何鵬程，張可欣，張秀娟

1.濟南市氣象局，山東濟南 250100；2.臨沂市氣象局，山東臨沂 276000；3.濟南市人工影響天氣中心，山東濟南 250100

魯中山區(qū)又稱魯中南山地丘陵區(qū)，面積大約6.5 km2，北部泰山、魯山、沂山構成了魯中山區(qū)的主體，地形陡峭，主峰海拔均在1 400 m以上，南部徂徠山、蒙山在1 000 m以上。該區(qū)西側為魯西北平原，東側以濰河—沭河谷地與魯東丘陵為界，北臨萊州灣，南部為魯南—蘇北平原，山東省3/4以上的山地以近圓形集中于該區(qū)，四周皆為平原，形成一個孤立、典型的中尺度地形，對全省的天氣和氣候有較大影響。曹鋼鋒等[1]研究了山東省各地年平均降水量的分布指出，山東省夏季風盛行東南風，暖濕氣流到達魯中山區(qū)的迎風坡時，受地形抬升作用影響往往雨勢加大。張可欣等[2]利用RegCM模式，采用NOAA的NCEP/DOE再分析資料，進行魯中山區(qū)地形對山東省平均氣溫和降水影響的控制試驗和敏感性試驗，結果表明：魯中山區(qū)地形的作用使魯南，泰山、魯山南部，泰山西北部及五蓮山東南部地區(qū)降水量增加，魯中西部、北部降水減少。

強對流天氣是指出現(xiàn)龍卷、冰雹、雷雨大風、短時強降水等災害性天氣。5月和6月是魯中山區(qū)強對流天氣多發(fā)季節(jié)，也是麥子等農作物成熟的季節(jié)，強對流天氣因其突發(fā)性和局地性強、破壞力大等特點，經常導致農作物倒伏，影響其收割和產量。對中國的冰雹、雷暴大風和短時強降水等對流性天氣的氣候分布特征已有較多的分析。姚莉等[3]基于1991—2005年中國逐時降水資料分析了8 mm/h以下和以上雨強的時空分布特征。陳炯等[4]基于1991—2009年全國876個基本基準氣象站整點逐時降水資料，通過不同時段發(fā)生時次頻率分析，總結了中國暖季（4—9月）短時強降水的時空分布特征。

近年來，國內對雷達氣候學研究方面也取得了一些進展。王俊[5]利用濟南多普勒天氣雷達資料統(tǒng)計分析了2004—2015年148個線狀中尺度對流系統(tǒng)的多普勒雷達回波特征。孫康遠等[6]利用2009—2013年6—9月長時間序列的南京多普勒天氣雷達數(shù)據(jù)識別對流回波并格點化，統(tǒng)計并分析了南京及周邊地區(qū)對流風暴的氣候學分布特征。對魯中山區(qū)特殊地形條件下分析的較少，尤其是對魯中山區(qū)強對流天氣研究更少。因此，本文利用魯中山區(qū)的觀測資料，對強對流天氣進行分類統(tǒng)計，分析了魯中山區(qū)冰雹、雷暴大風、短時強降水3類強對流天氣的時空分布特征，以此為魯中山區(qū)強對流天氣的短時臨近預警及防災減災提供參考依據(jù)。

1 資料和方法

本文采用了山東省氣象信息中心提供的魯中山區(qū)24個國家級氣象觀測站1997—2016 年冰雹、雷暴、大風、降水日資料，2002—2016年逐小時降水資料，以及2006—2016年逐小時風向風速資料。在統(tǒng)計年變化和月變化時，冰雹、雷暴大風采用了1997—2016年歷史資料，短時強降水采用了2002—2016年逐時觀測資料；日變化時只統(tǒng)計了短時強降水和雷暴大風，短時強降水采用2002—2016年逐時觀測資料，雷暴大風采用2006—2016年觀測資料。

強對流日的定義采取以下方案：以20:00為日界，在一天內，魯中山區(qū)24個國家氣象觀測站中有1個站出現(xiàn)1個時次及以上冰雹，即定義該站為1個冰雹日。同理，一天中單站出現(xiàn)1個時次及以上風速≥17.2 m/s，且當天出現(xiàn)雷暴即定義該站為1個雷暴大風日；一天中單站出現(xiàn)1個時次及以上降水量≥20 mm/h，即定義該站為1個短時強降水日。

同時，還采用了2013—2016年4—8月濟南新一代天氣雷達每隔6 min一次觀測的全部基數(shù)據(jù)文件，從每個基數(shù)據(jù)文件中提取出組合反射率，并將每個格點（1 000×1 000）上組合反射率超過35 dBz的次數(shù)進行累加，得到濟南新一代天氣雷達組合反射率超過35 dBz總次數(shù)空間分布。

2 空間分布特征

從魯中山區(qū)地形和各國家氣象觀測站強對流天氣平均每年出現(xiàn)的頻次分布可見，雷暴大風和短時強降水分布大體一致，魯中西偏北濟南一帶為大值區(qū)域，濰坊市附近存在另一個副中心，區(qū)別是短時強降水比雷暴大風更偏西（圖1）。而冰雹的空間分布與以上兩類明顯不同，冰雹的年發(fā)生的頻次在0.3~0.9 d之間，主要集中在0.3~0.4 d之間，在泰安附近頻次較多，最大值為年均0.9 d（圖1b）；雷暴大風出現(xiàn)的年極值為2.7 d，出現(xiàn)在濟南和德州南部，另外魯中山區(qū)東部濰坊一帶出現(xiàn)另一個副中心，年極值為1.5~1.8 d（圖1c）；短時強降雨出現(xiàn)的頻次極值為3.9 d，中心比雷暴大風偏西（圖1d）。

圖1 山東省電子高程數(shù)據(jù)產品（a）和魯中山區(qū)強對流天氣年頻次分布

3 時間分布特征

3.1 年際變化

將魯中山區(qū)24個國家氣象觀測站每年度出現(xiàn)的冰雹、雷暴大風、短時強降水分別累加,然后取24個站的平均值，得到魯中山區(qū)強對流天氣年際變化圖（圖2）。

從冰雹出現(xiàn)的年際變化可以看出，每年最多0.8 d，最少0.1 d，其中1998年、2005年和2010年出現(xiàn)的頻次相對較多，2007年、2009年和2014年相對較少（圖2a）。

雷暴大風出現(xiàn)的年際變化趨勢和冰雹較為一致，最大值出現(xiàn)在2005年（雷暴大風日數(shù)為3 d），2008—2013年波動較小，2014年之后測報業(yè)務體制改革的原因，雷暴日數(shù)為0，因此雷暴大風也統(tǒng)計為0（圖2a和圖2b）。

短時強降水的年變化圖可以看出，短時強降水在2016年最多，達到3.6 d，2004年、2007年、2013年相對較多，而2002年和2014—2015年相對較少（圖2c）。

圖2 魯中山區(qū)強對流天氣的年變化

3.2 月變化

將魯中山區(qū)24個國家氣象觀測站所有站，出現(xiàn)的冰雹、雷暴大風、短時強降水分別按月累加，再除以年數(shù)和站點數(shù)，得到魯中山區(qū)強對流天氣月變化圖（圖3）。

從冰雹出現(xiàn)的月變化可以看出，5—6月為冰雹盛行月，以6月最多，年均0.12 d（圖3a）。此時期冷暖空氣交替頻繁，加上魯中山區(qū)的地形作用，極易形成冰雹等強對流天氣。而7—8月盛夏期間，魯中山區(qū)也有冰雹出現(xiàn)，但是相對4—6月少很多。

雷暴大風盛行月為4—8月，最多為6月0.28 d，4月 為 第2個 峰 值（圖3b）。由于2014年后沒有雷暴記錄，平均到每個月的數(shù)值要偏小。與冰雹和雷暴大風相比，短時強降水的盛行月時間跨度明顯偏長，有5個月，冰雹集中在5月和6月，短時強降水集中在7月和8月。主要原因是產生雷暴大風的天氣系統(tǒng)，無論是引導冷空氣東移南下的高空冷渦、低槽冷鋒等北支天氣系統(tǒng)，還是北抬的切變線、倒槽等南支天氣系統(tǒng)，極易在魯中山區(qū)產生雷暴大風天氣。

短時強降水集中出現(xiàn)在7月和8月，其中7月最多，達到1.3 d，5月偶有出現(xiàn)，其他月份基本沒有短時強降水出現(xiàn)（圖3c）。與冰雹相比，短時強降水要拖后兩個月。主要原因在于影響冰雹和短時強降水的主要天氣系統(tǒng)有區(qū)別，產生冰雹的天氣系統(tǒng)以高空冷渦、低槽冷鋒等天氣系統(tǒng)為主，而短時強降水以北抬的切變線、倒槽天氣系統(tǒng)為主。

圖3 魯中山區(qū)強對流天氣的月變化

3.3 日變化

利用魯中山區(qū)24個國家氣象觀測站逐時降水（2002年1月1日開始）、逐時大風（從2006年1月1日開始）和雷暴資料，統(tǒng)計出了平均每年、單站短時強降水和雷暴大風的日變化。短時強降水的日變化呈雙峰特征。其中，主峰發(fā)生在強降水發(fā)生的時間多在14:00~21:00，次峰出現(xiàn)在06:00前后；08:00~13:00是最不活躍時段。

雷暴大風的日變化和短時強降水主峰發(fā)生的時間類似，18:00前后達到峰值0.21次。不同之處是雷暴大風主峰持續(xù)的時間相對短時強降水要短，峰更為明顯。短時強降水和雷暴大風的主峰值一致的原因可能在于：午后到傍晚更容易發(fā)生熱對流，同時短時強降水發(fā)生的時間一般比雷暴大風長。另外，雷暴大風在01:00~03:00和08:00有2個次峰發(fā)生。

4 雷達統(tǒng)計特征

從圖4可以看出，大值區(qū)（中心值超過3萬次）主要位于黃河以南、魯中山區(qū)西北部一線，中心正好位于泰山山脈西北部。副中心位于魯山附近，相對弱的多。另外，在雷達半徑50 km以內，有向外輻射狀的大值區(qū)，可能是雷達對其附近的觀測，捕捉到的強對流信息比遠處更多。

圖4 濟南雷達組合反射率超過 35 dBz 總次數(shù)分布圖

5 結論

（1）空間分布特征：雷暴大風和短時強降水分布大體一致，濟南一帶為大值區(qū)域，濰坊市附近存在另一個副中心，區(qū)別是短時強降水比雷暴大風更偏西。而冰雹的空間分布與以上兩類明顯不同，在泰安市附近發(fā)生的頻次較多，最大值為年均0.9 d。

（2）年際變化：冰雹1998年、2005年和2010年出現(xiàn)頻次相對較多，2007、2009年和2014年年相對較少；雷暴大風的年際變化趨勢和冰雹較為一致，最大值為每年3 d；短時強降水在2016年最多，達到3.6 d，2004年、2007年、2013年 相 對 較 多，2002年 和2014—2015年相對較少。

（3）月變化：春季4—6月為冰雹盛行月，以6月最多，年均0.12 d；雷暴大風和冰雹相對較為一致，區(qū)別在于雷暴大風比冰雹出現(xiàn)的時間更早，在4月出現(xiàn)了0.24 d的第2個峰值；短時強降水集中出現(xiàn)在6月、7月和8月，其中7月最大達到1.3 d。

（4）日變化：強降水發(fā)生的時間多在6:00前后和14:00到前半夜這段時間，08:00~13:00是最不活躍時段；雷暴大風08:00前后有一峰值，10:00~13:00為最不活躍時段，14:00開始增多，18:00出現(xiàn)的頻率達到峰值0.21次，前半夜維持較高次數(shù)，下半夜有所減少。

（5）新一代天氣雷達組合反射率產品可以更精準地體現(xiàn)出強對流發(fā)生的氣候情況，濟南新一代天氣雷達組合反射率超過35 dBz總次數(shù)大值區(qū)主要位于黃河以南、魯中山區(qū)西北部一線，中心正好位于泰山山脈西北部。