河北省中南部逐时降水气候特征分析

河北省中南部逐时降水气候特征分析

逐时降水研究随着经济的发展和社会的进步，人们对气候提出了更高的要求。为了适应社会需求进一步做好服务工作,中国气象局提出开展精细预报的新思路,这要求我们更深入地了解本地气象要素在时间和空间上的变化规律。降水是最为基本的气象要素之一,降水量的大小对国民经济、人民生活等各个方面都有重要影响,逐时降水直接对防汛抗洪、城市规划及灾害控制等具有非常重要的意义。人们对24h降水的气候特征已经做了大量的分析与研究工作,如陆日宇分析了华北地区夏季各月降水的年代际变化特征,韩艳凤等分析了东北地区不同区域夏季降水的长期变化特征等。而在时间分辨率更高的逐时降水方面,目前仍停留在个例分析应用阶段,对河北省逐时降水气候特征方面的相关分析研究工作,还没有开展。随着全国雷达布网工作全面铺开,各地都不同程度地开展了雷达定量估测降水工作。雷达提供的是每6min的高时间密度资料,加强对逐时降水资料进行分析成为客观需求。本文利用1999~2005年4~10月河北省中南部6个地区(共95个气象站)的自记雨量资料,统计分析了逐时降水的气候概率,这不仅可以为短时预报和雷达估测降水提供逐时降水的最大阈值,还为修订河北省新一代天气雷达的雨量产品色标提供客观、定量依据。1案例:清咸丰度本文资料来自河北省中南部95个气象站的自记雨量计,受自记雨量计记录长度的影响,并考虑到分析比较的方便,资料取自1999~2005年的4~10月。资料年份长度虽不算长,但每站共计35952个时次,最短的降水样本为858个(饶阳),最长的3486个(威县),而且本文并不分析时间变化,如年际、月际变化,所以从样本数量上可以保证分析工作具有统计学意义。文中的降水是指有量降水(0.1mm以上),微量降水(0.0mm)不包括在内。2时间降水的气候分析2.1降水地理分布利用1999~2005年河北省中南部的逐时降水资料,分别统计了95个站逐时降水的最大值(文中简称最大逐时降水),结果如图1。由图1可以清楚地看到9个最大逐时降水大于等于100mm的中心:4个位于河北省南部的邢台(内丘:105.6mm;任县:111.8mm)和邯郸(曲周:133.1mm;成安:107.7mm);1个位于石家庄的西北部山区(平山:135.9mm);另外4个位于中东部地区(衡水的景县:109.3mm、饶阳101.5mm;保定的安新:100.0mm;沧州的海兴:106.9mm。)河北省中南部最大逐时降水地理分布情况:西部和东部明显大于中部地区,南部略大于北部地区;尤以西部山区最大。另外,从降水强度来看,西部降水中心的强度大于东部。主要原因是:①西部位于太行山东麓,东风造成的回流对降水有一定的增幅作用;②东部地区东临渤海,水汽条件优于中部地区。2.2降水强度分析图2为最大逐时降水的日变化曲线。1天中有3个出现逐时降水极强的时段,分别为01:00~04:00(北京时,下同)、07:00~08:00和16:00~22:00。逐时降水出现100mm以上的峰值有6个,分别为:01:00(106.9mm),03:00(135.9mm),07:00(109.3mm),08:00(133.1mm),17:00(101.5mm),20:00(107.7mm)。即逐时降水一般在凌晨和傍晚强度最大,前半夜次之,上午最弱(比如:10:00最小为44.6mm)。傍晚前后降雨强度大,主要是由热对流造成的。凌晨降雨强度达到最大,与雷雨顺“造成重大灾害性的特大暴雨在夜间到清晨最容易发生”的结论是一致的。这可以从以下两个方面来解释:①行星边界层温度层结和湍流的日变化导致低空急流在凌晨加强,源源不断的输送暖湿空气,和其前沿的干冷空气相遇,形成能级高、能量大的能量锋;同时,低空急流左前侧超地转风引起的辐合,是对流猛烈发展的直接触发机制。②对流云团夜间的云顶红外辐射冷却远远大于低空云底和云下的红外辐射冷却,使温度垂直递减率加大,大气变得更加不稳定,云图上也经常可以看到云团在午夜以后再次加强的现象。2.3最大逐时降水图3为4~10月逐月的最大逐时降水。最大逐时降水在季节上有非常明显的差别:4~5月小于等于60mm,6~10月均大于等于100mm,特别是7月最大为135.9mm。统计还发现4~6月最大逐时降水全部出现在傍晚到前半夜,而7~10月全部出现在凌晨。这主要是因为4~6月河北省中南部受北来冷涡或西来槽系统影响,在傍晚前后发展为强对流,产生短时强降水;而7~10月副热带高压成为主要影响系统,西南或东南气流带来充沛的水汽起主导作用。进一步统计分析逐时和逐站的最大逐时降水按月分布情况(表1),无论是逐时还是逐站的最大逐时降水大多出现在7月,其次为8月,再次为6月。图1中9个大于等于100mm的强中心,5个出现在7月,占55.6%;其它6、8、9、10月各出现1次。综合上述分析看出,7月是河北省中南部降水最强烈、逐时降水最大的月份,这与华北雨季最强时段的对应关系是一致的。2.4最大降水的日变化统计1999~2005年所有站、所有时次的降水过程,166411个降水样本中有10个大于等于100mm(表2)。其中最大值为135.9mm,2000年7月6日02:00~03:00出现在平山。与前面的分析一致,100mm以上降水有60%出现在7月。这一统计结果对短时预报具有很好的指示作用,即在预报逐时降水量时,99.994%的逐时降水量在100mm以下,偶然也有超过100mm的,但目前极值不超过135.9mm。3u3000mm间隔根据1999~2005年4~10月逐时降水数据统计,将雨量间隔设置成50mm以下为2.5mm间隔,50mm~100mm为5mm间隔,100mm以上为10mm间隔,共分成35档,雨量最大数值设定在150mm。参加统计的记录为166411个,得到表3结果,逐时降水绝大部分集中在小值区间:10mm以下降水量级占97.049%,且5mm以下占92.794%。4降水空间分布目前,SA雷达应用的雨量产品(1h累积降水产品OHP,3h累积降水产品THP)色标数值设计的跨度大:0~254mm;并且每个色标所代表的雨量数值跨度也非常大,0~2.5mm为一个色标,2.5~152.4mm降水数值区跨度为12.7mm,152.4mm以上数值区跨度为50.8mm。这在很大程度上平滑了小值区的强降水点,给预报强降水区域带来了较大的误差,因此有必要根据本地的降水资料,制定一套比较合理的雨量色标数值。根据表3的统计结果,河北省中南部逐时降水最大值未超过140mm,并且雨量大都集中在30mm以下(99.633%),故我们将雨量产品色标数值设为不均匀跨度:小数值区跨度小,大数值区跨度比较大,以加密小值区间的显示间隔,突出小值降水的层次,调整结果如表4。图4为2004年7月11日14:001h降水量,经过色标调整以后,降水量级的层次更加清晰,降水极值点也相对突出。石家庄站点1h雨量为4.2mm,从修改过色标的图4b来看,该点位于4.0~5.0区域,而色标未修改的图4a,该点位于2.5~12.7区域。显然,经过色标数值的重新定义,降水产品的色彩更能反映真实值,对降水强度中心发生、发展、移动的预报更有指导意义。5雨污水色标设计(1)河北中南部最大逐时降水具有比较明显的气候特征:西部山区和东部沿海明显大于中部地区,南部略大于北部地区;逐时降水强度一般在早晨或傍晚最大,上午最弱;6~10月降水强度远远大于4~5月。(2)河北省中南部逐时降水主要集中在小值区间,5mm以下占92.794%。根据逐时降水量级的分布调整雨量产品色标设置:小值区间间隔小,大