1、2.1 暴雨的次数和日数暴雨是我国一种多发的自然灾害，我们国家已经根据单站12或者24小时降水量的强度对降水过程进行分类降水量等级国家标准（GB/T 285922012），主要把降水过程分为小雨、中雨、大雨、暴雨和大暴雨，具体的等级标准见表1。暴雨主要指以单站24小时降水量50R100mm的降水过程。由于我国幅员辽阔，各地降水强度差异很大，故各地气象部门对当地各类降水等级标准也有所不同。例如华南一带将暴雨定为日降水量大于或等于80mm；而在新疆、甘肃、内蒙等地，由于24小时降水量达50mm的机会很少，故将日降水量大于或等于30mm都可算为暴雨。为统一起见，本文还是沿用国家标准给出的标准（表1）
2、。本文通过分析1971年2010年的降水资料，发现某地区暴雨及大暴雨均出现在5月9月，故按照国家气象部门规定的降水量标准分析了某地区1971年2010年59月的降雨量次数（表2），得出：某地区7个站点平均出现小雨的次数约为1430次，约占59月总降水过程的84%；平均出现中雨次数约为213次，约占总降水过程的12%；平均出现大雨的次数为56次，约占总降水过程的3%；平均出现暴雨次数9次，平均每年0.225次，约占总降水过程的1%。某地区历年平均年暴雨日数为1.45日，各站之间暴雨日数差距较大，阴山山脉（大青山）以南多于山北。某地区也是全区暴雨日数较少地区之一。表1 降水量等级降水等级12小时降
3、水总量（mm）24小时降水总量（mm）小雨0R510中雨5R1410R25大雨15R3025R50暴雨30R7050R100大暴雨70R140100R250特大暴雨R140R250表2 某地区7个观测站点1971年2010年59月不同等级降水过程出现的次数及其在总降水次数的百分比站点10/占总降水过程次数的百分比25/占总降水过程次数的百分比50/占总降水过程次数的百分比100/占总降水过程次数的百分比青山1290/80.8%216/13.5%77/4.8%14/0.9%萨拉齐1419/79.5%258/14.4%90/5.0%20/1.1%金山镇1417/81.1%256/14.6%65/3
4、.7%10/0.6%白云1469/85.2%202/11.7%44/2.6%9/0.5%百灵庙1449/84.6%208/12.2%50/2.9%5/0.3%满都拉1225/89.3%119/8.7%27/1.9%1/0.1%希拉穆仁1752/86.5%230/11.4%39/1.9%4/0.2%以上分析表明：某地区暴雨过程总体特点是历时短，强度大，范围小。某地区降水过程主要以小雨过程为主，其出现的频次超过总降水过程的80%以上；暴雨及大暴雨过程出现的频次较少，属于小概率事件；该地区没有出现过特大暴雨过程，这显然与该地区的水汽条件有密切的关系。2.2 暴雨的时间变化为了了解某地区暴雨的时间变化
5、，分别对暴雨及大暴雨的年际变化、月、旬变化以及日变化进行统计分析。2.2.1 暴雨及大暴雨年际变化对19712010年发生过暴雨的年份及其发生暴雨的次数进行统计（图2），得出：暴雨出现次数最多的是2006年，为4次，其次为1981年、1992年以及1998年，为3次。在研究的40年中，有24年出现过暴雨及大暴雨，有16年未出现过暴雨及大暴雨。 图2 某地区1971年2010年暴雨及大暴雨次数年际分布图（红色虚线为40年平均暴雨次数）分析表明：暴雨年际变化明显，且暴雨过程出现的次数存在78年左右的周期。2.2.2 暴雨及大暴雨月、旬变化某地区在有气象记录的64次单站暴雨及大暴雨中，出现暴雨及大暴
6、雨的月份集中在5月至9月。在19712010年40年间，一年中最早出现暴雨是在5月5日（1992年，固阳），最晚是在9月20日（2006年，白云鄂博）。其中5月、6月最少,各3次，约占9%，9月也相对较少，为4次，约占6%，7月至8月最为集中，为54次，约占84%；7月出现21次，约占33%，8月出现33次，约占52%；其余月份未出现过暴雨及大暴雨（图3）。暴雨及大暴雨的逐旬变化同样具有以上特点，其分布变化为单峰形，峰顶出现在8月中旬，出现次数最多的还有7月下旬和8月上旬（图4）。图3 某地区1971年2010年59月暴雨及大暴雨月分布图图4 某地区1971年2010年59月暴雨及大暴雨旬分布
7、图某地区暴雨主要集中在主汛期7月下旬至8月中旬，暴雨日集中的较为明显。2.3 暴雨强度和持续性在某地区40年日降水资料中，1日（24小时）最大降雨量出现100mm以上大暴雨以上共有1次，即1976年7月27日08时28日08时的石拐站（106.7 mm，1994年撤站）。在多雨的7月至8月，每次暴雨及大暴雨平均也只发生在1.6个站（出现暴雨站数/出现次数）。在有气象记录的64次暴雨中，仅1站监测到的有47次，2站监测到的有13次，3站监测到的有2次，4站监测到的有2次（图5）。在统计的40年日降水资料中，范围最大的两次暴雨出现在1976年8月18日和1985年8月24日，有4个站同时发生（两次
8、均出现在市区、萨拉齐、金山镇以及希拉穆仁四站），其次为1976年7月28日（出现在市区、萨拉齐以及白云三站）和1998年7月5日（出现在市区、萨拉齐以及金山镇三站），均有3个站同时出现暴雨；连续两日降水量最大值出现在1997年8月13日至14日某市区，48小时累积降水量为117.4mm。图5 某地区1971年2010年出现暴雨站数统计图每次大暴雨平均只有1个站观测到，由此可见，某地区暴雨的一个显著特点是范围小，局地性强。2.4 暴雨的地理分布暴雨日降雨开始到结束之间的持续整时数（用自记或实测记录，以间断不超过3小时为连续）为暴雨持续时数。统计结果表明：某地区暴雨持续时数在743小时之间。其中持
9、续时数在20小时以上的地区，在阴山山地东段。在以上区域两侧的地区，持续时数在20小时以下。在统计的64次暴雨中，大青山南部地区（市区、土右两站）出现34次，约占53%；平均海拔在1500m左右的站点（白云、达茂、希拉穆仁）出现暴雨及大暴雨18次，约占28%。综上所述，某地区暴雨日数、强度（相对强度除外）和持续时间，总的趋势呈现为从东南向西北递减的特征，与平均年降雨量的分布规律（图6）相一致。并可以看到，在阴山山脉南麓有暴雨中心，除环流因素外，也显现了地形的重要作用。（a） 19711980年 （b） 19811990年（c） 19912000年 （d） 20012010年图6 1971年201
10、0年某地区每10年平均的年降水量（mm）分布 第三章 某地区暴雨过程的主要影响系统分析暴雨的形成是多种尺度大气相互作用的结果。大尺度环境场为暴雨的形成和发展提供有利的条件。以下主要采用天气学分析的方法，对发生在某地区的9次暴雨过程进行综合分析，分析该地区暴雨过程的主要影响系统。3.1 西风槽北半球中高纬度的平均经向环流（Ferrel）环流很弱，平均纬向环流在对流层盛行西风称为西风带。西风带中常常产生波动，形成槽和脊，槽为低压，脊为高压。西风带中的槽线，称为西风槽，多为东北西南走向，西风槽的槽前（东面）盛行暖湿的西南气流，多阴雨天气，西风槽的槽后（西面）盛行干冷的西北气流，天气晴好。某暴雨多数是
11、由于副热带系统与西风带系统相互作用所造成的。因此，西风槽和切变线的活动对某地区暴雨的形成起着十分重要的作用。对某地区暴雨资料的分类统计表明，由西风槽造成的暴雨，发生率占暴雨总数的41左右（表3）。表3 1971年2010年某西风槽暴雨统计表暴雨时间站数700hPa系统850hPa系统地面系统24h最大降水量（mm）1973.08.1408.151偏南气流西南气流（槽前）暖锋（倒槽）51.51975.08.1008.11偏北风（槽后）冷锋62.11975.08.2508.262偏南（槽前）61.51988.07.1707.18低涡切变线冷锋（倒槽）65.01998.07.0507.063东南气流
12、77.01998.07.1207.131999.08.0508.0657.92001.07.2407.2561.92010.08.0708.0858.6西风槽在暴雨过程中的作用，主要是自巴尔喀什湖及新疆东移的西风槽（图7）。在形成暴雨的过程中，西风槽是将不同纬度间的冷暖空气相互输送的通道。西南气流随着西风槽的逼近不断加强，从而将较低纬度的水汽和能量输送到暴雨区。而槽后冷平流随着低槽东移入侵又使暖湿空气动力抬升，促使有效位能释放，成为造成暴雨的一个重要触发机制。因此，经向发展较强的西风槽在中、低纬相互作用中起到纽带作用。在条件适宜时，西风槽还促使低空或地面系统强烈发展，使降水加强而产生暴雨。图7
13、 西风槽类暴雨过程的概念模型，图中蓝色线为等高线，白色箭头为冷空气方向，红色圆点代表某地区的位置受西风槽影响的某地区暴雨，容易出现在某地区东部有副高或较强高压脊控制的形势下的中纬度西风带锋区在43N53N一带。此时，较高纬度的冷空气从亚洲大陆西部分裂南下，并沿中纬度向东扩散，极易在冷空气南侧的咸海到巴尔喀什湖一带形成短波槽，在中纬西风带的引导下，西风槽迅速移至河套一带，并在东部高值系统的阻挡下减速停滞，影响某地区并产生暴雨。当这种大范围环流形势处于稳定阶段时，由于连续生成的短波槽所携带的冷空气一次次侵入并与东部持续存在的暖湿西南气流不断交汇，有时可导致暴雨的重复发生。一旦有低涡等其它影响系统配
14、合时，降水量会比较大。1998年7月4日7月5日的降水过程主要影响系统为西风槽，从500hPa的天气形势图（图8）上可以看到：500hPa不断有西风槽向东南方推进，贝加尔湖西北侧有冷中心伴着西风槽不断向东南方向移动，将冷空气移入河套上空的西风槽，而随西风槽东移入侵河套地区的冷平流是暖湿空气动力抬升的主要机制，有利于有效位能释放和暴雨的产生。图8 1988年7月4日00时（a）和5日00时（b）500hPa的天气形势，图中红线为等温线（间隔4），黑线为等高线（间隔，40gpm），D和G分别为低压和高压中心，N和L分别为暖和冷中心，红色圆点代表某地区的位置3.2 切变线切变线是在风场上明显表现出气
15、旋性切变的不连续线，主要出现在850hPa或700hPa上，是冷暖两支气流间的强烈辐合上升运动地带，也是夏季造成某地区出现暴雨的主要影响系统之一。切变线可以分为冷性切变线和暖性切变线。对某地区暴雨资料的分类统计表明，由切变线直接造成的暴雨，占暴雨总数的30左右（表4）。表4 1971年2010年某切变线暴雨统计表暴雨站数700hPa急流走向850hPa急流走向切变类型1978.08.3008.31西南西南转东南暖切72.01981.08.0508.06东北转东南80.61992.08.0708.08偏南冷切90.62002.06.2106.22偏东转西南南67.82002.08.0308.04
16、东南57.72003.09.2609.27东南转西南55.92006.08.0608.0767.02006.08.0708.0867.72008.07.3108.0150.73.2.1 冷式切变型暴雨冷式切变主要是指偏北风与西南风（或偏西风）之间的切变。其中以偏北风占支配地位，自北向南移动。在夏季，冷式切变有可能产生暴雨。影响某地区的冷性切变线是由西来槽东移演变而成的，这时副高稳定少动，切变线方向多呈东北西南向。冷性切变线降水常常带有阵性，降水区与切变线平行，暴雨出现在700hPa切变线到地面锋线或850hPa切变线之间（图9）。图9 冷切变型暴雨的基本形势，图中蓝线为等高线，棕线为切变线，D
17、和G分别为低压和高压中心3.2.2 暖式切变型暴雨暖式切变主要是指西南风与东南风或偏南风与偏东风之间的切变。其中以西南风或偏南风占支配地位，自南向北移动。夏半年，暖式切变附近往往有暴雨产生。暖性切变线的形成有两类，一类由冷性切变演变而来，这类暖性切变在形成前期已有近东西向的冷性切变存在，并有低涡或小波在其缓慢移动过程中在其西段产生，使其西段北抬，从而由冷性切变演变为暖性切变。这类切变线的特点是两侧冷暖空气分明，降水则常以由于暖空气爬升造成的稳定性降水为主，且在700hPa和850hPa切变线南侧有较强的低空急流配合。另一类则是由于位于副高后部暖区中的切变线或西南气流上不稳定扰动的北上而形成的切
18、变线。在这类切变线附近，低空有明显的暖锋结构，但温度梯度不明显，切变线南侧有强而稳定的低空急流，同时副高常常明显增强西伸、北抬，暴雨区多发生在切变线北侧（图10）。图10 暖切变型暴雨基本形势，图中蓝线为等高线，棕线为切变线，D和G分别为低压和高压中心1981年8月5日的暴雨过程在对流层低层为暖切边系统。在850hPa天气图（图11）上可以看到：某地区存在明显的暖式切变，暴雨落区出现在700hPa切变线和850hPa切变线之间。图11 1981年8月5日00时850hPa天气形势，图中单红线为等温线（间隔4），双红线为切变线，黑线为等高线（间隔，40gpm），D和G分别为低压和高压中心，N和L
19、分别为暖和冷中心，红色圆点代表某地区的位置3.3 低涡低涡一般指出现于大气中低层的水平和垂直范围都较小的低压涡旋。对中国天气变化影响较大的低涡有两类: 一类是气流经青藏高原特殊地形作用后产生的动力低涡, 如产生于四川西南部的西南涡和青海湖附近的西北涡；另一类是从高空西风带的深槽中切断出来的冷性涡旋，如北方冷涡。某地区夏季产生暴雨的重要天气系统之一就是低涡，由于低涡过程引起的暴雨约占某暴雨的26左右（表5）。低涡的雨带与其移动路径之间有关，最大雨量中心多位于低涡移动路径前1个至2个纬距内。低涡暴雨的落区与低空急流的活动和演变有密切的关系，在低空急流轴左前侧有水汽通量的辐合区，对应温度露点差较小的
20、湿中心，易产生暴雨。当出现西南（偏南）急流与强偏东气流汇合时，在汇合区内，水汽通量辐合区增强扩大，温度露点差小的湿中心区域也扩大，则易形成暴雨。表5 1971年2010年某地区低涡暴雨统计表系统类型700hPa系统850hPa1981.08.1408.15蒙古冷涡西南急流东南急流61.11985.08.2408.25北槽南涡80.31988.08.0908.1057.41997.08.1308.14西南低涡60.8河套低涡2006.08.1108.12冷锋 （蒙古气旋）62.62006.09.2009.2163.3图12为1985年8月24日00时700hPa的天气形势图，从图中可以看到：70
21、0hPa低涡位于某地区，在其前部存在明显的低空西南急流，低空急流轴左前侧的水汽通量辐合区与温度露点差较小的湿中心相对应，产生此次暴雨过程。图12 1985年8月24日00时700hPa天气形势，图中红线为等温线（间隔4），黑线为等高线（间隔，40gpm），棕线为切变线，棕色尖头为急流，D和G分别为低压和高压中心，N和L分别为暖和冷中心，红色圆点代表某地区的位置3.4 低空急流低空急流指对流层低层（700hPa或850hPa）风速12m/s的强风速带。低空急流的作用有下列几点：提供暴雨区所需水汽，建立并维持暴雨区低空对流不稳定层结；建立暴雨区低空天气尺度上升气流，触发对流不稳定能量释放；暴雨区的移动和强度变化与低空急流的变化密切相关，暴雨落区一般出现在700hPa低空急流前部03个纬距之间。由于某地处高原，拔海高度大多在1000m以上，在业务预报实践中把700hPa等压面图上至少相邻两个测站风速12m/s的区域称为低空急流区。按照内蒙古天气预报手册规定：暴雨过程发生当天及前一天，暴雨区与急流轴之间距离不超过5个纬距的配置，认为两者之间存在关系。对1971年2010年69月某地区暴雨过程的统计分析表明，该地区90以上的暴雨过程在850hPa或700hPa上有西南风或偏南风低空急流（表6）。表6 1971年2010年某暴雨与低空急流统计表700hPa急流850hPa急流图13为2008
