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济南市短历时强降水特征及致灾大暴雨分析与预报研究

尹承美  
【摘要】:短历时强降水突发性强,降水时间集中,可预报时效短。由于地形特殊、泄洪能力薄弱,短历时强降水对济南市区的交通会造成严重影响,甚至威胁人类的生命。因此选取有区域自动气象观测记录以来的短历时强降水过程和济南历史上两次致灾大暴雨过程作为本论文的研究对象。首先对2007-2014年济南市短历时强降水的年际变化、月际变化、日变化、强度变化和区域分布特征,以及出现短历时强降水的天气形势、物理量和多普勒雷达产品进行了统计分析。之后针对济南历史上两次致灾大暴雨过程,利用NCEP再分析资料对高低空环流配置、水汽条件、热力条件、中尺度动力条件等进行了细致分析。在对短历时强降水发生的环流形势及基本条件分析的基础上,制作了多因子组合的短历时强降水预报流程,建立了利用天气形势和常用物理量对小时最大降水量的多元逐步线性回归预报方程,通过实际业务试报应用。得到以下结论:1、2007-2014年济南短历时强降水日数和站次总体上都呈现上升的趋势。短历时强降水最多出现在南部山区和泰山山脉交界地带,其次是市中心地带。短历时强降水集中出现在7-8月,3月中旬开始出现短历时强降水,进入9月迅速减少,9月中旬后不再出现短历时强降水。3月短历时强降水强度最小,7月短历时强降水强度最大。短历时强降水主要出现在18-19时,其次是04-05时,短历时强降水的日变化和城市热岛强度日变化的趋势有一定的相关性。2、产生短历时强降水过程的主要天气形势有冷涡型、横槽型、西风槽型、副高边缘型、两高之间型和台风倒槽型,西风槽型和副高边缘型出现概率最大,两高之间型和台风倒槽型出现概率最低。产生短历时强降水时伴有气温突降和气压升高,而短历时强降水的大小与变温或变压的数值大多成正相关;有无大风出现与冷空气强弱有关。3、产生短历时强降水前,一般K≥32℃、SI-1℃、CAPE≥500J.kg-2、θse850≥75℃、(T850-T500)≥25℃,上述物理量的变化要早于短历时强降水的出现。同时,基本反射率一般在40dBz以上,最强回波强度达70dBz;基本速度图上存在“逆风区”或辐合区,“逆风区”的出现比短历时强降水的出现提前l5-30min;回波顶高一般超过9km,最强时可达到12km以上;垂直积分液态含水量一般大于20kg.m-2,最大值可以达到50kg.m-2以上。4、两次致灾大暴雨产生在西风槽前、副热带高压边缘,对流层中低层存在低涡和强的低空西南急流形势下。强盛的西南气流把暖湿气流源源不断地向暴雨区输送,低层增温增湿使大气中的对流不稳定能量急剧升高,低层冷空气与西南暖湿气流在济南交汇,触发对流不稳定能量释放,从而产生强降水。两次致灾大暴雨K40℃,SI-2.4℃,q13g?kg-1,低层为强辐合上升运动。5、在对短历时强降水发生的环流形势及基本条件分析的基础上,选取与短历时强降水关系密切、物理意义清楚的因子作为参数;综合考虑了天气形势、水汽状况、大气层结稳定度以及多普勒雷达、风廓线雷达和区域自动站要素变化,按照由粗到细逐步订正的步骤进行多因子组合的的短历时强降水预报流程。对2015年汛期所有短历时强降水进行了试预报,预报准确率为60%,试报效果良好,对短历时强降水有一定的指示意义。


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