常用物理量與貴州強降水天氣過程關系探討

彭 芳，吳古會，杜小玲，趙 杰

(貴州省氣象臺，貴州 貴陽 550002)

常用物理量與貴州強降水天氣過程關系探討

彭 芳，吳古會，杜小玲，趙 杰

(貴州省氣象臺，貴州 貴陽 550002)

利用貴州2001-2007年日均降水量資料，利用氣候統計的方法定義日均降水量大于20.73 mm為一次暴雨天氣過程，用此方法挑選出貴州在2001-2007年4-9月的81次強降水天氣過程。分析2001-2007年4-9月日均降水量變化及其對應時次的相關物理量變化可知：4-9月的日均降水量曲線和貴州區域的平均可降水量、Cape、Cin、K指數、沙氏指數曲線均呈拋物線型，貴州省降水主要集中在5-8月，物理量曲線的頂點較降水量的頂點略微滯后。強降水過程的日均降水量與對應物理量分析表明，大的Cape值和小的Cin對降水有利。

日均降水量;Cape，Cin;Si指數;K指數;可降水量

1 引言

我國定義日降水量大于50 mm為暴雨，而對暴雨天氣過程并沒有明確的定義。在災害性天氣數據庫入庫項目中，如何定義暴雨過程成為一個很有爭議的話題，由于主觀的因素始終未能達成一致，為此選擇一種統計的方法定義暴雨天氣過程將具有一定的說服力。貴州省屬多山地地形，地形復雜，對暴雨的預報有一定難度，李彩［1］等利用探空資料中高層溫濕特征空間分布作為預報指標，這些指標積累了貴州預報員的經驗。隨著數值預報的發展，數值預報產品越來越多，表示大氣層結穩定度的物理量也越來越多，探索這些物理量與暴雨的相關關系對暴雨預報具有一定的參考價值。

2 資料與方法

利用貴州區域84縣站2001-2007年4-9月24 h降水量(08時)資料，對日均降水量大于1 mm的采用閾值法［2］定義強降水天氣過程的閾值，當日均降水量大于閾值時定義為一次強降水天氣過程。利用2001-2008年4-9月 NCEP(1°×1°)再分析資料，提取貴州范圍(103 ～110°E，23 ～30°N)內格點上的對流有效位能(Cape)、對流抑制位能(Cin)、可降水量(pwa)，并計算Si指數、K指數，對比分析4-9月各物理量的變化與日均降水的變化規律。同時根據定義的閾值挑選出強降水天氣過程，與對應的物理量分析總結規律。

3 暴雨天氣過程的定義

暴雨天氣過程通常是系統性的大范圍降水，目前貴州省考慮有10站以上日降水量大于50 mm為一次天氣過程，此選取方案較牽強且容易造成因為某些站接近50 mm而誤認為不是暴雨過程的漏選。暴雨過程在氣候上屬于極端事件，本文選取概率分布占90%的事件為普通事件，10%的事件為極端事件。選取2001-2007年4-9月共1 281 d貴州區域84站點日均降水量大于1 mm的天數(804 d)，按升序排列(如圖1a)，分別挑選出概率累積占90%和95%的點，對應圖中第724 d和764 d，其相應的降水量分別為20.73 mm和24.62 mm;各降水強度的概率分布符合正態分布(如圖1b)。結合降水概率的分布，選定貴州日均降水量大于21 mm的降水為極端降水事件，即一次強降水天氣過程。

4 強降水閾值檢驗

2009年貴州暴雨個例庫入庫項目從2001-2007年4-9月挑選出來70次暴雨過程，這70次暴

圖1 (a)日均降水量大于1mm天數的升序分布，(b)日均降水量概率分布

雨過程中的日均降水量平均值為24.091 7 mm;如果假設站點降水大于5 mm是因為天氣過程降水造成，計算出來的日均降水量平均值為34.577 8 mm，最小值為19.2 mm，利用第90個百分位的閾值基本上可以選取所有的暴雨天氣過程。用本文定義的強降水方法檢驗2001-2007年4-9月總共有81次強降水天氣過程，對比這70次暴雨過程，53次被選中，17次漏選，命中率大于75.7%，另外有29次不在人為挑選的過程中。可見，用這樣的閾值方法能夠很好的代替人為的定義暴雨過程，減少因主觀因素帶來的漏選天氣過程。

5 物理量的選取

本文選取：對流有效位能(Cape)、對流抑制位能(Cin)、K指數、Si指數等指標，這些指標都能夠很好地體現大氣層結不穩定狀況，在以前的經驗中主要通過各指標數值的大小來判斷層結不穩定性，而對各量之間的相互聯系沒有太多的研究。水汽條件采用大氣可降水量，雖然可降水量不等于降水量，但是其值的大小還是有一定的參考。強降水發生時垂直速度通常都比較大，這里假設強降水發生時垂直速度的變化較小，所以沒有選取垂直速度。

6 物理量變化分析

圖2所示為2001-2007年4-9月日均降水量和各物理量變化曲線圖。降水量的變化呈拋物線型，且結構比較對稱，最強降水在6月上旬末，強降水主要集中在5月中下旬到7月中旬;可降水量在6月下旬之前逐漸增大，7-8月一直維持較高值，期間在7月下旬有幾日有相對低值控制，到9月以后可降水量值迅速減小，對比降水量，可降水量最大值出現在6月中旬末，較降水最強略有滯后;cape與cin的值分別從不同的角度反應大氣層結穩定度的強弱，較高的cape值可以產生較強的對流，較低的cin容易造成對流卻不利于儲蓄能量，往往不能產生強的對流天氣，4月開始cape值較低cin較高對流不易產生，5月中下旬到6月下旬cape值升高cin減小，使得對流天氣更加容易發生，從而導致降水增加，隨后cape值繼續維持高值而cin開始增大，使得這期間的降水略有減小，8月下旬之后cin值減小，但cape減小更加明顯，降水量也跟著減小;沙氏指數與K指數反應的850～500 hPa之間的大氣穩定度情況，兩物理量的變化曲線呈反相關變化，6月上旬到8月底基本在0℃以下，K指數在34℃以上，較強的對流性天氣也往往發生在這期間，9月以后Si開始明顯增加，K指數也快速下降到30℃以下。

強降水過程對應的物理量變化(如圖3)，幾個物理量的值相對比較穩定，波動較大的時刻并不是很多，可降水量在44左右波動，K指數的均值在35℃以上，僅5次小于30℃;Si指數的波動較大，最大達到9℃，但是主要集中在0℃以下，Cin集中在-10 J/kg，且前期的暴雨對應的值波動很小，只是在最近的10次暴雨過程出現偏離均值的情況，Cape值的波動略大，但是仍在400J/kg附近波動。

7 結論

①利用貴州日均降水量的統計關系來定義暴雨過程，在統計上有一定的合理性，與人為定義暴雨過程的結果比較一致，不會遺漏降水接近50 mm而沒有達到50 mm站點的影響，從大范圍的角度考慮暴雨過程更加合理。

②日均降水量與各物理量在4-9月的變化都呈拋物線型，但是物理量曲線的頂點較降水量的頂點略微滯后，盛夏季節各物理量的絕對值都維持相對較高的值，也對應較強的降水，K指數與Si指數呈反相關變化，大的cape與較小的cin比較有利于較強的降水。

［1］ 天氣預報經驗匯編(第一集)［Z］.貴州省氣象學會，貴州省氣象局《貴州氣象》編輯室編.

［2］ 翟盤茂，潘曉華.中國北方近50年溫度和降水極端事件變化［J］. 地理學報，2003，58：1-10.

［3］ 劉健文，郭虎，李耀東，等.天氣分析預報物理量計算基礎［M］.北京：氣象出版，2005.

［4］ 黃嘉佑.氣象統計分析與預報方法［M］.北京：氣象出版社，2004.

［5］ 朱乾根，林錦瑞，壽紹文，等.天氣學原理和方法(第四版)［M］.北京：氣象出版社，2007.

P458

B

1003-6598(2011)03-0021-03

2010-12-01

彭芳(1984-)，男(苗族)，助工，主要從事短時臨近天氣預報工作。

*資助項目：國家自然科學基金(40965004)“云貴高原東段初夏暴雨的發展維持”。