，所有對(duì)流性強(qiáng)降水個(gè)例均出現(xiàn)在滿足4個(gè)以上的條件下，同時(shí)滿足條件的物理量越多，就越容易出現(xiàn)對(duì)流性強(qiáng)降水。

③研究結(jié)果于2020年6月在信陽(yáng)市氣象臺(tái)進(jìn)行了業(yè)務(wù)試用，試用效果與研究結(jié)論一致，試用效果良好。

由于研究資料的局限性，歷史資料年代較短、個(gè)例偏少，另外在資料的讀取、內(nèi)插計(jì)算中也存在一定誤差，分析也不盡全面，研究分析的深度也不夠，因此，還有待于在預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)工作中進(jìn)一步檢驗(yàn)、完善、提高。

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