陳高娃

阿榮旗氣象局，內蒙古阿榮旗 162750

阿榮旗是以農業為主的旗縣，素有“糧豆之鄉的美譽”。阿榮旗地形復雜、氣候多變，氣象災害種類繁多，其中暴雨是對農業影響最大的氣象災害。因此，研究阿榮旗地區的暴雨變化特征和暴雨物理量場的預報指標，對提高暴雨提前預報的準確率具有非常重要的意義[1-3]，能夠更好地為政府部門組織開展氣象防災減災提供參考[4-6]。

1 資料與方法

1.1 資料

使用阿榮旗1957—2016年的逐日和逐時降水量資料，1957—2004年的逐時降水量資料使用降水自記紙電子化后的降水資料，2005年以后使用自動氣象站的逐小時降水資料分析暴雨時空特征；并用每6 h測定1次的（08:00、14:00、20:00和02:00）0.125° ×0.125°ECMWF再分析資料分析其物理量。

環流形勢使用500、700和850 hPa高度場和溫度場，分析圖均為暴雨當天08:00圖。表1列出本研究中分析的物理量因子，各物理量值選取時間為每個暴雨過程中距離小時降水量最大值的出現時間，最近的時間。

表1 暴雨預報的物理量

凝練暴雨預報指標時段選取1979—2016年（其中2015年和2016年無暴雨）31次過程。

1.2 方法

研究使用GrADS軟件分析ECMWF再分析資料，并調取數據和繪圖；用辦公軟件處理數據并編寫材料。

0.125°×0.125°ECMWF再分析資料：溫度、相對濕度、比濕、風場、垂直速度、渦度和散度（直接下載數據）計算出水汽通量、水汽通量散度、假相當位溫、總 溫 度、500和850 hPa的θse差、500和850 hPa的溫度差和K指數值分析暴雨發生時的物理量。

通過應用統計學方法，計算指標物理量的有關統計量，主要統計了各物理量的平均值、標準差和變異系數（變異系數可以表征指標離散程度）。

（1）平均值

式中：數據為i=1,2,3,…，N個xi數據組成。

（2）標準差

（3）變異系數。

2 暴雨的時空特征

2.1 暴雨日數的時間變化特征

阿榮旗暴雨最早出現在6月17日（1979年），最晚出現在9月18日（1978年）。從表2可以看出，暴雨主要集中在7—8月，以7月最多，占65.9%，8月次之，占18.2%，9月最少，占4.5%。通過統計1957—2016年的降雨量，7和8月的降水量占全年的56%，這主要是由于暴雨過程集中在7月。

表2 暴雨次數的月變化

2.2 降水強度

對流性降水：1 h降水量≥20 mm或2 h降水量≥30 mm的過程定義為對流性降水過程。

穩定性降水：1 h降水量＜20 mm或2 h降水量＜30 mm過程定義為穩定性降水過程。

1979—2016年31次暴雨過程（因為1957—1978年無小時降水量）主要以對流性降水為主，占近64.5%。其中1 h最大降雨量45.0 mm（出現在1980年7月19日），過程最大降雨量的為109.3 mm，出現在1998年7月27日。

3 物理量場的總體特征

朱乾根等[7]在《天氣學原理和方法》中指出，形成暴雨必須滿足3個條件：充分的水氣供應、強烈的上升運動以及較長的持續時間。因此需要分析水汽因子、熱力因子、不穩定因子以及動力因子。

3.1 水汽因子

選取的主要水汽因子物理量包括比濕、相對濕度、水汽通量、水汽通量散度。

充分的水汽是暴雨產生的必要條件[8]。因阿榮旗離海較遠，產生暴雨需源源不斷的水汽輸送，水汽輸送是降水得以維持的重要因素。水汽通量表征水汽來源。從低層風場和水汽通量疊加圖來看（忽略），暴雨發生時主要有2個水汽來源：（1）日本海和鄂霍次克海水汽由鄂霍次克海高壓前部偏東氣流輸送；（2）孟加拉灣、南海水汽和熱帶氣旋外圍水汽由副高西側西南低空急流與中高緯度低渦相連輸送。

水汽因子的總體特征表明（表3），暴雨發生時925、850和700 hPa平均比濕分別為13.2、11.6和7.4 g/kg；表征大氣飽和程度的相對濕度，暴雨發生時925 hPa與850 hPa差異較小，在94.0%左右，700 hPa相對濕度為88.6%。因此，應注意不同位勢高度層的比濕和相對濕度指標差異。925、850 hPa的比濕與925、850、700 hPa的相對濕度變異系數較小，這表明暴雨發生時指標物理量相對集中，對暴雨有很好的指示意義。雖然表征水汽集中程度的水汽通量散度低層有較好的水汽輻合，但強輻合中心高度不一致，導致700、850和925 hPa的變異系數較大。

表3 水汽因子的平均值和離散程度

3.2 熱力因子

熱力因子：選取假相當位溫和總溫度。

假相當位溫是一個表征溫度、氣壓、濕度的綜合物理量。在同一氣壓條件下，假相當位溫越大，空氣越暖濕，越小空氣越干冷。

總溫度：值越大，表示大氣中的總能量越大。

從表4可以看出，假相當位溫平均值334.5 K，總溫度平均值為46.6℃，假相當位溫和總溫度變異系數較小，這表明暴雨發生時，指標物理量相對比較集中，對暴雨有相對較好的指示意義。

表4 熱力因子平均值和離散程度

3.3 不穩定因子

阿榮旗暴雨過程大多數以對流性降水為主。朱乾根等[7]在《天氣學原理和方法》中指出，不穩定層結是形成對流性天氣的3個基本條件之一。

在《天氣預報技術與方法》中總結出θse850-θse500大氣中層結潛在不穩定，暴雨落區差值一般在0～15 K之間。850與500 hPa的溫度差表明下暖上冷，層結不穩定。

由表5可以看出，此處選取的不穩定因子850與500 hPa的溫度差和K指數異系數較小，離散程度小，對暴雨有相對較好的指示意義；500與850 hPa的溫度差和K指數平均值分別為23.8℃和36.3℃。然而，850與500 hPa的假相當位溫差變異系數較大，對暴雨的指示意相對有限。

表5 熱力因子的平均值和離散程度

3.4 動力因子

強烈的上升運動是暴雨產生的必要強烈的上升運動是暴雨產生的必要條件。暴雨時存在強上升運動，只是每個過程大值中心出現位置不同，變異系數較大。渦度和散度低層輻合、高層輻散利于上升運動的加強，也是因為每個過程大值中心出現位置不同，變異系數較大。

雖然從動力因子離散程度看，變異系數均較大，暴雨的指示意義相對有限，但從高低層垂直速度值來看，均有較強的上升運動；從渦度和散度高低層值看，都有低層較強輻合和高層較強的輻散，抽吸作用有利于加強垂直運動。

3.5 物理量場預報指標

（1）水汽因子：925和850 hPa比濕平均值分別為13.2 g/kg（范圍為10.2～15.1 g/kg）和11.6 g/kg（范圍為7.9～14.3 g/kg）；925、850、700 hPa相對濕度平均值94.5%（范圍為80%～100%）、94.0%（范圍為70.4% ～100%）和88.6%（范圍為60%～100%）；以上值離散程度小，對暴雨有相對較好的指示意義。

（2）熱力因子：假相當位溫平均值334.4 K（范 圍 為320.2 K～342.5 K），總溫度平均值為46.6℃（范圍為32.5℃～50.3℃），均變異系數小，對暴雨有相對較好的指示意義。

（3）不穩定因子：500和850 hPa的溫度差和K指數異系數較小，平均值分別為23.8℃（范圍為16.3℃～28.1℃）和36.3℃（范圍為33.0℃～40.2℃）。

（4）動力因子：渦度和散度高低層值看，都有低層較強輻合和高層較強的輻散，但是渦度和散度低層強輻合區和高層強輻散區的位置不同，925～200 hPa的渦度和散度值變異系數均較大；從垂直速度高低層垂直速度值看，均有較強的上升運動，但每次過程強上升運動區不同，導致變異系數均較大。