趙海軍，潘玲，毛子卿

摘要：基于常規(guī)氣象觀測資料和探空資料，對2007—2019年山東省123個國家級地面氣象觀測站觀測到的持續(xù)性短時強降水發(fā)生特征、環(huán)流形勢和環(huán)境參數(shù)進(jìn)行分析。結(jié)論如下：（1）期間共有81個站點在78個降水日內(nèi)發(fā)生144站次持續(xù)性短時強降水，魯東南地區(qū)發(fā)生次數(shù)和發(fā)生站點比例均明顯高于其他區(qū)域；降水集中在6月下旬至8月下旬，又以8月上旬至中旬最多。（2）天氣過程主要發(fā)生在低層絕對濕度和相對濕度高、抬升凝結(jié)高度低、暖云層厚的條件性不穩(wěn)定環(huán)境下。（3）準(zhǔn)正壓類和低層暖平流強迫類探空溫濕廓線近似平行，對流有效位能中等、垂直風(fēng)切變偏弱，低層暖濕平流是大氣層結(jié)不穩(wěn)定建立或維持的主導(dǎo)者；斜壓鋒生類和高空冷平流強迫類探空溫濕廓線呈“V”形，低層偏濕、中層偏干，對流有效位能較弱、垂直風(fēng)切變中等，冷暖平流對于大氣層結(jié)不穩(wěn)定的作用均較顯著。

關(guān)鍵詞：短時強降水；持續(xù)性；環(huán)境參數(shù)；水汽；不穩(wěn)定

中圖分類號：P426.6? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號：2096-3599（2023）01-0001-00

DOI：10.19513/j.cnki.issn2096-3599.2023.01.005

Analysis on characteristics of physical quantity of persistent short-time severe rainfall in Shandong

ZHAO Haijun1，2， PAN Ling3， MAO Ziqing4

（1. Key Laboratory for Meteorological Disaster Prevention and Mitigation of Shandong， Jinan 250031， China; 2. Linyi Meteorological Bureau， Linyi 276004， China; 3. Rizhao Meteorological Bureau， Rizhao 276800， China; 4. Kashgar Meteorological Bureau， Kashgar 844000， China）

Abstract： Based on conventional meteorological observation data and sounding data， the characteristics， circulations， and environmental parameters of short-time persistent severe rainfall at 123 national meteorological stations in Shandong from 2007 to 2019 are analyzed. The results are as follows. （1） There are 144 times of short-time persistent severe rainfall processes at 81 stations on 78 precipitation days， and the frequency and proportion of stations of precipitation in the southeast of Shandong Province are significantly higher than those in other regions. The majority of precipitation occurs from late June to late August， and the most is from early to mid-August. （2） The synoptic processes mainly occur in conditional instability with high absolute humidity and high relative humidity in the low level， low lifting condensation level， and thick warm cloud. （3） For quasi-barotropic category and low-level warm advection forcing category， their temperature and humidity profiles are approximately parallel， convective available potential energy is moderate， vertical wind shear is weak， and low-level warm and moist advection plays an important role in the establishment and maintenance of unstable stratification. For baroclinic frontogenesis category and upper cold advection forcing category， both of the temperature and humidity profiles present a “V” shape， the lower layer is humid， the middle layer is dry， convective available potential energy is weak， vertical wind shear is moderate， and both cold advection and warm advection are significant to unstable environment.

Keywords： short-time severe rainfall; persistent; environmental parameter; water vapor; unstable

引言

隨著氣候變暖，強對流災(zāi)害性天氣呈頻發(fā)趨勢，短時強降水和暴雨引發(fā)的次生災(zāi)害成為我國最主要的氣象災(zāi)害之一，當(dāng)降水強度強或持續(xù)時間較長時則可能導(dǎo)致內(nèi)澇，甚至引發(fā)山體滑坡、泥石流、山洪等次生災(zāi)害[1-3]。研究發(fā)現(xiàn)短時強降水等中尺度對流性天氣是在有利的大尺度環(huán)流背景中，由多尺度天氣系統(tǒng)相互作用形成的中小尺度系統(tǒng)造成的，一次短時強降水過程往往有多個中尺度雨團(tuán)活動，具有生命史短、空間范圍小，但天氣變化劇烈的特征[4-8]。

20世紀(jì)70年代，美國風(fēng)暴預(yù)報中心歸納總結(jié)出包括天氣型識別和物理參數(shù)診斷的強對流天氣識別分類，Doswell等[9]在此基礎(chǔ)上研究給出了基于診斷對流3個條件的配料法暴洪預(yù)報方法，俞小鼎[10]詳細(xì)介紹了配料法的相關(guān)研究進(jìn)展和應(yīng)用前景。國家氣象中心在基于配料法構(gòu)建的暴雨落區(qū)預(yù)報方法基礎(chǔ)上，制定了國家級強對流天氣環(huán)境場條件分析技術(shù)路線，我國天氣預(yù)報實現(xiàn)了從大尺度分析向大尺度與中尺度分析并重的轉(zhuǎn)變擴展思路[11-12]。近10 a有許多利用常規(guī)探空資料和中尺度模式產(chǎn)品構(gòu)建的短時強降水預(yù)報模型，在不同地區(qū)特殊地形環(huán)境和氣候背景下，其物理量特征也具有一定差異[13-17]。

近年來，山東多次發(fā)生持續(xù)性短時強降水事件。2009年8月18日00：00—03：00（北京時，下同）臨沂費縣3 h雨量達(dá)242.2 mm；2011年7月25日18：00—21：00威海乳山3 h雨量達(dá)249.5 mm；2012年9月21日，青島膠南持續(xù)8 h出現(xiàn)短時強降水天氣，累計雨量為342.5 mm。上述天氣過程連續(xù)數(shù)小時發(fā)生短時強降水，降水強度大、致災(zāi)性強，造成人口密集地區(qū)特別是低洼地區(qū)嚴(yán)重人員傷亡和財產(chǎn)損失，該類過程普遍具有中小尺度對流系統(tǒng)不斷傳播發(fā)展的特征，預(yù)報預(yù)警難度較大[18-20]，類似的持續(xù)性降水事件始終是預(yù)報工作中的難點和重點。關(guān)于山東的短時強降水有大量研究，侯淑梅等[21]構(gòu)建了山東省極端強降水天氣概念模型，張永婧等[22]對濟(jì)南市區(qū)短時強降水進(jìn)行了天氣學(xué)分型，相關(guān)研究多為區(qū)域性或大范圍短時強降水天氣，又或是極端性事件個例分析[23-26]，然而對持續(xù)性短時強降水過程的總結(jié)性分析甚少，因此有必要加強持續(xù)性短時強降水天氣發(fā)生發(fā)展機理研究。本文利用常規(guī)觀測資料，以“配料法”思想為基礎(chǔ)，分類診斷持續(xù)性短時強降水過程的環(huán)流形勢、探空形態(tài)和相關(guān)物理量閾值，以期為氣候變暖背景下持續(xù)性短時強降水天氣的預(yù)報預(yù)警和發(fā)生機理研究提供參考。

1 使用資料與方法

1.1 持續(xù)性短時強降水統(tǒng)計

為確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確且觀測方式統(tǒng)一，選用國家氣象信息中心提供的2007—2019年山東省123個國家級地面氣象觀測站逐時整點資料，如某站點持續(xù)3 h或以上均達(dá)到短時強降水（小時雨量R≥20 mm），記錄為1站次持續(xù)性短時強降水天氣。

1.2 物理量統(tǒng)計方案

選用過程發(fā)生前的最近一次探空觀測數(shù)據(jù)分析天氣形勢場特征。因探空觀測時、空分辨率相對較低，綜合考慮高、低層主要影響系統(tǒng)及站點發(fā)生區(qū)域與探空站之間的相對位置，選取代表性探空觀測數(shù)據(jù)分析探空和相關(guān)物理量特征。

2 持續(xù)性短時強降水發(fā)生規(guī)律

2007—2019年山東省123個國家級地面氣象觀測站共有695個短時強降水日（08：00—次日08：00），期間發(fā)生6 257站次短時強降水天氣[25]。123個站的短時強降水最長持續(xù)時間均達(dá)到2 h或以上，共81個站出現(xiàn)144站次持續(xù)性短時強降水。魯東南、半島、魯西南、魯中和魯西北地區(qū)發(fā)生持續(xù)性短時強降水站點的比例分別為84.2%、66.7%、63.2%、61.5%和60%，魯東南地區(qū)發(fā)生次數(shù)和發(fā)生站點比例均高于其他區(qū)域。具體到站點，棗莊發(fā)生頻次最高達(dá)5次，蘭陵、聊城4次，發(fā)生3次和2次的站點分別有13個和27個；144站次中，僅7次持續(xù)5 h及以上，另有27次持續(xù)4 h（圖1）；持續(xù)最久的發(fā)生在2012年9月21日，膠南持續(xù)時間最長，達(dá)8 h，其次為2018年8月19日廣饒和2019年8月10日臨朐均達(dá)7 h。

695個短時強降水日中共有78個持續(xù)性短時強降水日（占比約11%），49次為單站發(fā)生，2站次和3站次分別發(fā)生14次和9次，4站次及以上僅6次。站次最多的過程為2019年8月10日臺風(fēng)“利奇馬”導(dǎo)致12站次持續(xù)性短時強降水，其次為2018年8月19日臺風(fēng)“溫比亞”造成9站次持續(xù)性短時強降水。

持續(xù)性短時強降水過程集中發(fā)生在6月下旬至8月下旬，占總次數(shù)的93.8%，其中8月上旬至中旬占總次數(shù)的44.4%（圖2）。6月下旬前僅5月上旬發(fā)生2次，分別為2011年5月9日平邑和2014年5月10日膠南。8月下旬后發(fā)生頻次明顯減少，最晚發(fā)生在2013年9月23日莒南。

3 天氣學(xué)類型和主要物理量特征

天氣系統(tǒng)的演變和環(huán)境參數(shù)的配置對強對流中尺度系統(tǒng)的發(fā)生、發(fā)展起到制約和影響的作用，因而分析天氣系統(tǒng)配置是做好強對流天氣潛勢預(yù)報的前提。參考孫繼松等[27]在2014年基于強對流天氣熱力學(xué)、動力學(xué)結(jié)構(gòu)特征對我國對流天氣形勢背景的劃分方法，將山東省持續(xù)性短時強降水過程劃分為高空冷平流強迫類、低層暖平流強迫類、斜壓鋒生類和準(zhǔn)正壓類。

3.1天氣學(xué)類型

在78次持續(xù)性短時強降水過程中，32次為準(zhǔn)正壓類，23次為低層暖平流強迫類，17次為斜壓鋒生類，高空冷平流強迫類僅6次（表1）。不同天氣背景下持續(xù)性過程通常也具有一定差異，如：2007年7月18日，強冷空氣進(jìn)入熱低壓導(dǎo)致明顯鋒生，造成魯西北、魯西南和魯中地區(qū)半數(shù)以上臺站出現(xiàn)短時強降水；2012年9月21日，魯東南沿海地區(qū)受西太平洋副熱帶高壓（簡稱“副高”）邊緣低層暖濕氣流影響，在雷暴出流和海風(fēng)鋒相互作用下形成一條東北—西南走向的狹長線狀對流系統(tǒng)，膠南持續(xù)8 h出現(xiàn)短時強降水。

3.2典型形勢特征與探空形態(tài)

基于上述分類，使用合成探空觀測資料來對比分析天氣形勢特征（將2007—2009年成山頭站資料并入榮成站，以榮成站位置插值計算和顯示，其他不變），選取代表性探空站觀測數(shù)據(jù)分析探空和物理量特征（表2）。由于地形影響及過程差異，多站次探空起點氣壓低于1 000 hPa，因此統(tǒng)一從925 hPa抬升。

準(zhǔn)正壓類：與副高邊緣的短波槽、輻合線、東風(fēng)波、熱帶氣旋本體或遠(yuǎn)距離影響有關(guān)，熱力不穩(wěn)定主要與副高邊緣暖濕平流的維持有關(guān)[27]。合成場上500 hPa華北短波槽較淺，風(fēng)與等溫線近似平行，溫度平流弱，山東位于584～586 dagpm等位勢線之間（圖3a）。中低層受副高邊緣偏南氣流影響增暖增濕（圖3b）。探空溫濕廓線近似平行、中低層為顯著濕層，弱對流抑制和中等水平對流有效位能，風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)，深層垂直風(fēng)切變?nèi)酰▓D3c）。

低層暖平流強迫類：與副高邊緣的西風(fēng)槽、低渦切變線、地面低壓或倒槽有關(guān)，高層為弱干冷平流甚至弱暖平流，熱力不穩(wěn)定主要與上下層之間的溫、濕度差動平流有關(guān)[27]。合成場上500 hPa處于副高西北側(cè)短波槽前西到西南氣流區(qū)，584 dagpm和582 dagpm線穿過山東南北兩側(cè)（圖3d）。850 hPa顯著濕區(qū)自南海伸向山東，暖濕平流發(fā)展強烈（圖3e）。探空溫濕廓線形態(tài)與準(zhǔn)正壓類接近，區(qū)別在于該類低層風(fēng)場中以南風(fēng)為主，準(zhǔn)正壓類東風(fēng)分量明顯（圖3f）。

斜壓鋒生類：與鋒面、氣旋波、中低層切變線或低渦活動有關(guān)，中低層冷暖空氣強烈交匯，伴有明顯溫度鋒區(qū)和鋒生過程，地面有明顯的冷鋒或氣旋活動，不穩(wěn)定與斜壓鋒生和動力強迫有關(guān)[27]。合成場顯示500 hPa山東處于580～584 dagpm等位勢線之間，華北低槽較深，位勢梯度較前兩類偏強（圖3g）。低層為輻合風(fēng)場（具體過程為切變線或低渦）且溫度露點差較其他3類低，中西部地區(qū)普遍低于3 ℃（圖3h）。探空溫濕廓線呈“V”形，即低層濕而中高層顯著偏干，露點曲線與溫度曲線隨高度明顯拉開距離；925～700 hPa風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)，中層風(fēng)隨高度略有逆轉(zhuǎn)，在4類過程中，對流有效位能偏弱、垂直風(fēng)切變偏強（圖3i）。

高空冷平流強迫類：受500 hPa槽后西北氣流或冷渦影響，干冷平流明顯，低空伴有切變線或輻合線，熱力不穩(wěn)定主要與低層暖平流和中高層顯著的干冷平流有關(guān)[27]。合成場上500 hPa山東位于深厚低槽底部578～582 dagpm等位勢線之間，冷空氣已壓至河北，即將影響山東（圖3j）。在4類過程中等壓面高度最低且風(fēng)與等溫線交角最大，中高層干冷平流顯著；低層位于切變線和偏南氣流風(fēng)速輻合區(qū)一側(cè)，濕舌伸至徐州，山東將逐漸增濕（圖3k）。探空溫濕廓線形態(tài)與斜壓鋒生類接近，區(qū)別在中高層干冷平流較強，深層垂直風(fēng)切變?yōu)?類中最強（圖3l）。

以下為各類型典型個例，4次過程與對應(yīng)類型的主要特征相符，一些特征較合成場更為顯著，篇幅所限此處不再具體分析。2018年8月18—19日受臺風(fēng)“溫比亞”影響，山東中部和南部共12站發(fā)生持續(xù)性短時強降水；2010年7月18日受副高邊緣低空急流影響，魯西南出現(xiàn)區(qū)域性暴雨，魚臺發(fā)生持續(xù)性短時強降水；2013年9月23日受低槽冷鋒影響，魯東南地區(qū)出現(xiàn)強降水，莒南發(fā)生持續(xù)性短時強降水；2014年7月14日高空槽后干冷平流導(dǎo)致對流性不穩(wěn)定增長，蘭陵出現(xiàn)持續(xù)性短時強降水（圖4）。

在前述分析基礎(chǔ)上對比位溫垂直廓線，4類過程925～700 hPa全部滿足假相當(dāng)位溫和飽和假相當(dāng)位溫隨高度遞減，為條件性不穩(wěn)定，925～700 hPa和850～700 hPa的假相當(dāng)位溫差分別超過8 ℃和5 ℃；700～500 hPa準(zhǔn)正壓類和高空冷平流強迫類的飽和假相當(dāng)位溫隨高度幾乎不變，另兩類隨高度遞減；準(zhǔn)正壓類的假相當(dāng)位溫隨高度幾乎不變，為中性層結(jié)，其他3類假相當(dāng)位溫隨高度遞減，低層暖平流強迫類和斜壓鋒生類為條件性不穩(wěn)定；高空冷平流強迫類可能是條件性不穩(wěn)定，也可能是對流性不穩(wěn)定。準(zhǔn)正壓類和低層暖平流強迫類的熱力不穩(wěn)定主要依賴低層暖濕平流，斜壓鋒生類和高空冷平流強迫類的熱力不穩(wěn)定由低層暖濕平流和中高層干冷平流兩部分造成，在中層中，干冷平流強迫作用更明顯（圖5）。

探空代表站的選取綜合考慮了天氣發(fā)生區(qū)域和站點相對位置，對相同代表站進(jìn)行合成，以代表和對比分析不同區(qū)域或站點的探空特征。4站較為一致的特征包括飽和濕層至少伸至700 hPa、對流有效位能呈狹長形態(tài)、對流抑制較弱和深層垂直風(fēng)切變?nèi)趸蛑械绕醯奶攸c。內(nèi)陸站點（徐州、章丘）和近海站點（青島、榮成）有各自區(qū)域特征：內(nèi)陸站點對流有效位能和對流高度高于近海站點，中層更干；近海站點露點曲線與溫度曲線更靠近，青島站對流有效位能和中層飽和程度高于榮成站（圖6）。

3.3 物理量特征

基于代表性探空觀測資料，從短時強降水的形成機制和實際業(yè)務(wù)中潛勢預(yù)報分析出發(fā)，對水汽、熱力、動力、穩(wěn)定度和影響對流結(jié)構(gòu)等相關(guān)物理量特征進(jìn)行對比分析，考慮業(yè)務(wù)應(yīng)用實際，統(tǒng)計歸類時數(shù)據(jù)全部四舍五入取整。

3.3.1 溫濕環(huán)境參數(shù)特征

結(jié)合觀測數(shù)據(jù)、溫度對數(shù)壓力圖和位溫垂直廓線圖對比分析溫濕相關(guān)環(huán)境參數(shù)特征，全部個例表現(xiàn)出大氣低層絕對濕度和相對濕度均較高，中低層溫度露點差集中在2～4 ℃，850～700 hPa露點差約為2 ℃，850～500 hPa溫差為23～24 ℃，大氣溫度垂直遞減率低于6 ℃·km-1，中低層的飽和假相當(dāng)位溫比位溫明顯接近假相當(dāng)位溫，925～700 hPa假相當(dāng)位溫隨高度迅速下降，表明低層水汽豐富且在不穩(wěn)定建立或維持中的貢獻(xiàn)明顯。4類過程的差異主要體現(xiàn)為準(zhǔn)正壓類和低層暖平流強迫類過程的低層溫度、露點略高，而高空冷平流強迫類略低，斜壓鋒生類低層水汽飽和程度略高。

3.3.2 風(fēng)速垂直分布特征

參考溫度對數(shù)壓力圖中的風(fēng)垂直分布并計算各層風(fēng)速百分位數(shù)，全部個例925～500 hPa高度的風(fēng)速均值和中位數(shù)均介于8～12 m·s-1。準(zhǔn)正壓類風(fēng)速隨高度變化較小，其低層風(fēng)速較大，與包含10次熱帶氣旋過程有關(guān)。低層暖平流強迫類和斜壓鋒生類風(fēng)速隨高度增加，其中斜壓鋒生類850 hPa的風(fēng)速范圍較廣且850～500 hPa風(fēng)速差最顯著，與鋒面或溫帶氣旋影響有關(guān)。高空冷平流強迫類高層風(fēng)速明顯大于低層風(fēng)速，中低層風(fēng)速范圍和低層暖平流強迫類均較為集中。

3.3.3 特殊高度特征

全部個例的抬升凝結(jié)高度75%分位數(shù)低于0.8 km，準(zhǔn)正壓類和低層暖平流強迫類明顯偏低，斜壓鋒生類范圍較廣，這3類過程的中位數(shù)均低于0.4 km，高空冷平流強迫類較前3類更高，中位數(shù)約為0.9 km（圖7a）。準(zhǔn)正壓類和低層暖平流強迫類的暖云層厚度集中在4.5～5.0 km，斜壓鋒生類集中在4.2～4.8 km，高空冷平流強迫類的暖云層厚度相對偏薄（圖7b）。

3.3.4 各類穩(wěn)定度指數(shù)

分析與短時強降水相對密切的4個常用穩(wěn)定度指數(shù)，總指數(shù)、K指數(shù)、抬升指數(shù)和條件性穩(wěn)定度指數(shù)在各類過程中至少有50%以上的相關(guān)指數(shù)呈現(xiàn)較一致閾值范圍，分別集中在41～46 ℃、34～40 ℃、-5～0 ℃和-15～-2 ℃。大部分過程發(fā)生在條件性不穩(wěn)定環(huán)境中（圖8）。

3.3.5 影響對流結(jié)構(gòu)的主要因子

在中尺度對流活動中，熱力不穩(wěn)定、動力不穩(wěn)定、水汽以及啟動機制決定了對流發(fā)展程度及天氣現(xiàn)象；對流有效位能和對流抑制是物理意義明確的熱力不穩(wěn)定參量，能綜合判斷對流觸發(fā)前低層能量積聚和對流發(fā)展情況，垂直風(fēng)切變很大程度上影響風(fēng)暴組織結(jié)構(gòu)，短時強降水對水汽條件要求更高，3.3.1節(jié)已分析分層水汽，此處引入整層比濕積分[27]。

基于常規(guī)探空統(tǒng)計的對流有效位能中位數(shù)為392 J·kg-1，均值為998 J·kg-1，半數(shù)過程發(fā)生在對流有效位能較低的環(huán)境中，也有25%的過程發(fā)生在超過1 800 J·kg-1的相對高能環(huán)境中；絕大多數(shù)過程發(fā)生在對流抑制非常低的環(huán)境中，其中75%以上的過程對流抑制能低于120 J·kg-1。準(zhǔn)正壓類和低層暖平流強迫類表現(xiàn)出相對偏強的對流有效位能和更弱的對流抑制環(huán)境；斜壓鋒生類過程的對流有效位能與前兩類相比略弱，而對流抑制偏強；高空冷平流強迫類對流抑制整體較前3類偏強，5次對流有效位能低于300 J·kg-1，僅2016年6月23日受高空冷渦影響時，對流有效位能高達(dá)2 876 J·kg-1（圖9a、b）。

準(zhǔn)正壓類和低層暖平流強迫類過程的整層比濕積分多數(shù)在5 500 g·m-2以上，斜壓鋒生類過程多數(shù)超過5 000 g·m-2，高空冷平流強迫類過程低于5 000 g·m-2。全部個例均發(fā)生在中等或偏弱的0～6 km垂直風(fēng)切變環(huán)境下，其中準(zhǔn)正壓類和低層暖平流強迫類過程多數(shù)發(fā)生在0～6 km垂直風(fēng)切變?yōu)?.4×10-3～0.9×10-3 s-1的環(huán)境中，斜壓鋒生類和高空冷平流強迫類過程表現(xiàn)為相對略高的環(huán)境，數(shù)值為0.6×10-3～1.3×10-3 s-1（圖9c、d）。

上述基于天氣形勢、溫度對數(shù)壓力圖、位溫廓線圖、影響對流的相關(guān)因子和參數(shù)分別給出的分析內(nèi)容具有很高的關(guān)聯(lián)性或者一定程度上是一致的。山東省持續(xù)性短時強降水正是發(fā)生在低層絕對濕度和相對濕度較高、風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)且風(fēng)垂直切變?yōu)槿趸蛑械绕?、對流有效位能中等或中等偏弱、對流抑制和抬升凝結(jié)高度較低且暖云層厚的條件性不穩(wěn)定環(huán)境下，具有高的降水效率[27]。結(jié)合發(fā)生環(huán)境和影響對流結(jié)構(gòu)的主要因子，準(zhǔn)正壓類發(fā)生在副高邊緣弱斜壓性區(qū)域，副熱帶或熱帶系統(tǒng)沿副高邊緣輸送暖濕平流，低層高溫高濕是導(dǎo)致不穩(wěn)定的主要原因，降水回波為熱帶降水型，臺風(fēng)影響時為螺旋雨帶形態(tài)，其他系統(tǒng)影響時回波生消較快、局地強度大；低層暖平流強迫類發(fā)生在700 hPa以下持續(xù)發(fā)展的暖濕平流中，有利于不穩(wěn)定增長和水汽輸送，降水回波一般為移速偏慢、質(zhì)心偏低的熱帶降水型；斜壓鋒生類發(fā)生在中低層冷暖空氣強烈交匯斜壓鋒生的環(huán)境下，低層暖平流和中高層冷平流共同作用導(dǎo)致不穩(wěn)定層結(jié)的建立，降水回波呈現(xiàn)熱帶降水與大陸強對流降水混合形態(tài)；高空冷平流強迫類發(fā)生在中高層干冷空氣疊加在低層暖濕氣流之上的環(huán)境下，高空干冷平流是導(dǎo)致不穩(wěn)定的主要原因，降水回波一般為移速偏快、質(zhì)心偏高的大陸強對流型。

4 結(jié)論與討論

基于常規(guī)氣象觀測資料對山東省123個國家級地面氣象觀測站2007—2019年持續(xù)性短時強降水發(fā)生特征進(jìn)行研究，基于對流性不穩(wěn)定將山東省持續(xù)性短時強降水過程的天氣形勢背景劃分為4類，對比分析環(huán)流形勢、探空形態(tài)和環(huán)境參數(shù)特征，結(jié)論初步如下：

（1）2007—2019年山東省123個國家級地面氣象觀測站中共有81個站點在78個降水日內(nèi)累計出現(xiàn)144站次持續(xù)性短時強降水，49個降水日為單站發(fā)生，持續(xù)時間多數(shù)為3～4 h。魯東南地區(qū)發(fā)生次數(shù)和站點比例均明顯高于其他區(qū)域。持續(xù)性短時強降水過程集中在6月下旬至8月下旬，占總發(fā)生次數(shù)的93.8%，8月上旬至中旬占44.4%。

（2）4類過程相似特征：低層絕對濕度和相對濕度高（925、850和700 hPa露點分別達(dá)19、16、6 ℃且溫度露點差不大于3～4 ℃），抬升凝結(jié)高度低（h≤1 km），暖云層厚（h暖云≥3.5 km），狹長形態(tài)的中等或偏弱對流有效位能（300～2 000 J·kg-1），對流抑制弱（不超過120 J·kg-1），深層風(fēng)垂直切變?nèi)趸蛑械绕酰ㄐ∮诨虻扔?0-3 s-1）；不穩(wěn)定的建立或維持更依賴于上下層之間溫、濕度差動平流，925～700 hPa和850～700 hPa假相當(dāng)位溫差分別超過8 ℃和5 ℃；總指數(shù)、K指數(shù)、抬升指數(shù)和條件性穩(wěn)定度指數(shù)較一致，分別集中在41～46、34～40、-5～0和-15～-2 ℃。

（3）4類平均場特征：準(zhǔn)正壓類500 hPa短波槽較淺，山東位于584～586 dagpm線之間；低層暖平流強迫類山東位于500 hPa短波槽前與副高之間，584 dagpm和582 dagpm線穿過南北兩側(cè)；斜壓鋒生類500 hPa山東處于580～584 dagpm線之間較深低槽前部，中低層冷暖空氣強烈交匯；高空冷平流強迫類山東位于深厚低槽底部578～582 dagpm線之間，中高層干冷平流明顯。

（4）準(zhǔn)正壓類和低層暖平流強迫類持續(xù)性短時強降水過程分別發(fā)生32次和23次，探空溫濕廓線形態(tài)較相似，溫度曲線和露點曲線近似平行，呈中等水平的對流有效位能和弱垂直風(fēng)切變，條件性不穩(wěn)定層結(jié)主要位于700 hPa以下，依賴低層暖濕平流作用；區(qū)別是在中層準(zhǔn)正壓類為中性層結(jié)，低層暖平流強迫類為弱不穩(wěn)定。斜壓鋒生類和高空冷平流強迫類過程分別發(fā)生17次和6次，探空溫濕廓線形態(tài)均為“V”形，低層偏濕中層偏干，弱的對流有效位能和中等水平的垂直風(fēng)切變；低層到中層均為不穩(wěn)定層，斜壓鋒生類不穩(wěn)定形成與斜壓鋒生和動力強迫有關(guān)，高空冷平流強迫類主要依賴高空干冷平流強迫作用。

持續(xù)性短時強降水過程主要由中小尺度系統(tǒng)產(chǎn)生，建議強化探空形態(tài)和物理量參數(shù)交互綜合分析，提升潛勢分析和監(jiān)測預(yù)警能力。此外，本文選用國家級地面氣象觀測站的整點雨量資料，存在部分非整點且持續(xù)3 h發(fā)生短時強降水的過程未統(tǒng)計在內(nèi)，后續(xù)研究中將選用經(jīng)質(zhì)量控制的分鐘級且包括區(qū)域雨量站的過程，其代表性可能會進(jìn)一步提升。

參考文獻(xiàn)：

[1] 翟盤茂，王翠翠，李威.極端降水事件變化的觀測研究[J].氣候變化研究進(jìn)展，2007，3（3）：144-148.

[2] 陳炯，鄭永光，張小玲，等.中國暖季短時強降水分布和日變化特征及其與中尺度對流系統(tǒng)日變化關(guān)系分析[J].氣象學(xué)報，2013，71（3）：367-382.

[3] 李建，宇如聰，孫溦.從小時尺度考察中國中東部極端降水的持續(xù)性和季節(jié)特征[J].氣象學(xué)報，2013，71（4）：652-659.

[4] 俞小鼎，周小剛，王秀明.雷暴與強對流臨近天氣預(yù)報技術(shù)進(jìn)展[J].氣象學(xué)報，2012，70（3）：311-337.

[5] 何立富，周慶亮，諶蕓，等.國家級強對流潛勢預(yù)報業(yè)務(wù)進(jìn)展與檢驗評估[J].氣象，2011，37（7）：777-784.

[6] 王秀明，俞小鼎，周小剛.雷暴潛勢預(yù)報中幾個基本問題的討論[J].氣象， 2014，40（4）：389-399.

[7] 孫繼松，雷蕾，于波，等.近10年北京地區(qū)極端暴雨事件的基本特征[J].氣象學(xué)報，2015，73（4）：609-623.

[8] 趙海軍，李柏，潘玲，等.暴雨過程中逆風(fēng)區(qū)特征及應(yīng)用判據(jù)研究[J].海洋氣象學(xué)報，2019，39（2）：126-133.

[9] DOSWELL C A Ⅲ， BROOKS H E， MADDOX R A. Flash flood forecasting： an ingredients-based methodology[J]. Wea Forecasting，1996，11（4）：560-581.

[10] 俞小鼎.基于構(gòu)成要素的預(yù)報方法：配料法[J].氣象，2011，37（8）：913-918.

[11] 張小玲，諶蕓，張濤，等.對流天氣預(yù)報中的環(huán)境場條件分析[J].氣象學(xué)報，2012，70（4）：642-654.

[12] 張小玲，陶詩言，孫建華.基于“配料”的暴雨預(yù)報[J].大氣科學(xué)，2010，34（4）：754-766.

[13] 孫繼松，陶祖鈺.強對流天氣分析與預(yù)報中的若干基本問題[J].氣象，2012，38（2）：164-173.

[14] 沈澄，孫燕，魏曉奕，等.基于物理量參數(shù)的江蘇短時強降水預(yù)報模型的研究[J].氣象，2016，42（5）：557-566.

[15] 何鈺，陳小華，楊素雨，等.基于“配料法”的云南短時強降水預(yù)報概念模型建立[J].氣象，2018，44（12）：1542-1554.

[16] 曾明劍，王桂臣，吳海英，等.基于中尺度數(shù)值模式的分類強對流天氣預(yù)報方法研究[J].氣象學(xué)報，2015，73（5）：868-882.

[17] 韓豐，楊璐，周楚炫，等.基于探空數(shù)據(jù)集成學(xué)習(xí)的短時強降水預(yù)報試驗[J].應(yīng)用氣象學(xué)報，2021，32（2）：188-199.

[18] 高留喜，李靜，劉暢，等.山東省短時極端強降水研究[J].氣象科技，2014，42（3）：482-487.

[19] 趙海軍，曹潔，潘玲，等.2007—2019年山東省短時強降水時空分布特征[J].海洋氣象學(xué)報，2021，41（2）：149-155.

[20] 侯淑梅，孫敬文，孫鵬程，等.基于加密自動氣象觀測站和國家氣象觀測站的山東省極端短時強降水時空分布特征的對比分析[J].氣象，2020，46（2）：200-211.

[21] 侯淑梅，盛春巖，萬文龍，等.山東省極端強降水天氣概念模型研究[J].大氣科學(xué)學(xué)報，2014，37（2）：163-174.

[22] 張永婧，高帆，于麗娟，等.濟(jì)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.

[23] 高帆，尹承美，蔡哲，等.濟(jì)南市重大短時強降水過程特征分析[J].海洋氣象學(xué)報，2019，39（1）：131-141.

[24] 周成，楊學(xué)斌，呂偉綺，等.不同天氣類型短時強降水與地閃特征分析[J].海洋氣象學(xué)報，2019，39（2）：143-150.

[25] 張凱靜，江敦雙，丁鋒.青島市短時強降水的氣候特征和天氣系統(tǒng)分型[J].海洋氣象學(xué)報，2018，38（1）：108-114.

[26] 王文波，高曉梅，楊萌，等.一次局地短時強降水的成因和預(yù)報誤差分析[J].海洋氣象學(xué)報，2019，39（1）：142-150.

[27] 孫繼松，戴建華，何立富，等.強對流天氣預(yù)報的基本原理與技術(shù)方法：中國強對流天氣預(yù)報手冊[M].北京：氣象出版社， 2014：83-171.