花家嘉

Size: px

Start display at page:

Download "花家嘉"

标歧
5 years ago
Views:

1 第 38 卷第 2 期 2016 年 4 月冰川冻土 JOURNAL OF GLACIOLOGY AND GEOCRYOLOGY Vol. 38,No. 2 Apr.,2016 doi: /j. issn Hua Jiajia,Zhang Wanying,Chen Guiwan,et al. Models and physical characteristics of short-duration precipitation during dominant flood season in Tangshan area,hebei Province[J]. Journal of Glaciology and Geocryology,2016,38(2): [ 花家嘉, 张婉莹, 陈桂万, 等. 河北唐山地区盛汛期短时强降水概念模型及物理量特征分析 [J]. 冰川冻土,2016,38(2): ] 河北唐山地区盛汛期短时强降水概念模型及物理量特征分析 1,2 花家嘉, 张婉莹 2 3,4, 陈桂万, 钟方潜 5 5*, 周任君 (1. 南京大学, 江苏南京 ; 2. 唐山市气象局, 河北唐山 ; 3. 中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学国家重点实验室, 北京 ; 4. 中国科学院大学, 北京 ; 5. 中国科学技术大学, 安徽合肥 ) 摘要 : 利用年区域自动站降水资料以及 NCEP 再分析资料, 应用 EOF 分析和中尺度天气图分析等方法对唐山地区盛汛期短历时强降水的时空分布特征天气学概念模型以及物理量特征进行研究. 结果表明 : 唐山东北部是短时强降水的活跃区西南部为不活跃区, 但西南部极端短时强降水更强 ; 存在 5 种降水空间分布类型, 分别是一致型西北多型东南多型东北异常偏多型东北异常偏少型. 700 hpa 切变线是否断裂副热带高压及高低空急流的位置以及高低空干湿区配置决定了降水分布 ; 短时强降水发生时局地水汽丰富, 暖云层厚度较大, 垂直风切变较弱, 存在一定的不稳定能量, 强天气威胁指数较小 0 层较高, 大多数类型都有强的水汽辐合, 但东北异常偏多型辐合较弱, 其水汽主要来源于本地. 关键词 :EOF 分析 ; 中尺度分析 ; 短时强降水 ; 时空分布 ; 物理量中图分类号 :TP181 文献标志码 :A 文章编号 : (2016) 引言唐山地处河北省东北部, 毗邻京津, 南邻渤海, 北依燕山, 属暖温带半湿润季风气候, 夏季受温带海洋气团或变性热带海洋气团影响, 暖热多雨, 降水约占全年降水量的 3/4 左右. 其中, 盛汛期 (7 月 16 日至 8 月 15 日 ) 降水约占夏季降水的 1/2. 盛汛期降水的特点是降水强度大持续时间短局地性强多短时强降水, 盛汛期降水的多寡决定了全年的旱涝, 对社会经济发展起到关键的制约作用年 7 月 21 日至 8 月 4 日, 唐山连续出现 5 次区域性暴雨, hm 2 农田受灾, 间房屋倒塌, 余人受灾,3 000 余头牲畜死亡, 造成了巨大的经济财产损失. 鉴于强降水的高致灾性, 近年来不少学者对 [1-7] [8] 其展开了深入研究. 姜学恭等对蒙贝低涡类 [9] 环北京暴雨过程进行了分型研究 ; 德勒格日玛等对 12 a 河套地区 4 次切变暴雨进行了对比分析 ; 苏 [10] 永玲等对京津冀地区强对流时空分布特征与天气学特征进行了分析, 归纳了短时强降水与雷雨大风冰雹等三类强对流天气概念模型 ; 韩宁 [11] 等研究了陕甘宁三省短时强降水统计特征并提出三类强降水概念模型. 可以看到, 对强降水的研究热点由传统意义上的暴雨转向短历时强降水, 由早期的单一个例分析转为天气学概念模型的凝练. EOF 方法广泛应用于气象的各个领域 [12-19], 但大多用于省级及以上气候研究中, 而在地市级天气尺度研究中的应用尚属少见. 究其原因在于观测资料在时间与空间上的分辨率不够精细, 导致 EOF 分析方法难以应用. 不过随着区域自动气象站收稿日期 : ; 修订日期 : 基金项目 : 河北省科技计划项目 ( ); 唐山市科学技术研究与发展计划项目 ( A) 资助作者简介 : 花家嘉 (1986 -), 江西九江人, 工程师,2006 年毕业于中国科学技术大学, 现主要从事应用气象与环境气象研究. ustchuajiajia@163. com * 通讯作者 : 周任君, zrj@ustc. edu. cn.

2 464 冰川冻土 38 卷 ( 后简称区域站 ) 的加密布设, 该问题得到改善, EOF 可以用来分析地市级区域内降水的分布特点. 唐山地区位于西风带中, 由于复杂地形的影响, 天气系统经常在此地区断裂或合并加强, 从而导致不同过程强降水落区差异较大. 为了深入研究唐山地区短时强降水空间分布特征, 本文使用 EOF 分析方法对唐山地区年盛汛期小时降水资料进行分解, 得出唐山地区短时强降水的分布特征, 再通过中尺度分析方法研究各分布型对应的环流特征, 得到相应的概念模型供预报业务参考. 1 资料与分析方法自 2005 年起唐山市气象局在全市先后布设了 192 个区域站, 观测仪器为自动站翻斗雨量传感器. 本文使用了降水资料储存较为完整的 190 个区域站, 资料时间为年. 在使用资料进行分析之前通过气候允许值检查数据均值检查时间一致性检查等方法对资料进行了严格的 [20] 质量控制. 分析中, 当小时降水量 >0. 1 mm 的时次被判定为有降水发生, 只有当某一次降水时次之后连续 2 h 没有降水时判定一次降水过程结 [21] 束. 对于一次降水过程, 如果区域站出现小时降水量 10 mm 的记录, 则认为这次降水过程为短时强降水过程. 首先, 利用该资料研究了唐山地区短历时强降水的月际分布特征以及盛汛期空间分布特征 ; 然后, 利用 EOF 分析方法对年唐山地区盛汛期小时降水资料进行分解, 得出唐山地区小时降水分布的 3 种空间分布型, 每种空间分布型对应正负两种模态. 根据时间系数挑选各模态强点 ( 大于平均值 ±1. 5 倍标准差 ), 使用 NCEP 再分析资料, 计算各模态日平均形势场, 利用中尺度分析方法, 得出各类型降水概念模型. 最后, 计算相关物理量, 得到唐山地区盛汛期短时强降水的一般性特征以及各自特点. 2 短时强降水时空分布特征 2. 1 短时强降水月际分布特征图 1 是唐山地区年短时强降水累积发生频次月际分布, 可见唐山地区 4-10 月都会出现短时强降水天气, 但以 6-8 月最为活跃, 4 月和 10 月最不活跃. 对于小时最大降水量在 10 累积频次 Fig 图 1 ~ 20 mm 之间的短时强降水, 月际差别不大,6 月发生频次最高为 48 次,10 月发生频次最低为 22 次. 对于小时最大降水量在 20 ~ 30 mm 之间的短时强降水, 月际差别明显增大,6 月频次仍然最高为 20 次,4 月和 10 月最低仅 1 次. 对于小时最大降水量 30 mm 的短时强降水, 月际差别最大,4 月频次最低仅 1 次,7 月最高达 66 次,8 月其频次也有 51 次, 两者发生频次都远高于同期 10 ~ 20 mm 和 20 ~ 30 mm 短时强降水发生频次. 每年盛汛期, 副热带西风急流和副热带高压北移至最北端, 受其影响华北进入多雨季节, 降水强度也迅速增大, 短时强降水特别是极端的短时强降水天气发生频次迅速增加. 最大小时降水量 10 ~ 20 mm 短时强降水频次 66 最大小时降水量 20 ~ 30 mm 短时强降水频次最大小时降水量大于等于 30 mm 短时强降水频次月 2. 2 短时强降水盛汛期空间分布特征图 2 为唐山地区盛汛期降水短时强降水以及小时极端降水分布. 由图 2(c) 可见, 唐山地区盛汛期降水分布不均, 有三个中心, 分别位于东北部西北角和东南角, 总体上由东北至西南逐渐减少, 东北部最大, 年均盛汛期降水量可达 220 mm, 而西南部最小为 140 mm 仅为东北部的 70%. 图 2(a) 为小时最大降水量大于等于 10 mm 的短时强降水频次分布及占全年比重, 可见唐山北部地区是短时强降水的活跃区, 平均每年发生频次约 8. 5 次, 西南部为不活跃区平均每年发生频次约 6. 5 次, 南部地区每年近 40% 以上的短时强降水出现在盛汛期, 北部约为 35%. 图 2(b) 为小时最大降水量大于等于 30 mm 的短时强降水频次分布及占全年比重, 可见东北部发生频次最高平均每年约 1. 5 次, 西南部发生频次最低平均每年约 1 次, 每年 50% 以上的极端短时强降水发生在盛汛期, 尤其是唐山东南部地区, 约有 75% 的极端短时强降水发生在盛汛期. 由图 2(d) 可见, 虽然西南部地区短时强降水发生频率不高, 但更易出现极端唐山短时强降水累积发生频次月际分布 The monthly distributions of cumulated short-duration precipitation frequency in Tangshan

3 2 期花家嘉等 : 河北唐山地区盛汛期短时强降水概念模型及物理量特征分析 465 (a) 小时降水量 10 mm 发生频次分布及占全年比重 (b) 小时降水量 30 mm 发生频次分布及占全年比重 'E 118 E 'E 119 E 'E 118 E 'E 119 E 30% 35% 40% 45% 45% 50% 55% 60% 65% 70% 75% (c) 降水分布 (d) 小时极端降水分布 'E 118 E 'E 119 E 'E 118 E 'E 119 E 图 2 唐山地区盛汛期短时强降水分布特征注 :(a) 盛汛期短时强降水 ( 小时降水量 10 mm) 发生频次分布及占全年比重 ;(b) 盛汛期短时强降水 ( 小时降水量 30 mm) 发生频次分布及占全年比重 ;(c) 唐山盛汛期降水分布 ;(d) 盛汛期小时极端降水分布其中,(a) 和 (b) 中等值线为发生频次灰度填充为占全年比重 Fig. 2 Spatial distribution of the short-duration precipitation in dominant flood season over Tangshan area ((a)distribution of frequency and proportion of the short-duration precipitation(hourly recipitation 10 mm)in dominant flood season;(b)distribution of frequency and proportion of the short-duration precipitation(hourly precipitation 30 mm)in dominant flood season;(c)distribution of precipitation in dominant flood season over Tangshan;(d)Distribution of maximum hourly precipitation in dominant flood season;note:the isoline is frequencyn and the gray-filled proportion is annual occurrence in(a)and(b)) 降水天气, 在玉田及丰南等地都出现过小时降水强度 80 mm h -1 以上的极端降水, 另外在沿海的乐亭县也有一个次极值中心, 小时最大降水强度达 70 mm h -1 以上小时降水空间分布特征由上述分析可知, 唐山地区虽然地域面积不大, 但各地区盛汛期降水有显著地差异, 为研究其成因, 我们应用 EOF 分析方法对唐山地区小时降水资料进行分解. 图 3 给出了对唐山地区盛汛期小时降水进行 EOF 分析得到的前 3 个特征向量空间分布型及其对应的时间系数序列, 空间分布图中实线为正值, 虚线为负值. 3 个主模态特征向量的方差贡献率分别为 48. 7% 20. 6% 10. 6%, 累积贡献率为 79. 9%, 这 3 个模态表征了唐山地区绝大多数小时降水分布特征. 由图 3(a) 可见, 对于第一特征向量, 从时间系数序列来看, 强点均为负值, 空间分布表现为全市一致为负, 表明唐山全区降水较为均匀, 降水量变化的空间分布以一致型为主, 相对高值区位于唐山中部略偏北玉田东部至滦县西部一带. 对于第二特征向量其空间分布表现为唐山西北部与东南部呈反向变化的基本特征, 表明唐山西北与东南降水量变化的空间

4 466 冰川冻 38 卷土 a EOF1 49.2% 'E 118 E 'E E b EOF % 'E 118 E 'E E c EOF % 'E 118 E 'E E 图 3 唐山盛汛期降水的 EOF 空间特征向量及对应的时间系数 Fig. 3 Distributions of the first three eigenvectors and its correspondingtime-coefficients of precipitation in dominant flood season over Tangshan 分布呈现相反的分布型式也即西北 - 东南型由时间系数的正负又可分为西北多型 3 不同降水型成因分析东南多型. 对于第三特征向量其空间分布表现为了研究唐山地区盛汛期各类短时强降水分为东北与其他区域呈反向变化的特征表明唐山布的成因为实际预报业务提供一定的参考. 我们东北的降水量异常也即东北异常型由时间根据时间系数挑选各模态典型个例再使用 NCEP 系数的正负又可分为东北异常偏多型和东再分析资料计算各模态日平均形势场利用中北异常偏少型. 尺度分析方法得出各类型降水概念模型如图 4 所

2期 467 花家嘉等河北唐山地区盛汛期短时强降水概念模型及物理量特征分析 a 图4 12.5 12 11.5 11 10.5 10 9.5 9 8.5 8 7.5 7 6.5 6 b c d e 唐山盛汛期短历时强降水模型及其气象背景场 a 一致偏多型 b 西北多型 c 东南多型 d 东北异常偏多型 e 东北异常偏少型 Fig.

e northeast abnormal scarce 示其左下角为对应各模态平均小时降水分布. 位于 850 hpa 前方有前倾结构西南风显著流线 3. 1 一致型经过唐山上空其左侧存在气旋性切变辐合明图 4 a 为一致型模态可见高空 200 hpa 显.

5 2期 467 花家嘉等河北唐山地区盛汛期短时强降水概念模型及物理量特征分析 a 图 b c d e 唐山盛汛期短历时强降水模型及其气象背景场 a 一致偏多型 b 西北多型 c 东南多型 d 东北异常偏多型 e 东北异常偏少型 Fig. 4 Five models of short duration precipitation and its meteorological field during dominant flood season in Tangshan a unanimous b northwest abundant c southeast abundant d northeast abnormal abundant e northeast abnormal scarce 示其左下角为对应各模态平均小时降水分布. 位于 850 hpa 前方有前倾结构西南风显著流线 3. 1 一致型经过唐山上空其左侧存在气旋性切变辐合明图 4 a 为一致型模态可见高空 200 hpa 显. 暖脊自西南向东北伸至内蒙古中部地区河北副热带西风急流入口区位于 42 N 河北东北部辐上空西南风与 20 等温线近于垂直暖平流显著. 散抽吸作用明显. 500 hpa 西风槽东移温度槽落 850 hpa 副高外围低层为一致的偏南到西南风水后于高度槽华北上空存在冷平流副高呈东西汽输送顺畅将南方的水汽源源不断的输送至华带状 5840 等位势高度线后文简称 584 线位于河北唐山上空相对湿度在 70%以上. 综上所述高北省南部至渤海上空河北内蒙山西交界处层辐散低层辐合上升运动显著副高外围西存在大片干区相对湿度 40%. 700 hpa 850 南风顺畅水汽输送良好有利于大范围降水的 hpa 在 500 hpa 槽前对应有切变线 700 hpa 切变线出现在 113 E 38 N 附近上干下湿同时低

6 468 冰川冻土 38 卷层暖湿平流, 中层冷平流, 受系统触发易产生对流, 沿副高外围东移, 影响唐山地区. 而在唐山的玉田丰润北部迁西南部滦县西部多丘陵, 地形辐合及抬升作用明显, 故降水大值区出现在唐山中部偏北地区西北多型如图 4(b) 所示, 唐山位于 200 hpa 急流入口区南侧, 辐散抽吸作用明显. 500 hpa 副高偏南,584 线位于山东半岛一带, 有西风槽东移, 华北北部等高度线与等温度线近于垂直, 冷平流显著. 700 hpa 有南北两个切变线与槽线配合, 其中北侧切变线自内蒙古东北部延伸至河北内蒙山西交界处, 在华北上空 500 hpa 槽线位于 700 hpa 切变线前方, 呈前倾结构. 在 700 hpa 850 hpa 有较强西南气流向唐山输送水汽,850 hpa 显著湿区位置控制河北东北部. 唐山西北地区位于 200 hpa 大风速带入口区右侧 850 hpa 显著流线西北侧, 上升运动显著 ; 受 850 hpa 饱和湿区控制, 且西南气流源源不断的输送水汽至其上空 ; 影响系统呈前倾结构, 且 500 hpa 有冷平流 850 hpa 暖平流, 有利于对流的发生发展, 故西北部降水较大. 由于 700 hpa 切变线断裂, 影响系统略偏北且湿度较小, 不利于东南部强降水的出现东南多型如图 4(c) 所示,200 hpa 唐山位于副热带西风急流东段入口区右侧,500 hpa 西风槽东移, 副高呈东西带状,584 线北抬至唐山南部. 700 hpa 切变线位于 500 hpa 槽线前方,700 hpa 850 hpa 存在南到西南风显著流线, 由山东沿唐山东南部伸至辽宁一带,850 hpa 河北中东部受饱和湿区控制. 唐山东南部地区受副热带高压外围控制, 积蓄了不稳定能量, 且位于 200 hpa 高空急流入口区右侧 700 hpa 以及 850 hpa 显著流线左侧, 上升运动和水汽输送条件较西北部更好, 系统东移至此进一步加强导致强降水的产生东北异常偏多型如图 4(d) 所示,200 hpa 副热带西风急流西段出口区位于大同附近, 东段入口区位于河北省东北部. 500 hpa 副高与位于东北的高压脊打通,584 线位于河北省南部, 呈西南东北走向, 西风槽东移, 温度槽落后于高度槽, 且 500 hpa,40 N 一带为显著干区 ( 相对湿度 <40%). 850 hpa 内蒙山西河北交界处为显著湿区, 有西南风显著流线自山东西部延伸至吉林. 在 113 E,38 N 附近, 上干冷下暖湿, 在槽线触发下产生对流, 高空急流出口区, 有强的垂直风切变, 有利于对流系统加强和维持并沿 584 线东偏北移动, 而唐山东北部位于 200 hpa 急流入口区右侧 850 hpa 显著流线左侧, 高层辐散低层辐合, 对流系统在此加强产生强降水东北异常偏少型如图 4(e) 所示,200 hpa 西风急流略偏北在 43 N 附近,500 hpa 中高纬地区纬向气流为主, 多弱波动, 且有冷温槽东移, 副高呈块状,584 线北抬至廊坊至唐山北部. 700 hpa 配合有切变线东移, 但落后于槽线, 有显著流线自江苏北上至秦皇岛. 850 hpa 显著湿区控制河北中西部, 南海有台风, 外围显著流线自东海流经唐山至我国东北. 唐山西北部前期受副高控制, 存在不稳定能量, 经低槽触发产生对流造成强降水 ; 东南部处于副高内部高温高湿, 位于 700 hpa 显著流线出口区左侧有强的辐合上升产生强降水 ; 而东北部, 由于副高强盛, 弱冷空气随 700 hpa 切变线东移变性消亡, 且湿度条件较差, 故降水较弱或无降水. 4 物理量特征表 1 是利用 NCEP 再分析资料计算的各类概念模型在强降水发生时各物理量的平均值, 结果表明, 各类短时强降水过程大气可降水量在 49 ~ 57 mm 之间, 对流有效位能在 210 ~ 560 J kg - 1 之间,0 ~ 3 km 垂直风切变在 s -1 左右, 强天气威胁指数在 220 ~ 280 之间. 从特殊高度来看,0 层高度在 ~ gpm 之间, 抬升凝结高度为 950 gpm 左右, 暖云层厚度在 ~ gpm 之间. 可以看到短时强降水过程有一些共性特征 : 抬升凝结高度较低, 有利于水汽凝结 ; 局地水汽丰富, 暖云层厚度较大, 垂直风切变较弱, 有利于大的降水效率 ; 存在一定的不稳定能量, 触发后能加强上升运动, 但强天气威胁指数较小 0 层较高, 不利于冰雹等强雷暴出现. 尽管存在上述共性特征, 不同类型的短历时强降水也存在一定区别, 集中表现在水汽通量散度以及假相当位温随高度的变化上. 从水汽通量散度来看, 西北多型东南多型以及东北异常偏少型在 850 hpa 有较大的水汽通量散度, 在 g cm -2 hpa -1 s -1 左右, 可见这几种类型强降水有大

7 2 期花家嘉等 : 河北唐山地区盛汛期短时强降水概念模型及物理量特征分析 469 Table 1 表 1 各类概念模型物理量平均值 Mean values of the physical parameters in the five models 物理量一致型西北多型东南多型东北异常偏多型东北异常偏少型大气可降水量 /mm 层高度 /gpm 抬升凝结高度 /gpm 暖云层厚度 /gpm ~ 3 km 垂直风切变 /s 对流有效位能 /(J kg -1 ) hpa 水汽通量散度 /(10-7 g cm -2 hpa -1 s -1 ) 强天气威胁指数中低空假相当位温最大值高度 /gpm 中低空假相当位温最小值高度 /gpm 中低空假相当位温最大值最小值差 / 的水汽输送辐合 ; 东北异常偏多型在 850 hpa 水汽是辐散的,700 hpa 水汽辐合, 总体来说水汽辐合较小, 可见该类型降水的水汽来源主要是本地水汽 ; 一致型则介于两者之间, 有一定的水汽辐合, 能产生如此强的降水效率是由于高低空系统配置更好, 系统性上升运动更强. 图 5 是各类型假相当位温随高度的变化, 可以看到, 总体而言在中低层假相当位温随高度增加而减小, 至中高层 600 hpa 附近转为随高度增加而增加, 可见中低层存在对流性不稳定. 但各类型之间仍有区别, 对于一致型和东南多型而言, 可以看到在中低空假相当位温最大值出现在 hpa, 最小值分别在 600 hpa 和 800 hpa 不等, 两者温差小, 都在 3 以下, 可见这两种类型的降水不稳定性较弱, 降水以稳定型为主. 西北多型东北异常偏多型东北异常偏少型最大值出现在 900 ~ 950 hpa, 最小值出现在 550 ~ 650 hpa, 两者差值在 3 以上, 不稳定性较大, 尤其是东北异常偏多型, 达到了 7. 4, 可见这三种降水对流性更强 ; 另外这三种类型在近地层存在一定的稳定层结, 阻碍了热量和水汽的交换, 有利于不稳定能量的积蓄, 一旦触发造成更强的降水, 但对于东北异常偏少型而言, 其近地层的稳定层结较强, 较难触发, 故导致东北部降水较弱. 5 结论与讨论 (1) 唐山地区的短历时强降水集中发生在夏季,6 月是小时最大降水量在 10 ~ 20 mm 20 ~ 30 气压 /hpa 假相当位温 / Fig. 5 一致型东北异常偏多型图 5 西北多型东北异常偏少型各类型假相当位温随高度变化东南多型 Profiles of the potential pseudo-equivalent temperatures of the five models mm 的短历时强降水发生最多的月份, 而小时降水量 30 mm 的短历时强降水发生最多的月份为 7 月. 唐山东北部是盛汛期短时强降水的活跃区西南部为不活跃区, 但极端的短时强降水 ( 小时最大降水量 70 mm) 出现在唐山西部和南部等不活跃区. 盛汛期发生的小时最大降水量 10 mm 的短时强降水约占全年的 40%, 而 30 mm 以上则占了 60% 以上, 越极端的短时强降水越集中出现在盛汛期. 每年盛汛期, 副热带高压和副热带西风急流北移至最北端,584 线位于 40 N,115 E 附近有西风槽东移, 冷暖空气在华北上空交绥. 200 hpa 西

8 470 冰川冻土 38 卷风急流东段位于 40 ~ 45 N, 唐山位于其入口区右侧, 辐散抽吸作用明显, 而低层副热带高压外围有偏南暖湿气流不断将水汽输送到唐山上空, 并提供不稳定能量,700 hpa 或 850 hpa 多存在低空显著流线, 唐山位于其左侧辐合上升运动明显, 高层辐散低层辐合有利于强降水的出现. (2) 唐山盛汛期短时降水存在 3 种空间分布模态, 分别为一致型西北东南型东北异常型, 除全区一致偏多型外, 其他 2 种类型又可细分为正负两种模态, 合计 5 种降水分布类型. 影响系统的细微变化导致降水空间分布完全不同. 一致型, 全区降水较为均匀, 只是由于地形作用, 在唐山的中部略偏北存在一个相对大值区. 西北多型, 最大的特征在于与西风槽配合的 700 hpa 切变线经过太行山脉断裂, 其北段影响唐山西北地区, 南部无明显影响系统故降水较弱. 东南多型, 副高更为强盛 584 线位于唐山东南部, 低层有两支显著流线, 东南部位于两者之间出现强降水. 东北异常偏多型,113 E,38 N 附近上干冷下暖湿, 对流系统触发后在唐山东北部加强产生强降水. 东北异常偏少型, 副高最为强盛, 冷空气势力较弱, 影响唐山西北部后减弱消散, 东北部无明显影响系统故降水异常偏少. (3) 从物理量特征分析得到, 短时强降水发生时局地水汽丰富, 暖云层厚度较大, 垂直风切变较弱, 有利于大的降水效率 ; 存在一定的不稳定能量, 触发后能加强上升运动, 但强天气威胁指数较小 0 层较高, 不利于冰雹等强雷暴出现. 大部分短时强降水类型都有低层强的水汽辐合, 但东北异常偏多型辐合较弱, 其水汽主要来源于本地. 假相当位温在中低层随高度增加而减小, 西北多型东北异常偏多型东北异常偏少型不稳定性最大, 且在近地层随高度增加而增大有一稳定层, 阻碍了热量和水汽的交换, 但也有利于不稳定能量的积蓄, 其中东北异常偏少型近地层稳定性最强难以触发对流. 参考文献 (References): [1] Zhao Yu,Cui Xiaopeng,Wang Jianguo. A study on a heavy rainfall event triggered by an inverted typhoon troughin Shandong province[j]. Acta Meteorologica Sinica,2009,23(4): [2] Zhou Hui,Yang Ling,Liu Zhixiong,et al. Characteristics of temporal- spatial distributions of heavy rainstorm in Hunan and its typing[j].plateau Meteorology,2013,32(5): [ 周慧, 杨令, 刘志雄, 等. 湖南省大暴雨时空分布特征及其分型 [J]. 高原气象,2013,32(5): ] [3] Wang Shaoping,Jiang Fengqing,Wu Xiaobo,et al. Temporal and spatial variability of the extreme precipitation indices over the arid regions in northwest China from 1961 to 2010[J]. Journal of Glaciology and Geocryology,2014,36(2): [ 王少平, 姜逢清, 吴小波, 等年西北干旱区极端降水指数的时空变化分析 [J]. 冰川冻土,2014,36(2): ] [4] Lu Hongya,Du Jun,Yuan Lei,et al. Variation characteristics of extreme precipitation events over Mt. Qomolangma region in China from 1971 to 2012[J]. Journal of Glaciology and Geocryology,2014,36(3): [ 路红亚, 杜军, 袁雷, 等年珠穆朗玛峰地区极端降水事件变化研究 [J]. 冰川冻土,2014,36(3): ] [5] Song Guiying,Li Xiaoze,Sun Yonggang,et al. Characteristics and causes of the extreme rainstorm July 20,2012 in the arid and semiarid zone in Inner Mongolia[J]. Journal of Glaciology and Geocryology,2013,35(4): [ 宋桂英, 李孝泽, 孙永刚, 等. 内蒙古干旱 - 半干旱带 2012 年 7 20 极端暴雨事件的特征及成因 [J]. 冰川冻土,2013,35(4): ] [6] Miao Aimei,Wu Jie,Zhao Haiying,et al. Statistical relation and flow pattern of Lon-Level Jet and heavy rainstorm in Shanxi [J]. Plateau Meteorology,2010,29(4): [ 苗爱梅, 武捷, 赵海英, 等. 低空急流与山西大暴雨的统计关系及流型配置 [J]. 高原气象,2010,29(4): ] [7] Su Aifang,Sun Jinglan,Gu Xiujie,et al. Characteristics and conceptual models of convective rainstorm clouds in Henan province[j]. Journal of Applied Meteorological Science,2013, 24(2): [ 苏爱芳, 孙景兰, 谷秀杰, 等. 河南省对流性暴雨云系特征与概念模型 [J]. 应用气象学报,2013,24 (2): ] [8] Jiang Xuegong,Li Zhangjun,Gong Chunning,et al. A classification- based research on rainstorm processes around Beijing caused by Mongolia-Baikal Low[J]. Transactions of Atmospheric Sciences,2010,33(4): [ 姜学恭, 李彰俊, 宫春宁, 等. 蒙贝低涡类环北京暴雨过程分型研究 [J]. 大气科学学报,2010,33(4): ] [9] Dele Gerima,Li Yiping,Han Jingwei,et al. Comparative analysis of four shear rainstorm processes in July of 2012 in Hetao area of Inner Mongalia,China[J]. Journal of Desert Research, 2014,34(1): [ 德勒格日玛, 李一平, 韩经纬, 等年 7 月下旬河套地区 4 次切变暴雨的对比分析 [J]. 中国沙漠,2014,34(1): ] [10] Su Yongling,He Lifu,Gong Yuanfa,et al. A study of temporalspatial distribution and synoptic characteristics of severe convective weather in Beijing,Tianjin and Hebei[J]. Meteorological Monthly,2011,37(2): [ 苏永玲, 何立富, 巩远发, 等. 京津冀地区强对流时空分布与天气学特征分析 [J]. 气象,2011,37(2): ]

9 2 期花家嘉等 : 河北唐山地区盛汛期短时强降水概念模型及物理量特征分析 471 [11] Han Ning,Miao Chunsheng. Statistical characteristics of shorttime heavy precipitation in Shan-Gan-Ning region from May to September in recent 6 years[j]. Journal of Applied Meteorological Science,2012,23(6): [ 韩宁, 苗春生. 近 6 年陕甘宁三省 5-9 月短时强降水统计特征 [J]. 应用气象学报, 2012,23(6): ] [12] Xiang Lianag,Hao Lisheng,An Yuegai,et al. Time-spatial distribution and variational characteristics of rainfall in Hebei province in 51 years[j]. Arid Land Geography,2014,37(1):56-65.[ 向亮, 郝立生, 安月改, 等. 51 a 河北省降水时空分布及变化特征 [J]. 干旱区地理,2014,37(1):56-65.] [13] Guo Hui,Li Dongliang,Lin Shu,et al. Temporal and spatial variation of precipitation over western China during [J]. Journal of Glaciology and Geocryology,2013,35(5): [ 郭慧, 李栋梁, 林纾, 等. 近 50 多年来我国西部地区降水的时空变化特征 [J]. 冰川冻土,2013,35(5): ] [14] Liu Honglan,Zhang Qiang,Guo Junqin,et al. Anomaly space distribution and decadal variability of spring precipitation in Gansu province[j]. Journal of Glaciology and Geocryology, 2014,36(5): [ 刘洪兰, 张强, 郭俊琴, 等. 甘肃省春季降水的空间异常分布及年代际变化 [J]. 冰川冻土, 2014,36(5): ] [15] Li Zhicai,Song Yan,Zhu Linhong,et al. On Shanxi summer inter-annual climate anomalies1:concurrent rich/seldom rainfall pattern[j]. Meteorological Monthly,2008,34(1): [ 李智才, 宋燕, 朱临洪, 等. 山西省夏季年际气候异常研究 1: 一致多雨或少雨型 [J]. 气象,2008,34(1):86-93.] [16] Song Yan,Li Zhicai,Zhu Linhong,et al. On Shanxi summer inter- annual climate anomalies 2:seldom/rich rainfall in north/ south and rich/seldom rainfall in north/south pattern[j]. Meteorological Monthly,2008,34(2):61-68.[ 宋燕, 李智才, 朱临洪, 等. 山西省夏季年际气候异常研究 2: 北少 ( 多 ) 南多 ( 少 ) 雨型 [J]. 气象,2008,34(2):61-68.] [17] Zong Haifeng,Zhang Qingyun,Chen Lieting. Temporal and spatial variations of precipitation in eastern China during the Meiyu period and their relationships with circulation and sea surface temperature[j]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences, 2006,30(6): [ 宗海锋, 张庆云, 陈烈庭. 梅雨期中国东部降水的时空变化及其与大气环流海温的关系 [J]. 大气科学,2006,30(6): ] [18] Huang Peng. Analysis on summer extreme precipitation events and their circulations in the Hetao area[d]. Qingdao,Shandong:Ocean University of China,2013.[ 黄鹏. 河套地区夏季极端降水事件统计及其环流特征分析 [D]. 山东青岛 : 中国海洋大学,2013.] [19] Xu Yanfeng. The spatial- temporal variation of persistent heavy rainfall in south of China in summer and its corresponding general circulation feature[d]. Nanjing:Nanjing University of Information Science and Technology,2008.[ 许艳峰. 我国南部夏季持续性暴雨的时空变化及其对应的环流特征 [D]. 南京 : 南京信息工程大学,2008.] [20] Yue Yanxia,Chen Jing,Guo Zhibin. Techniques and application of regional rainfall data quality control[j]. Meteorological Science and Technology,2009,37(4): [ 岳艳霞, 陈静, 郭志斌. 区域自动站雨量资料质量控制方法及应用 [J]. 气象科技,2009,37(4): ] [21] Li Jiang,Yu Rucong,Wang Jianjie. Diurnal variations of summer precipitation in Beijing[J]. Chinese Science Bulletin, 2008,53(7): [ 李建, 宇如聪, 王建捷. 北京市夏季降水的日变化特征 [J]. 科学通报,2008,53(7): ]

10 472 冰川冻土 38 卷 Conceptual Models and physical quantity feature analysis of short-term heavy precipitation during dominant flood season in Tangshan Prefecture,Hebei Province HUA Jiajia 1,2, ZHANG Wanying 1, CHEN Guiwan 3,4, ZHONG Fangqian 5, ZHOU Renjun 5 (1. Nanjing University,Nanjing ,China; 2. Tanghan Meteorological Administration,Tangshan ,Hebei,China; 3. State Key Laboratory of Numerical Modeling for Atmospheric Sciences and Geophysical Fluid Dynamics,Institute of Atmospheric Physics,Chinese Academy of Sciences,Beijing ,China; 4. University of Chinese Academy of Sciences,Beijing ,China; 5. University of Science and Technology of China,Hefei ,China) Abstract:Based on the precipitation data from regional automatic weather stations and NCEP reanalysis data from 2006 to 2013,EOF analysis and meso-scale weather analysis were performed and used to explore the temporal- spatial distribution of short- term precipitation,and to study synoptic conceptual models and physical parameters of the dominant flood season in Tangshan. It is found that the northeast of Tangshan Prefecture is an active region of short-term precipitation while the southwest of the prefecture is inactive,but the southwest of it has more extreme short-term heavy precipitation;there are five types of spatial distribution of precipitation in the prefecture:unanimous,northwest abundant,southeast abundant,northeast abnormal abundant and northeast abnormal scarce. Distribution of precipitation depends on whether shear line on 700 hpa breaks or not,and on the positions of the subtropical high and high-low jet streams,and the configuration of high-low arid-humid regions; Short-term heavy precipitation has a common features in physical parameters:ample vapor,thick warm cloud layer,weak wind shear,instable energy,low SWEAT and high 0 isotherm. Most types have strong vapor convergence,but northeast anomalous abundant type has weak vapor convergence,where the vapor mainly comes from this locality. Key words:empirical Orthogonal Function(EOF);mesoscale weather analysis;short-duration precipitation; temporal-spatial distribution;physical parameters

km km mm km m /s hpa 500 hpa E N 41 N 37 N 121

km km mm km m /s hpa 500 hpa E N 41 N 37 N 121 32 2 2014 4 Journal of Arid Meteorology Vol. 32 No. 2 Apr 2014. 08. 03 J. 2014 32 2256-262 LU Guirong WANG Wen YU Huaizhenget al. The Influence of Damrey Typhoon on 08. 03 Rainstorm Process in Rizhao of