巩义地区短时强降水特征与服务探究

王森彪

（巩义市气象局，河南 巩义 451200）

短时强降水是在较短的时间内降水的强度很大，雨量达到或大于某一量值的一类天气现象，极易引起城市内涝、山洪等气象灾害及其衍生灾害。巩义市地形地貌特征复杂,其北边为邙岭，中部区域属于浅山丘陵，东南部属于高山区，地势由南向北呈阶梯状下降，相对高差达1 383 m，复杂的地形使巩义地区容易出现因短时强降水导致的城市内涝、滑坡、泥石流等地质灾害。为此，有必要对巩义地区短时强降水特征、规律进行研究分析，提升本地短时强降水监测预报能力，增加预报提前量，做好灾害易发区的预报预警工作。

1 资料和方法

本次研究采用的短时强降水标准为小时降水量≥20 mm。考虑到辖区内区域自动站建站时间、数据连续性和可靠性等要素，本次研究选用巩义市34 个自动气象站（2012 年—2019年）汛期（5 月—9 月）数据资料进行分析。定义某站1h降水量≥20 mm 时，记为该站出现1次短时强降水（如果某站在不同时次内多次出现短时强降水，则次数累加）；2012年—2019年内站点出现短时强降水次数的总和（单位为站次）记为短时强降水频次；2012年—2019年内站点出现短时强降水的总雨量为累计雨量（单位为mm）。并由此归类分析巩义地区短时强降水时空分布特征，年、月、日时间变化特征，并通过对影响因子的研究分析，得出巩义市短时强降水成因以及预报预警指标。最后在分析基础上，结合典型个例进行服务思考。

2 巩义市短时强降水主要气候特征

2.1 巩义市短时强降水分布特征

巩义市短时强降水累积的量分布和降水频次分布情况见图1、图2。由图1、图2 可知，巩义市短时强降水总降水量与频次对应关系较好，中东部坡地总雨量及频次明显大于其他地区。高中心位于大峪沟镇、小关镇、新中镇，米河镇部分站点也处于大值区。总雨量及频次受地形影响明显，表现为沿地形走势自南向北递减。巩义市夏季盛行风向为东北风，其次为西南风。东南部山体走势与盛行风向基本垂直，由于地形强迫抬升造成地面垂直速度加大，加上地形的云物理作用，使得凝结水分高效率下降为雨。

图1 巩义市短时强降水累积雨量分布Fig.1 The short term heavy rainfall cumulative rainfall distribution

图2 巩义市短时强降水频次分布Fig.2 The frequency distribution of short term heavy precipitation

2.2 巩义市短时强降水变化特征

通过分析2012 年—2019 年巩义市短时强降水频次年变化趋势了解到，巩义市短时强降水频次年际变化分布态势呈单峰型，年均短时强降水频次约为40.4站次，2016年最多，高达81站次；2014年最少，只有13站次。

通过月变化图情况可知，巩义市短时强降水高发期出现在盛夏（7 月—8 月），达114 站次；5 月次之，有46 站次；6 月、9月分别为34 站次、15 站次，短时强降水月际变化特征与河南省雨季变化相吻合。推测原因为，巩义市七八月进入汛期，副热带高压西伸北抬，高压西侧的偏南暖湿气流带来大量水汽，低层水汽充足，在有利的触发条件下，很容易形成降水。此外，据巩义30 年气候统计资料，七八月的月平均气温分别为27.2℃和25.7℃，低层较高的气温导致中低层不稳定能量增强，对流发展旺盛，使降水效率增加。9 月副高南退，降水随之减少。在工作中可根据不同月份短时强降水分布的差异有针对性地做好高发区强降水灾害防御工作。

通过分析巩义市短时强降水日变化情况了解到，短时强降水日变化整体分布态势为双峰型，14 时—22 时以及08 时前后均属于短时强降水高发时段。夜发性显著，峰值出现在傍晚到前半夜，谷值位于后半夜2 时—7 时及9 时—11 时，其中最高峰出现在21时，占全天出现总频次的13.6%。

3 短时强降水环流形势分析

短时强降水的产生与环流形势关系密切。通过对巩义市2012 年—2019 年自动气象站数据资料的统计分析，筛选出21个短时强降水天气个例。

按降水类型可分为3类：纯短时强降水类，即降水过程中没有雷暴、冰雹、大风；风雨混合类，即降水过程中伴有大风雷雨，无冰雹；雨雹混合类，降水过程中夹杂冰雹，无雷暴大风。其中，巩义地区短时强降水绝大部分为纯短时强降水类（91%）。

按环流形势可分为7 类：低槽型；台风倒槽型；西北气流型；华北低涡型；低槽低涡型；副高内部型；冷锋型。其中，巩义地区短时强降水环流形势主要为低槽型（57%），其余各类环流形势占比较小。

低槽型短时强降水主要发生在低槽和副热带高压相结合的形势下，副高脊线通常位于30°N 以南。低空存在低涡和切变线，地面上通常存在冷锋。崔慧慧等通过对郑州地区分类强对流天气环流分型及环境参数的研究发现，郑州地区纯短时强降水类的关键预警指标有：K 指数30℃以上，湿层厚度1.0 km 以上，整层可降水量达到50 mm 以上；0℃和-20℃层高度分别在5 km 和8 km 左右；近地面露点温度20℃以上。

4 短时强降水雷达回波特征分析

分析巩义市短时强降水雷达回波特征，发现区域性的短时强降水出现时，雷达回波一般维持在50 dBz 以上，回波移动缓慢，常出现“列车效应”。例如2018 年8 月5 日，强度为40～60 dBz 的回波单体不断在巩义东北部地区产生并沿东北向西南方向以25 km/h 的速度移动，回波顶高大于9 km，最高达到15 km左右，这种回波单体不断补充发展，使得降水维持时间较长，多单体合并的区域，降水量较大，市区累计降水量达到62.4 mm。短时强降水回波通常是絮状或块状的强对流回波，如2019年8月6日典型的低槽型短时强降水，大量絮状和块状回波从西南向东北方向移动，块状结构明显。雷达速度图上通常伴有低空急流、辐合或逆风区。

5 结语

巩义市短时强降水总雨量及频次受地形影响明显，表现为沿地形走势自南向北递减。总降水量与频次对应关系较好，中东部坡地总雨量及频次明显大于其他地区。高中心位于大峪沟镇，小关镇、新中镇，米河镇部分站点也处于大值区。高中心与山洪沟隐患点分布高度重合，需加强关注，提前预警。

短时强降水日变化大致呈双峰型分布，峰值出现在早上和傍晚。日变化与城市上下班高峰期时间重合较好，在服务中需采用范围广泛、受众响应快的发布手段。

巩义市短时强降水按环流形势可分为：低槽型、台风倒槽型、西北气流型、华北低涡型、低槽低涡型、副高内部型、冷锋型7 类。其中，巩义地区短时强降水环流形势主要为低槽型，其余各类环流形势占比较小。

巩义市短时强降水类的关键预警指标有：K 指数30℃以上，湿层厚度1.0 km 以上，整层可降水量达到50 mm 以上；0℃和-20℃层高度分别在5 km 和8 km 左右；近地面露点温度20℃以上。雷达回波特征一般为回波强度50 dBz 以上，移动速度25～35 km/h，回波顶高≥9km，回波通常是絮状或块状的强对流回波，速度图上常伴有低空急流、辐合或逆风区。