濟寧地區春季暴雨一般出現在3月下旬-5月下旬.而這一時段,正是冬小麥抽穗、開花、灌漿和成熟的關鍵期.暴雨出現在抽穗開花期,會直接影響小麥的授粉且易造成小麥倒伏;出現在灌漿成熟期,小麥不但會倒伏,還會掉穗落粒,造成嚴重減產.春季暴雨發生頻次雖然較低,但由于其偶發性,容易造成預報人員及決策人員的思想松懈大意,預報準確率較低.春季暴雨還經常成為由旱轉澇的轉折點,給人一個措手不及.

氣象工作者對濟寧地區春季暴雨形成機理從不同角度做了很多研究,研究成果在天氣預報服務中起到了積極的作用,但目前預報的準確率和時效性還不能很好滿足服務的需求,需要進一步對形成機理和預報方法加強研究.另外,準確的預報春季暴雨直接關系到該地區的春季農作物需水情況或在旱澇轉換中起到積極作用,為了探討防災減災的對策,使氣象更好地為農業服務.

1 相關研究回顧

從我國暴雨的研究進展,春季暴雨的氣特征研究回顧,和春季暴雨的診斷分析幾個角度綜述了當前我國暴雨的研究成果,對濟寧地區春季暴雨的研究有一定的理論參考價值.

1.1 我國暴雨的研究與進展 陶詩言[1]等對我國暴雨的分布特征進行過詳細的分析,指出我國的季風暴雨主要集中在華南、長江流域和華北三個地區.通過分析得出暴雨的發生發展與低空流場和氣流的垂直運動有關,并有氣旋的發生發展,大尺度環境條件對對流系統的發生發展有明顯的制約作用,而且還對對流系統的內部因子有明顯的影響作用,因而中小尺度是在一定的大尺度環境條件下演變發生的.丁一匯[2]的研究表明,我國暴雨是在三種大尺度環境條件下產生的1\\)夏季風的爆發和撤退,標志著我國大范圍降水的開始和結束,夏季風脈動直接影響著我國雨季中的降水強度;2\\)大陸高壓和西太平洋副熱帶高壓的位置變化影響著我國降水區域的位置變化;3\\)北半球中高緯大氣環流的異常直接影響了我國暴雨的年際變化率. 曹鋼鋒]等總結了造成山東暴雨的天氣尺度系統主要有四類,它們是低槽冷鋒\\(包括高空冷渦與橫槽\\)、氣旋、臺風\\(包括東風擾動\\)和切變線\\(包括靜止鋒\\).低槽冷鋒和氣旋是造成山東暴雨的主要系統,小范圍暴雨主要是低槽冷鋒造成的,區域暴雨和大范圍暴雨則以氣旋為主;而小范圍大暴雨主要是由氣旋和低槽冷鋒造成的,區域大暴雨主要是由氣旋造成的,大范圍大暴雨主要是由氣旋和臺風造成的.

1.2 春季暴雨氣候特征研究現狀時空分布特征及背景我國作為農業大國,持續的干旱和暴雨洪澇對農作物的生長造成嚴重影響,進而影響到的國民經濟的發展,暴雨洪澇在春季的發生對春播作物的影響較大,連陰雨使作物的光照時間減少,影響其光合作用時間,持續降水使作物造成其虛根徒長,容易倒伏,同時也對病蟲害的抵抗力下降[4].暴雨發生的季節特點比較明顯,全國大部地區暴雨的發生時間都在6-9月,春季暴雨相對較少,但由于其偶發性,容易造成預報人員及決策人員的思想松懈大意,預報準確率較低,很多學者在其時空分布及旱澇轉換中做了大量的研究.禹春桂等[5-7]對春季暴雨進行了統計分析得出當年有春季暴雨與年份雨量存在正相關關系;7月份雨量存在反相關關系,并且總結得到春季暴雨的發生頻次及雨量對災害的產生成正相關型.楊學斌[8]得出山東暴雨的Hurst指數為0.5645,說明山東春季暴雨日數呈增加趨勢,并且這種暴雨日數增多的變化趨勢在未來與過去變化一致,但春季暴雨日數對山東年暴雨日數貢獻較小.

1.3 春季暴雨診斷分析研究進展

1.3.1 常規及非常規手段方面的應用 畢寶貴[9]指出我國暴雨的分析研究與預報已進入第四個階段,即以暴雨災害研究作為國家973重大項目實施為標志,隨著新一代天氣雷達網的業務建設,大氣監測和遙感技術的廣泛應用,暴雨數值預報資料同化和超級集合預報技術發揮重要作用.但是對暴雨的基礎分析仍舊是暴雨預報的基礎,利用各種探測資料,各種分析方法,對暴雨發生時大環流背景、影響系統進行研究,揭示暴雨天氣的形成機制和演變過程,才能對暴雨天氣過程有更準確的認識,提高暴雨預報水平.因此,對暴雨天氣過程的診斷分析仍舊是最基本的工作[10-15].徐旭然[16]對煙臺春季暴雨的氣候特征中指出,煙臺春季暴雨受副熱帶高壓的形狀,半島南部的暖濕氣團的位置,低空急流,高能區的位置這幾個因素影響.楊曉霞等[17]對一次山東春季暴雨分析中認為,高溫高濕度和對流不穩定是暴雨產生的條件,大尺度和尺度的垂直上升運動共同影響為對流的發展提供了動力.李慧芳等[18]對2007年3月3日登封市大到暴雨天氣過程進行分析,結果表明:這次降水過程的兩個主要降水時段都出現在次級環流的垂直運動上升區內;暴雨過程中登封上空中低層維持一高能區水汽輻合中心區對應降水集中時段.孫興池等[19]利用常規對魯西北出現創紀錄的大暴雨和沒有降水的兩次過程進行對比分析發現:大暴雨區分別位于地面冷鋒后和暖切變線南側.空間剖面顯示垂直運動相對于對流層中低層天氣系統的位置,有助于根據天氣系統的配置特征尋找暴雨落區的預報信息,二者水汽通量散度及渦度、散度垂直剖面也有明顯差異,可為暴雨落區預報提供參考. 氣象工作者研究發現,低槽冷鋒、氣旋,以及切變線是春季暴雨的主要影響系統[20-27],降水落區主要跟氣旋的移動方向,及切變線的位置有關.水汽條件是暴雨產生中部可缺少的條件.侯建忠等[28]對陜西一次罕見春季暴雨水汽輸送進行了分析,結果表明低緯度熱帶低壓西側的偏南急流和700hpa孟加拉灣的西南暖濕急流為此次暴雨提供了水汽,熱帶低壓西側的偏南急流的位置決定了強降水的落區.龔佃利等[29]對山東一次春季暴雨過程的水汽收支進行了較為精準的數值模擬,計算了暴雨發生過程中山東省范圍水汽輸送、水汽收支和空中各相態水物質的量值大小及其轉化關系.趙宇等[30]利用濕位渦理論分析得出傾斜渦度發展和濕位渦擾動是暴雨及氣旋形成的重要原因,也指出了水汽條件是暴雨產生必要條件.劉強軍等[31]對山西東南部太行山區春季兩次暴雨天氣對比分析發現:地面輻合線是暴雨發生的觸發機制,850hPa以下水汽飽和度迅速增加對雨量陡增有較好的指示作用.另外遲竹萍等[32]用螺旋度對一次山東春季暴雨的不穩定層結進行了分析,結果表明強對流和暴雨發生在不穩定大氣中,正螺旋度大值中心出現的高度與對流發展強弱有關;500 hPa螺旋度正值區長軸與造成強對流的暖區弱切變和雷達帶狀回波走向一致;螺旋度的強度變化對強對流系統的移動、發展及暴雨的發生有一定的指示意義.張春喜等分別對MαCS[33-36]\\(中尺度對流系統\\)引起的春季暴雨進行了診斷分析,并采用數值模擬很數值敏感性實驗客觀的分析了暴雨產生的機理,并指出初始對流的發生位置受最大對流有效位能\\(MCAPE\\)指示很大,降雨量大小受回波強度影響.

1.3.2 久旱轉雨相關研究 濟寧地區偶爾出現冬春連旱或者春季持續干旱的異常天氣,一場暴雨往往成為抗旱轉防汛的轉折點,給人以措手不及,所以準確的預報春季暴雨直接關系到該地區的春季農作物需水情況或在旱澇轉換中起到積極作用.氣象學者對春季久旱轉暴雨的天氣形勢進行診斷分析[37-40],得出中緯度環流形勢向"東高西低"轉變,是久旱轉雨的必要條件,低槽的發展副熱帶高壓加強北抬,以及降水前日平均水汽壓明顯明顯偏高等特征為久旱轉暴雨提供了有利的參考.谷秀杰,龐華基等[41]將干旱期間與暴雨時段大尺度環流場進行對比分析得出,干旱期間西風急流和南亞高壓主體由較偏南的位置快速加強北移轉為暴雨時段,暴雨區恰好位于二者交匯的高空強輻散區;干旱期間AO指數\\(北極濤動\\)及NAO指數均為正值,當二者先后由正值轉為負值時,有可能預示著后面將有強降水發生.侯建忠等[42]總結分析得出在我國北方,春季出現一段持續性、大范圍的明顯增溫時,預示著將有一次明顯的降水天氣過程.

1.4 小結 上述文獻在春季暴雨的時空分布,低頻震蕩,以及對春季產生暴雨的主要影響系統,水汽條件,動力條件,物理特征量等方面進行了診斷研究,使我們對春季暴雨的發生發展有了更全面的認識,對本論文的研究很有參考價值,但是暴雨暴雨的時空分布性較強,各地提煉的預報經驗指標難以共用,上述學者的研究成果對濟寧地區的借鑒意義不大.目前對濟寧地區春季暴雨的研究較少,本論文系統性的對濟寧地區春季暴雨進行研究,提煉濟寧地區春季暴雨預報的著眼點,彌補了濟寧地區春季暴雨系統性研究的空白,有很強的理論和實際應用價值.

2 濟寧地區春季暴雨研究主要內容和思路

2.1 濟寧地區春季暴雨時空分布特征研究 利用濟寧全市11個大監站日降雨量歷史資料\\(1975-2013年\\),用統計分析法研究全市暴雨時空分布特征,以及春季大到暴雨在全年降水中所占的比重.

2.2 濟寧地區春季暴雨的主要影響系統及天氣分型 利用常規高空、地面等綜合探測資料,NCEP再分析資料等研究分析每個春季暴雨天氣形勢,找出其主要影響系統的異同點,并將天氣形勢進行分型.從天氣形勢,影響系統以及時空分布上提煉濟寧地區春季暴雨預報的著眼點.

2.3 對濟寧地區春季暴雨進行診斷 用診斷分析法對濟寧地區近14 a\\(2000-2013年\\)來有代表性的春季暴雨個例進行診斷分析,總結各種物理量預報指標及特征量.如水汽壓、K指數、KY指數、SI指數、CAPE值、θse、水汽通量、垂直速度等,得出暴雨的物理量場特征與指標.并選取2000-2013年來濟寧地區有代表性的典型個例,綜合應用衛星云圖等探測資料等,對暴雨天氣發生前后進行診斷分析.

3 結論

通過對濟寧地區春季暴雨的特征及典型個例診斷對比分析,得出濟寧地區春季暴雨時空分布特征和天氣形勢特征,提煉出濟寧地區春季暴雨預報物理量指標.通過以上工作以便在預報業務中對濟寧地區春季暴雨預報方法進行新的設計和改進,進一步提高此類災害的預報準確率.

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