盐津县短时强降水机理及预报着眼点研究

1 引言

短时强降水是指短时间内降水强度较大，其降水量达到或者超过某一量值的天气现象。目前国内短时强降水的定义一般是 1h 雨量或者 3h 雨量 50mm 的降水事件 [1]。由于短时强降水通常是在天气尺度背景下，由中小尺度天气系统直接影响产生的，降水发生发展过程迅速，局地性较强，因此短时强降水的时空精细化预报预警一直是预报难点之一 [2]。尽管数值预报和智能网格预报模式的发展极大地提高了天气预报可用时效和精细化水平，但是，对以突发性、局地性为特征的短时强降水定时、定点、定量的预报能力依然十分有限，加之盐津县地处四川盆地与云贵高原的抬升结合处，地形地貌结构复杂。多年来突发性单点暴雨或大暴雨所致的次生灾害（山洪、滑坡、泥石流、崩塌等）多发频发，成为气象防灾减灾关注的重点问题之一。

2 资料与方法

本文利用盐津区域自动站降水资料，再分析资料为欧洲中期天气预报中心（ECWMF）提供的 ERA5 再分析资料，分辨率为 0.25° ×0.25^∘ ° ；利用 Python 对 ERA5 资料数据进行计算处理，分析对流性天气系统及指标，方法主要是常规统计。

3 短时强降水配置及机理

3.1 强降水天气的基本模型配置。

本文共筛选 50 次短时强降水事件分析发生前 500h 700h 、850hpa 环流形式，结合《强对流天气预报的基本原理雨技术方法高空冷平流强迫类、低层暖平流强迫类、正压类、盐津县大多数强对流天气基本配置以低层中，并叠加上中尺度系统的扰动，低层所示。这类强对流天气往往具有湿以下等温线与风向夹角较大，500hpa 以上有类天气过程以短时强降水为主，有时伴有雷暴大风、冰雹等混合例如图 3.1

图3.1a 低空暖强迫类概念模型

图 3.1b 2023 年 8 月 23 日 08 时宜宾站探空图

3.2 机理。

经实际业务中预报实践，多数短时强降水天气过程南低涡及低涡切变中尺度背景下，来自孟加拉湾的西南暖湿气流或东南气流、低空急流输送水汽为有利的水汽条件，盐津位于矮山河谷地带，夏季汛期日出后，下垫面局地热力加剧，低层强烈暖强迫（即暖湿增加”）是短时强降雨水的主要成因。

4 潜势预报指标

选取2024 年7 月13 日至14 日短时强降水天气为例。

7 月 13 日 15 时至 14 日 08 时，盐津县普降大到暴雨，局部大暴雨，其中大暴雨 3 站，暴雨 10 站，大雨 9站；最大降雨量出现在中和中堡（163.2mm），最大小时雨强达50.5mm（中和站）。具体分布图如下：

图4.1a 降水实况分布图

图4.1b 逐小时降雨量分布图

4.2 潜势预报指标分析

4.2.1 天气系统

汛期影响盐津的天气系统有西低层切变线、东风波、高空槽、南支槽、孟湾风暴等。经多年的预报经验及实践。低涡及低指示作用。在水汽、不稳定能量有力条件下，通过对低涡切变雨定时和定点预测具有很高的参考价值。以上述天气过程 3 时、04 时的小时降雨量超过 20mm，通过 700hpa 风场图分析 02 时线南侧，降雨开始，在 02 至 04 时的过程中切变线向南推动并且强度增强，雨强 50.5mm，由此可见切变线的位置及强弱与降雨量级具有较好的一一对应关系。

4.3 探空 T-logp 图指标。

K 指数能表征大气稳定度及中低层水汽含量和饱和程度，K 指数高值区综合反映出该区域的气团较周围大气暖湿而不稳定，利于该区域产生较强对流及降雨。对流有效位能表示在自由对流高度之上，气块从正浮力做功而获得的能量，CAPE 越大，出现对流性天气的可能性越大[4]，盐津发生短时强降水前 08 时 CAPE 主要集中在 1500J/kg 左右，午后局地热力作用，加剧大气不稳定能量，短时强降水发生后，能量被快速释放，对强对流天气发生具有较强的指导意义。通过 T-logp 可见，由低层到高层以西南暖湿气流为主，湿层比较深厚，7月 13 日 20 时，700hPa 以下垂直风切变较大，且从低层到高层水汽条件好，K 指数 > 35℃ ；SI 指数为 0），为对流发展提供有利条件。

图 4.3a

4.4 动力作用。

垂直速度。大气中水汽的凝结以及强降水过程的发生与大气的上升运动密切相关，垂直运动能引起水汽、能量、热量的垂直输送，它的强弱对天气系统的发生发展及降水量的强度都有很大的关系。14 日 02 时从700hpa 至 500hpa 垂直速度场分析，由低层到高层垂直动力比较深厚，动力值由低层向高层增加，动力中心位于盐津东北部，如图（4.4a、4.4b、4.4c、4.4d）存在 0.5 至 1. 0pa/s 的动力垂直速度中心；04 时中心的垂直速度一直维持在盐津附近；强烈的上升运动为水汽的凝结和强降水的产生提供了动力条件。从低层到高层的动力厚度为降雨量评估提供科学决策，经多次降水量出现的表明：某次天气过程出现的最大降雨量与动力值之间存在着一定关系，为短时强降雨的极大值量级预报提供较强指示性。

4.5 水汽条件关键指标。水汽因子是影响盐津县短时强降水的关键因素，该区域的水汽主要来自偏南气流（西南气流、南风、东南气流）。由图可见（图 4.5a 4.5b），湿层比较深厚。盐津短时强降水生前 700hpa 相对湿度 90% 以上，相对湿度在天气系统控制条件下，在日常预报工作中基于 MICAPS 中 700hpa 相对湿度达 90%以上出现的时刻为短时强降水开始时间，为短时强降雨定时预报提供参考。