211年梅汛期4次暴雨过程短时强降水特征分析
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摘 要：利用湖北省区域气象站和国家气象站降水资料，分析了2011年梅汛期4次暴雨过程的短时强降水时空分布特征，利用NCEP资料进一步分析了西南急流对短时强降水时空分布的可能影响。结果显示：短时强降水的出现时间主要集中在夜间，且后半夜（02：00～08：00）居多；短时强降水高发区分别位于洪湖、咸宁、黄冈一线，鹤峰以及潜江、仙桃至蔡甸一线， 3小时雨量≥100 mm区域主要出现在荆州南部、潜江附近和咸宁南部； 4次暴雨过程均有低空西南急流相配合，急流核主要位于江西和湖南，当急流核中心位置偏东时（江西省内），有利于湖北省出现大范围短时强降水。
关键词：短时强降水 雨强 时空特征 成因
中图分类号：P458.121 文献标识码：A
1引言
短时强降水能导致危害较大的气象灾害，具有突发性、局地性、影响大等特点，是造成山洪灾害的主要原因之一。James Bruce[1]等研究了气候脆弱性和适应气候变化，发现温哥华机场短历时强降水呈增加趋势；1950～1990年，春季和初夏大雨频率加拿大东南部增加8%，西南部增加3%，而相邻的美国在过去90年，增加近20%，强降水重现期减少一半。刘增基[2]等分析了福建省前汛期短历时强降水（3小时大于30 mm）气候统计特征，高发时期为6月10～25日，一天中高发时间为13～21时，高峰在16～17时，其空间分布与降水概率分布不一致。刘鑫华[3]等进行了2009年夏季500 hPa西太平洋副高区短时强降水中尺度天气分析，指出2009年6、7、8，3个月西太平洋副热带高压区短时强降水8月份为最多，7、8月份下午发生次数多于上午，其中尺度分析需关注低层的显著湿区、高低层副高斜压性、低层气流辐合、地形抬升、925 hPa水汽辐合等的分析。刘爱鸣等[4-5]进行了前汛期短历时强降水天气分析，揭示了其大范围强降水的概念模式和影响系统的气候特征。严洌娜等[6]研究了短历时强降水风险设计方法。以上研究涉及短历时强降水在局部地区的年际、日际分布特征、风险设计方法、天气学特征、中尺度分析要点等，显示了短时强降水研究的应用方向。
湖北省一直是洪涝灾害比较严重的省份，短时强降水（3小时雨量≥50 mm）发生频次高，分布区域广。应用2011年梅汛期湖北省4次暴雨过程（6月3～4日、9日、13～14日、17～18日）的区域气象站和国家气象站等观测资料，分析了短时强降水的日变化和空间分布特征，并结合NCEP风场资料（1°×1°），初步分析了低空西南急流的作用。
2短时强降水出现频次日变化特征分析
分析4次暴雨过程中短时强降水出现站次和时间段，可以发现：高发时段集中在夜间，3次过程集中在02：00～08：00（图1a、1c和1d），1次过程为20：00～次日02：00（图1b）。强降水在湖北省范围内的影响时间，各不相同，较长的分别达36小时和24h（图1d、1b），另2次则只有18h和12h（图1c、1a）。
3短时强降水出现频次空间特征分析
由4次暴雨过程中短时强降水的站点频次空间分布可见，短时强降水主要分布在江汉平原中东部、鄂东南、鄂东北以及鄂西南东南部，其余地区基本没有。高发区域位于洪湖-咸宁-黄冈一线、恩施东部鹤峰附近以及潜江-仙桃-蔡甸一线，站点频次累计达6～11次。3h雨量100 mm以上的站点空间分布显示，主要分布在荆州南部、潜江附近和咸宁南部，站点频次达3～5次。比较图2与图3，可以发现，以上4次暴雨过程，鄂西南、鄂东北以及鄂东南中北部出现3h50 mm的降水频次较多，但出现3h100 mm以上的更强降水的频次则几乎没有。
4 西南急流影响分析
造成短时强降水的影响因子，主要是梅雨期大的环流背景条件和中小尺度天气系统的配合[7]，其中低空急流是重要天气条件之一。王蕾[8]等对低空急流活动的统计分析表明，汛期低空急流活动与长江流域区域性暴雨有伴随性，多雨年急流次数很多，少雨年则很少。据统计[9]，江淮梅雨期，79%的低空急流伴有暴雨，反之，83%的暴雨伴有低空急流。对以上4次暴雨过程进行分析，均有低空西南急流影响。
利用NCEP资料分析了4次暴雨过程的低空西南急流平均风速场，可以发现，4次暴雨过程的850 hPa西南急流轴主要位于湖南、江西，在26°～30°N、108°～118°E区域内自西向东排列着3个中心速度大小不等的急流核，西边急流核位于贵州与湖南交界处，中部急流核位于湖南中东部、江西西北部和湖北江汉平原东南部，东部急流核位于江西东部至安徽南部。当东部急流核中心速度明显强于中西部2个急流核时，有利于湖北省较大范围（江汉平原南部、鄂东北、鄂东南、鄂西南）短时强降水出现（图2b、2d）；当中部急流核中心速度明显强于西部和东部2个急流核时，主要影响区域为江汉平原南部、鄂东南和鄂东北南部（图2a、2c），影响范围较前一种情况小。此外，当东部急流核中心速度明显强于中西部急流核时（图2b、2d），短时强降水在湖北省的影响时间也明显要长（图1b、1d）。
前述可知，4次暴雨过程的短时强降水出现时间主要集中在20时～次日08时，且后半夜居多（02时～08时，有3次）。分析4次暴雨过程的低空西南急流6h间隔的平均风速与最大风速，可以发现，西南急流的平均风速与最大风速有较好的增长对应关系，平均风速多在9～15 m·s-1，最大风速在12～26 m·s-1之间，基本表现出此增彼长的一致性。4次暴雨过程的20时～次日08时时段内，西南急流均有1次明显加强并至最强的过程（17～18日过程平均风速有例外），其中3次过程随着西南急流的加强，短时强降水站次明显增多或保持较高水平（图1a、1c、1d 与 图2a、2c、2d），强降水站次峰值与西南急流平均风速与最大风速的峰值有较一致的对应关系；仅9～10日过程，前期14：00至次日02：00，西南急流加强时，短时强降水站次表现出明显增多，但02：00后，西南急流仍维持较强时，短时强降水站次开始明显减少，即后期西南急流强度与短时强降水站次略有不同步（图1b、2b）。整体上来看，西南急流的加强过程及峰值时间与短时强降水站次的增多过程或峰值时间，有相当好的相关性。
此外，下垫面和地形条件对短时强降水的形成也有着重要作用，如地形加热不均造成边界层不稳定增强、冷空气阻挡、动力抬升、喇叭口地形辐合等。谢娜[10]等通过数值模拟研究了地形对成都暴雨的作用。陈明[11]等研究了山区地形跟暴雨的关系。翟国庆[12]等通过数值模拟研究了中尺度下垫面对暴雨的影响。分析以上4次暴雨过程的空间分布，表现出在某一特定区域的集中度，显示出地形作用的痕迹。但由于地形与天气系统往往存在非线性作用，其物理机制仍非常复杂，值得进一步探讨和研究。
5小结
2011年梅汛期4次暴雨过程的短时强降水时空分布综合分析表明：
短时强降水高发时间主要在夜间，且以后半夜（02：00～08：00）居多。
短时强降水高发区域位于洪湖-咸宁-黄冈一线、恩施东部鹤峰附近以及潜江-仙桃-蔡甸一线，站点频次累计达6～11次。3小时雨量≥100 mm的超强降水，主要出现在荆州南部、潜江附近以及咸宁南部。
低空西南急流对短时强降水有重要影响。低空西南急流的加强过程和峰值时段，往往伴随着短时强降水站次的增多和峰值时段，表现出较好的相关性。低空西南急流核主要分布在湖南和江西。当位于江西省的东部急流核中心速度明显强于中西部急流核时，有利于湖北省较大范围短时强降水出现，同时短时强降水在湖北省的影响时间也明显较长；当中部急流核中心速度明显强于西部和东部2个急流核时，主要影响区域为湖北省东南部，影响范围也较小。
参考文献
[1 ]James Bruce Water Sector：Vulnerability and Adaptation to Climate Change Final Report[J]，Global Change Strategies International Inc. and Atmospheric Environment Service， Environment Canada .2006.（6）
[2 ]刘增基等，福建省前汛期短历时强降水气候的统计特征[J]， 福建气象，2000，1：18-21.
[3 ]刘鑫华，周庆亮，盛杰.2009年夏季500hPa西太平洋副高区短时强降水中尺度天气分析述评[J].天气预报技术总结专刊，2011，3（1）：27-31 .
[4 ]刘爱鸣等，前汛期短历时强降水天气分析 （一）—影响系统的气候特征 [J]（福建气象，2001，3：18-21：6-10.
[5]刘爱鸣等，前汛期短历时强降水天气分析 （二）—大范围强降水的概念模式 福建气象[J]，2001，4：1-4.
[6 ]严洌娜等，短历时强降水的极值分布与统计风险计算[J] 科技通报 2005， 21（6）：657-667.
[7 ]倪允琪， 我国重大天气灾害形成机理和预测理论研究[J] 中国基础科学2001，9：4-7.
[8 ]王蕾等，中国西南低空急流活动的统计分析[J] 南京气象学院学报 2003，26（6）：797-805.
[9] 崔讲学， 湖北省天气预报手册-暴雨预报[M] 气象出版社 2011年.
[10 ]谢娜等，成都地区一次暴雨过程数值模拟及敏感性试验 高原山地气象研究 2011， 31（2）：39-44.
[11]陈明等，山区地形对暴雨的影响[J] 地理学报 1995， 50（3）：256-263.
[12]翟国庆，中尺度下垫面特征对气旋暴雨影响的数值试验[J] 杭州大学学报：自然科学版1995，22（2）：185-191.