鞏義地區短時強降水特征與服務探究

王森彪

（鞏義市氣象局，河南 鞏義 451200）

短時強降水是在較短的時間內降水的強度很大，雨量達到或大于某一量值的一類天氣現象，極易引起城市內澇、山洪等氣象災害及其衍生災害。鞏義市地形地貌特征復雜,其北邊為邙嶺，中部區域屬于淺山丘陵，東南部屬于高山區，地勢由南向北呈階梯狀下降，相對高差達1 383 m，復雜的地形使鞏義地區容易出現因短時強降水導致的城市內澇、滑坡、泥石流等地質災害。為此，有必要對鞏義地區短時強降水特征、規律進行研究分析，提升本地短時強降水監測預報能力，增加預報提前量，做好災害易發區的預報預警工作。

1 資料和方法

本次研究采用的短時強降水標準為小時降水量≥20 mm。考慮到轄區內區域自動站建站時間、數據連續性和可靠性等要素，本次研究選用鞏義市34 個自動氣象站（2012 年—2019年）汛期（5 月—9 月）數據資料進行分析。定義某站1h降水量≥20 mm 時，記為該站出現1次短時強降水（如果某站在不同時次內多次出現短時強降水，則次數累加）；2012年—2019年內站點出現短時強降水次數的總和（單位為站次）記為短時強降水頻次；2012年—2019年內站點出現短時強降水的總雨量為累計雨量（單位為mm）。并由此歸類分析鞏義地區短時強降水時空分布特征，年、月、日時間變化特征，并通過對影響因子的研究分析，得出鞏義市短時強降水成因以及預報預警指標。最后在分析基礎上，結合典型個例進行服務思考。

2 鞏義市短時強降水主要氣候特征

2.1 鞏義市短時強降水分布特征

鞏義市短時強降水累積的量分布和降水頻次分布情況見圖1、圖2。由圖1、圖2 可知，鞏義市短時強降水總降水量與頻次對應關系較好，中東部坡地總雨量及頻次明顯大于其他地區。高中心位于大峪溝鎮、小關鎮、新中鎮，米河鎮部分站點也處于大值區。總雨量及頻次受地形影響明顯，表現為沿地形走勢自南向北遞減。鞏義市夏季盛行風向為東北風，其次為西南風。東南部山體走勢與盛行風向基本垂直，由于地形強迫抬升造成地面垂直速度加大，加上地形的云物理作用，使得凝結水分高效率下降為雨。

圖1 鞏義市短時強降水累積雨量分布Fig.1 The short term heavy rainfall cumulative rainfall distribution

圖2 鞏義市短時強降水頻次分布Fig.2 The frequency distribution of short term heavy precipitation

2.2 鞏義市短時強降水變化特征

通過分析2012 年—2019 年鞏義市短時強降水頻次年變化趨勢了解到，鞏義市短時強降水頻次年際變化分布態勢呈單峰型，年均短時強降水頻次約為40.4站次，2016年最多，高達81站次；2014年最少，只有13站次。

通過月變化圖情況可知，鞏義市短時強降水高發期出現在盛夏（7 月—8 月），達114 站次；5 月次之，有46 站次；6 月、9月分別為34 站次、15 站次，短時強降水月際變化特征與河南省雨季變化相吻合。推測原因為，鞏義市七八月進入汛期，副熱帶高壓西伸北抬，高壓西側的偏南暖濕氣流帶來大量水汽，低層水汽充足，在有利的觸發條件下，很容易形成降水。此外，據鞏義30 年氣候統計資料，七八月的月平均氣溫分別為27.2℃和25.7℃，低層較高的氣溫導致中低層不穩定能量增強，對流發展旺盛，使降水效率增加。9 月副高南退，降水隨之減少。在工作中可根據不同月份短時強降水分布的差異有針對性地做好高發區強降水災害防御工作。

通過分析鞏義市短時強降水日變化情況了解到，短時強降水日變化整體分布態勢為雙峰型，14 時—22 時以及08 時前后均屬于短時強降水高發時段。夜發性顯著，峰值出現在傍晚到前半夜，谷值位于后半夜2 時—7 時及9 時—11 時，其中最高峰出現在21時，占全天出現總頻次的13.6%。

3 短時強降水環流形勢分析

短時強降水的產生與環流形勢關系密切。通過對鞏義市2012 年—2019 年自動氣象站數據資料的統計分析，篩選出21個短時強降水天氣個例。

按降水類型可分為3類：純短時強降水類，即降水過程中沒有雷暴、冰雹、大風；風雨混合類，即降水過程中伴有大風雷雨，無冰雹；雨雹混合類，降水過程中夾雜冰雹，無雷暴大風。其中，鞏義地區短時強降水絕大部分為純短時強降水類（91%）。

按環流形勢可分為7 類：低槽型；臺風倒槽型；西北氣流型；華北低渦型；低槽低渦型；副高內部型；冷鋒型。其中，鞏義地區短時強降水環流形勢主要為低槽型（57%），其余各類環流形勢占比較小。

低槽型短時強降水主要發生在低槽和副熱帶高壓相結合的形勢下，副高脊線通常位于30°N 以南。低空存在低渦和切變線，地面上通常存在冷鋒。崔慧慧等通過對鄭州地區分類強對流天氣環流分型及環境參數的研究發現，鄭州地區純短時強降水類的關鍵預警指標有：K 指數30℃以上，濕層厚度1.0 km 以上，整層可降水量達到50 mm 以上；0℃和-20℃層高度分別在5 km 和8 km 左右；近地面露點溫度20℃以上。

4 短時強降水雷達回波特征分析

分析鞏義市短時強降水雷達回波特征，發現區域性的短時強降水出現時，雷達回波一般維持在50 dBz 以上，回波移動緩慢，常出現“列車效應”。例如2018 年8 月5 日，強度為40～60 dBz 的回波單體不斷在鞏義東北部地區產生并沿東北向西南方向以25 km/h 的速度移動，回波頂高大于9 km，最高達到15 km左右，這種回波單體不斷補充發展，使得降水維持時間較長，多單體合并的區域，降水量較大，市區累計降水量達到62.4 mm。短時強降水回波通常是絮狀或塊狀的強對流回波，如2019年8月6日典型的低槽型短時強降水，大量絮狀和塊狀回波從西南向東北方向移動，塊狀結構明顯。雷達速度圖上通常伴有低空急流、輻合或逆風區。

5 結語

鞏義市短時強降水總雨量及頻次受地形影響明顯，表現為沿地形走勢自南向北遞減。總降水量與頻次對應關系較好，中東部坡地總雨量及頻次明顯大于其他地區。高中心位于大峪溝鎮，小關鎮、新中鎮，米河鎮部分站點也處于大值區。高中心與山洪溝隱患點分布高度重合，需加強關注，提前預警。

短時強降水日變化大致呈雙峰型分布，峰值出現在早上和傍晚。日變化與城市上下班高峰期時間重合較好，在服務中需采用范圍廣泛、受眾響應快的發布手段。

鞏義市短時強降水按環流形勢可分為：低槽型、臺風倒槽型、西北氣流型、華北低渦型、低槽低渦型、副高內部型、冷鋒型7 類。其中，鞏義地區短時強降水環流形勢主要為低槽型，其余各類環流形勢占比較小。

鞏義市短時強降水類的關鍵預警指標有：K 指數30℃以上，濕層厚度1.0 km 以上，整層可降水量達到50 mm 以上；0℃和-20℃層高度分別在5 km 和8 km 左右；近地面露點溫度20℃以上。雷達回波特征一般為回波強度50 dBz 以上，移動速度25～35 km/h，回波頂高≥9km，回波通常是絮狀或塊狀的強對流回波，速度圖上常伴有低空急流、輻合或逆風區。