李恺霖1 杨富曾2 邓双双3 陈笑晨4
1.福建省气象信息中心，福建 福州 350001
2.福建省华安县气象局，福建 华安 363800
3.福建省平和县气象局，福建 平和 363700
4.福建省气候中心，福建 福州 350001
摘要：选取福建地区暖区降水36个个例，对其物理极端度进行了分类对比研究后发现，福建地区暖区降水发生时cape指数，700hPa-1000hPa风切和850hPa与925hPa温差异常比例高，异常占比达到60%以上。通过选取这三个物理量极端度占比最大的雨型与降水进行合成分析，发现降水的落区与极端度有着较好的对应关系，即大雨以上量级降水落区大多在极端度大的区域。
关键词：暖区降水；极端度；配料法
引言
暖区暴雨概念源自华南暖区暴雨研究，华南暖区暴雨长期以来一直是大气科学研究和定量降水预报业务中的难点问题。20世纪70年代至今，针对华南前汛期暴雨，我国开展了多次较大规模的外场加密观测科学试验，1977-1982年首次华南前汛期暴雨试验表明，华南前汛期暴雨往往发生在锋前西南暖湿气流中，有时则发生在西南风和东南风汇合气流里，或者风向一致的西南气流辐合区中[1-3]。暖区暴雨有较大的地域性差别，降水具有突发性强、时空分布不均、局地小时雨量大及危害特别严重等特点。由于造成暖区暴雨天气系统和环境条件复杂，触发机制难以捕捉，暴雨开始时间、落区及强度难以确定，数值模式对其预报能力弱等原因，对其预报较为困难，因而经常出现预报偏差。
福建地处中国的东南沿海，每年3-6月是福建的前汛期，此时冷空气仍较活跃，南面的暖湿空气开始活跃，冷暖空气交汇于江南到华南地区，福建常出现锋面附近或锋前暖区的暴雨、冰雹、雷电等强对流天气。福建省暖区暴雨日占总暴雨日的14.9%， 暖区暴雨出现的概率以前汛期居多，其中尤以6月最多，其次是4月。暖区暴雨分型根据地理分型有北部型、南部型、双雨带型、全省型。如果根据天气形势分析有：低层暖平流强迫抬升型、高层冷平流触发型、台风低压倒槽型、副高边缘型、低槽锋生型这几种类型。
1资料与方法
本文采用NCEP提供的FNL再，分辨率为1?×1?逐6h再分析资料，在暖区暴雨的预报中经常采用“配料法”，“配料法”是Doswell[4]在1996年提出的基于构成要素的预报方法。通常上来说“配料法”强调在暴雨的预报中，抓住暴雨发生发展过程中影响水汽垂直输送的主要动力、热力条件和环境场配置。在福建省的暖区暴雨预报中通常采用与暖区降水有密切关系的物理量如CAPE指数、A指数、K指数、垂直风切等，同时预报员在长期值班中的经验物理量如850hPa与925hPa温差，850hPa与500hPa温差，850hPa与500hPa假相当位温温差等也可以用于暖区降水的预报。
但是仅仅根据配料法无法定义罕见的物理量现象，因此需要引进当地当时的气候背景作为参照。基于这样的想法引入了极端度的概念。Grumm and Hart[5]提出的标准化距平法对上述物理量进行极端度分析，具体计算方法如下：
N=(X-μ)/σ
式中：X 为要素值，μ 为要素平均值，σ 为标准差，n为样本数。N为某一时刻要素值和历史同期平均值的偏离程度，即极端度。N的绝对值越大，表明要素与历史同期平均值的偏离程度越高。
2结果分析
对从2013年-2018年中福建发生的合计36次暖区降水的预报量进行统计，定义|N|≥2为标准得出总个例及九种天气类型中各物理量达到异常标准的比例，并筛选出极端度占比最高三个物理量分别为cape、700hPa-1000hPa风切(sheer700-1000)和850hPa与925hPa温差(T850-925)，具体统计结果如表1所示。
表1中得到三个物理量异常占总个例的比例都在60%以上，说明当福建省暖区降水发生时大多数伴随着这三个物理量的异常。就cape而言，副高边缘型异常占比达到100%，而南部型仅有25%，其他各型极端度比例都在50%以上。就700hPa-1000hPa风切而言，高层冷平流触发型极端度仅有21.43%，而低层锋生型占比100%，其余各型比例均在50%以上。850hPa与925hPa温差而言，除了全省型的比例低于50%以外，其余各型的极端度比例均在50%以上。
表1 九类天气型物理量极端度统计(单位：%)
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下面给出物理量极端度占比最大的暖区降水分型与降水进行合成分析。图1中可得出，对于副高边缘型，大雨落区在沿福建东北-西南线上一带。福州北部部分地区，龙岩大部，三明大部，南平宁德全境。暴雨落区在三明部分地区，南平中部大部地区，宁德北部大部地区。除漳州外，全省大部极端度都在2以上。其中福州宁德南平大部极端度在4以上。降水区域与极端度大于2的区域有着比较好的对应关系。
图1 副高边缘型物理量(等值线)及极端度(阴影)。左图黑点为降水量50-100毫米区域，右图为降水量大于100毫米区域
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图2对于低层锋生型而言，大雨落区比较分散。雨区在漳州大部，龙岩大部，三明中部西北部部分地区，南平部分地区，宁德东部南部部分地区。暴雨落区在厦门东部。沿海极端度在2以上，其余大部地区极端度在3以上。陆地上强降水的落区均在极端度为2以上的区域中，极端度与降水的对应关系较好。
图2 低层锋生型物理量(等值线)及极端度(阴影)。左图黑点为降水量50-100毫米区域，右图为降水量大于100毫米区域
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图3对于南部型而言。大雨落区在福州南部部分地区，莆田全境，泉州大部地区，厦门大部地区，漳州全境，龙岩西南大部和东北部部分地区，三明西南部部分地区。暴雨落区在漳州东南部部分地区。全省大部极端度在2以上。福建境内的大雨落区基本上落在极端度为2以上的区域内，暴雨落区除了部分沿海地区外，均落在极端度为2以上的区域内。
图3 南部型物理量(等值线)及极端度(阴影)。左图黑点为降水量50-100毫米区域，右图为降水量大于100毫米区域
3结束语
(1)福建暖区降水各预报物理量中cape、700hPa-1000hPa风切(sheer700-1000)和850hPa与925hPa温差(T850-925)极端度比例最高，对福建暖区暴雨的发生有着指示意义。
(2)通过选取极端度比例最高的暖区降水雨型，通过物理量与降水落区的合成分析发现，大雨以上量级降水的落区与极端度之间有着较好的匹配关系，强降水落区基本在极端度大于2的区域。
参考文献
[1] 包澄澜, 王两铭, 李真光. 华南前汛期暴雨的研究[J]. 气象, 1979(10): 8-10.
[2] 包澄澜. 华南前汛期暴雨研究的进展[J]. 海洋学报:中文版, 1986(01): 31-40.
[3] 黄士松. 华南前汛期暴雨[M]. 广州: 广东科技出版社, 1986: 212-244.
[4] Doswell C A, Brooks H E, Maddox R A. Flash Flood Forecasting: An Ingredients-Based Methodology[J]. Weather and Forecasting, 1996, 11(4): 560-581.
[5] Grumm R H, Hart R. Standardized Anomalies Applied to Significant Cold Season Weather Events: Preliminary Findings[J]. Weather and Forecasting, 2001, 16(6): 736-754.