張永婧，高帆，于麗娟，褚穎佳，尹承美，孫長征

(濟南市氣象局，山東 濟南 250102)

濟南市區(qū)短時強降水特征分析與天氣分型

張永婧，高帆，于麗娟，褚穎佳，尹承美，孫長征

(濟南市氣象局，山東 濟南 250102)

利用2007—2015年濟南市區(qū)及歷城區(qū)自動氣象觀測站的逐小時降水量資料，以及常規(guī)高空、地面觀測資料，統(tǒng)計了198次短時強降水過程的范圍和強度特征，年際、月際變化特征，按照短時強降水發(fā)生時的天氣形勢和影響系統(tǒng)，分為切變線型、低槽冷鋒型、西風(fēng)槽型、冷渦型、臺風(fēng)外圍型及無系統(tǒng)型6類，并分析了不同類型和不同范圍短時強降水的關(guān)鍵環(huán)境參量。研究表明：短時強降水的強度與范圍有較好的相關(guān)性，7月中旬—8月中旬出現(xiàn)強降水的次數(shù)最多；切變線型短時強降水發(fā)生范圍與強度分布最廣，7、8月的低槽冷鋒型過程極易造成大范圍高強度降水；地面露點(Td)、850 hPa假相當(dāng)位溫(θse)、對流有效位能(CAPE)以及暖云層厚度能較好地區(qū)分不同范圍的短時強降水過程。在天氣分型的基礎(chǔ)上，結(jié)合不同降水范圍和不同降水類型環(huán)境參量箱線圖與閾值表，可為濟南市區(qū)短時強降水的預(yù)報提供有價值的參考。

短時強降水； 天氣分型； 預(yù)報概念模型； 關(guān)鍵環(huán)境參量

引言

短時強降水作為對流性天氣的一種，具有突發(fā)性強、局地性強、災(zāi)害嚴(yán)重等特點，且短時強降水主要由中尺度對流系統(tǒng)(MCS)造成，預(yù)報難度大。近年來國內(nèi)的許多專家學(xué)者致力于研究各區(qū)域或大城市的短時強降水天氣，陳炯等[1]研究了中國暖季(4—9月)短時強降水的時空分布特征；鄭媛媛等[2]、郝瑩等[3]利用安徽省的短時強降水個例，研究了不同尺度下短時強降水等強對流天氣的發(fā)生機制與鄰近預(yù)警指標(biāo)；陳元昭等[4]分析了珠江三角洲地區(qū)68個重大短時強降水過程的天氣流型配置與環(huán)境參量特征；徐娟等[5]分析了山東省短時強降水天氣特征；侯淑梅等[6]對山東省2000—2009年39個極端短時強降水過程進(jìn)行天氣分型，并建立了極端強降水概念模型。此外還有很多專家學(xué)者結(jié)合當(dāng)?shù)氐奶鞖鈿夂蛱攸c，對該地區(qū)的短時強降水過程進(jìn)行了天氣分析與分型，尋求有效的預(yù)報指標(biāo)[7-14]。

濟南市區(qū)南依泰山山脈、北臨黃河，地勢南高北低，南北落差大。由于地形特殊、泄洪能力薄弱，極易產(chǎn)生城市內(nèi)澇，對城市防汛、交通等都有較大影響，甚至危及人民群眾的生命財產(chǎn)安全。如，2007年7月18日濟南市出現(xiàn)罕見的大暴雨(“7·18”大暴雨)，市區(qū)在3 h內(nèi)有19個站點降水量超過100 mm，這次大暴雨造成多人死亡、受傷、受災(zāi)，全市直接經(jīng)濟損失約13.2億元。2016年6月21日濟南高新區(qū)附近出現(xiàn)了局地性短時強降水，義和莊自動氣象站小時雨量達(dá)100.5 mm，造成了低洼路段短時間內(nèi)嚴(yán)重積水，交通癱瘓。尹承美等[15-16]曾統(tǒng)計研究過濟南市區(qū)短時強降水的特征與預(yù)報指標(biāo)，但早期市區(qū)自動氣象站數(shù)量有限，實際觀測到的過程也較少。近幾年在市區(qū)布設(shè)的自動氣象站明顯增多，站點分布也更加合理。本文基于近年來市區(qū)自動氣象站逐小時降水量資料，分析了短時強降水變化特征，建立了天氣學(xué)概念模型，并統(tǒng)計凝練了關(guān)鍵環(huán)境參量閾值，以期為短時強降水的預(yù)報提供有價值的參考。

1 資料與方法

短時強降水是指短時間內(nèi)降水強度較大，降水量達(dá)到或超過某一量值的天氣現(xiàn)象。根據(jù)《全國短時臨近預(yù)報業(yè)務(wù)規(guī)定》，將1 h降水量≥20 mm降水定義為短時強降水。

本文使用2007—2015年濟南市區(qū)及歷城區(qū)共37個自動氣象站的逐小時降水量資料，統(tǒng)計降水時段內(nèi)有1個及以上自動氣象站的降水量達(dá)到短時強降水的標(biāo)準(zhǔn)，則定義為一次短時強降水過程，若一天內(nèi)出現(xiàn)多次短時強降水，則分別計數(shù)。

2 短時強降水特征分析

2.1 短時強降水范圍及強度特征

根據(jù)上述統(tǒng)計方法，2007—2015年短時強降水共計198次。由于臺站建設(shè)，研究時段內(nèi)自動氣象站數(shù)逐年增加，因而短時強降水出現(xiàn)的范圍大小不能單純以站數(shù)多少進(jìn)行統(tǒng)計，應(yīng)以該過程出現(xiàn)短時強降水的站點數(shù)比率((出現(xiàn)短時強降水的站數(shù)/該年自動氣象站數(shù))×100%)作為此次過程出現(xiàn)的范圍。按照一次短時強降水出現(xiàn)的范圍比，劃分為3種類型，分別為：局地性(范圍比<15%)、區(qū)域性(15%≤范圍比<50%)和大范圍(范圍比≥50%)。統(tǒng)計時段內(nèi)的198次短時強降水中局地性過程140次，占71%；區(qū)域性過程40次，占20%；大范圍過程18次，占9%。表1給出了短時強降水范圍和強度的綜合分類?？梢姡虝r強降水的強度與范圍有較好的相關(guān)性，即局地性過程小時雨量大多較小，以20～30 mm為主；而大范圍過程小時雨量大多較大，超過40 mm的過程占大多數(shù)，其中13次過程的小時雨量超過了50 mm；區(qū)域性過程的雨量分布較均衡。研究時段內(nèi)的短時強降水有4次過程的最大小時雨量超過了80 mm，其中3次為大范圍過程，最大小時雨量93.3 mm，出現(xiàn)在“7·18”大暴雨中。另外1次 88.3 mm/h為局地性過程。由此可見，局地性過程中也可出現(xiàn)極端強度的短時強降水。

2.2 短時強降水年際、月際變化特征

短時強降水有十分明顯的年、月變化特征，研究時段內(nèi)最早的一次出現(xiàn)在3月12日(2013年)，最大小時雨量為38 mm；最晚的過程出現(xiàn)在9月16日(2015年)，最大小時雨量為27.7 mm。由圖1可見，短時強降水自6月開始增多，7月、8月最為集中，分別占到了40.4%和35.9%。另外，7月中旬—8月中旬的40余天內(nèi)，為短時強降水的多發(fā)時段，這一時期的短時強降水次數(shù)占到了全年的一半以上，平均3～4 d即可出現(xiàn)一次。

表12007—2015年短時強降水范圍及強度分類

Table 1 Occurrence frequencies for different scopes and different intensities of short-duration heavy rainfalls from 2007 to 2015

次

注：Rh為最大小時雨量。

圖1 2007—2015年短時強降水比率月際分布Fig.1 Monthly distribution ratio of short-duration heavy rainfalls from 2007 to 2015

分別計算每年大范圍和小時雨量大于等于40 mm(高強度)的短時強降水次數(shù)占該年過程的比率，得到2007—2015年短時強降水范圍及強度的年際變化趨勢(圖2)。可見，2007年為短時強降水范圍和強度的峰值年，這一年大范圍和高強度降水出現(xiàn)的頻率最高，二者分別占到了30%和50%；大范圍過程的次峰值出現(xiàn)在2013年，而高強度過程的次峰值出現(xiàn)在2011年。研究時段內(nèi)出現(xiàn)了兩個范圍與強度的低值年，為2009和2014年。此外，大多數(shù)年份短時強降水的范圍與強度呈現(xiàn)了較好的正相關(guān)性，但2011年二者呈反位相分布，2014年以后大范圍和高強度過程均有增多的趨勢。

圖2 2007—2015年大范圍及高強度短時強降水比率的年際變化趨勢Fig.2 Annual variation in the percentages of large-scope and high-intensity short-duration heavy rainfalls from 2007 to 2015

2.3 短時強降水日變化特征

短時強降水為對流性天氣的一種，因而存在較明顯的日變化。將一天24 h劃分為4個時段，即：上午—午后(08—14時)、午后—傍晚(14—20時)、前半夜—次日凌晨(20時—次日02時)和后半夜—早晨(02—08時)。圖3給出了2007—2015年短時強降水在4個時段發(fā)生的比率。大氣熱力條件最好的午后—傍晚時段，短時強降水的發(fā)生率最高，達(dá)43.3%，另外3個時段則較為接近，均占到19%左右。由于短時強降水的發(fā)生不僅與對流條件有關(guān)，與降水系統(tǒng)的相關(guān)性也較大，因而熱力條件最差的后半夜—早晨時段，并非短時強降水發(fā)生最少的時段。

圖3 2007—2015年短時強降水比率日變化Fig.3 Hourly occurrence frequencies of short-duration heavy rainfalls from 2007 to 2015

總體來看，午后—傍晚(14—20時)是最易出現(xiàn)短時強降水的時段(圖4)，但不同的年份也存在一定的差異。除2007和2013年外，其余年份在午后—傍晚的過程數(shù)均明顯多于其他時段，特別是2010、2011、2014和2015年均占到了一半以上。2007和2013年的短時強降水則多發(fā)于后半夜—早晨(02—08時)，再次說明短時強降水的發(fā)生不完全依賴于對流條件。

圖4 2007—2015年短時強降水次數(shù)逐年日變化Fig.4 Hourly variation of the occurrence frequency for short-duration heavy rainfalls from 2007 to 2015

3 短時強降水天氣分型及預(yù)報概念模型

3.1 短時強降水天氣分型

利用常規(guī)高空、地面觀測資料，分析研究時段內(nèi)198次短時強降水發(fā)生時的天氣形勢和影響系統(tǒng)，以最接近降水發(fā)生時間的形勢為主，對198次過程進(jìn)行天氣分型。由于短時強降水發(fā)生時500 hPa的形勢較為接近，大多有西風(fēng)槽的影響，因而天氣分型以700 hPa至地面的影響系統(tǒng)為主，500 hPa系統(tǒng)為輔，并按照以下規(guī)則進(jìn)行：若700～925 hPa至少一層存在切變線，則定為切變線型；若地面圖上有冷鋒或冷空氣影響，且850 hPa有明顯的鋒區(qū)配合，則定為低槽冷鋒型；若低層沒有明顯的影響系統(tǒng)，500 hPa有低槽過境，或500～850 hPa都有低槽但地面沒有鋒面、低層沒有鋒區(qū)，則定為西風(fēng)槽型；若35～45°N、110～120°E之間500 hPa有冷渦中心，則定為冷渦型；若700～925 hPa至少有一層受臺風(fēng)倒槽或臺風(fēng)外圍切變影響，則定為臺風(fēng)外圍型；若均不滿足上述分類，且沒有明顯影響系統(tǒng)，則定為無系統(tǒng)型。

表2給出了研究時段內(nèi)198次短時強降水過程的天氣分型，按照上述規(guī)則，總共分為6種類型，其中出現(xiàn)次數(shù)最多的為切變線型，共133次，占67.2%，其次為低槽冷鋒型和西風(fēng)槽型，分別出現(xiàn)了23次和20次，占11.6%和10.1%，冷渦型、臺風(fēng)外圍型和無系統(tǒng)型次數(shù)較少，分別為9次、7次和6次。

表22007—2015年短時強降水天氣分型

Table 2 Synoptic patterns for short-duration heavy rainfalls from 2007 to 2015

切變線型低槽冷鋒型西風(fēng)槽型冷渦型臺風(fēng)外圍型無系統(tǒng)型出現(xiàn)次數(shù)/次1332320976發(fā)生比率/%67.211.610.14.53.53.0

將出現(xiàn)次數(shù)較多的切變線型、低槽冷鋒型和西風(fēng)槽型，按照短時強降水過程范圍大小和強度進(jìn)行統(tǒng)計(圖5)。可見切變線型的短時強降水分布較廣，既有小時雨量超過50 mm的大范圍過程，也有很多小時雨量小于40 mm的局地性過程。小時雨量超過50 mm的30個過程中有22個為切變線型，17個大范圍過程中有11個屬于切變線型，由此可見切變線型短時強降水在大范圍強降水過程中占到了一半以上。

圖5 2007—2015年短時強降水主要天氣類型散點圖Fig.5 Scatter plot of main synoptic patterns for short-duration heavy rainfalls from 2007 to 2015

低槽冷鋒型過程次數(shù)不多，但強過程較多，4次小時雨量超過80 mm的過程中有3次屬于低槽冷鋒型，且均出現(xiàn)在7月中下旬，如“7·18”大暴雨。3—5月的局地性弱過程中低槽冷鋒型居多。由此可見，冷鋒或冷空氣在濟南市區(qū)短時強降水中所起的作用極大，但不同季節(jié)所產(chǎn)生的降水在強度和范圍上又有一定差異，即在大氣對流性較弱的季節(jié)易產(chǎn)生小時雨量較小的局地性短時強降水；而在濟南市主汛期(7、8月)低槽冷鋒型過程則多為小時雨量大于50 mm的大范圍過程。

雖然西風(fēng)槽型的短時強降水過程數(shù)與低槽冷鋒型差異不大，但其強度及范圍則遠(yuǎn)低于低槽冷鋒型過程。20次西風(fēng)槽型短時強降水中，大范圍和小時雨量超過50 mm的過程均僅有1次，局地性弱過程占大多數(shù)。西風(fēng)槽型的過程以500 hPa的系統(tǒng)為主，700 hPa及以下層次大多沒有明顯的系統(tǒng)配合，而切變線型和低槽冷鋒型則主要以低層系統(tǒng)為分類依據(jù)，因而濟南市區(qū)短時強降水的強度與范圍預(yù)報應(yīng)以低層的影響系統(tǒng)為主。

圖6 不同類型短時強降水概念模型(a.切變線Ⅰ型，b.切變線Ⅱ型，c.低槽冷鋒Ⅰ型，d.低槽冷鋒Ⅱ型，e.西風(fēng)槽型，f.冷渦型，g.臺風(fēng)外圍型)Fig.6 Forecasting conceptual models for different types of short-duration heavy rainfalls (a. shear-lineⅠ, b. shear-line Ⅱ,c. cold-frontⅠ, d. cold-front Ⅱ, e. westerly trough, f. cold-vortex, g. typhoon-periphery)

出現(xiàn)次數(shù)較少的冷渦型、臺風(fēng)外圍型和無系統(tǒng)型主要以小時雨量小于40 mm的局地性和區(qū)域性過程為主，僅有1次小時雨量超過50 mm的區(qū)域性過程(臺風(fēng)外圍型)。雖然近幾年冷渦系統(tǒng)較少，且并未帶來明顯的災(zāi)害性天氣，但其仍是影響濟南市區(qū)的重要天氣系統(tǒng)之一。臺風(fēng)本身或其外圍對濟南的影響也比較少，但應(yīng)關(guān)注臺風(fēng)外圍與西風(fēng)帶系統(tǒng)相結(jié)合的形勢(如，2015年8月24日，最大小時雨量為53 mm)。

3.2 短時強降水預(yù)報概念模型

雖然中尺度對流系統(tǒng)是短時強降水的主要影響系統(tǒng)，但天氣尺度系統(tǒng)制約和影響著中尺度系統(tǒng)的活動，因而不同天氣尺度背景下產(chǎn)生的短時強降水也有巨大的差異。分別選取不同類型短時強降水的幾個典型過程進(jìn)行天氣分析，歸納出不同類型短時強降水的概念模型。由于切變線型過程多，降水范圍與強度差別大，將其進(jìn)一步分為兩種類型，即切變線Ⅰ型和切變線Ⅱ型，分別對應(yīng)大范圍強過程和局地性弱過程。低槽冷鋒在盛夏和其他季節(jié)產(chǎn)生的降水量級與強度差別較大，因而也將其分為低槽冷鋒Ⅰ型和低槽冷鋒Ⅱ型，分別對應(yīng)主汛期(7、8月)強過程和其他季節(jié)的弱過程。

切變線Ⅰ型(圖6a)的情況下，濟南處于500 hPa高空槽前，850 hPa切變線和地面輻合線均沿黃河附近穿過山東，部分過程切變線上有中尺度低渦生成；200 hPa分流區(qū)橫跨河套東部至山東半島一帶；850 hPa顯著濕區(qū)處于切變線附近；暖溫度脊位于切變線東南側(cè)，冷溫度槽位于其西北側(cè)，可見切變線Ⅰ型多為冷式切變線，切變線附近為溫度梯度大值區(qū)，即冷暖空氣的交匯區(qū)，強降水就產(chǎn)生于這一區(qū)域。切變線Ⅱ型(圖6b)系統(tǒng)的高低空配置與Ⅰ型較相似，但低層水汽條件與熱力條件均不明顯，因而該類型短時強降水以局地性弱過程為主。

低槽冷鋒Ⅰ型(圖6c)自500～850 hPa均有明顯的西風(fēng)槽，地面冷鋒位于槽前，低層偏南氣流輸送水汽至冷鋒前形成顯著濕區(qū)，短時強降水即發(fā)生于冷鋒過境前后。若此時濟南處于副熱帶高壓(以下簡稱“副高”)邊緣，則高溫高濕的低層大氣對短時強降水有明顯的增幅作用。低槽冷鋒Ⅱ型(圖6d)此時副高還未北跳或已明顯南落，北支鋒區(qū)上500 hPa低槽位于河套，850 hPa低槽位于河北東南部，鋒面已開始影響魯西北。此時南支槽位于孟加拉灣附近，槽前低層西南急流強盛，向北輸送暖濕空氣，濟南位于850 hPa急流軸左側(cè)。由于此時副高明顯偏南，大氣對流條件較差，因而僅出現(xiàn)強度較弱的局地性短時強降水。

西風(fēng)槽型(圖6e)500 hPa的環(huán)流形勢與低槽冷鋒型較相近，高空槽均已移到河套東部，850 hPa偏南氣流沿副高邊緣北上，使槽前形成顯著濕區(qū)。500 hPa槽過110°E時，濟南市區(qū)即可發(fā)生短時強降水。由于通常低層沒有明顯的槽或切變線配合，且缺乏冷暖氣團的交匯，因而產(chǎn)生的降水較弱。

冷渦型(圖6f)過程情況下，當(dāng)500 hPa冷渦中心位于110～120°E、35～45°N時，濟南附近對流條件最好。此時冷渦后部高空急流穿過山東，500 hPa低槽影響山東中部，地面弱冷鋒位于河北中部至河套，同時低層的暖脊和顯著濕區(qū)均有利于濟南附近出現(xiàn)短時強降水。

圖7 不同范圍短時強降水關(guān)鍵環(huán)境參量箱線圖(a.ΔT85，b.Td，c.850 hPa θse，d.CAPE，e.CIN，f.暖云層厚度；線段兩端橫線為統(tǒng)計內(nèi)限，箱形的上部框線為上四分位值，下部框線為下四分位值，箱內(nèi)紅線為中位線，藍(lán)色菱形為平均值，紅色加號為異常值)Fig.7 Box plots of the key environmental parameters for short-duration heavy rainfalls in different ranges(a. ΔT85, b.Td, c.850 hPa θse, d.CAPE, e.CIN, f. warm cloud thickness; The blue boxes enclose the 25th percentile (bottom of box) to the 75th percentile values, with the median values marked by a horizontal red line within each box; the horizontal lines of the two ends are the statistical limits, the blue diamond is the average value, and the red plus sign is the abnormal value)

臺風(fēng)外圍型(圖6g)過程較少，但當(dāng)臺風(fēng)于東南沿海登陸后繼續(xù)北上時，北方有西風(fēng)槽東移至華北中南部，500 hPa臺風(fēng)倒槽處于西風(fēng)槽前，形成中低緯相結(jié)合的形勢，易產(chǎn)生小時雨量大的過程。當(dāng)臺風(fēng)沿近海北上，850 hPa臺風(fēng)中心位于朝鮮半島至日本附近時，其西部的切變線可能會產(chǎn)生弱的過程。

4 短時強降水關(guān)鍵環(huán)境參量分析

強對流天氣發(fā)生時大氣通常處于不穩(wěn)定狀態(tài)，且有一定的水汽條件配合。通過天氣模型的建立也可以看出，切變線Ⅰ型與Ⅱ型、低槽冷鋒Ⅰ型與Ⅱ型短時強降水發(fā)生時環(huán)流形勢比較接近，但低層的溫濕條件有較大差異。因而，本研究選取的關(guān)鍵環(huán)境參量包括表征大氣靜力穩(wěn)定度的850 hPa和500 hPa溫差(ΔT85)、表示水汽條件的地面露點(Td)、表示溫壓濕綜合影響的850 hPa假相當(dāng)位溫(θse)、用來判斷對流潛勢的對流有效位能(CAPE)、對流抑制能量(CIN)和表征降水效率的暖云層厚度。關(guān)鍵環(huán)境參量均采用距短時強降水發(fā)生時間最近的前一個時次的章丘(54727)探空資料進(jìn)行統(tǒng)計。

天氣預(yù)報中常用850 hPa和500 hPa的溫差來表示大氣的靜力穩(wěn)定度。圖7a給出了局地性、區(qū)域性和大范圍短時強降水的ΔT85箱線圖?？梢姡邓秶酱?，內(nèi)限越窄，局地性過程19 ℃≤ΔT85≤31 ℃，大范圍過程22 ℃≤ΔT85≤28 ℃，且局地性過程的中位數(shù)和均值略高于區(qū)域性和大范圍過程，上、下四分位值3種過程差異不大。

與水汽相關(guān)的地面Td和850 hPaθse的箱線圖(圖7b、c)具有相同的特征，不同范圍短時強降水對二者的上限差異不大，Td在26～28 ℃，850 hPaθse在90～92 ℃；但下限差異明顯，大范圍過程較高，Td約為14 ℃，850 hPaθse約為52 ℃，局地性過程則分別為12 ℃和35 ℃。兩種參量的中位數(shù)和平均值也隨降水范圍增大而升高，Td平均值由局地性的21 ℃升至大范圍的24 ℃，850 hPaθse的平均值由65 ℃升至78 ℃。

判斷對流潛勢的CAPE在日常預(yù)報中有重要作用，一般CAPE越大越易發(fā)生強天氣。強對流的發(fā)生還需要一定的對流抑制能CIN，CIN太大不利于強對流的發(fā)生，太小又不利于能量的積累。由CAPE和CIN的箱線圖(圖7d、e)可見，二者對不同范圍短時強降水具有相反的分布特征。不同范圍的CAPE和CIN的下四分位值均與其下限(0 J·kg-1)較接近，其中區(qū)域性過程的CAPE下四分位與下限重合。大范圍過程的CAPE箱體較寬，下四分位和上四分位分別為100 J·kg-1和1 900 J·kg-1，上限較高，達(dá)3 200 J·kg-1；局地性過程箱體窄，50 J·kg-1≤CAPE≤750 J·kg-1，上限約為1 750 J·kg-1；區(qū)域性過程的CAPE值居中，箱體區(qū)間為0 J·kg-1≤CAPE≤1 900 J·kg-1；均值隨降水范圍的增大而升高。CIN上限由局地性過程的420 J·kg-1下降至大范圍過程的180 J·kg-1，同時箱體變窄，均值下降。

暖云層厚度為0 ℃層高度與抬升凝結(jié)高度之差，其厚度越大，降水效率越大。由暖云層厚度箱線圖(圖7f)可以看出，區(qū)域性和大范圍過程的箱體位置較高，二者的上、下四分位值較接近，約為5 000 m和4 000 m；二者的下限、中位數(shù)和平均值也均比局地性過程高；但局地性過程的統(tǒng)計上限最高，約為5 400 m。

表3和表4分別給出了不同范圍和不同類型短時強降水的關(guān)鍵環(huán)境參量閾值，可在實際預(yù)報業(yè)務(wù)中參考應(yīng)用。

表3不同范圍短時強降水關(guān)鍵環(huán)境參量閾值

Table 3 Thresholds of key environmental parameters in different scopes short-duration heavy rainfalls

范圍ΔT85/℃Td/℃850hPaθse/℃CAPE/(J·kg-1)CIN/(J·kg-1)暖云層厚度/m局地性19～312～2635～920～17000～4201800～5400區(qū)域性20～2810～2648～900～23000～3203000～5300大范圍22～2814～2852～930～32000～1802800～5200

表4不同類型短時強降水關(guān)鍵環(huán)境參量閾值

Table 4 Thresholds of the key environmental parameters in different types short-duration heavy rainfalls

類型ΔT85/℃Td/℃850hPaθse/℃CAPE/(J·kg-1)CIN/(J·kg-1)暖云層厚/m切變線型19～302～2843～920～32000～3102300～4800低槽冷鋒型19～315～2735～880～27000～5602200～4800西風(fēng)槽型21～312～2642～780～32000～3402200～4300冷渦型21～3313～2447～710～15000～2402100～4400臺風(fēng)外圍型22～2620～2654～780～7000～1003400～4900

5 小結(jié)

1)2007—2015年濟南市區(qū)共出現(xiàn)198次短時強降水，其中局地性短時強降水占71%，大范圍短時強降水次數(shù)少(9%)，但小時雨量較大。

2)分析短時強降水的年、月、日變化特征可見，7、8月短時強降水最為集中，7月中旬—8月中旬發(fā)生的短時強降水占全年的一半以上；短時強降水最易發(fā)生于午后—傍晚時段。

3)按照短時強降水發(fā)生時的天氣形勢和影響系統(tǒng)，可劃分為切變線型、低槽冷鋒型、西風(fēng)槽型、冷渦型、臺風(fēng)外圍型及無系統(tǒng)型6類，并給出了前5種類型的預(yù)報概念模型。

4)切變線型短時強降水次數(shù)最多，且發(fā)生范圍和最大小時雨量分布較廣；低槽冷鋒型短時強降水發(fā)生于7、8月極易造成大范圍高強度的過程；西風(fēng)槽型的過程通常較弱。

5)短時強降水發(fā)生時關(guān)鍵環(huán)境參量的統(tǒng)計可以看出，對于Td、850 hPaθse、CAPE以及暖云層厚度等參量，大范圍短時強降水過程的閾值高于局地性和區(qū)域性過程； CIN則大范圍過程最?。粚τ讦85，3種過程差異較小。

6)天氣分型與關(guān)鍵環(huán)境參量閾值相結(jié)合，可為濟南市區(qū)短時強降水的預(yù)報提供重要參考。

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Characteristicsanalysisandsynopticclassificationofshort-durationheavyrainfallinJinanurbanarea

ZHANG Yongjing, GAO Fan, YU Lijuan, CHU Yingjia, YIN Chengmei, SUN Changzheng

(JinanMeteorologicalBureau,Jinan250102,China)

The characteristics of scopes, intensities, yearly and monthly variation in short-duration heavy rainfalls were analyzed by using the hourly precipitation data of automatic weather stations in Jinan and Licheng district and the conventional high-level and surface observation data from 2007 to 2015. The short-time heavy rainfalls were classified into six types, including shear-line, cold-front, upper-trough, cold-vortex, typhoon-periphery and non-system types, according to the synoptic environment and the influence systems. Key environmental parameters of short-time heavy rainfalls were also discussed. The results show that there was a close correlation between the scopes and intensity of short-duration heavy rainfalls, and short-duration rainfalls occurred most frequently from mid-July to mid-August. The shear-line type heavy rainfalls occurred t with large scope and strong intensity, while the cold-front type one could cause severe precipitation in July and August .Different types of short-time rainfalls could be classified by the surface dew point, 850 hPaθse, CAPE, and warm cloud thickness. Combined with the box-plots and thresholds of environment parameters in different scopes and types of precipitation, the synoptic classification could provide valuable reference for the short-duration heavy rainfall forecasting in Jinan urban district.

short-duration heavy rainfall; synoptic classification; forecast conceptual models; key environmental parameters

10.19513/j.cnki.issn2096-3599.2017.03.013.(in Chinese)

2016-09-21；

：2017-08-03

山東省氣象局氣象科學(xué)技術(shù)研究項目(sdjn2016-04)

張永婧(1984—)，女，碩士，工程師，主要從事天氣預(yù)報工作，247285345@qq.com。

P466

： A

： 2096-3599(2017)03-0109-08

10.19513/j.cnki.issn2096-3599.2017.03.013

張永婧，高帆，于麗娟，等.濟南市區(qū)短時強降水特征分析與天氣分型[J]. 海洋氣象學(xué)報，2017,37(3)：109-116.

Zhang Yongjing, Gao Fan, Yu Lijuan,et al. Characteristics analysis and synoptic classification of short-duration heavy rainfall in Jinan urban area[J].Journal of Marine Meteorology,2017,37(3):109-116.