許晶 鄭玉峰 張連霞 項(xiàng)飛錄 蘇日娜 許彩琴 訾倩倩 王一鳴 賀小璐

摘要 利用Micaps資料、FY-2E逐時(shí)云頂亮溫（TBB）資料、鄂爾多斯地區(qū)自動(dòng)氣象站資料和多普勒雷達(dá)資料，分析了2017—2020年鄂爾多斯地區(qū)強(qiáng)降水事件發(fā)生前和發(fā)生時(shí)的環(huán)境場特征。結(jié)果表明：短時(shí)強(qiáng)降水主要發(fā)生在15：00～17：00之間，以25%百分位作為建議預(yù)警最低閾值，鄂爾多斯短時(shí)強(qiáng)降水關(guān)鍵物理參數(shù)總體閾值為 T850-500≥23 ℃、CAPE≥640.9 J/kg、CIN≥15.7 J/kg、暖云層厚度≥2.5 km、濕層厚度≥1.5 km、抬升指數(shù)（LI）≤-1.7 ℃。

關(guān)鍵詞 短時(shí)強(qiáng)降水;集合箱線圖;閾值

中圖分類號(hào)：P458 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2021）09–0054–02

短時(shí)強(qiáng)降水也稱為短歷時(shí)強(qiáng)降水，主要指發(fā)生時(shí)間短、降水效率高的對流性降雨，1小時(shí)降雨量可達(dá)或超過20 mm[1]。短時(shí)強(qiáng)降水是夏季災(zāi)害性天氣之一，其引發(fā)的山洪、泥石流、城市內(nèi)澇等次生災(zāi)害來勢猛、災(zāi)害重[2]。探空資料分析是強(qiáng)對流天氣環(huán)境參數(shù)潛勢預(yù)報(bào)的重要手段之一。多年來我國學(xué)者對此做過許多研究，孫繼松等[3]總結(jié)出分類強(qiáng)對流天氣的探空參數(shù)特征，指出T850-T500、A指數(shù)和K指數(shù)對強(qiáng)對流天氣有良好的指示意義。何立富等[4]分析強(qiáng)對流潛勢國家級(jí)預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)進(jìn)展表明，選取探空資料敏感熱力動(dòng)力參數(shù)，形成強(qiáng)對流潛勢預(yù)報(bào)指數(shù)參數(shù)。

1 強(qiáng)對流事件

選取2017—2020年鄂爾多斯地區(qū)的典型強(qiáng)降水事件，對觀測站和區(qū)域自動(dòng)站4年資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)降水主要集中在13：00～20：00、15：00～17：00之間的約占78%，另外一個(gè)小高峰出現(xiàn)在凌晨1：00～3：00。由此可見，短時(shí)強(qiáng)降水集中在午后至傍晚。這說明在午后至傍晚氣溫日變化最大的時(shí)段里，在湍流作用下，大氣層結(jié)不穩(wěn)定，更易造成強(qiáng)對流天氣。

2 環(huán)境參數(shù)特征

2.1 溫濕廓線圖

參考黃艷等[5]對T-lnP溫濕廓線的分型，探空T-lnP溫濕廓線按溫濕廓線圖分為4個(gè)類型。統(tǒng)計(jì)分析I型（整層濕）多發(fā)生在8月，短時(shí)強(qiáng)降水主要出現(xiàn)在鄂爾多斯北部地區(qū)，伊金霍洛旗發(fā)生次數(shù)最多，容易發(fā)生在傍晚和清晨。Ⅱ型（上干下濕）是最多的類型。主要在7月中下旬和8月，午后較易發(fā)生短時(shí)強(qiáng)降水。600 hPa以下相對濕度較大，水汽接近飽和，300～500 hPa附近有干空氣卷入，溫濕層結(jié)曲線形成向上開口的喇叭口，呈“上干冷、下暖濕”的明顯特征;Ⅲ型（上濕下干）主要發(fā)生在6月、7月上旬，午后至傍晚較易發(fā)生短時(shí)強(qiáng)降水。Ⅳ型（干絕熱）出現(xiàn)次數(shù)最少，多發(fā)生在下午[6]。

Ⅰ型、Ⅱ型短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生前，低層大氣濕潤、水汽含量充沛、存在一定的對流有效位能、較大暖云層厚度、中低層有中等或偏弱的垂直風(fēng)切變等，而適當(dāng)?shù)膶α饕种朴欣趯α鞑环€(wěn)定能量的積聚和爆發(fā)，產(chǎn)生短時(shí)強(qiáng)降水[7]。Ⅲ型中高層有較大的濕度，暖云層厚度和對流有效位能較小，垂直風(fēng)切變?nèi)?，低層對流抑制能量（CIN）大。Ⅳ型與其他3型不同，大氣層結(jié)干、ΔT850大，暖云層厚度、對流有效位能（CAPE）和對流抑制（CIN）均較小。

2.2 物理量閾值范圍

2.2.1 CAPE閾值 強(qiáng)降水事件中，本文把只發(fā)生強(qiáng)降水記為d，發(fā)生強(qiáng)降水+雷暴大風(fēng)記為dl，發(fā)生強(qiáng)降水+冰雹記為db，發(fā)生強(qiáng)降水+雷暴大風(fēng)+冰雹記為dbl，以下相同。根據(jù)4種強(qiáng)降水天氣臨近時(shí)環(huán)境物理量的箱線圖，其中5%、95%分別為箱線圖的下限和上限，并去除離群點(diǎn)的影響。CAPE對能否出現(xiàn)強(qiáng)對流比較敏感，但不同類型強(qiáng)降水天氣的差異并不顯著，dbl值較大箱體明顯寬于其他類型，說明CAPE值的區(qū)間范圍較大。d、db、dl、dbl型 CAPE 的 25%百分位值分別為640.9、796.525、812.85、986.125 J/kg，可作為鄂爾多斯高原短時(shí)強(qiáng)降水4種類型的閾值，而其25%百分位最低值640.9 J/kg 可作為最低閾值。

2.2.2 T850-T500閾值 用T850-500即

ΔT85（圖1）表示靜力不穩(wěn)定，溫差越大，則表示存在條件不穩(wěn)定的可能越大，dl天氣臨近時(shí)，ΔT85中位數(shù)為26 ℃，且大多數(shù)個(gè)例中低層溫差大于25 ℃;短時(shí)強(qiáng)降水天氣臨近時(shí)ΔT85中位數(shù)為24.9 ℃，且近50%的個(gè)例在25 ℃以下;db天氣臨近時(shí)ΔT85集中在24.5 ℃～31 ℃之間，整體較雷雨大風(fēng)天氣偏小，但高于短時(shí)強(qiáng)降水天氣。以上表明，較小的中低層溫差可以產(chǎn)生短時(shí)強(qiáng)降水天氣，但強(qiáng)雷雨大風(fēng)、大冰雹則發(fā)生在中低層溫差較大的環(huán)境下。相較于短時(shí)強(qiáng)降水和短時(shí)強(qiáng)降水+冰雹天氣，雷雨大風(fēng)臨近時(shí)中低層溫差更大，這也反映了對流層中層冷空氣的影響強(qiáng)度。d、dl、db、dbl中位數(shù)分別為24.9 ℃、26 ℃、28 ℃、28 ℃;25%百分位值分別是22.8 ℃、25 ℃、24.6 ℃、25.6 ℃，因此，25%百分位最低值23 ℃可作靜力不穩(wěn)定的最低閾值。

2.2.3 暖云層厚度和濕層厚度 強(qiáng)降水產(chǎn)生的有利環(huán)境條件除了具備靜力不穩(wěn)定、水汽和抬升觸發(fā)外，還有一個(gè)條件即暖云層厚度，將抬升凝結(jié)高度到0 ℃層之間的高度差定義為暖云層厚度。暖云層厚度越大，降水效率越高，越有利于強(qiáng)降水的產(chǎn)生。暖云層厚度中位數(shù)是3.0 km，25%百分位值是2.45 km，可作為最低閾值。低層濕度條件對強(qiáng)對流天氣類型有重要影響。冰雹、雷雨大風(fēng)天氣一般具有“上干、下濕”的特點(diǎn)，而對流性短時(shí)強(qiáng)降水需要深厚的濕度層結(jié)，濕層厚度中位數(shù)是2.5 km，25%百分位值是1.5 km，可作為最低閾值。

2.2.4 抬升指數(shù)（LI） dbl類（LI）的離散度最大，說明（LI）值的區(qū)間范圍較大，d、db、dl、dbl型（LI）的25%百分位值分別為-1.7、-2.2、-3.4、-3.9 ℃，25%百分位最高值為-1.7 ℃ ，發(fā)生強(qiáng)降水天氣的LI值小于-1.7 ℃，可作為閾值。

2.2.5 CIN指數(shù) 對流抑制CIN的物理意義是指抬升力必須克服負(fù)浮力才能將氣塊抬升到自由對流高度，即深厚濕對流形成所需要的抬升觸發(fā)強(qiáng)度由CIN決定。CIN的25%百分位值分別是15.7、45.9、38.4、51.7 J/kg，可作為鄂爾多斯短時(shí)強(qiáng)降水4種類型的閾值，而25%百分位最低值15.7 J/kg可作為最低閾值。

3 結(jié)論和閾值分析

3.1 結(jié)論

統(tǒng)計(jì)2017—2020年6—8月鄂爾多斯東勝站探空參數(shù)月平均表明，ΔT85呈逐月減小趨勢，且干絕熱層結(jié)特征明顯;地面至700 hPa平均露點(diǎn)溫度值、0～6 km 垂直風(fēng)切變呈逐月增大趨勢;對流有效位能CAPE和對流抑制CIN均7月最大，6月次之，8月較小。

3.2 閥值分析

以集合箱線圖25%百分位作為建議預(yù)警最低閾值，鄂爾多斯短時(shí)強(qiáng)降水關(guān)鍵物理參數(shù)總體閾值為T850-500≥23 ℃、CAPE≥540.9 J/kg、CIN≥15.7 J/kg、暖云層厚度≥2.5 km、濕層厚度≥1.5 km、抬升指數(shù)（LI）≤-1.7 ℃。短時(shí)強(qiáng)降水多發(fā)生在午后到夜間，且區(qū)域自動(dòng)氣象站出現(xiàn)次數(shù)較多，探空站的時(shí)空分辨率有限。因此，本文分析方法存在局限性，關(guān)鍵物理參數(shù)閾值及各物理參數(shù)組合還需要不斷完善，對其觸發(fā)機(jī)制也需進(jìn)行細(xì)致分析和研究。

參考文獻(xiàn)

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責(zé)任編輯：黃艷飛