南方比濕特征及其與暴雨的關(guān)系

包慧濛，肖 安，李 葳，錢學(xué)成

(江西省氣象臺(tái), 南昌 330046)

引 言

暴雨是我國(guó)南方最常見的氣象災(zāi)害之一，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)、群眾生命財(cái)產(chǎn)安全有很大的威脅，提高暴雨預(yù)報(bào)能力一直是氣象部門重中之重的業(yè)務(wù)服務(wù)內(nèi)容。暴雨的發(fā)生必須滿足以下3個(gè)條件：充足的水汽供應(yīng)、強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)和較長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間。其中充足的水汽供應(yīng)是發(fā)生暴雨的先決條件。因此，水汽分析歷來(lái)是氣象工作者在暴雨預(yù)報(bào)中關(guān)注的重點(diǎn)[1-6]。在以往的分析研究中，人們對(duì)某一場(chǎng)暴雨或者某一段降水集中期的水汽來(lái)源、水汽輸送及水汽收支分析較多。如王佳津[7]和胡婭敏[8]等分別對(duì)發(fā)生在四川、河南的一次暴雨過程的水汽源地和水汽輸送特征進(jìn)行了分析。江虹[9]、許建玉[10]等對(duì)2003年淮河流域梅雨期水汽輸送特征和水汽收支進(jìn)行了分析。謝安等[11]對(duì)長(zhǎng)江中下游地區(qū)水汽輸送的氣候特征進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)各月水汽輸送有很大的差異。

比濕是水汽與濕空氣的質(zhì)量之比，因其受氣壓變化引起大氣膨脹和收縮影響不大，常用于表征大氣中的水汽含量，被廣泛應(yīng)用于暴雨水汽條件研究和日常預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中。氣象學(xué)者[12-16]對(duì)江南各省一些月份幾次暴雨過程的850 hPa比濕研究發(fā)現(xiàn)，江西5、6月兩次暴雨過程比濕均超過14 g·kg-1，福建11月一次暴雨過程比濕大于8 g·kg-1，貴州東南部6月一次梅雨鋒暴雨過程比濕達(dá)18 g·kg-1。曾小團(tuán)等[17-19]對(duì)華南幾次暴雨過程的850 hPa比濕研究也發(fā)現(xiàn)，廣東5月一次暴雨過程比濕為13～14 g·kg-1，廣西11月一次暴雨過程比濕達(dá)11 g·kg-1，廣西汛期6次暴雨過程比濕均在13 g·kg-1以上。以上研究表明，比濕可以用來(lái)衡量暴雨發(fā)生的水汽條件，不同地區(qū)不同季節(jié)甚至不同月份，滿足暴雨發(fā)生水汽條件的比濕值不一樣，但上述研究?jī)H限于個(gè)例研究，統(tǒng)計(jì)意義不大。在日常業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)中，江西省預(yù)報(bào)員通常將12 g·kg-1作為暴雨出現(xiàn)時(shí)850 hPa的比濕閾值，但并沒有任何文獻(xiàn)支持，而且有較多反例。如江西省12月850 hPa比濕為10 g·kg-1[14]時(shí)就可能出現(xiàn)暴雨，而5月850 hPa比濕為14 g·kg-1[12]時(shí)才出現(xiàn)暴雨。因此，12 g·kg-1這個(gè)閾值并不能代表各季、各月的暴雨比濕閾值。某一地區(qū)年、季、月平均比濕是多少，發(fā)生暴雨時(shí)年、季、月平均比濕是多少，能否為預(yù)報(bào)員暴雨預(yù)報(bào)提供依據(jù)，這些問題均需要進(jìn)行詳細(xì)的定量研究。

本研究將通過探空觀測(cè)露點(diǎn)溫度轉(zhuǎn)化的比濕序列、ERA_Interim再分析資料及國(guó)家站降水資料，以中國(guó)南方為研究區(qū)域和500、700、850、925 hPa各層比濕為研究對(duì)象，對(duì)我國(guó)南方年、季、月平均比濕、暴雨日平均比濕及暴雨發(fā)生時(shí)各層比濕增幅特征等問題進(jìn)行分析和探討。

1 資料和方法

1.1 資 料

中國(guó)南方，指中國(guó)東部季風(fēng)區(qū)的南部，主要是秦嶺-淮河一線以南區(qū)域，東臨東海，南臨南海。文中選取的研究范圍為105°-122°E、20°-33°N，站點(diǎn)數(shù)據(jù)來(lái)自828個(gè)國(guó)家觀測(cè)站2001-2017年(圖 1a)08時(shí)日降水資料和31個(gè)國(guó)家探空站(圖 1b)逐日 08時(shí)、20 時(shí)(北京時(shí)，下同)露點(diǎn)溫度資料，格點(diǎn)數(shù)據(jù)用的是2001-2017年逐日02時(shí)、08時(shí)、14時(shí)、20時(shí)ERA_Interim0.25°×0.25°再分析資料，采用雙線性插值的方法將格點(diǎn)資料插值到站點(diǎn)上。為排除地形高度對(duì)比濕的影響，已剔除 105°-108°E范圍內(nèi)海拔高度大于500 m的站點(diǎn)。

圖1 中國(guó)南方降水國(guó)家站(a)和探空站分布(b)

1.2 方 法

1.2.1 比濕的計(jì)算

根據(jù)探空資料所提供的各層次大氣溫度和露點(diǎn)溫度差，可以計(jì)算出各氣壓層上的實(shí)際水汽壓，用于計(jì)算各氣壓層上的比濕。比濕的計(jì)算公式如下：

(1)

其中

(2)

式中：q為空氣比濕(g·kg-1)，e為水汽壓(hPa)，P為某高度上的氣壓(hPa)，td為某高度上空氣的露點(diǎn)溫度(℃)；a、b為常數(shù)，水面上a為17.269，b為35.86，冰面上a為21.874，b為7.6。

1.2.2 暴雨日比濕的計(jì)算

某站08時(shí)日降水量≥50 mm認(rèn)為是該站的暴雨日。為了剔除降水未發(fā)生或降水停止時(shí)比濕對(duì)暴雨日比濕值的影響，再分析資料暴雨日比濕選取的是08時(shí)、14時(shí)、20時(shí)、次日02時(shí)、次日08時(shí)中最大4個(gè)值的平均值。暴雨發(fā)生時(shí)和發(fā)生前比濕差值計(jì)算公式如下：

ΔQ=max(Qt_08,Qt_14,Qt_20,Qt+1_02,Qt+1_08)-Qt-1_20

(3)

式中，ΔQ為比濕差值；max()表示取()內(nèi)元素中的最大值；t表示日期，t表示當(dāng)天，t+1表示第二天，t-1表示前一天；02、08、14、20表示時(shí)次。

2 結(jié)果分析

2.1 南方暴雨的空間和時(shí)間分布特征

2001-2017年南方年平均暴雨日的空間分布(圖略)與徐桂玉等[20]的研究結(jié)果相似。我國(guó)南方各測(cè)站均可出現(xiàn)暴雨。其中，暴雨日最多的是華南地區(qū)，依次為廣東、廣西，兩廣沿海地區(qū)年均暴雨日可達(dá)10天；其次是長(zhǎng)江中下游地區(qū)，依次為福建、江西、湖南、浙江、安徽、湖北。暴雨日數(shù)具有明顯的季節(jié)性變化特征，夏季最多，春季次之，冬季大部分地區(qū)的平均暴雨日數(shù)小于0.3天。南方6月暴雨最多，月平均暴雨日數(shù)高達(dá)19天，其次是7月的，最低是2月的，其中1、2、3、10、11、12這6個(gè)月的月平均暴雨日數(shù)低于5天，其他月的均高于5天。

2.2 再分析資料和探空資料南方比濕對(duì)比

有研究表明[21]，90%以上的水汽集中在500 hPa以下大氣層，低層比濕對(duì)降水的貢獻(xiàn)最為重要[22]。本文以ERA_Interim再分析資料和探空資料500、700、850、925 hPa比濕為研究對(duì)象，對(duì)中低層大氣的比濕分布進(jìn)行研究。由于ERA_Interim再分析資料和探空資料時(shí)空分辨率不同，文中挑選相同時(shí)刻資料對(duì)兩者差異進(jìn)行對(duì)比。圖2給出了探空資料和ERA_Interim再分析資料08時(shí)、20時(shí)平均比濕及暴雨日08時(shí)、20時(shí)、次日08時(shí)的平均比濕，可以看到，大部分地區(qū)中低層年平均比濕均是ERA_Interim再分析資料的更大，500、700 hPa和850、925 hPa兩種資料的差值分別在0.1和0.3 g·kg-1附近。兩種資料各層暴雨日年平均比濕差值為0.5 g·kg-1左右，比二者年平均比濕差值略大。因此認(rèn)為兩種資料差異不大，下文均用再分析資料進(jìn)行分析。

圖2 2001-2017年500 hPa(a)、700 hPa(b)、 850 hPa(c)、925 hPa(d)再分析資料、探空資料年平均比濕差值(等值線)和暴雨日年平均比濕差值(陰影)單位:g·kg-1

2.3 南方比濕的年平均特征

為了分析暴雨日年平均比濕的特征，首先對(duì)年平均比濕的分布特征進(jìn)行分析。500、700、850、925 hPa年平均、暴雨日年平均比濕的變化范圍分別為1.6～2.0、4.0～6.0、6.0～11.0、8.0～12.0 g·kg-1(圖3a1-a4)和4.4～4.8、9.5～10.5、13.5～15.0、15.0～17.0 g·kg-1(圖3b1-b4)。從年平均比濕的空間分布來(lái)看，500、700 hPa比濕呈西南高、東北低的分布特點(diǎn)，數(shù)值自西南向東北逐漸減?。?50、925 hPa比濕大致呈南高北低的緯向分布特征，數(shù)值隨緯度增加而遞減[18]。暴雨日年平均比濕500、700 hPa空間分布差異較小，850、925 hPa比濕自西南向東北減小，最大值均位于廣西西部，分別達(dá)15.0和17.0 g·kg-1；最小值分別位于江西東北部和湖南東部-江西中北部，數(shù)值分別為13.5和15.0 g·kg-1。在空間分布上，暴雨日年平均比濕與年平均比濕在925 hPa差值最大，在500 hPa的最小，其次是850 hPa和700 hPa的差值。

圖3 2001-2017年500 hPa(a1,b1)、700 hPa(a2,b2)、850 hPa(a3,b3)、925 hPa(a4,b4)年平均比濕(a1-a4)和暴雨日年平均比濕(b1-b4)單位:g·kg-1

日常業(yè)務(wù)中，江西、湖南等省將12.0 g·kg-1認(rèn)為是850 hPa暴雨比濕指標(biāo)，文中統(tǒng)計(jì)得出江南中東部850 hPa暴雨比濕指標(biāo)為13.5g·kg-1，而江南西部則為14.0 g·kg-1。

2.4 南方比濕的季節(jié)平均特征

受東亞季風(fēng)的影響，我國(guó)南方水汽季節(jié)性差異明顯[23]。以850 hPa為例，春(3-5月)、夏(6-8月)、秋(9-11月)、冬(12月-翌年2月)平均比濕變化范圍分別為5.0～11.0、12.0～15.0、6.0～10.5、2.5～7.0 g·kg-1(圖略)；各季暴雨日平均比濕均比季平均比濕高，分別為11.0～14.5、14.5～16.0、11.5～14.0、6.0～10.0 g·kg-1(圖4)。夏季平均比濕最大，冬季的最小，這與我國(guó)南方地區(qū)東亞季風(fēng)性氣候有關(guān)：夏季，源于印度洋的西南季風(fēng)和西太平洋的東南季風(fēng)為我國(guó)南方帶來(lái)充足的水汽，使我國(guó)南方比濕增加；冬季我國(guó)大部分地區(qū)盛行寒冷干燥的西北和東北氣流，比濕值減少[20]。從季平均比濕的空間分布來(lái)看，500 hPa各季平均比濕南北差異不大，700 hPa各季和850、925 hPa夏季平均比濕呈西南高、東北低的分布特點(diǎn)，自西南向東北遞減，850、925 hPa春、秋、冬季平均比濕呈緯向分布特征，自南向北遞減(圖略)。各季暴雨日平均比濕的空間分布與季平均比濕的略有差別，500、700 hPa暴雨日平均比濕空間差異不大。春季和夏季暴雨日平均比濕在850、925 hPa的最大值中心均位于廣西西部，分別為14.5、16.0 g·kg-1和16.0、18.0 g·kg-1，自西南向東北減小。秋、冬季850 hPa比濕大值帶分別為14 g·kg-1、10 g·kg-1，位于兩廣南部，自南向北減小；925 hPa大值帶位于廣東南部和福建東南部，分別為16.0 g·kg-1、10.0 g·kg-1，最小值位于湖南中、北部，數(shù)值分別為12.0 g·kg-1、5.0 g·kg-1。

圖4 2001-2017年500 hPa(a1,b1,c1,d1)、700 hPa(a2,b2,c2,d2)、850 hPa(a3,b3,c3,d3)、925 hPa(a4,b4,c4,d4)春(a1-a4)、夏(b1-b4)、秋(c1-c4)、冬(d1-d4)暴雨日平均比濕單位:g·kg-1

按季節(jié)區(qū)分暴雨平均比濕要比年平均更有代表性。以850 hPa為例，江南地區(qū)春、秋季暴雨日平均比濕為11.5～3.5 g·kg-1，夏季的為14.5～15.5 g·kg-1，冬季暴雨樣本出現(xiàn)較少，統(tǒng)計(jì)意義不大。不同季節(jié)不同地區(qū)暴雨比濕均值也不一樣。例如華南地區(qū)春、夏、秋季暴雨平均比濕分別為13.0～14.5 g·kg-1、15.0～16.0 g·kg-1、13.0～14.0 g·kg-1，與江南地區(qū)有一定差異。

2.5 南方比濕的月平均特征

按照不同地域的氣候特征差異，將我國(guó)南方分為2個(gè)區(qū)域[24-25]：25.5°N以南為華南區(qū)域(A區(qū))，25.5°N以北為華中-華東區(qū)域(B區(qū))，對(duì)各層逐月平均比濕和暴雨日平均比濕特征進(jìn)行分析。整體而言，月平均比濕和暴雨日月平均比濕各月對(duì)比結(jié)果一致，均是7月的最大，其次是8月、6月的。3、4月500 hPa暴雨日平均比濕小于冬季的，700、850、925 hPa的大于冬季的，而3、4月的平均暴雨總?cè)諗?shù)大于冬季的(圖略)。造成這種結(jié)果的原因可能是3、4月冷空氣仍然頻繁，此時(shí)濕度層結(jié)多為上干下濕分布特征，造成南方暴雨的是以短時(shí)強(qiáng)降水為主的強(qiáng)對(duì)流天氣。比濕最強(qiáng)(7月)和暴雨最多(6月)的月份不是同一個(gè)月，說(shuō)明水汽充足不一定能出現(xiàn)暴雨，上升運(yùn)動(dòng)和持續(xù)時(shí)間也很重要。總體來(lái)說(shuō)，各區(qū)各月各層有著不同的比濕平均值和暴雨日比濕平均值，在數(shù)值上是A區(qū)的大于B區(qū)的。這種區(qū)域性差異和月差異與季風(fēng)環(huán)流系統(tǒng)密切相關(guān)[11]。

表 1、2中給出了各層各月平均比濕和暴雨日平均比濕的具體數(shù)值。以850 hPa為例，A區(qū)1、2、12月暴雨日平均比濕為8.2～9.2 g·kg-1，3、11月為11.5 g·kg-1左右，4、10月為13.0 g·kg-1左右，5月為14.2 g·kg-1，6-9月為15.0 g·kg-1左右；B區(qū)1、2、12月暴雨日平均比濕為7.3～7.5 g·kg-1，3、11月為9.0～10.1 g·kg-1，4、10月為11.5 g·kg-1左右，5月為12.7 g·kg-1，6-9月為13.9～15.4 g·kg-1。這些數(shù)值對(duì)這些區(qū)域相應(yīng)月日常業(yè)務(wù)暴雨預(yù)報(bào)的水汽條件考慮有一定的指示意義。

表1 2001-2017年華南(A)、華中-華東(B)區(qū)域逐月平均比濕 g·kg-1

2.6 暴雨日前后比濕增值特征分析

對(duì)一些暴雨個(gè)例的研究[26-27]表明，強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)，通常會(huì)有明顯的水汽輸送和水汽輻合，表現(xiàn)為對(duì)流層下層(850、925 hPa)比濕明顯增大。本文計(jì)算了暴雨發(fā)生時(shí)段和發(fā)生前比濕的差值(式3)，分析了暴雨發(fā)生時(shí)各層比濕是否增加，增加概率大小和增值特征。結(jié)果顯示(圖5a1-a4)：500、700 hPaΔQ<0的比例約為0.1左右，ΔQ≥0的比例約為0.9左右；850、925 hPaΔQ<0的比例為0.25左右，ΔQ≥0的比例大部分為0.75左右。暴雨發(fā)生時(shí)，500、700 hPa比濕約有90%的概率會(huì)增大，850、925 hPa比濕增大的概率略小，但也有75%左右，說(shuō)明暴雨發(fā)生時(shí)中層(500、700 hPa)比濕增加的概率要大于低層(850、925 hPa)的增加概率。

表2 2001-2017年華南(A)、華中-華東(B)區(qū)域逐月暴雨日平均比濕 g·kg-1

暴雨發(fā)生時(shí)比濕未增加的原因很多。日常業(yè)務(wù)中有時(shí)會(huì)碰到連續(xù)性暴雨，比濕變化較小，也有時(shí)碰到比濕一直很大，暴雨發(fā)生時(shí)段即使比濕減小，但仍然達(dá)到當(dāng)月發(fā)生暴雨比濕的閾值。為進(jìn)一步分析暴雨日比濕增幅的特點(diǎn)，將暴雨日比濕增值按照強(qiáng)度劃分為[0，2]，(-2,-1]，(-1,0]，(0,1]，(1，2]和(2,+∞)共6個(gè)等級(jí)，分別記為1-6級(jí)。統(tǒng)計(jì)各等級(jí)暴雨日增值在各區(qū)域各月各層中出現(xiàn)的比例發(fā)現(xiàn)(圖5b1-b4、c1-c4)：整體而言，500、700 hPa研究區(qū)域1、2級(jí)出現(xiàn)比例非常低，大部分都在0.01及以下，3級(jí)出現(xiàn)比例略高，為0.10左右，4、5、6級(jí)出現(xiàn)比例則明顯增多，為0.20～0.45。850和925 hPa 1級(jí)占的比例和500、700 hPa的接近，小于或等于0.01；2、3級(jí)占的比例略大于500、700 hPa的占比，分別為0.05左右、0.1～0.2；大部分月份4、5、6級(jí)出現(xiàn)比例大于3級(jí)出現(xiàn)比例，比濕增值隨月份變化較大。分區(qū)而言，A區(qū)各層次大部分月份均是4級(jí)出現(xiàn)比例最大，為0.35～0.40左右，這說(shuō)明A區(qū)濕度整體較好，暴雨日各層增值以0～1.0 g·kg-1出現(xiàn)最多。B區(qū)700、850、925 hPa 3-6月6級(jí)出現(xiàn)的概率大于其他級(jí)別的，達(dá)0.35～0.55，其他月份其他級(jí)別大部分接近或小于0.25，說(shuō)明B區(qū)3-6月暴雨日比濕增加超過2.0 g·kg-1的概率達(dá)35%～55%，對(duì)于該區(qū)域暴雨的判定是一個(gè)很好的信號(hào)。

圖5 2001-2017年500 hPa(a1,b1,c1)、700 hPa(a2,b2,c2)、850 hPa(a3,b3,c3)、925 hPa(a4,b4,c4)各月暴雨日比濕增值特征(a1-a4)和華南(b1-b4)、華中-華東區(qū)域(c1-c4)暴雨日比濕增值等級(jí)特征

3 3次暴雨過程比濕閾值分析

3.1 2018年1月6日08時(shí)至7日08時(shí)華南東部暴雨過程

2018年1月6日08時(shí)至7日08時(shí)，受低空急流和低層輻合影響，華南地區(qū)出現(xiàn)大范圍暴雨，24 h最大累積降水達(dá)111 mm，位于廣東中部。降水影響時(shí)段高空槽、850 hPa低渦、急流(16 m/s)位于江淮至江南西部，925 hPa切變由華南中部北抬至華南北部，偏東急流加強(qiáng)至20 m/s，此次過程低層輻合最強(qiáng)的地區(qū)為華南東部。

從暴雨時(shí)段各層比濕最大值來(lái)看(圖6a1-a4)，500 hPa比濕大值中心位于華南北部，達(dá)4.0 g·kg-1，暴雨區(qū)比濕普遍大于3.5 g·kg-1。700 hPa比濕大值中心位于華南東部，達(dá)9.5 g·kg-1，大部分暴雨點(diǎn)的比濕大于8.5 g·kg-1。850、925 hPa比濕大值中心位于華南南部，暴雨區(qū)比濕大于9.0 g·kg-1。暴雨區(qū)各層比濕均大于或接近1月暴雨日平均比濕(500 hPa為2.9 g·kg-1，700 hPa為7.2 g·kg-1，850 hPa為9.2g·kg-1，925 hPa為8.9 g·kg-1)。從暴雨區(qū)比濕增值(圖6b1-b4)來(lái)看，500 hPa大部分大于1.0 g·kg-1；700 hPa部分大于2.0 g·kg-1，部分為1.0～2.0 g·kg-1；850 hPa大部分為1.0～2.0 g·kg-1，部分為0～1.0 g·kg-1；925 hPa部分大于2.0 g·kg-1，部分為1.0～2.0 g·kg-1。500 hPa、700 hPa增濕意味著一定程度的上升運(yùn)動(dòng)，850、925 hPa比濕增幅雖然不大，但在暴雨影響時(shí)段比濕超過1月暴雨日平均比濕，并且850、925 hPa暴雨區(qū)上游是比濕大值中心，這表明有較強(qiáng)的水汽輸送。此次天氣過程中，華南南部的水汽條件最好，但沒有產(chǎn)生暴雨，暴雨落區(qū)和500、700 hPa比濕大值區(qū)對(duì)應(yīng)較好，這說(shuō)明暴雨要有上升運(yùn)動(dòng)和水汽的配合。

圖6 2018年1月6日08時(shí)至7日08時(shí)500 hPa(a1,b1)、700 hPa(a2,b2)、850 hPa(a3,b3)、925 hPa(a4,b4)最大比濕(a1-a4)和暴雨日比濕增值(b1-b4)

3.2 2018年4月22日08時(shí)至23日08時(shí)江南北部暴雨過程

2018年4月22日08時(shí)至23日08時(shí)，受高空低槽、低渦、切變線及地面冷空氣影響，湘、贛、鄂交界處出現(xiàn)大范圍暴雨，其中湖北南部24 h最大累積降水達(dá)247 mm。降水影響期間，850 hPa切變由江蘇北部-湖北中部-貴州西北部移至江蘇北部-江西北部-貴州南部，切變線北側(cè)最大偏北急流達(dá)14 m/s，南側(cè)西南急流達(dá)16 m/s。

從暴雨時(shí)段各層比濕最大值來(lái)看(圖 7a1-a4)，500 hPa比濕最大值中心位于江西北部，達(dá)4.5 g·kg-1，暴雨區(qū)比濕普遍大于3.5 g·kg-1。700 hPa比濕大值中心位于江南中部至華南西北部，達(dá)9.0 g·kg-1，大部分暴雨點(diǎn)的比濕大于8.0 g·kg-1。850 hPa、925 hPa比濕大值中心位于江南西部至華南西部，暴雨區(qū)兩層比濕分別大于12.0 g·kg-1和14.0 g·kg-1。暴雨區(qū)各層比濕均大于4月暴雨日平均比濕(500 hPa為2.8 g·kg-1，700 hPa為7.9 g·kg-1，850 hPa為11.1 g·kg-1，925 hPa為11.6 g·kg-1)。從暴雨區(qū)比濕增值(圖7b1-b4)來(lái)看，500 hPa大部分大于2.0 g·kg-1；700 hPa大部分為1.0～2.0 g·kg-1；850 hPa大部分為0～1.0 g·kg-1，部分為1.0～2.0 g·kg-1；925 hPa大部分為0～1.0 g·kg-1，小部分為-1.0～1.0 g·kg-1。此次暴雨過程中，暴雨落區(qū)和500 hPa比濕大值及比濕增值大的位置對(duì)應(yīng)較好。

圖7 2018年4月22日08時(shí)至23日08時(shí)500 hPa(a1,b1)、700 hPa(a2,b2)、850 hPa(a3,b3)、925 hPa(a4,b4)最大比濕(a1-a4)和暴雨日比濕增值(b1-b4)

3.3 2017年5月14日08時(shí)至15日08時(shí)華南暴雨過程

2017年5月14日08時(shí)至15日08時(shí)，受高空低槽、低渦、切變線影響，華南地區(qū)出現(xiàn)暴雨天氣，24 h最大累積降水量出現(xiàn)在廣西中部(108 mm)。降水影響時(shí)段850 hPa切變由云南東南部-貴州北部-重慶西南部移至華南北部，并在廣西有低渦生成。

此次過程中(圖8a1-a4)，500 hPa比濕最大值中心位于廣西中部，達(dá)5.0 g·kg-1，暴雨區(qū)比濕普遍大于4.5 g·kg-1；700 hPa比濕大值中心位于廣西西部，達(dá)10.0 g·kg-1，暴雨區(qū)比濕大于8.5 g·kg-1。850 hPa、925 hPa比濕大值中心分別位于廣西西部、兩廣交界處，暴雨區(qū)比濕分別大于13.0 g·kg-1和14.0 g·kg-1。各層比濕均大于或接近5月暴雨日平均比濕(500 hPa為4.0 g·kg-1，700 hPa為9.2 g·kg-1，850 hPa為14.4 g·kg-1，925 hPa為16.2 g·kg-1)。從暴雨區(qū)比濕增值來(lái)看(圖8b1-b4)，500 hPa、700 hPa大部分大于等于4.0 g·kg-1，850、925 hPa大部分大于2.0 g·kg-1，小部分在1.0～2.0 g·kg-1。各層比濕的增幅都比較大，這意味著低層明顯增濕及存在較強(qiáng)的垂直運(yùn)動(dòng)。此次暴雨過程中，暴雨落區(qū)和各層比濕大值及比濕增值大的地方對(duì)應(yīng)較好。

圖8 2017年5月14日08時(shí)至15日08時(shí)500 hPa(a1,b1)、700 hPa(a2,b2)、850 hPa(a3,b3)、925 hPa(a4,b4)最大比濕(a1-a4)和暴雨日比濕增值(b1-b4)

總體來(lái)說(shuō)，在文中所選1、4、5月的3次暴雨過程中，暴雨區(qū)各層比濕均接近或大于暴雨日月平均比濕，比濕增值符合上文分析結(jié)果。暴雨落區(qū)和500 hPa比濕大值中心、比濕增值大值中心對(duì)應(yīng)最好。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié) 論

文中利用探空觀測(cè)露點(diǎn)溫度轉(zhuǎn)化的比濕序列、ERA_Interim再分析資料及國(guó)家站降水資料，研究了近17年我國(guó)南方年、季、月平均比濕、暴雨日平均比濕及暴雨日比濕的增幅特征，得到以下結(jié)論：

(1)從年平均比濕的空間分布來(lái)看，500、700 hPa比濕呈西南高、東北低的分布特點(diǎn)，數(shù)值自西南向東北逐漸減?。?50、925 hPa大致呈南高北低的緯向分布特征，數(shù)值隨緯度增加而遞減。暴雨日年平均比濕500、700 hPa比濕空間分布差異較小，850、925 hPa比濕自西南向東北減小，最大值均位于廣西西部，最小值分別位于江西東北部和湖南東部-江西中北部，不同季節(jié)不同地區(qū)暴雨日平均比濕是不一樣的。

(2)文中統(tǒng)計(jì)出南方各月各層暴雨日平均比濕值，以850 hPa為例，華南區(qū)域1、2、12月暴雨日平均比濕為8.2～9.2 g·kg-1，3、11月的為11.5 g·kg-1左右，4、10月的為13.0 g·kg-1左右，5月的為14.2 g·kg-1，6-9月的為15 g·kg-1左右；華中-華東區(qū)域1、2、12月暴雨日平均比濕為7.3～7.5 g·kg-1，3、11月的為9.0～10.1 g·kg-1，4、10月的為11.5 g·kg-1左右，5月的為12.7 g·kg-1，6-9月的為13.9～15.4 g·kg-1。這些數(shù)值對(duì)這些區(qū)域相應(yīng)月日常業(yè)務(wù)暴雨預(yù)報(bào)的水汽條件考慮有一定的指示意義。

(3)暴雨發(fā)生時(shí)和發(fā)生前，500、700 hPa比濕增加的概率為90%左右，850、925 hPa比濕增加的概率為75%左右。25.5°N以南區(qū)域各層暴雨日比濕增值以0～1.0 g·kg-1出現(xiàn)最多，出現(xiàn)概率達(dá)35%～40%；25.5°N以北區(qū)域3-6月比濕增值超過2.0 g·kg-1的概率達(dá)35%～55%。上述數(shù)據(jù)對(duì)于該區(qū)域內(nèi)暴雨的判定有一定的指示意義。

4.2 討 論

前文統(tǒng)計(jì)的暴雨站點(diǎn)并未將臺(tái)風(fēng)暴雨和非臺(tái)風(fēng)暴雨(剔除臺(tái)風(fēng)暴雨后的其他暴雨)進(jìn)行區(qū)分，但廣東、廣西、福建、浙江等地處沿海區(qū)域，夏、秋季易受臺(tái)風(fēng)影響，產(chǎn)生大范圍暴雨。文中以臺(tái)風(fēng)中心200 km范圍內(nèi)的暴雨為臺(tái)風(fēng)暴雨標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算了各季各層非臺(tái)風(fēng)暴雨日平均比濕及其與暴雨日平均比濕的差值(圖略，春、冬季差異不大)，可以看到，各層非臺(tái)風(fēng)暴雨日平均比濕與暴雨日平均比濕空間分布相似，沿海省份(浙江、福建、廣東、廣西)兩者差值低于0.8 g·kg-1，其他省份低于0.2 g·kg-1。綜上所述，臺(tái)風(fēng)對(duì)暴雨日平均比濕閾值沒有明顯影響。