歐堅(jiān)蓮，黃 帆，歐欣格，孫小龍，陳飛盛

（1.廣西梧州市氣象局，廣西 梧州 543002；2.廣西賀州市氣象局，廣西 賀州 542800）

引言

目前國(guó)內(nèi)關(guān)于強(qiáng)對(duì)流天氣的研究很多，探空資料對(duì)天氣系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)有重要參考作用，現(xiàn)在已經(jīng)成為強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)中必不可少的參考資料之一［1-2］，綜合利用由探空數(shù)據(jù)計(jì)算的物理量指數(shù)進(jìn)行潛勢(shì)預(yù)報(bào)就是重要方法之一［3-9］。本文通過對(duì)2005～2016年共12a強(qiáng)對(duì)流天氣個(gè)例的對(duì)流參數(shù)值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析及預(yù)報(bào)對(duì)比，歸納出強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生物理量閾值，建立梧州市的強(qiáng)對(duì)流天氣物理量判斷指標(biāo)。

1 資料和方法

1.1 使用資料

本文使用的資料為2005～2016年梧州氣象觀測(cè)站的地面氣象記錄月報(bào)表資料、地面觀測(cè)資料、探空資料和MICAPS第五類格式的T-LopP溫度對(duì)數(shù)壓力圖數(shù)據(jù)文件等，地面觀測(cè)資料時(shí)間間隔為1h，探空資料的時(shí)間間隔為12h。其中2005～2015年11a的資料用于統(tǒng)計(jì)分析，2016年的資料用于樣本檢驗(yàn)。

1.2 技術(shù)方法

利用天氣學(xué)原理、統(tǒng)計(jì)法、指標(biāo)法等方法，通過對(duì)2005～2016年梧州市發(fā)生的強(qiáng)對(duì)流天氣過程的資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，研究和總結(jié)梧州市強(qiáng)對(duì)流天氣的形勢(shì)特點(diǎn)，總結(jié)各類強(qiáng)對(duì)流天氣的物理量參數(shù)值分布區(qū)間，確定強(qiáng)對(duì)流天氣類型判斷閾值，得出基于穩(wěn)定度和能量等指標(biāo)作為強(qiáng)對(duì)流天氣的短時(shí)潛勢(shì)預(yù)報(bào)指標(biāo)。

1.3 樣本選取標(biāo)準(zhǔn)

冰雹：梧州市站地面觀測(cè)資料記錄有冰雹天氣為準(zhǔn)。

雷雨大風(fēng)：梧州站平均風(fēng)力大于等于6級(jí)、陣風(fēng)大于等于7級(jí)且伴有雷雨的天氣。

短歷時(shí)強(qiáng)降水：梧州站1h降水量大于等于20mm或3h降水大于等于50mm的降水。

1.4 樣本數(shù)量

依據(jù)上述樣本選取標(biāo)準(zhǔn)，找出2005～2016年發(fā)生在梧州市的短時(shí)強(qiáng)降水、雷雨大風(fēng)、冰雹天氣發(fā)生的具體時(shí)間，得到短時(shí)強(qiáng)降雨天氣個(gè)例90個(gè)，冰雹天氣個(gè)例12個(gè)，雷雨大風(fēng)天氣個(gè)例40個(gè)，其中，2016年的短時(shí)強(qiáng)降雨天氣個(gè)例11個(gè)，冰雹天氣個(gè)例1個(gè)，雷雨大風(fēng)天氣個(gè)例7個(gè)用于樣本檢驗(yàn)。

2 結(jié)果分析

2.1 主要影響天氣系統(tǒng)分析

通過查閱2005～2016年所有發(fā)生短時(shí)強(qiáng)降水的天氣系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)造成梧州市短時(shí)強(qiáng)降水的主要影響天氣系統(tǒng)有500hPa高空槽、850hPa切變線、熱帶低壓、低空急流、副熱帶高壓邊緣、東風(fēng)波以及地面冷空氣等天氣系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)共同作用的結(jié)果，其中參與率排在前4位的系統(tǒng)有：低空急流參與的占40%，850hPa切變線參與的占37%，500hPa高空槽參與的占34%，地面冷空氣參與的占34%，表明低空急流、切變線、高空槽、地面冷空氣是造成梧州市短時(shí)強(qiáng)降水的最主要的4個(gè)天氣系統(tǒng)。

同樣，雷雨大風(fēng)的主要影響天氣系統(tǒng)也是由500hPa高空槽、850hPa切變線、熱帶低壓、低空急流、副熱帶高壓邊緣、東風(fēng)波以及地面冷空氣等系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)天氣系統(tǒng)共同組成的。其中參與率排在前4位的系統(tǒng)有：500hPa高空槽參與的占57%，850hPa切變線參與的占40%，低空急流參與的占40%，地面冷空氣參與的占36%，表明高空槽、切變線、低空急流、地面冷空氣是造成梧州市雷雨大風(fēng)的主要影響天氣系統(tǒng)。

對(duì)于冰雹，統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)梧州市發(fā)生冰雹的概率較低，近35a來(lái)有觀測(cè)記錄并能找到相關(guān)資料的只有12次過程，發(fā)生降雹的時(shí)間主要在2～4月份，即春季，主要的影響天氣系統(tǒng)為高空槽、切變線、地面冷空氣，是三者共同作用的結(jié)果。

2.2 強(qiáng)對(duì)流天氣的探空?qǐng)D特征分析

通過對(duì)2005～2016年梧州市三種強(qiáng)對(duì)流天氣的探空?qǐng)D特點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)各類天氣具有不同的特征，分別是：短時(shí)強(qiáng)降雨的濕層比較深厚，分析溫度露點(diǎn)差84次過程中有72次850hPa的（T-Td）≤3℃且700hPa（T-Td）≤5℃（占86%）；雷雨大風(fēng)中層有干侵入，36次過程中有25次的溫度露點(diǎn)差700hPa（T-Td）≥7℃或500 hPa（T-Td）≥14℃（占69%）；冰雹天氣低層有明顯的逆溫，12次過程中有11次低層有逆溫（占91%），同時(shí)垂直風(fēng)切變也明顯，12次過程中有10次0-3km風(fēng)切變≥14m·s-1（占83%），大多表現(xiàn)為上干下濕，喇叭口形狀。圖1左、中、右可分別代表短時(shí)強(qiáng)降雨、雷雨大風(fēng)、冰雹常見的探空?qǐng)D，三種強(qiáng)對(duì)流天氣的探空?qǐng)D具有不同的特點(diǎn)。

2.3 物理量參數(shù)統(tǒng)計(jì)

強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生發(fā)展有其特定的環(huán)境，是在特定條件下出現(xiàn)的短時(shí)災(zāi)害性天氣，一般雷暴等強(qiáng)對(duì)流天氣出現(xiàn)必然對(duì)應(yīng)某些物理量的異常。由于能夠造成強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生的物理原因較多，包括地形、大氣層結(jié)穩(wěn)定性、局地水汽含量、垂直運(yùn)動(dòng)、風(fēng)的垂直切變、大氣不穩(wěn)定能量和下沉氣流強(qiáng)度等，如果僅分析某種物理特征量可能得不到較好的預(yù)報(bào)結(jié)論，因此需要對(duì)各種物理量參數(shù)進(jìn)行綜合分析，目的在于找到一些較好的預(yù)報(bào)指標(biāo)，同時(shí)針對(duì)這些指標(biāo)找出強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生時(shí)的閾值，方便預(yù)報(bào)員定量參考。

圖1 左、中、右分別是短時(shí)強(qiáng)降雨、雷雨大風(fēng)、冰雹的探空?qǐng)D

因此對(duì)短時(shí)強(qiáng)降雨、雷雨大風(fēng)和冰雹三類強(qiáng)對(duì)流天氣類型的物理量參數(shù)值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出13種物理量的值分布范圍，如表1。

表1 梧州市三類強(qiáng)對(duì)流天氣物理量參數(shù)值統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2.4 綜合分析

由表1可見，IQ、H0和H-20，0～3km風(fēng)切變?nèi)N物理量在三類天氣類型有明顯的區(qū)分，其他物理量的值分布各有差異，需要使用實(shí)際數(shù)據(jù)分別對(duì)各種物理量樣本數(shù)據(jù)分布進(jìn)行詳細(xì)分析。

分析三類天氣類型的IQ可見，短時(shí)強(qiáng)降雨的IQ起報(bào)值明顯大于冰雹、雷雨大風(fēng)，數(shù)值范圍在4057～6602g·kg-1，而冰雹的IQ最小，基本上＜4500g·kg-1，雷雨大風(fēng)的IQ次之，這與冰雹、雷雨大風(fēng)天氣在中、低層需要有相對(duì)干燥的水汽條件有關(guān)，短時(shí)強(qiáng)降雨天氣整層需要較好的水汽條件相對(duì)應(yīng)。

分析0℃層H0和-20℃層H-20高度實(shí)際數(shù)據(jù)可以看出：H0：發(fā)生冰雹天氣時(shí)基本上H0＜4800m；發(fā)生雷雨大風(fēng)天氣時(shí)3600m＜H0＜5700m；發(fā)生短時(shí)強(qiáng)降雨天氣時(shí)4200m＜H0＜5700m；H-20：發(fā)生冰雹天氣時(shí)5800m＜H-20＜8800m；發(fā)生雷雨大風(fēng)天氣時(shí)7000m＜H-20＜9100m；發(fā)生短時(shí)強(qiáng)降雨天氣時(shí)7500m＜H-20＜9100m。冰雹和短時(shí)強(qiáng)降雨的區(qū)分非常明顯，而雷雨大風(fēng)介于冰雹和暴雨之間，比較接近冰雹天氣。

分析三類天氣類型的0～3km風(fēng)切變可見，冰雹的最低風(fēng)切變明顯大于短時(shí)強(qiáng)降雨和雷雨大風(fēng)，數(shù)值在10m·s-1以上，這與冰雹的發(fā)生需要有較大的風(fēng)切變有關(guān)，而短時(shí)強(qiáng)降雨和雷雨大風(fēng)的風(fēng)切變有時(shí)較小、有時(shí)較大，這與短時(shí)強(qiáng)降雨和雷雨大風(fēng)對(duì)風(fēng)切變的要求不高相符。

3 大氣對(duì)流參數(shù)指標(biāo)分析

3.1 短時(shí)強(qiáng)降雨指標(biāo)分析

短時(shí)強(qiáng)降雨的發(fā)生不僅需要較強(qiáng)的水汽輻合，更要有對(duì)流不穩(wěn)定條件，所以選取K指數(shù)、沙氏指數(shù)SI、Cape值、CIN值、對(duì)流穩(wěn)定度指數(shù)IC、整層比濕積分IQ等對(duì)流參數(shù)診斷分析。

通過對(duì)2005～2015年84次短時(shí)強(qiáng)降雨天氣過程中各物理量參數(shù)分布分析，分別統(tǒng)計(jì)出概括率達(dá)70%和80%以上的對(duì)流參數(shù)閾值，具體如表2。利用概括率80%以上的對(duì)流參數(shù)閾值：K指數(shù)≥34℃，沙氏指數(shù) SI≤0.3，Cape 值≥20 J·kg-1，CIN 值≤125 J·kg-1，對(duì)流穩(wěn)定度指數(shù) IC≤-3，T850-T500≥22℃，（TTd）850≤2℃，（T-Td）700≤5℃，（T-Td）500≤14℃，整層比濕積分IQ≥4800g·kg-1，分析2005～2015年出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降雨的擬合率，10個(gè)指標(biāo)同時(shí)滿足8個(gè)時(shí)擬合率達(dá)78%，同時(shí)滿足7個(gè)時(shí)擬合率達(dá)88%，故應(yīng)用同時(shí)滿足7個(gè)即可。

3.2 雷暴大風(fēng)指標(biāo)分析

雷暴大風(fēng)天氣要求三個(gè)基本條件：足夠的水汽、不穩(wěn)定的層結(jié)和抬升機(jī)制，而要發(fā)展加強(qiáng)還要求有較大的垂直風(fēng)切變。所以選取溫度露點(diǎn)差、K指數(shù)、沙氏指數(shù)SI、Cape值、0～3km風(fēng)切變等對(duì)流參數(shù)診斷水汽條件、層結(jié)穩(wěn)定度條件和垂直風(fēng)切變情況。通過對(duì)2005～2015年36次雷暴大風(fēng)天氣過程中各物理量參數(shù)分布分析，分別統(tǒng)計(jì)出概括率達(dá)70%和80%以上的的對(duì)流參數(shù)閾值，具體如表2。利用概括率80%以上的對(duì)流參數(shù)閾值：K指數(shù)≥29℃，沙氏指數(shù)SI≤0.8，Cape值≥60J·kg-1，CIN值≤200J·kg-1，對(duì)流穩(wěn)定度指數(shù)IC≤-7，（T-Td）850≤4℃，（T-Td）700≥3℃或（TTd）500≥5℃，T850-T500≥22℃，0-3km風(fēng)切變≥6m·s-1,整層比濕積分IQ＞4300g·kg-1，分析2005～2015年出現(xiàn)雷暴大風(fēng)的擬合率，10個(gè)指標(biāo)同時(shí)滿足8個(gè)時(shí)擬合率達(dá)75%，同時(shí)滿足7個(gè)時(shí)擬合率達(dá)88%，故應(yīng)用同時(shí)滿足7個(gè)即可。

3.3 冰雹天氣指標(biāo)分析

冰雹天氣的基本條件：低層足夠的水汽、中層干冷、強(qiáng)對(duì)流不穩(wěn)定的層結(jié)、垂直風(fēng)切變、一定的抑制能量和0℃高度，-20℃層高度。所以選取不同層的溫度露點(diǎn)差、K指數(shù)、沙氏指數(shù)SI、Cape值、CIN值、0～3km風(fēng)切變、0～6km風(fēng)切變以及0℃、-20℃層高度等對(duì)流參數(shù)診斷。通過對(duì)12次冰雹天氣過程中各物理量參數(shù)分布分析，分別統(tǒng)計(jì)出概括率達(dá)70%和80%以上的對(duì)流參數(shù)閾值，具體如表2。利用概括率80%以上的對(duì)流參數(shù)閾值：K指數(shù)≥33℃，沙氏指數(shù)SI≤0.5，Cape值≥0J·kg-1，CIN值≤150J·kg-1，對(duì)流穩(wěn)定度指數(shù)IC≤0，（T-Td）850≤3℃，T850-T500≥23℃,0～3km風(fēng)切變≥10m·s-1，0℃高度＜4800m，整層比濕積分IQ＞3400。由于冰雹天氣的個(gè)例數(shù)太少，得出的閾值指標(biāo)存在不具代表性的可能。

3.4 樣本檢驗(yàn)

利用總結(jié)出來(lái)的概括率達(dá)80%以上各物理量的閾值，對(duì)2016年的短時(shí)強(qiáng)降雨天氣個(gè)例11個(gè)，冰雹天氣個(gè)例1個(gè)，雷雨大風(fēng)天氣個(gè)例7個(gè)進(jìn)行檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)運(yùn)用滿足7個(gè)及以上指標(biāo)時(shí)即預(yù)報(bào)有：短時(shí)強(qiáng)降雨的準(zhǔn)確率達(dá)到90%；雷雨大風(fēng)準(zhǔn)確率達(dá)到100%；冰雹天氣準(zhǔn)確率達(dá)到100%。由此可見，選取的參數(shù)以及閾值對(duì)梧州市短時(shí)強(qiáng)降水、雷雨大風(fēng)和冰雹的預(yù)報(bào)有一定的指導(dǎo)意義，可以作為日常預(yù)報(bào)的參考依據(jù)。

4 結(jié)論和討論

（1）梧州市強(qiáng)對(duì)流天氣大都發(fā)生在有利的環(huán)流背景下，造成強(qiáng)對(duì)流天氣的天氣系統(tǒng)有500hPa高空槽、500hPa低渦切變線、850hPa切變線、熱帶低壓、低空急流、副熱帶高壓邊沿、東風(fēng)波以及地面冷空氣等。在這些有利的天氣系統(tǒng)影響下，達(dá)到表2的物理量參數(shù)閾值時(shí)，可以作為梧州市強(qiáng)對(duì)流天氣判別的潛勢(shì)預(yù)報(bào)指標(biāo)。

（2）利用不同類型的強(qiáng)對(duì)流天氣探空?qǐng)D具有不同的特征，IQ、H0、0～3km風(fēng)切變和SI指數(shù)等物理量參數(shù)在短時(shí)強(qiáng)降雨、冰雹及短時(shí)雷雨大風(fēng)三種強(qiáng)對(duì)流天氣類型有較明顯的區(qū)別，可以作為判別短時(shí)強(qiáng)降雨、雷雨大風(fēng)和冰雹天氣類型有效的物理量參數(shù)閾值。

（3）Cape對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生有較好指示作用，Cape值越大越有利于強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生，但從實(shí)際數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)上，Cape為0 J·kg-1的次數(shù)也有17次，出現(xiàn)這種情況是由于目前探空觀測(cè)的空間和時(shí)間密度不夠，不能保證觀測(cè)值獲取于強(qiáng)對(duì)流發(fā)生的最佳時(shí)間，需要進(jìn)行訂正使用。

表2 判斷梧州市短時(shí)強(qiáng)降雨、雷雨大風(fēng)和冰雹天氣物理量參數(shù)閾值

（4）文中結(jié)論所用資料時(shí)間長(zhǎng)度較短、樣本有限，需要進(jìn)一步擴(kuò)大資料的時(shí)間長(zhǎng)度，充實(shí)典型天氣個(gè)例，滿足統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果的普遍性。