常紅麗 王煥然 陳昶陽 王文昊

摘 要：本文利用汝陽縣2013—2017年6—8月小時雨量資料，分析汝陽縣夏季短時強(qiáng)降水的時空分布特征、天氣學(xué)形式特征及雷達(dá)特征。結(jié)果表明：汝陽縣短時強(qiáng)降水發(fā)生時間集中在“七下八上”，在一天當(dāng)中，下午和傍晚是短時強(qiáng)降水的高發(fā)期;靠近水源、有山地和丘陵抬升作用的地形有利于短時強(qiáng)降水回波的發(fā)生發(fā)展;南部山區(qū)易局地生成回波并加強(qiáng)發(fā)展，移入型回波以西向居多，且從生成到本責(zé)任區(qū)移動迅速、影響時間短、降水范圍大、雨強(qiáng)相對較小。

關(guān)鍵詞：短時強(qiáng)降水;組合反射率;回波頂高度

中圖分類號：P458.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2018）29-0155-03

Abstract： Based on the hourly rainfall data from June to August of 2013 to 2017 in Ruyang County， the temporal and spatial distribution characteristics， synoptic forms and radar characteristics of short-term heavy precipitation in summer in Ruyang County were analyzed in this paper. The results showed that the occurrence time of short-term heavy precipitation in Ruyang County was concentrated on "seven to eight days"， and in the middle of the day， the high occurrence period of short-term heavy precipitation was in the afternoon and evening; the terrain near the water source， with uplifting effect of mountains and hills was conducive to the occurrence and development of short-term heavy precipitation echoes; in the southern mountainous areas， local echoes were easily generated and developed. Most of the migratory echoes were from west to west， and they moved rapidly from generation to responsibility area， with short impact time， large precipitation range and relatively small rainfall intensity.

Keywords： short-term rainstorm;combined reflectivity;echo top height

短時強(qiáng)降水是指短時間內(nèi)降水強(qiáng)度較大，降水量達(dá)到或超過某一量值的天氣現(xiàn)象。由于此類天氣過程歷時短，雨強(qiáng)大，局地性強(qiáng)，因此常常對城市內(nèi)澇、交通帶來嚴(yán)峻考驗(yàn)。同時，該天氣現(xiàn)象也與泥石流、洪澇等災(zāi)害密切相關(guān)，是汝陽縣重要的災(zāi)害性天氣之一。強(qiáng)對流天氣的分析和預(yù)報(bào)，歷來是日常預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)的難點(diǎn)[1]。國內(nèi)外研究學(xué)者針對短時強(qiáng)降水，從不同方面進(jìn)行了研究。樊李苗[2]利用多個國家級氣象觀測站的每小時雨量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出了我國短時強(qiáng)降水的時空分布規(guī)律。谷秀杰[3]利用河南省1991—2010年5月至9月逐小時降水量資料，分析了河南省短時強(qiáng)降水的時空分布特征及其云團(tuán)的特點(diǎn)，并對產(chǎn)生強(qiáng)降水云團(tuán)的源地、移動路徑及形態(tài)特征進(jìn)行描述。席世平、白凌霞[4]和李大為[5]等人針對某次具體的短時強(qiáng)降水過程分析了雷達(dá)回波特征，分析過程更較具體細(xì)致。本文主要分析汝陽縣的短時強(qiáng)降水特征。

1 汝陽縣概況

汝陽縣地處豫西伏牛山余脈外方北山麓，北汝河上游，地勢由北向南呈階梯狀上升，地形差異較大，地形地貌的不同導(dǎo)致在夏季多強(qiáng)對流天氣產(chǎn)生，同時衍生出泥石流、山體滑坡、洪澇等次生氣象災(zāi)害，對汝陽37家尾礦、旅游景區(qū)和山區(qū)居民的生產(chǎn)生活帶來嚴(yán)重威脅。

汝陽縣最大的河流——汝河，是沙澧河的上游。沙澧河流域地處河南中南部，流域包含6市15個縣（區(qū)）。該區(qū)域處于南北氣候過渡帶，屬于暴雨中心，極易形成洪澇災(zāi)害，嚴(yán)重影響流域各地的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會穩(wěn)定。汝陽縣所處的地理位置對此流域至關(guān)重要，故短時強(qiáng)降水預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率對沙澧河流域氣象服務(wù)中心的決策有很大參考意義。

2 資料與方法

根據(jù)《河南省預(yù)報(bào)員手冊》的規(guī)定可知，1h內(nèi)降雨量≥20.0mm、2h內(nèi)降雨量≥30.0mm或3h內(nèi)降雨量≥50.0mm為短時強(qiáng)降水。利用汝陽縣2013—2017年的6月至8月的小時降水量資料，規(guī)定≥1個鄉(xiāng)鎮(zhèn)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的雨量記為1個短時強(qiáng)降水日，對其氣候特征進(jìn)行分析，并利用洛陽多普勒雷達(dá)產(chǎn)品，分析汝陽發(fā)生短時強(qiáng)降水的雷達(dá)特征。

3 結(jié)果與分析

3.1 短時強(qiáng)降水特征

3.1.1 時間分布特征。2013—2017年的6—8月，符合短時強(qiáng)降水標(biāo)準(zhǔn)的降水共計(jì)24次。其中，2016年的短時強(qiáng)降水最多，為9次，2013年次之;2014年和2015年發(fā)生短時強(qiáng)降水次數(shù)較少，僅有兩三次。在氣候系統(tǒng)中受到超強(qiáng)厄爾尼諾事件影響，2016年短時強(qiáng)降水相對頻發(fā)且影響范圍較大。在這24次中，累計(jì)達(dá)到短時強(qiáng)降水標(biāo)準(zhǔn)的站點(diǎn)共147個次，其中1h達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的有69個次，2h達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的有57個次，3h達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的有21個次?？梢?，達(dá)到1h或2h標(biāo)準(zhǔn)的頻率很大。

為了進(jìn)一步確定短時強(qiáng)降水集中發(fā)生的時間，將短時強(qiáng)降水的發(fā)生日期按照每月上中下三旬進(jìn)行更細(xì)致的統(tǒng)計(jì)。通過統(tǒng)計(jì)可以發(fā)現(xiàn)：降水主要發(fā)生在7月中下旬和8月上中旬，這與“七下八上”的盛汛期基本一致。在一天24h中，短時強(qiáng)降水主要集中在14：00—20：00，占14/24，這個時間段需要高度關(guān)注。

3.1.2 空間分布特征。通過對不同時效符合短時強(qiáng)降水標(biāo)準(zhǔn)的站點(diǎn)及其降水量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，六湖發(fā)生短時強(qiáng)降水的次數(shù)最多，黃路、西溝、仝溝、王坪和洞溝次之。這些站點(diǎn)主要分布在汝陽縣域的山區(qū)和河流（水庫）附近，如圖1所示。

一次短時強(qiáng)降水所影響的區(qū)域大小是不同的。24次短時強(qiáng)降水中，只有一個站點(diǎn)達(dá)到短時強(qiáng)降水標(biāo)準(zhǔn)的有9次，2個及以上站點(diǎn)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的有15次，其中2016年6月5日和8月19日均有8個站點(diǎn)達(dá)到短時強(qiáng)降水標(biāo)準(zhǔn)，影響范圍較大?？梢姡?個及以上站點(diǎn)出現(xiàn)短時強(qiáng)降水的概率還是很大的，需要引起高度的關(guān)注。另外，研究樣本中累計(jì)有66個站點(diǎn)滿足短時強(qiáng)降水標(biāo)準(zhǔn)，其中，西溝、六湖各6次，王坪5次，孔龍、洞溝、仝溝、茹店和黃路各4次，其余站點(diǎn)在3次及以下。由此可見，西溝、六湖、王坪平均每年出現(xiàn)一次短時強(qiáng)降水，是短時強(qiáng)降水頻發(fā)的地點(diǎn)，要引起高度重視，其次要關(guān)注孔龍、洞溝、仝溝、茹店和黃路等地。

3.2 天氣形勢特征

對24個樣本進(jìn)行天氣學(xué)形勢分析，地面形勢圖主要分為以下4種類型。

3.2.1 東高西低型（11/24）。107°E以東為冷高壓，中心偏北，以西為暖低壓，受一致的東北-偏東風(fēng)影響，說明有冷空氣侵入，有利于激發(fā)對流的產(chǎn)生。例如，2016年8月1日，導(dǎo)致汝陽5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)20：00—23：00出現(xiàn)短時暴雨，21：00—22：00黃路的小時雨強(qiáng)達(dá)到76.2mm。

3.2.2 北高南低型（6/24）。河南上空，35°N以北110°E以東為一冷高壓，以南為一暖低壓或暖倒槽，受一致的偏東風(fēng)影響，說明有冷空氣擴(kuò)散影響，利于強(qiáng)降水的觸發(fā)。例如，2016年8月19日，導(dǎo)致汝陽14：00—18：00 8個鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)短時強(qiáng)降水，15：00—16：00西溝的小時雨強(qiáng)達(dá)到61.3mm。

3.2.3 西高東低型（5/24）。冷高壓位置相對偏西，在河套及其以西地區(qū)，洛陽處在南北向的低壓帶中，受弱西路冷空氣擴(kuò)散的影響，利于激發(fā)短時強(qiáng)降水的產(chǎn)生。例如，2017年7月6日13：00—16：00 6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)短時暴雨，最大小時雨強(qiáng)為24.4mm。在該過程中，最大小時雨強(qiáng)為32.1mm（2016年8月25日茹店10：00—11：00）。

3.2.4 其他（2/24）。2016年6月21日14：00，河套及其以東地區(qū)為較大范圍的暖低壓所控制，受偏南風(fēng)影響，16：00—19：00 4個鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)短時強(qiáng)降水，李莊17：00—18：00出現(xiàn)37.8mm的降水。

2015年8月24日08：00，河套及其以東為南北向的高壓帶，受一致的東北偏北氣流控制，導(dǎo)致2個鄉(xiāng)鎮(zhèn)07：00—10：00出現(xiàn)短時暴雨，洞溝小時雨強(qiáng)達(dá)38mm。

3.3 雷達(dá)圖像特征

針對這24次短時強(qiáng)降水過程，利用洛陽多普勒雷達(dá)資料，從組合反射率因子（CR）、回波頂高度（ET）、垂直液態(tài)含水量（VIL）等方面進(jìn)行分析?？傮w來說，短時強(qiáng)降水過程中CR均在45dBZ以上，最大達(dá)到65dBZ;VIL在5～58km/m2不等，暫無明顯特征;ET除了有兩次為5km之外，其他的均在8km及以上，主要集中在11～14km，最高達(dá)到18km。

根據(jù)短時強(qiáng)降水回波發(fā)展過程，將其分為移入型、本地生成型、聚合加強(qiáng)型3類。①移入型（15次）：從本責(zé)任區(qū)外移入的回波，回波特征多表現(xiàn)為引起的降水區(qū)域較大，短時強(qiáng)降水多在回波的強(qiáng)中心。②本地生成型（6次）：受局地的熱力對流影響，在本地生成一個或多個對流云團(tuán)，具有發(fā)展速度快、降水強(qiáng)度大、范圍小等特征。③聚合加強(qiáng)型（3次）：受中小尺度輻合影響由外地移入回波和本地生成的回波聚合形成，具有雨強(qiáng)增大、持續(xù)時間短的特點(diǎn)。

3.3.1 移入型特征分析。受回波移動型影響，期間出現(xiàn)短時強(qiáng)降水共15次，其中正西方向8次，西南、西北和東北方向各2次，東南方向1次。從降水時段來看，14：00—20：00降水次數(shù)偏多。CR均在45dBZ及以上，最大達(dá)到65dBZ，大部分>53dBZ。ET大多在12km以上，最高為14km。從VIL來看，最大液態(tài)水含量為8～58kg/m2，主要集中18～35km/m2。降水范圍≥2個站點(diǎn)的有9次，最多時有8個站點(diǎn);小時雨強(qiáng)最大為42.2mm，大于40mm的有2次。

分析表明：此類型降水范圍大，雨強(qiáng)相對小，易監(jiān)測。

3.3.2 本地生成型特征分析。受本地生成型的回波的影響，期間出現(xiàn)短時強(qiáng)降水共6次，降水多發(fā)生在下午，CR為50～64dBZ，其中有2次>60dBZ;ET主要集中在5～18km;VIL為16～53kg/m2，集中在23～43kg/m2。結(jié)合雨強(qiáng)和降水范圍來看，降水范圍以1個站點(diǎn)為主（4次），小時雨強(qiáng)最大為61.3mm，大于40mm的有3次。

分析表明：此類型降水范圍小，雨強(qiáng)大，不易監(jiān)測，需高度警惕。

3.3.3 聚合加強(qiáng)型特征分析。受聚合加強(qiáng)型回波的影響，期間出現(xiàn)短時強(qiáng)降水共3次，降水主要發(fā)生在中午，CR均>58dBZ，最大為65dBZ，VIL相對較高，2次在55km以上，ET為9～18km。降水范圍≥2個站點(diǎn)的有2次，小時雨強(qiáng)最大為76.2mm。

分析表明：此類型既有本地生成型雨強(qiáng)大的特點(diǎn)，又有移入型降水范圍大的特點(diǎn)。

4 結(jié)論

①汝陽縣地處南北氣候過渡帶，短時強(qiáng)降水每年發(fā)生次數(shù)不一，與當(dāng)年大氣候背景有很大關(guān)系。7月和8月發(fā)生次數(shù)較多，尤以“七下八上”居多。在一天當(dāng)中，短時強(qiáng)降水的高發(fā)時段主要集中在14：00—20：00。

②靠近水源、有山地和丘陵抬升作用的地形有利于短時強(qiáng)降水回波的發(fā)生發(fā)展。汝陽縣短時強(qiáng)降水頻發(fā)地點(diǎn)主要有西溝、六湖和王坪，其次是孔龍、洞溝、仝溝、茹店和黃路。這與玉馬水庫和陸渾水庫充足的水汽輸送有很大關(guān)系。

③汝陽縣南部山區(qū)易局地生成回波并加強(qiáng)發(fā)展，移入型回波以西向居多，且從生成到本責(zé)任區(qū)移動迅速、影響時間短、降水范圍大、雨強(qiáng)相對較小;而本地生成型降水范圍小，強(qiáng)度大，不易監(jiān)測，有待進(jìn)一步探索研究;聚合加強(qiáng)型則既有雨強(qiáng)大又有降水范圍廣的特點(diǎn)，工作中要加強(qiáng)監(jiān)控。

此次研究年限偏短，樣本數(shù)量相對較少，具有局限性。接下來計(jì)劃在工作中邊實(shí)踐邊完善關(guān)于汝陽縣域內(nèi)短時強(qiáng)降水臨近預(yù)報(bào)指標(biāo)，精確重點(diǎn)警戒區(qū)的劃分，與縣政府、鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府聯(lián)合做好氣象防災(zāi)減災(zāi)等各項(xiàng)防御措施。

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