2015—2019年甘肅平?jīng)龅貐^(qū)夏季短時(shí)強(qiáng)降水時(shí)空分布及天氣形勢(shì)特征

薛啟 唐亞平 王麗娜 郭海峰 趙慧 馬鵬程

(1.平?jīng)鍪袣庀缶?，甘肅 平?jīng)?744000； 2.遼寧省氣象局，遼寧 沈陽 110001)

引言

短時(shí)強(qiáng)降水是指在1 h內(nèi)出現(xiàn)20 mm以上的降水事件，具有突發(fā)性、致災(zāi)性等特點(diǎn)，容易造成城市內(nèi)澇，山體滑坡、山洪、泥石流等災(zāi)害，由于短時(shí)強(qiáng)降水形成機(jī)制復(fù)雜，一直以來是氣象部門預(yù)報(bào)、預(yù)警業(yè)務(wù)的重點(diǎn)和難點(diǎn)[1-2]。在中國西北地區(qū)東部，雖然年降水量偏少，但夏季短時(shí)強(qiáng)降水等強(qiáng)對(duì)流天氣多發(fā)，又由于該地區(qū)特殊的地質(zhì)條件和脆弱的生態(tài)環(huán)境，常誘發(fā)山洪、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。甘肅平?jīng)鑫挥谖鞅钡貐^(qū)東部，橫跨六盤山，轄有靜寧、莊浪、華亭、崇信、涇川、靈臺(tái)六縣(市)和崆峒區(qū)，境內(nèi)地貌復(fù)雜，山包、溝壑、川道相互交錯(cuò)，夏季短時(shí)強(qiáng)降水極易引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，短時(shí)強(qiáng)降水的提前預(yù)報(bào)、預(yù)警是當(dāng)?shù)胤罏?zāi)減災(zāi)工作的第一道防線。中國極端強(qiáng)降水和降水日變化特征存在明顯的地域性[3-5]。眾多學(xué)者針對(duì)西北地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水時(shí)空分布及物理量特征等進(jìn)行了大量的研究，表明西北地區(qū)夏季短時(shí)強(qiáng)降水時(shí)空分布特征既有整體一致的特征，也存在一定的區(qū)域性差異。黃晨然[6]對(duì)中國西北地區(qū)極端降水研究表明，夏季短時(shí)強(qiáng)降水日數(shù)占全年的67.5%，短時(shí)強(qiáng)降水雨量占全年總降水量的30%左右。楊霞等[7]、朱平等[8]和李萍云等[9]對(duì)西北地區(qū)不同區(qū)域短時(shí)強(qiáng)降水時(shí)空特征進(jìn)行了診斷分析，表明西北地區(qū)除南疆短時(shí)強(qiáng)降水頻次6月最多外，其余地區(qū)均7月或8月最多，高值時(shí)段均在下午至前半夜。孟麗霞等[10]對(duì)甘肅省短時(shí)強(qiáng)降水的時(shí)空特征進(jìn)行了分析，認(rèn)為甘肅省短時(shí)強(qiáng)降水主要分布在武威以及河?xùn)|地區(qū)，尤其隴東南地區(qū)是甘肅省短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生頻次最多、強(qiáng)度最大的區(qū)域。在夏季短時(shí)強(qiáng)降水對(duì)應(yīng)的物理量特征分析方面，馬素艷等[11]和王囝囝等[12]研究發(fā)現(xiàn)，短時(shí)強(qiáng)降水與大氣環(huán)境參數(shù)特征有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，短時(shí)強(qiáng)降水往往要具備較好的水汽條件，較大的地面露點(diǎn)溫度、高的對(duì)流有效位能(CAPE)、K指數(shù)等。另外，大氣不穩(wěn)定層結(jié)、強(qiáng)的風(fēng)垂直切變等也是短時(shí)強(qiáng)降水形成的有利因素。許東蓓等[13]認(rèn)為，甘肅省中南部短時(shí)強(qiáng)降水形成機(jī)制是建立在地面冷鋒南下或低層強(qiáng)烈發(fā)展的暖濕平流之中，并且低層暖濕平流對(duì)不穩(wěn)定層結(jié)起了主導(dǎo)作用。田磊等[14]和趙慶云等[15]對(duì)六盤山地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水中尺度對(duì)流系統(tǒng)環(huán)境條件進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)大部分強(qiáng)降水過程700 hPa有T≥12 ℃的暖舌維持，同時(shí)850 hPa比濕在12—15 g· kg-1之間，強(qiáng)降水區(qū)域的CAPE在1000 J·kg-1以上。在夏季短時(shí)強(qiáng)降水對(duì)應(yīng)的地形特征分析方面，西北地區(qū)東部小山體、喇叭口或河谷地形容易形成局地的暴雨中心，如處在關(guān)山喇叭口地形下的隴縣等地暴雨多發(fā)特別顯著[16]。

以上研究對(duì)中國西北地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水時(shí)空分布特征、短時(shí)強(qiáng)降水形成機(jī)制、地形對(duì)短時(shí)強(qiáng)降水的作用做了詳細(xì)分析和研究，有很好的借鑒意義。西北地區(qū)地形地貌差別大，天氣系統(tǒng)影響較為復(fù)雜。因此，對(duì)當(dāng)?shù)囟虝r(shí)強(qiáng)降水的時(shí)空分布特征以及天氣特點(diǎn)進(jìn)行較為系統(tǒng)的分析是必要的。本文借助近年來甘肅平?jīng)龅貐^(qū)建立的較為完善的地面監(jiān)測(cè)平臺(tái)，利用高分辨率的地面加密站數(shù)據(jù)來揭示平?jīng)龅貐^(qū)短時(shí)強(qiáng)降水的時(shí)空分布特征，并對(duì)平?jīng)龅貐^(qū)近5 a來發(fā)生的強(qiáng)降水過程天氣類型和大氣環(huán)境參數(shù)特征進(jìn)行分析、歸納和總結(jié)，旨在為平?jīng)龅貐^(qū)強(qiáng)降水預(yù)報(bào)、預(yù)警提供天氣學(xué)分析支撐。

1 資料與方法

利用平?jīng)龅貐^(qū)7個(gè)國家氣象站和171個(gè)加密自動(dòng)站(圖 1)逐小時(shí)降水?dāng)?shù)據(jù)，依據(jù)值班日志記錄情況及小時(shí)雨量質(zhì)控碼，剔除可疑站次后統(tǒng)計(jì)得到平?jīng)龅貐^(qū)2015—2019年夏季(6—8 月，下同)逐小時(shí)降水?dāng)?shù)據(jù)，并將某站1 h降水量≥20 mm，記為一次短時(shí)強(qiáng)降水事件，參考孫修貴等[17]不同閾值雨強(qiáng)的分類和統(tǒng)計(jì)辦法，考慮降水的基本特征和實(shí)際業(yè)務(wù)的需要，分別按照1 h降水量為20—30 mm、30—50 mm、大于50 mm 這3種情況統(tǒng)計(jì)不同降水量級(jí)的短時(shí)強(qiáng)降水事件，分析近5 a來平?jīng)龅貐^(qū)夏季短時(shí)強(qiáng)降水逐月空間分布、強(qiáng)降水頻次、日變化特征。同時(shí)，利用高空資料、平?jīng)鎏娇召Y料，采取常規(guī)天氣分析手段，對(duì)平?jīng)龅貐^(qū)27次短時(shí)強(qiáng)降水事件的影響天氣系統(tǒng)做了總結(jié)和提煉，并借助數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法對(duì)表征動(dòng)力、水汽、不穩(wěn)定條件的大氣環(huán)境參數(shù)做了歸納，提煉了各參數(shù)的分布區(qū)間和平均特征值。

圖1 甘肅平?jīng)龅貐^(qū)178個(gè)氣象站點(diǎn)分布Fig.1 Locations of 178 meteorological stations in Pingliang,Gansu province

2 結(jié)果分析

2.1 短時(shí)強(qiáng)降水空間分布

2015—2019年6—8月甘肅平?jīng)龅貐^(qū)共發(fā)生522站次短時(shí)強(qiáng)降水事件，其中華亭市(縣級(jí)市)短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生頻次最多，為73站次，占全平?jīng)龅貐^(qū)夏季短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生頻次的14%；其次為崇信縣63站次，占12%；莊浪縣短時(shí)強(qiáng)降水最少，僅有25站次。由圖2可知，6月，除六盤山山區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水分布較集中外，其他地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水出現(xiàn)的頻次普遍較少，僅為1—2次，統(tǒng)計(jì)表明6月是夏季短時(shí)強(qiáng)降水最不活躍的時(shí)段。7月開始，短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生頻次明顯增多，強(qiáng)降水范圍也逐步擴(kuò)大。從8月的短時(shí)強(qiáng)降水分布來看，除靜寧縣以外，幾乎全市都有短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生，短時(shí)強(qiáng)降水高發(fā)區(qū)域主要集中在崆峒區(qū)、崇信縣南部地區(qū)、涇川縣東部山區(qū)。

單位為次圖2 2015—2019年6月(a)、7月(b)和8月(c)甘肅平?jīng)龅貐^(qū)短時(shí)強(qiáng)降水累計(jì)發(fā)生次數(shù)的空間分布Fig.2 Spatial distribution of cumulative occurrence times of short-time heavy precipitation in Pingliang,Gansu province in June (a),July (b),and August (c) from 2015 to 2019

按照1 h降水量為20—30 mm、30—50 mm、大于50 mm這3種情況，分別統(tǒng)計(jì)了甘肅平?jīng)龅貐^(qū)夏季不同強(qiáng)度的短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生次數(shù)(表1)。從表1可知，夏季主要以1 h降水量在20—30 mm的短時(shí)強(qiáng)降水為主，占夏季短時(shí)強(qiáng)降水總頻次的70%以上。20—30 mm的短時(shí)強(qiáng)降水8月最多，高達(dá)180站次；6月最少，有63站次。1 h降水量在30—50 mm的短時(shí)強(qiáng)降水占強(qiáng)降水總頻次的26%。其逐月分布與20—30 mm的短時(shí)強(qiáng)降水規(guī)律類似，8月最多，有94站次；6月最少，有19站次。1 h降水量在50 mm以上的短時(shí)強(qiáng)降水，主要發(fā)生在7月，為14站次；其次為8月9站次；而6月當(dāng)?shù)貨]有發(fā)生超過50 mm以上的短時(shí)強(qiáng)降水事件。根據(jù)平?jīng)龅貐^(qū)近年來災(zāi)情實(shí)況以及結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)，1 h降水量在30 mm以上的短時(shí)強(qiáng)降水事件具有較強(qiáng)致災(zāi)性，所以有必要統(tǒng)計(jì)平?jīng)龅貐^(qū)當(dāng)?shù)卦摱螐?qiáng)降水各月空間分布情況。統(tǒng)計(jì)表明，30—50 mm之間的短時(shí)強(qiáng)降水事件6月主要發(fā)生在華亭市，為8站次；7月主要發(fā)生在涇川縣，為11站次；8月主要出現(xiàn)在靈臺(tái)縣、華亭市。而超過50 mm的極端強(qiáng)降水事件主要出現(xiàn)在靜寧縣南部、涇川、靈臺(tái)等地。

表1 2015—2019年6—8月甘肅平?jīng)龅貐^(qū)短時(shí)強(qiáng)降水不同強(qiáng)度的累計(jì)發(fā)生次數(shù) Table 1 Cumulative occurrence times of short-time heavy precipitation with different intensity in Pingliang,Gansu province from June to August in years of 2015-2019 次

2.2 短時(shí)強(qiáng)降水時(shí)間變化

從平?jīng)龅貐^(qū)短時(shí)強(qiáng)降水逐旬分布看(表2)，6月上旬到7月上旬短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生頻次較少；7月中旬隨著副熱帶高壓北抬，短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生頻次迅速增多；7月下旬到8月上旬，平?jīng)龅貐^(qū)受副熱帶高壓控制，頻次回落；8月中、下旬，短時(shí)強(qiáng)降水出現(xiàn)的頻次達(dá)到峰值。分析表明，夏季45%的短時(shí)強(qiáng)降水事件發(fā)生在8月中、下旬。從極端短時(shí)強(qiáng)降水分布情況看，7月1 h降水量超過50 mm的頻次分布均勻，上、中、下旬分別為5次、4次、5次，而8月主要出現(xiàn)在中、下旬均為4次，上旬僅為1次。這與大環(huán)流背景關(guān)系密切，主要原因是6月副熱帶高壓北跳，副熱帶高壓脊線穩(wěn)定在20°—25°N之間，這是江南梅雨季開始時(shí)間。此時(shí)，位于陜甘寧地區(qū)最南端的陜南南部山區(qū)開始有短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生。7月中下旬副熱帶高壓北跳西伸，副熱帶高壓脊線在25°—30°N，南海夏季風(fēng)向北推進(jìn)，對(duì)應(yīng)雨帶也北抬至黃河流域。此時(shí)，副熱帶高壓外圍西南暖濕氣流伸展到西北地區(qū)東部，因而從7月中下旬開始西北地區(qū)東部成為短時(shí)強(qiáng)降水最活躍地區(qū)。8月，副熱帶高壓脊線越過30°N，西脊點(diǎn)西伸至105°E附近，華北進(jìn)入盛夏雨季，陜北北部、寧夏南部、甘南北部的短時(shí)強(qiáng)降水隨之變得更為活躍。

表2 2015—2019年6—8月甘肅平?jīng)龅貐^(qū)短時(shí)強(qiáng)降水逐旬分布Table 2 Ten-day percentages of short-time heavy precipitation in Pingliang,Gansu province from June to August in years of 2015-2019 %

從平?jīng)龅貐^(qū)短時(shí)強(qiáng)降水日變化來看(圖3)，6月短時(shí)強(qiáng)降水主要發(fā)生在當(dāng)天15:00—19:00，該時(shí)段強(qiáng)降水共有57站次，占該月累計(jì)站次的70%。其中17:00、18:00兩個(gè)時(shí)次是強(qiáng)降水高發(fā)時(shí)段，統(tǒng)計(jì)結(jié)果中最大1 h降水量出現(xiàn)在15:00，為46.1 mm，這與當(dāng)?shù)刈罡邷囟瘸霈F(xiàn)的時(shí)間較一致，說明短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生需要低層大氣具備較為有利的熱力條件。7月短時(shí)強(qiáng)降水事件主要發(fā)生在當(dāng)天的13:00—24:00，該時(shí)段強(qiáng)降水共有137站次，占該月累計(jì)站次的87%，14:00、17:00、24:00是3個(gè)高峰時(shí)次。另外，超過1 h降水量50 mm的短時(shí)強(qiáng)降水事件發(fā)生在當(dāng)天的13:00—19:00，統(tǒng)計(jì)結(jié)果中超過100 mm的極端短時(shí)強(qiáng)降水事件出現(xiàn)在當(dāng)天的14:00—15:00。分析發(fā)現(xiàn)7月1 h強(qiáng)降水高頻出現(xiàn)時(shí)段較6月提前約2 h，且強(qiáng)降水持續(xù)時(shí)間也變長，這是因?yàn)?月低層大氣有更好的熱力和水汽等輸送條件。8月短時(shí)強(qiáng)降水主要發(fā)生在當(dāng)天的21:00—24:00，該時(shí)段強(qiáng)降水共有146站次，占該月累計(jì)站次的52%。另外，8月短時(shí)強(qiáng)降水有一個(gè)明顯的特點(diǎn)是夜間短時(shí)強(qiáng)降水增多，并且降水強(qiáng)度變大，1 h超過50 mm的極端強(qiáng)降水大部分出現(xiàn)在19:00、21:00—24:00，這一現(xiàn)象可能與低空急流常在夜間加強(qiáng)[18]有關(guān)，此外夜間特殊地形下形成下山風(fēng)環(huán)流也是原因之一[19]。強(qiáng)降水夜間加強(qiáng)的機(jī)制復(fù)雜，需后續(xù)詳細(xì)研究。

圖3 2015—2019年6月(a)、7月(b)和8月(c)甘肅平?jīng)龅貐^(qū)短時(shí)強(qiáng)降水逐時(shí)分布Fig.3 Diurnal variation of hourly short-time heavy precipitation in Pingliang,Gansu province in June (a),July (b),and August (c) averaged from 2015 to 2019

2.3 短時(shí)強(qiáng)降水影響天氣系統(tǒng)分析

天氣尺度系統(tǒng)不僅是中小尺度對(duì)流系統(tǒng)發(fā)生、發(fā)展的動(dòng)力背景，也為強(qiáng)降水天氣的發(fā)生提供有利的大氣不穩(wěn)定條件、水汽條件。通過分析近5 a來甘肅平?jīng)龅貐^(qū)27次短時(shí)強(qiáng)降水事件(表3)，采用常規(guī)天氣分析方法，歸納了平?jīng)龅貐^(qū)的3類較典型的短時(shí)強(qiáng)降水的天氣類型。分別是高空低槽類(占41%)、副熱帶高壓類(占41%) 、西北氣流類(占18%)，其中又將副熱帶高壓類劃分為外圍型(73%)、控制型(27%)(圖 4)。下面分別對(duì)以上3類的天氣系統(tǒng)與配置情況進(jìn)行分析。

表3 2015—2019年6—8月甘肅平?jīng)龅貐^(qū)27次短時(shí)強(qiáng)降水過程Table 3 Information of 27 short-time heavy precipitation events in Pingliang,Gansu province from June to August,in years of 2015-2019

圖4 平?jīng)龅貐^(qū)高空低槽類(a)、副熱帶高壓類(b)和西北氣流類(c)短時(shí)強(qiáng)降水天氣配置圖Fig.4 Synoptic patterns contributing to short-time heavy precipitation in Pingliang area,including the upper-level low trough pattern (a),the subtropical high-pressure pattern (b),and the northwesterly airflow pattern (c)

2.3.1 高空低槽類

500 hPa河西走廊到河套西部有低槽東移南下，槽后伴隨冷平流，同時(shí)西太平洋副熱帶高壓外圍有西南暖濕氣流；700 hPa青海高原東部有低渦切變線，低渦前側(cè)有西南風(fēng)發(fā)展和維持，一般風(fēng)速大于8 m·s-1，有時(shí)也能發(fā)展成為低空急流；850—700 hPa在甘肅南部常有濕舌和暖脊向北發(fā)展并維持；在西風(fēng)槽后偏北氣流帶動(dòng)下，地面弱冷空氣從河套地區(qū)南下，為平?jīng)龅貐^(qū)短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生提供有利的動(dòng)力擾動(dòng)條件。從整層天氣系統(tǒng)配置來看，高空天氣系統(tǒng)和低空中尺度系統(tǒng)并不是呈上下疊置，而是高低層系統(tǒng)有一定的傾斜，此種天氣系統(tǒng)配置下，槽前正渦度平流為低層系統(tǒng)發(fā)展提供了有利的動(dòng)力背景條件。這種類型的過程，短時(shí)強(qiáng)降水落區(qū)出現(xiàn)在500 hPa槽前西南氣流控制區(qū)內(nèi)、主雨帶位于700 hPa切變線前側(cè)的地面弱冷鋒附近。在平?jīng)龅貐^(qū)，此類天氣型一般在6下旬至7月較為多見，由于整層系統(tǒng)配合較好，特別是如果低層有低渦系統(tǒng)影響，容易形成區(qū)域性強(qiáng)降水天氣。如2018年8月21日暴雨過程，當(dāng)?shù)貐^(qū)域站暴雨站次有28站次之多，最大小時(shí)雨強(qiáng)為64.2 mm。

2.3.2 副熱帶高壓類

一種是外圍型，500 hPa副熱帶高壓西脊點(diǎn)位于110°E以西，甘肅東南部處在副熱帶高壓西北側(cè)西南氣流之中，河西走廊一帶有短波系統(tǒng)活動(dòng)，高層沒有明顯影響天氣系統(tǒng)，這種配置屬于弱天氣尺度強(qiáng)迫類型；700 hPa一般是河套地區(qū)處在東北冷渦后部弱高壓系統(tǒng)控制之中，陜北至甘肅中南部一帶有兩高間切變線維持，平?jīng)龅貐^(qū)處于切變線南側(cè)的南風(fēng)氣流區(qū)內(nèi)；850 hPa通常有濕舌向北延伸，邊界層大氣增暖增濕較為明顯，一般具有較好的不穩(wěn)定能量；這種天氣系統(tǒng)配置特點(diǎn)是：雖然高空冷平流弱，但是在低層弱輻合系統(tǒng)影響下，配合地面較好的能量和水汽條件，在山區(qū)地形的作用下，容易觸發(fā)對(duì)流，形成分散性強(qiáng)降水天氣。此類天氣背景下，短時(shí)強(qiáng)降水落區(qū)主要出現(xiàn)在700 hPa切變線附近。如2015年8月11日暴雨過程，平?jīng)龅貐^(qū)短時(shí)強(qiáng)降水達(dá)54站次，最大1 h降水量為64.2 mm。另一種是控制型，屬于典型的弱強(qiáng)迫強(qiáng)降水類型，高低層大氣無明顯的影響系統(tǒng)，強(qiáng)降水局地性強(qiáng)，預(yù)報(bào)難度大，一般在8月較為多見。常見的高空形勢(shì)是500 hPa副熱帶高壓明顯北抬，平?jīng)龅貐^(qū)完全為副熱帶高壓控制；或者副熱帶高壓與大陸高壓打通，平?jīng)鎏幵诖箨懜邏嚎刂浦?。低層大氣多是高溫、高濕，因此午后天氣由于地形受熱不均勻，容易形成小尺度地形輻合線，在山前觸發(fā)對(duì)流，當(dāng)分散性雷暴組織發(fā)展為短帶對(duì)流性降水回波或者形成中尺度雷暴群，也容易造成局地性很強(qiáng)的暴雨天氣。2017年8月6日強(qiáng)對(duì)流天氣過程正是此類天氣類型，雖然平?jīng)龅貐^(qū)強(qiáng)降水只有6個(gè)站次，但是由于小時(shí)雨強(qiáng)較大，導(dǎo)致當(dāng)?shù)匕l(fā)生較為嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害。因此，副熱帶高壓控制下的強(qiáng)降水一直是平?jīng)龅貐^(qū)天氣監(jiān)測(cè)和預(yù)警重點(diǎn)和難點(diǎn)。

2.3.3 西北氣流類

在大尺度低槽東移南下背景下，平?jīng)龅貐^(qū)500 hPa轉(zhuǎn)為槽后西北氣流控制，當(dāng)高空西北氣流連續(xù)控制數(shù)天，一般會(huì)造成高空明顯的干冷平流發(fā)展，此時(shí)地面會(huì)出現(xiàn)連續(xù)數(shù)天的回溫現(xiàn)象；當(dāng)850 hPa附近有有濕舌或者暖脊存在，配合地面暖低壓強(qiáng)烈發(fā)展的情況下，將會(huì)形成下暖濕、上干冷的大氣溫濕配置，容易產(chǎn)生強(qiáng)對(duì)流天氣。此種天氣類型背景下，如果高空強(qiáng)冷平流較強(qiáng)，易形成風(fēng)雹天氣，短時(shí)強(qiáng)降水往往分布較為分散，出現(xiàn)的站次少，持續(xù)時(shí)間短，小時(shí)雨強(qiáng)也較弱，此類天氣一般在6月到7月上旬較為多見。

2.4 短時(shí)強(qiáng)降水過程典型物理量分布特征

采用平?jīng)霰菊?015—2019年發(fā)生的27次短時(shí)強(qiáng)降水過程的探空數(shù)據(jù)，對(duì)預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)當(dāng)中常用的大氣物理量如850 hPa比濕、700 hPa比濕、最大上升速度、850 hPa假相當(dāng)位溫、700 hPa假相當(dāng)位溫、850 hPa與500 hPa溫差、抬升指數(shù)、沙氏指數(shù)、K指數(shù)、對(duì)流有效位能這10個(gè)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表4。目的是通過大量個(gè)例統(tǒng)計(jì)結(jié)果篩選出有利的環(huán)境參數(shù)特征值，以期為平?jīng)龅貐^(qū)短時(shí)強(qiáng)降水預(yù)報(bào)提供有效參考。分析結(jié)果表明：從低層水汽條件來看，副熱帶高壓類的天氣過程比濕最大；850 hPa平均比濕達(dá)到了16 g·kg-1，西北氣流類的次之，高空低槽類的最小，但是850 hPa比濕平均值基本都在13 g·kg-1以上，說明邊界層水汽條件的好壞是產(chǎn)生極端強(qiáng)降水的重要指標(biāo)，另外各類天氣型低層水汽的差異，也從側(cè)面反映了不同天氣背景下，低層系統(tǒng)發(fā)生、發(fā)展機(jī)制的差異。從大氣不穩(wěn)定能量來看，極端強(qiáng)降水的發(fā)生需要具備一定的不穩(wěn)定能量，從統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，副熱帶高壓類和西北氣流類，CAPE平均值在1000 J·kg-1以上，最大值可達(dá)2000 J·kg-1以上，說明這兩種類型的天氣，強(qiáng)降水的發(fā)生需要具備較大的不穩(wěn)定能量。而高空低槽類一般是動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)展導(dǎo)致的強(qiáng)降水，其CAPE值比前兩類明顯小，平均值一般在400 J·kg-1左右。相應(yīng)的850 hPa與500 hPa溫差和850 hPa假相當(dāng)位溫也有類似的差異，說明這三個(gè)物理量在不同天氣類型下的特征值有較為顯著的差異特征。從三類天氣型的動(dòng)力條件來看，西北氣流類的抬升指數(shù)和最大上升速度較其他兩類明顯偏大，說明西北氣流背景下，強(qiáng)對(duì)流天氣動(dòng)力輻合條件更好，對(duì)應(yīng)的強(qiáng)對(duì)流天氣更為劇烈；另外，高空低槽類的動(dòng)力抬升指數(shù)和最大上升速度不及副熱帶高壓類的顯著，表明副熱帶高壓類天氣對(duì)流系統(tǒng)發(fā)展高度和起始抬升高度都較高，更有利于造成局地性強(qiáng)降水天氣。從K指數(shù)來看，3類天氣型的K指數(shù)平均值均在35 ℃以上，說明K指數(shù)是暴雨預(yù)報(bào)重要指標(biāo)之一。

表4 2015—2019年6月、7月和8月甘肅平?jīng)龅貐^(qū)短時(shí)強(qiáng)降水主要物理量平均值和極值Table 4 Average and extreme values of the main physical parameters for short-time heavy precipitation in Pingliang area,Gansu province from June to August in years of 2015-2019

綜上所述，在強(qiáng)降水預(yù)報(bào)當(dāng)中，K指數(shù)、CAPE、T850-T500、Q850、θse-850有較明顯的指示意義，這些物理量的均值為有效的強(qiáng)降水預(yù)報(bào)指標(biāo)。

3 結(jié)論

(1)2015—2019年6—8月甘肅平?jīng)龅貐^(qū)共發(fā)生522站次短時(shí)強(qiáng)降水事件。按照1 h降水量為20—30 mm、30—50 mm、大于50 mm共3種情況，分別統(tǒng)計(jì)了短時(shí)強(qiáng)降水逐月空間分布、強(qiáng)降水頻次、日變化特征。甘肅平?jīng)龅貐^(qū)強(qiáng)降水逐月高發(fā)區(qū)域不盡相同，6月短時(shí)強(qiáng)降水高發(fā)區(qū)為六盤山地區(qū)；7月強(qiáng)降水頻次明顯增多，活躍地區(qū)為靜寧、崇信、涇川一帶；8月強(qiáng)降水發(fā)生頻次及強(qiáng)度達(dá)到峰值，密集區(qū)為平?jīng)霰辈康尼轻忌絽^(qū)、崇信南部河谷地帶。

(2)逐月強(qiáng)降水時(shí)段差異明顯，6月短時(shí)強(qiáng)降水日變化呈現(xiàn)單峰型特征，高頻時(shí)段主要集中在午后，1 h降水量在20—30 mm段發(fā)生頻次高，其占1 h強(qiáng)降水總頻次的80%以上。7月、8月短時(shí)強(qiáng)降水呈現(xiàn)多峰型結(jié)構(gòu)，強(qiáng)降水夜間頻次增多，1 h降水量大于30 mm的頻次增加較為顯著，占總頻次的40%以上，超過30 mm強(qiáng)降水主要出現(xiàn)在13:00—24:00。8月1 h超過50 mm的極端強(qiáng)降水大部分出現(xiàn)在19:00、21:00—24:00，強(qiáng)降水夜間增強(qiáng)原因值得關(guān)注。

(3)平?jīng)龅貐^(qū)有3類較典型的短時(shí)強(qiáng)降水的天氣類型，即高空低槽類(占41%)，副熱帶高壓類(占41%) ，西北氣流類(占18%)。高空低槽類主要發(fā)生時(shí)段是6—7月，其造成的短時(shí)強(qiáng)降水具有持續(xù)時(shí)間長、范圍廣等特點(diǎn)。西北氣流類主要發(fā)生時(shí)段是6月，容易造成局地性風(fēng)雹天氣，對(duì)應(yīng)的短時(shí)強(qiáng)降水持續(xù)時(shí)間短，小時(shí)雨量較小。副熱帶高壓類于平?jīng)龅貐^(qū)8月較為常見，屬于弱天氣尺度強(qiáng)迫型，預(yù)報(bào)難度較大，對(duì)邊界層中尺度系統(tǒng)發(fā)展規(guī)律的把握是預(yù)報(bào)這類強(qiáng)降水天氣的關(guān)鍵。對(duì)應(yīng)的短時(shí)強(qiáng)降水具有局地性強(qiáng)，雨強(qiáng)大等特點(diǎn)。

(4)通過對(duì)表征動(dòng)力、水汽、不穩(wěn)定條件的環(huán)境參數(shù)統(tǒng)計(jì)，分析表明K指數(shù)、CAPE、T850-T500、Q850、θse-850等物理量平均特征值是當(dāng)?shù)赜行У亩虝r(shí)強(qiáng)降水預(yù)報(bào)指標(biāo)。