基于物理量參數(shù)的伊犁河谷短時(shí)強(qiáng)降水預(yù)報(bào)技術(shù)研究

祝小梅，白 婷，荊海亮

（1.伊犁州氣象局，新疆 伊寧 835000；2.新疆人工影響天氣辦公室，新疆 烏魯木齊 830002）

伊犁河谷位于我國(guó)新疆西部邊陲，東、南、北三面高山環(huán)繞，地勢(shì)東高西低，呈喇叭型向西敞開(kāi)，特殊的地形造成伊犁河谷強(qiáng)對(duì)流天氣頻發(fā)。短時(shí)強(qiáng)降水屬于強(qiáng)對(duì)流天氣的一種，局地的短時(shí)強(qiáng)降水導(dǎo)致的暴雨洪澇和地質(zhì)災(zāi)害所造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失在所有氣象災(zāi)害中是最大的。例如2016年6月17日夜間至凌晨，伊犁河谷出現(xiàn)短時(shí)暴雨，自動(dòng)站1 h（04：00—05：00）最大降雨量達(dá)44.3 mm。據(jù)伊犁州民政部門(mén)初步統(tǒng)計(jì)，此次短時(shí)暴雨造成直接經(jīng)濟(jì)損失3.4億元。因此，對(duì)短時(shí)強(qiáng)降水天氣過(guò)程的預(yù)報(bào)及預(yù)測(cè)是非常重要的。

近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)于強(qiáng)對(duì)流天氣的研究經(jīng)歷著以下3個(gè)階段：環(huán)境條件分析、建立強(qiáng)對(duì)流風(fēng)暴概念模型和多普勒天氣雷達(dá)的應(yīng)用階段。對(duì)于環(huán)境條件的研究國(guó)內(nèi)外學(xué)者也做了大量研究，得出了一定的研究成果。我國(guó)氣象學(xué)家丁一匯、陶詩(shī)言從20世紀(jì)70年代末到80年代初開(kāi)始研究強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生的環(huán)境條件，得出了強(qiáng)風(fēng)暴出現(xiàn)的3個(gè)基本條件：對(duì)流層為明顯的位勢(shì)不穩(wěn)定、上干下濕的水汽垂直分布以及強(qiáng)的風(fēng)垂直切變[1]。Doswell[2]指出大多數(shù)的強(qiáng)降水是對(duì)流性的，短時(shí)強(qiáng)降水的預(yù)報(bào)，首要是理解產(chǎn)生強(qiáng)降水的物理機(jī)制所需的條件，因此對(duì)環(huán)境參數(shù)特征的研究有助于了解強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生的物理過(guò)程，并通過(guò)物理量參數(shù)的閾值可確定對(duì)流天氣的類(lèi)型或強(qiáng)度。付雙喜等[3]分析了甘肅省短時(shí)強(qiáng)降水環(huán)境參數(shù)特征，得出關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)在不同區(qū)域表現(xiàn)出不同的特征。樊李苗等[4]對(duì)中國(guó)短時(shí)強(qiáng)降水、強(qiáng)冰雹、雷暴大風(fēng)以及混合型強(qiáng)對(duì)流天氣的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，得到不同類(lèi)型下其環(huán)境參數(shù)的分布特征。很多環(huán)境參數(shù)特征對(duì)于強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生的物理機(jī)制，有一定的預(yù)報(bào)指示意義[5-9]。還有許多學(xué)者對(duì)短時(shí)強(qiáng)降水的環(huán)流背景、氣候特征及雷達(dá)方面做了研究[10-19]，為短時(shí)強(qiáng)降水的潛勢(shì)預(yù)報(bào)提供了參考。

近些年來(lái)，新疆的學(xué)者關(guān)于短時(shí)強(qiáng)降水的物理量參數(shù)也做了很多研究[20-23]，但是主要是研究天山北坡、南疆等地，而且都是研究短時(shí)強(qiáng)降水的物理量參數(shù)，對(duì)于伊犁河谷短時(shí)強(qiáng)降水與非短時(shí)強(qiáng)降水的物理量參數(shù)之間的差異研究較少，因此，本文在已有的研究基礎(chǔ)上，對(duì)比分析非短時(shí)強(qiáng)降水（Ⅰ）和短時(shí)強(qiáng)降水（Ⅱ）的物理量參數(shù)，計(jì)劃分析和探討夏季兩種狀態(tài)下降水的關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)有無(wú)明顯差異，有無(wú)可能對(duì)兩種類(lèi)型天氣加以區(qū)分？夏季各月短時(shí)強(qiáng)降水關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)的閾值；通過(guò)對(duì)2019年夏季短時(shí)強(qiáng)降水的檢驗(yàn)，來(lái)判斷此閾值能否為伊犁河谷短時(shí)強(qiáng)降水潛勢(shì)預(yù)報(bào)提供參考。

1 研究資料和方法

選取資料為2010—2018年6—8月伊犁河谷10個(gè)國(guó)家級(jí)氣象觀測(cè)站、195個(gè)區(qū)域站逐時(shí)降水量，伊寧站08時(shí)（北京時(shí)間，下同）和20時(shí)一天兩次實(shí)況高空探測(cè)資料。文中涉及的短時(shí)強(qiáng)降水指小時(shí)降水量≥10 mm的天氣，其中不排除出現(xiàn)冰雹和雷暴天氣。如測(cè)站出現(xiàn)任意1 h降水量＞10 mm的降水過(guò)程，則將當(dāng)日08或20時(shí)的探空數(shù)據(jù)作為一個(gè)短時(shí)強(qiáng)降水樣本，否則為非短時(shí)強(qiáng)降水樣本。非短時(shí)強(qiáng)降水或短時(shí)強(qiáng)降水出現(xiàn)在08—20時(shí)，用08時(shí)的探空數(shù)據(jù)，否則用20時(shí)，刪除缺測(cè)數(shù)據(jù)及無(wú)效樣本，按照以上方法統(tǒng)計(jì)2010—2018年6—8月非短時(shí)降水天氣樣本有效探空數(shù)據(jù)為725個(gè)，短時(shí)強(qiáng)降水為245個(gè)。

首先利用伊寧站的逐日08和20時(shí)的常規(guī)高空探測(cè)資料，借助MICAPS系統(tǒng)的物理量參數(shù)計(jì)算模塊，計(jì)算了2010—2018年6—8月81個(gè)物理量參數(shù)，并選取在MICAPS平臺(tái)下調(diào)用T-ln P圖時(shí)能直接看到的61個(gè)物理量參數(shù)，去除在兩類(lèi)降水中數(shù)據(jù)都為0的參數(shù)，最后選取了54個(gè)物理量參數(shù)，然后利用相關(guān)系數(shù)法挑選與降水相關(guān)性較好的物理量參數(shù)。理想情況下，物理量參數(shù)在短時(shí)強(qiáng)降水天氣與非短時(shí)強(qiáng)降水天氣中的數(shù)值分布是沒(méi)有任何交集的，則可以認(rèn)為該物理量參數(shù)對(duì)降水的發(fā)生有較好的指示意義[4]。而實(shí)際上，出現(xiàn)這種理想情況的可能性是很小的，所以只有選擇交集相對(duì)較小的物理量參數(shù)作為對(duì)產(chǎn)生短時(shí)強(qiáng)降水具有指示意義的參數(shù)。通過(guò)分析各關(guān)鍵參數(shù)集合箱線圖數(shù)據(jù)（剔除奇異值），考慮到若用箱線圖中最低值作為預(yù)報(bào)預(yù)警閾值，則出現(xiàn)虛報(bào)的概率可能較大，故采用25%百分位值（正相關(guān)）或75%百分位值（負(fù)相關(guān)）作為預(yù)報(bào)最低閾值的初猜值[20]。若非短時(shí)強(qiáng)降水天氣落在該預(yù)報(bào)最低閾值的初猜值中的概率＜20%時(shí)，則將該物理量參數(shù)的初猜值作為產(chǎn)生短時(shí)強(qiáng)降水天氣的預(yù)報(bào)指標(biāo)。

2 物理量參數(shù)分析

2.1 物理量參數(shù)的選定和分析

做相關(guān)性分析時(shí)，假設(shè)短時(shí)強(qiáng)降水樣本的Y=1，非短時(shí)強(qiáng)降水樣本的Y=0，XI為各物理量參數(shù)的值（I=1、2、3，…，54）。逐一分析XI與Y之間的相關(guān)系數(shù)，并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，最后得到17個(gè)相關(guān)系數(shù)通過(guò)0.01顯著性檢驗(yàn)（r0.01=0.254）的物理量參數(shù)（表1），其中K指數(shù)（K）、修正K指數(shù)（Km）、瑞士第二雷暴指數(shù)（SW2）、對(duì)流凝結(jié)高度、Teffer指數(shù)、Charbr修正K指數(shù)（kc）、大風(fēng)指數(shù)、對(duì)流溫度、對(duì)流凝結(jié)高度處溫度、總指數(shù)、整層比濕積分與短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生與否的相關(guān)系數(shù)的絕對(duì)值達(dá)到0.30以上，對(duì)降水有較好的指示意義，其中整層比濕積分（IQ）的相關(guān)系數(shù)最高，達(dá)到0.465。

表1 通過(guò)0.01顯著性檢驗(yàn)的物理量參數(shù)與短時(shí)強(qiáng)降水的相關(guān)系數(shù)

利用百分位法統(tǒng)計(jì)出17個(gè)物理量參數(shù)最低閾值的初猜值（表2）。表3為非短時(shí)強(qiáng)降水天氣落在17個(gè)物理量參數(shù)最低閾值初猜值的概率，可以看出，K指數(shù)、修正K指數(shù)、Charbr修正K指數(shù)、瑞士第二雷暴指數(shù)、整層比濕積分的概率都＜15%，對(duì)產(chǎn)生短時(shí)強(qiáng)降水都有明顯的指示意義，而總指數(shù)、沙氏指數(shù)、干暖蓋指數(shù)（L s）、條件對(duì)流穩(wěn)定度指數(shù)、靜力能潛在穩(wěn)定度、靜力能對(duì)流穩(wěn)定度、Teffer指數(shù)、抬升指數(shù)，對(duì)流溫度、對(duì)流凝結(jié)高度、對(duì)流凝結(jié)高度處溫度在25%以上，對(duì)出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水的指示性較差。

表2 17個(gè)物理量參數(shù)的最低閾值的初猜值

根據(jù)以上分析，本文選取區(qū)間涵蓋75%以上短時(shí)強(qiáng)降水天氣樣本的、非短時(shí)強(qiáng)降水天氣樣本處于該取值區(qū)間的概率＜20%的物理量參數(shù)作為關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)來(lái)討論伊犁河谷短時(shí)強(qiáng)降水天氣。因此最終選取K指數(shù)、修正K指數(shù)、Charbr修正K指數(shù)、瑞士第二雷暴指數(shù)、整層比濕積分這5個(gè)關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)。

2.2 短時(shí)強(qiáng)降水關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)的閾值分析

在已選取的5個(gè)關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)的基礎(chǔ)上對(duì)2010—2018年6—8月245個(gè)短時(shí)強(qiáng)降水天氣樣本用箱線圖分析各月環(huán)境參數(shù)的分布情況，并討論各月關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)的閾值。其中6月114個(gè)樣本，7月86個(gè)樣本，8月45個(gè)樣本。

2.2.16月關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)特征

圖1為6月5個(gè)物理量參數(shù)的箱線圖。圖1a顯示兩種狀態(tài)下的K指數(shù)，兩者的最小到最大值分別為13～36℃（Ⅰ）、30～41℃（Ⅱ）；中位數(shù)分別為29℃（Ⅰ）、33℃（Ⅱ）；25%～75%百分位值分別為26～31℃（Ⅰ）、32～35℃（Ⅱ）?？梢钥闯?，25%～75%百分位值的區(qū)間是沒(méi)有交集的，各分位數(shù)都大于非短時(shí)強(qiáng)降水天氣過(guò)程的。說(shuō)明短時(shí)強(qiáng)降水的發(fā)生要求K指數(shù)盡可能大些。對(duì)于K指數(shù)來(lái)說(shuō)，可以采用25%百分位值32℃作為產(chǎn)生短時(shí)強(qiáng)降水天氣的閾值。

從km指數(shù)分布箱線圖（圖1b）可知，兩者的最小到最大值分別為16～42℃（Ⅰ）、34～45℃（Ⅱ）；中位數(shù)分別為34℃（Ⅰ）、39℃（Ⅱ）；25%～75%百分位值分別為32～36℃（Ⅰ）、37～41℃（Ⅱ）。25%～75%百分位值的區(qū)間沒(méi)有交集的，各分位數(shù)都大于非短時(shí)強(qiáng)降水天氣。對(duì)于km指數(shù)，可以用25%百分位值37℃作為產(chǎn)生短時(shí)強(qiáng)降水天氣的預(yù)警指標(biāo)閾值之一。

兩種狀態(tài)下的kc指數(shù)（圖1c）最小到最大值分別為15～42℃（Ⅰ）、33～45℃（Ⅱ）；中位數(shù)分別為33℃（Ⅰ）、38℃（Ⅱ）；25%～75%百分位值分別為30～35℃（Ⅰ）、37～40℃（Ⅱ）。25%～75%百分位值的區(qū)間沒(méi)有交集的，各分位數(shù)都大于非短時(shí)強(qiáng)降水天氣?？梢园?5%百分位值37℃作為伊犁河谷出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水天氣的預(yù)警指標(biāo)閾值之一。

從整層比濕積分（IQ）箱線圖（圖1d）可知，兩種狀態(tài)下的最小到最大值分別為1 216～3 660 g/kg（Ⅰ）、1 817～3 999 g/kg（Ⅱ）；中位數(shù)分別為2 209 g/kg（Ⅰ）、2 653 g/kg（Ⅱ）；25%～75%百分位值分別為1 941～2 445 g/kg（Ⅰ）、2 452～3 036 g/kg（Ⅱ）。兩者之間基本上也是沒(méi)有交集的，各分位數(shù)也都大于非短時(shí)強(qiáng)降水天氣，說(shuō)明產(chǎn)生短時(shí)強(qiáng)降水需要的水汽更多?？梢园?5%百分位值2 452 g/kg作為伊犁河谷短時(shí)強(qiáng)降水天氣過(guò)程的預(yù)警指標(biāo)閾值之一。

從瑞士第二雷暴指數(shù)（SW2）分布箱線圖（圖1e）可知，兩者的最小到最大值分別為-0.3～10.7（Ⅰ）、-2.9～6.1（Ⅱ）；中位數(shù)分別為5.0（Ⅰ）、2.3（Ⅱ）；25%～75%百分位值分別為3.4～5.9（Ⅰ）、1.3～3.4（Ⅱ）。短時(shí)強(qiáng)降水的箱體低于非短時(shí)強(qiáng)降水，說(shuō)明SW2值越小越有利于產(chǎn)生短時(shí)強(qiáng)降水。兩者之間略有交集，各分位數(shù)也都小于非短時(shí)強(qiáng)降水天氣?？梢园?5%百分位值3.4作為產(chǎn)生短時(shí)強(qiáng)降水天氣的預(yù)警指標(biāo)閾值之一。

圖1 伊犁河谷6月非短時(shí)降水與短時(shí)強(qiáng)降水關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)箱線圖

2.2.27月關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)特征

圖2為7月5個(gè)物理量參數(shù)的箱線圖。圖2a顯示兩種狀態(tài)下的K指數(shù)，兩者的最小到最大值分別為12～38℃（Ⅰ）、30～41℃（Ⅱ）；中位數(shù)分別為28℃（Ⅰ）、33℃（Ⅱ）；25%～75%百分位值分別為24～30℃（Ⅰ）、32～35℃（Ⅱ）?？梢钥闯?，25%～75%百分位值的區(qū)間是沒(méi)有交集的，各分位數(shù)都大于非短時(shí)強(qiáng)降水天氣過(guò)程的。對(duì)于K來(lái)說(shuō)，可以采用25%的百分位值32℃作為7月產(chǎn)生短時(shí)強(qiáng)降水天氣的閾值。

從km指數(shù)分布箱線圖（圖2b）可知，兩者的最小到最大值分別為18～44℃（Ⅰ）、34～47℃（Ⅱ）；中位數(shù)分別為34℃（Ⅰ）、38℃（Ⅱ）；25%～75%百分位值分別為31～36℃（Ⅰ）、37～40℃（Ⅱ）。25%～75%百分位值的區(qū)間沒(méi)有交集，各分位數(shù)都大于非短時(shí)強(qiáng)降水天氣。25%百分位值37℃可以作為伊犁河谷7月出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水的預(yù)警指標(biāo)閾值之一。

從kc指數(shù)分布箱線圖（圖2c）可知，兩者的最小到最大值分別為17～43℃（Ⅰ）、33～45℃（Ⅱ）；中位數(shù)分別為32℃（Ⅰ）、37℃（Ⅱ）；25%～75%百分位值分別為29～35℃（Ⅰ）、37～39℃（Ⅱ）。25%～75%百分位值的區(qū)間沒(méi)有交集，各分位數(shù)都大于非短時(shí)強(qiáng)降水天氣。可以把25%百分位值37℃作為伊犁河谷7月出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水的預(yù)警指標(biāo)閾值之一。

從整層比濕積分（IQ）分布箱線圖（圖2d）可知，兩者的最小到最大值分別為843～3 753 g/kg（Ⅰ）、2 072～4 439 g/kg（Ⅱ）；中位數(shù)分別為2 308 g/kg（Ⅰ）、2 768 g/kg（Ⅱ）；25%～75%百分位值分別為1 909～2 657 g/kg（Ⅰ）、2571～3204 g/kg（Ⅱ）。短時(shí)強(qiáng)降水的箱體是高于非短時(shí)強(qiáng)降水，各分位數(shù)都大于非短時(shí)強(qiáng)降水天氣?？梢园?5%百分位值2 571 g/kg作為伊犁河谷7月產(chǎn)生短時(shí)強(qiáng)降水天氣的預(yù)警指標(biāo)閾值之一。

從瑞士第二雷暴指數(shù)（SW2）分布箱線圖（圖2e）可知，兩者的最小到最大值分別為-1.7～17.6（Ⅰ）、-2.2～6.6（Ⅱ）；中位數(shù)分別為5.4（Ⅰ）、3.1（Ⅱ）；25%～75%百分位值分別為4.0～6.7（Ⅰ）、1.4～4.2（Ⅱ）。短時(shí)強(qiáng)降水的箱體低于非短時(shí)強(qiáng)降水，兩者之間略有交集，各分位數(shù)都小于非短時(shí)強(qiáng)降水天氣?？梢园?5%百分位值4.2作為產(chǎn)生短時(shí)強(qiáng)降水天氣的預(yù)警指標(biāo)閾值之一。

圖2 伊犁河谷7月非短時(shí)降水與短時(shí)強(qiáng)降水關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)箱線圖

2.2.38月關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)特征

圖3為8月5個(gè)物理量參數(shù)的箱線圖。從圖3a可以看到，兩者的最小到最大值分別為11～36℃（Ⅰ）、30～38℃（Ⅱ）；中位數(shù)分別為28℃（Ⅰ）、33℃（Ⅱ）；25%～75%百分位值分別為24～30℃（Ⅰ）、32～34℃（Ⅱ）。25%～75%百分位值的區(qū)間沒(méi)有交集，各分位數(shù)都大于非短時(shí)強(qiáng)降水天氣過(guò)程的。可以采用25%百分位值32℃作為8月產(chǎn)生短時(shí)強(qiáng)降水天氣的閾值。

從km指數(shù)分布箱線圖（圖3b）可知，兩者的最小到最大值分別為19～42℃（Ⅰ）、34～44℃（Ⅱ）；中位數(shù)分別為34℃（Ⅰ）、39℃（Ⅱ）；25%～75%百分位值分別為31～36℃（Ⅰ）、37～40℃（Ⅱ）。兩者的25%～75%的百分位值的區(qū)間沒(méi)有交集，各分位數(shù)都大于非短時(shí)強(qiáng)降水天氣?？梢园?5%百分位值37℃作為8月產(chǎn)生短時(shí)強(qiáng)降水天氣的預(yù)警指標(biāo)閾值之一。

從kc指數(shù)分布箱線圖（圖3c）可知，兩者的最小到最大值分別為17～41℃（Ⅰ）、34～43℃（Ⅱ），中位數(shù)分別為33℃（Ⅰ）、38℃（Ⅱ）；25%～75%百分位值分別為30～35℃（Ⅰ）、37～39℃（Ⅱ）。25%～75%百分位值的區(qū)間沒(méi)有交集，各分位數(shù)都大于非短時(shí)強(qiáng)降水天氣?？梢园?5%百分位值37℃作為伊犁河谷8月出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水天氣的預(yù)警指標(biāo)閾值之一。

從整層比濕積分（IQ）分布箱線圖（圖3d）可知，兩者的最小到最大值分別為1 317～4 096 g/kg（Ⅰ）、2 208～3 757 g/kg（Ⅱ）；中位數(shù)分別為2 228 g/kg（Ⅰ）、2 673 g/kg（Ⅱ）；25%～75%百分位值分別為1 918～2 663 g/kg（Ⅰ）、2 571～2 940 g/kg（Ⅱ）。短時(shí)強(qiáng)降水的箱體較窄，說(shuō)明值的分布較集中，并且高于非短時(shí)強(qiáng)降水，各分位數(shù)都大于非短時(shí)強(qiáng)降水天氣?？梢园?5%百分位值2 571 g/kg作為伊犁河谷8月產(chǎn)生短時(shí)強(qiáng)降水天氣的預(yù)警指標(biāo)閾值之一。

圖3 伊犁河谷8月非短時(shí)降水與短時(shí)強(qiáng)降水關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)箱線圖

從瑞士第二雷暴指數(shù)（SW2）分布箱線圖（圖3e）可知，兩者的最小到最大值分別為-0.2～13.8（Ⅰ）、-0.5～6.1（Ⅱ）；中位數(shù)分別為5.2（Ⅰ）、3.1（Ⅱ）；25%～75%百分位值分別為3.8～6.7（Ⅰ）、1.4～4.1（Ⅱ）。短時(shí)強(qiáng)降水的箱體低于非短時(shí)強(qiáng)降水，兩者之間略有交集，各分位數(shù)都小于非短時(shí)強(qiáng)降水天氣?？梢园?5%百分位值4.1作為8月產(chǎn)生短時(shí)強(qiáng)降水天氣的預(yù)警指標(biāo)閾值之一。

從以上分析可知，各月短時(shí)強(qiáng)降水K指數(shù)、修正K指數(shù)、Charba修正K指數(shù)、整層比濕積分的各分位數(shù)都大于非短時(shí)強(qiáng)降水，箱體也高于非短時(shí)強(qiáng)降水，而成負(fù)相關(guān)的瑞士第二雷暴指數(shù)的各分位數(shù)小于非短時(shí)強(qiáng)降水，箱體也低于非短時(shí)強(qiáng)降水，因此兩種類(lèi)型降水是可以加以區(qū)分的。6月K（圖1a）、km（圖1b）、kc（圖1c），非短時(shí)強(qiáng)降水天氣落在預(yù)報(bào)閾值初猜值的概率分別為18.9%、18.9%、17.6%，而IQ和SW2的概率達(dá)到25%以上，指示意義較差。7月份K（圖2a）、km（圖2b）、kc（圖2c），非短時(shí)強(qiáng)降水天氣落在預(yù)報(bào)閾值初猜值的概率分別為14.2%、16.9%、14.2%，而IQ和SW2的概率達(dá)到31.1%、29.7%，指示意義較差。K（圖3a）、km（圖3b）、kc（圖3c），非短時(shí)強(qiáng)降水天氣落在預(yù)報(bào)閾值初猜值的概率分別為14.2%、18.9%、14.9%，而IQ和SW2的概率達(dá)到29.9%、33.1%，指示意義較差。因此對(duì)于夏季短時(shí)強(qiáng)降水，6、7、8月可用K、km以及kc的25%百分位值作為判別指標(biāo)。而產(chǎn)生強(qiáng)對(duì)流的另一個(gè)要素是水汽，當(dāng)水汽隨云上升氣流進(jìn)入雷暴中，在凝結(jié)成云滴或冰晶時(shí)，潛熱釋放出來(lái)驅(qū)動(dòng)了雷暴內(nèi)的上升氣流。從整層比濕積分的箱線圖（圖1d、圖2d、圖3d）可知，6、7、8月的中位數(shù)值分別為2 653、2 768、2 673 g/kg。7月值最大，說(shuō)明對(duì)于產(chǎn)生短時(shí)強(qiáng)降水，7月需要的水汽相對(duì)多點(diǎn)。而用25%百分位值作為判別指標(biāo)，非短時(shí)強(qiáng)降水在預(yù)報(bào)閾值初猜值的概率都在25%以上，指示意義較差，用中位數(shù)作為判別指標(biāo)，6、7、8月的概率分別16.2%、14.8%、20.4%，因此對(duì)于整層比濕積分，可以把≥2 653 g/kg、≥2 768 g/kg、≥2 673 g/kg作為6、7、8月產(chǎn)生短時(shí)強(qiáng)降水的判別指標(biāo)。對(duì)于瑞士第二雷暴指數(shù)，用75%百分位值作為判別指標(biāo)，非短時(shí)強(qiáng)降水落在預(yù)報(bào)閾值初猜值的概率都在25%以上，指示意義也較差，而用中位數(shù)2.3、3.1、3.1，6、7、8月的概率分別10.8%、13.5%、17.3%，因此對(duì)于瑞士第二雷暴指數(shù)，可以把≤2.3、≤3.1、≤3.1作為6、7、8月產(chǎn)生短時(shí)強(qiáng)降水的判別指標(biāo)。

綜上所述，最終可以用K、km、kc的25%百分位值，以及IQ、SW2的中位數(shù)作為6、7、8月產(chǎn)生短時(shí)強(qiáng)降水的判別指標(biāo)（表4）。

表4 夏季短時(shí)強(qiáng)降水關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)閾值

3 2019年預(yù)報(bào)檢驗(yàn)評(píng)估

2019年6—8月（表5），伊犁河谷共出現(xiàn)16次短時(shí)強(qiáng)降水天氣（6月8次，7月5次，8月3次），整個(gè)夏季發(fā)布短時(shí)強(qiáng)降水預(yù)報(bào)37次，其中報(bào)對(duì)次數(shù)16次，空?qǐng)?bào)21次，而漏報(bào)了5次。通過(guò)檢驗(yàn)，空?qǐng)?bào)率為65.6%，漏報(bào)率為32.3%，準(zhǔn)確率（TS）只有43.4%，可以看出空?qǐng)?bào)次數(shù)較多。使用表4的指標(biāo)對(duì)2019年6—8月的短時(shí)強(qiáng)降水進(jìn)行檢驗(yàn)評(píng)估，從表6可知，整個(gè)夏季準(zhǔn)確率（TS）為53.8%，8月準(zhǔn)確率最高（75%），6月最低（46.2%）；7、8月沒(méi)有漏報(bào)；6月的空?qǐng)?bào)率最高，為45.5%。經(jīng)普查，雖然沒(méi)有出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水，但出現(xiàn)雷暴及冰雹天氣。通過(guò)對(duì)比分析，可以看出用了表4的指標(biāo)，準(zhǔn)確率提高了10.4%，而空、漏報(bào)率明顯減少，說(shuō)明此指標(biāo)可以為伊犁河谷的短時(shí)強(qiáng)降水潛勢(shì)預(yù)報(bào)提供參考。盡管本文使用樣本不是很多，普遍的代表性意義還不是很大，需要更多個(gè)例進(jìn)行繼續(xù)研究，但本文的結(jié)果對(duì)當(dāng)前短臨天氣中短時(shí)強(qiáng)降水的預(yù)報(bào)還是有較好的參考意義。

表5 2019年6—8月短時(shí)強(qiáng)降水天氣過(guò)程的預(yù)報(bào)情況

表6 預(yù)報(bào)指標(biāo)對(duì)2019年6—8月短時(shí)強(qiáng)降水天氣過(guò)程的預(yù)報(bào)情況

4 結(jié)論

利用2010—2018年6—8月725個(gè)非短時(shí)降水天氣樣本及245個(gè)短時(shí)強(qiáng)降水樣本的有效探空數(shù)據(jù)，討論了夏季短時(shí)強(qiáng)降水天氣過(guò)程的物理量參數(shù)特征，并得出夏季產(chǎn)生短時(shí)強(qiáng)降水關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)閾值，同時(shí)對(duì)2019年夏季的短時(shí)強(qiáng)降水天氣過(guò)程進(jìn)行了檢驗(yàn)評(píng)估。得出以下結(jié)論：

（1）K指數(shù)、修正K指數(shù)、瑞士第二雷暴指數(shù)、對(duì)流凝結(jié)高度、Teffer指數(shù)、大風(fēng)指數(shù)、對(duì)流溫度、對(duì)流凝結(jié)高度處溫度、總指數(shù)、整層比濕積分與產(chǎn)生降水的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.30以上，對(duì)降水有較好的指示意義，其中整層比濕積分的相關(guān)系數(shù)最高，達(dá)到0.465。

（2）通過(guò)分析17個(gè)環(huán)境參數(shù)涵蓋75%以上短時(shí)強(qiáng)降水天氣樣本的取值區(qū)間，及非短時(shí)強(qiáng)降水天氣樣本在此區(qū)間的概率，最終選取概率＜20%的K指數(shù)（K）、修正K指數(shù)（km）、Charbr修正K指數(shù)（kc）、瑞士第二雷暴指數(shù)（SW2）、整層比濕積分（IQ）這5個(gè)物理量參數(shù)討論伊犁河谷短時(shí)強(qiáng)降水天氣。

（3）兩種類(lèi)型的降水天氣是可以區(qū)分的?？梢詫≥32℃、km≥37.3℃、kc≥36.5℃、IQ≥2 653 g/kg、SW2≤2.3作為6月產(chǎn)生短時(shí)強(qiáng)降水的判別指標(biāo)；K≥32℃、km≥37.3℃、kc≥36.5℃、IQ≥2768 g/kg、SW2≤3.1作為7月產(chǎn)生短時(shí)強(qiáng)降水的判別指標(biāo)；K≥32℃、km≥37.3℃、kc≥36.5℃、IQ≥2673 g/kg、SW2≤3.1作為8月產(chǎn)生短時(shí)強(qiáng)降水的判別指標(biāo)。

（4）通過(guò)檢驗(yàn)，所得出的判別指標(biāo)預(yù)報(bào)短時(shí)強(qiáng)降水，準(zhǔn)確率提高了10.4%，而空、漏報(bào)率明顯減少，說(shuō)明此指標(biāo)可以為伊犁河谷的短時(shí)強(qiáng)降水潛勢(shì)預(yù)報(bào)提供參考。