四平地区夏季冷涡降水分级指标探究

第25卷第1期 2018年3月
气象灾害防御
METEOROLOGICAL DISASTER PREVENTION
Yol.25 No.1
March.2018
四平地区夏季冷涡降水分级指标探究
巩宪伟赵子程刘彪
$四平市气象局，四平136000)
摘要
本文利用NCEP(2.5°x 2.5。

)逐日再分析资料 和四平市各县站逐日降水资料，通过对东北冷涡 气候特征、降水特征、低空环流形势、物理量特征 的分析，选取与四平地区东北冷涡降水相关度较 高的700hPa垂直速度、850hPa散度、925hPa散 度、850hPa相对湿度、700hPa比湿、850hPa比湿、850hPa假相当位温、K指数等8个物理量，按降水 量级统计物理量指标阈值，利用指 ，立了四平地区夏季东北冷涡降水分级预报方程，将 方程预报结果进行消空处理后可得到良好的预报 效果。

结果表明：东北冷涡夏季年均出现23.4d，占夏季的25.4%，平均每个东北冷涡过程持续时间 约为4.1d;四平地区东北冷涡降水中，暴雨以上量 级有76H出现在第四象限。

预报方程对四平地区 东北冷涡降水预报效果较好，其中暴雨TS评分为 0.54,大雨TS评分为0.27,中雨TS评分为0.33, 小雨TS评分为0.52，各量级降水TS评分均好于 预报员主观预报的TS评分，尤其是暴雨和大雨的 TS评分较主观预报分别高出0.54和0.12,对四平 地区夏季东北冷涡降水短期预报具有较大的参考。

关键词：东北冷涡；指标叠套法；分级降水方程
1引言
研究表明，东北冷涡是影响我国东北地区的 主要天气系统之一，一年四季都可能出现，但以 5、6月份最多，因其不稳定性，夏季常造成雷阵雨 天气I1J。

从天气尺度来说，东北冷涡的初级阶段，多 为典型温带气旋，其产生的降水多为稳定性降水 或混合性降水，是比较重要的强降水类型，超过 60H的飑线与东北冷涡过程有关，东北冷涡引发 的降 东北降50%。

引发强
的系统尺度、有发性、性，其降水 、落区的预报具有较高难度。

目前已有多学者从东北冷涡的强度、气影响、
研 m，但 东北冷涡降水的
级降水预报 有研，从 统
，东北冷涡降水的预报 ，以四平地区夏冷涡降水的期预报，多多 、的气 产 。

2资料和方法
国预报 国气研 合 出的 ，水 为 2.5。

" 2.5。

，为17 ，为 1980年 1 月1-2015年12月31 期的四 各县站逐日
降水 四气 。

东北冷涡的定 ，气
方法对1980-2015年夏季东北冷涡的
统计。

一统学四平地区夏季东北冷涡 降水 统计，础上运 学、统学定物理因子并统物理的指标阈值，最后于定的8种物 理因子的指标阈值，指标叠套建立四平地区夏季东北冷涡降水级预报程，并通过高 空冷涡 低空 形势 不 级的降水预报程消空处理，定最终的预报 方程。

于国气降水TS评 ，比较方
程预报 级降水的TS评与预报员实际TS评 ，检验四平地区夏季东北冷涡降水级预报方 程的实际使价值。

3东北冷涡气候特征
给出了 1980-2015年东北冷涡夏季出现 天的历表(表1)，北涡为50。

5以北出现的冷 涡，中涡为40-50!N出现的冷涡，南涡为35-40!N 出现的冷涡[6]。

经统，东北冷涡均每年夏季出现23.4d，夏季天的25.4%，其北涡32.3%，中涡占63.7%，南涡占4.1%。

对夏季东北
收稿日期：2018-01-25
作者简介：巩宪伟（1987-)，男，吉林镇赉人，本科，工程师，主要从事短期、短时预报研究，gong543140970@ 。

26气象灾害防御第25卷
冷涡频数的年平均特征也进行了统计（表略）， 1980-2015年夏季共出现东北冷涡204个，年平 均出现约5.67个。

频数的分布特征与天数分布特 征
O 度一^致。

1980-2015年夏季东北冷涡分布各月有明显
差异，本文统计了夏季逐月的东北冷涡出现的总
次数，如图1所示。

6月是东北冷涡出现次数最多 的月份，年平均出现约2.47次，占总数的43.6/，7 月是东北冷涡出现次多的月份，年平均出现约 1-94次，占总数的34.3/，8月是东北冷涡出现次 数最少的月份，年平均出现约1-25次，占总数的 22.1/〇
对夏季东北冷涡过程持续天数进行了统计， 结果表明：平均每个东北冷涡过程持续时间约为 4.1d。

其中，中涡平均持续时间最长，为4.33d
;北
涡平均持续时间为3.85d
，南涡平均持续时间最 短，为 3.09d。

4
四平地区夏季东北冷涡降水特征
在统计各象限降水量级占比的基础上，石 一个度 各象限降水特，
量级降水
为出
，
平
夏季东北冷涡不同量级
降水所对的象限有何特。

表2给出了 1980-2015年夏季东北冷涡各量 级降水对各象限所占百分比。

产生暴雨
量
表！ 1980-2015年夏季东北冷涡出现天数的日历表(d )
年份北涡天数
中涡天数南涡天数
总天数1980925438198124120361982
3
7
4
14
201331401720146220302015
722029总数27053334837平均
7.6
14.8
1.0
23.4
图1 1980-2015年各月东北冷涡出现总数(a )、北涡(b )、中涡( + )、南涡(d
)逐月出现次数
第1期巩宪伟，等：四平地区夏季冷涡降水分级指标探究
27
级的降水中，第四象限占比最多，达到76.2% >是 最可能产生暴雨以上量级的象限；产生大雨以上 量级中，第四象限仍然占据最大的比例，达到
62.3%，第三象限占比19.8%，位列第二位，其它象 限占比均不足10%。

可见第三和第四象限是易产 生大雨量级的象限。

5
低层环流形势
在高空东北冷涡背景下，低层的环流形势呈 现出不同的类型。

1980-2015年所有受东北冷涡 影响下的低层环流形势共出现过17种。

根据其受 东北冷涡不同象限影响，分为4类:切变类(| 切变 切变、冷切变 切变)、低涡类(涡北
涡东北
涡北
涡中
流类
C 1
流)、其它类(I
，偏东东南偏南南偏北偏
，反环流)。

图2是对1980-2015年受东北冷涡影响下不 同量级降水相对应的低层环流形势的统计分析。

图2可知，1980-2015年，受东北冷涡影响四平共出现雨以上量级降水8 ， 低层形势分析，其中流类5 变类2
，低涡类1 。

可见， 雨以量级降水的出现，与
流切相。

高空流
产生反环流，低层低涡东，在低涡 高
产生的低空流， 反环流低层的偏南气
流 低空 流南 的
不
空
流
下的 层 北
，在低空流的北产
生雨。

雨的生
反环流及低空
急流，
环，二
到
011。

大雨、中雨雨三种降水量级对应的低层 环流形势中流类占比
，切变类占比多，
大雨到雨量级的降水
流 的
空
相
，
切变提
的
相
大。

在中雨的切变类
中， 切变占比过 ， 切变占比不足
30&，冷切变占比不足20&。

对 雨量级降 水，低涡类占比中雨
，
在无明的低层环流形势下，
易产生小雨。

对
降水量级，占比最多的不是切变类，而是其
它类，
：受切变统影响，产生雨以量
级降水是大 ，不产生降水是相对小概
〇
6
物理量分析
700
hPa
850
hPa t
925
hPa r 〇 850hPa 相对
700hPa 比 850hPa 比湿；能量条件选取 850h P a 相位和6 ， 量的
一步详细分析东北冷涡降水。

对1980-2015年四
区夏季受东北冷涡
影响的904d 进行统计分析，发现有88&的暴雨
过程中，700hPa 的垂直速度小于-20Pa/s ，因此
表2 1980-2015年夏季东北冷涡各量级降水对应各象限占比(％)
各降水量级占比
第一象限
第二象限
第三象限
第四象限
冷涡中心
暴雨以上9.5
4.8
9$576$20$0大雨8.4 5.319.862$34$2中雨7.47.326.650.38$4小雨
22.9
8.931.629$96$6
/00
暴雨以上 大雨 中雨
小雨 无降水
东北冷涡降水量级
图2 1980-2015
年受东北冷涡影响下不同量级降水相对应的低层环流形势的统计
28气象灾害防御第25卷
将-20Pa/S作为暴雨以上量级的700hPa垂直速 度的预报指标。

对大雨量级、中雨量级、小雨量级 分别做了同样的分析，得出以下结论：大雨量级 将-12Pa/S作为垂直速度的指标，可含盖86%的大 雨过程;中雨量级将-8Pa/S作为垂直运动的指标，可含盖91%的中雨过程；小雨量级将-2Pa/s作为
垂直运动指标，可含盖92%的小雨过程。

以此类推将另外7个物理量进行了同样的统 计分析，并找到了相应降水量的指标量。

汇总如表 3所示，明显可以看出从暴雨量级到小雨量级，无 论是动力条件、水汽条件还是能量条件，所对应的 物理量指标逐渐减小。

7四平地区夏季东北冷涡降水指标分析及方程 建立
7.1方程
表3中所 的各量级降水物理量指标，指标 ，季东北冷涡降水降水量级的有无方程：
以暴雨预报方程为：
设 P=A+B+C+D+E+F+@+H
中A表 700hPa垂直速度，小 -20 记为1，为0;B表示850hPa度，小
于-80 为1，为0;C表示925hPa度，小于等于-60 为1，为0; D表示850hPa相对湿度，90记为1，为0;E表示700hPa，8 为 1，为 0;F表示 850hPa，10 为 1，为 0; @表示850hPa相 ，56 为1，为0;H表示K指，34记为1，
为 0。

P=8 ，即同时满足以上八个物理量条件时，预报有暴雨，P<8 ，能同 以个物理量条件，预报无暴雨。

雨小雨量级冷涡降水方程 表3的指标 ，即同相应所有指标 预报有相应降水。

东北冷涡降水预报方程，应
小 。

，以小雨指标方程 ，如，预报无降水，如 看是 中雨指标，如 预报小雨，如 雨指标，推，降水量级。

7.2 预报
预报方程对1980-2015年四平地区夏季 东北冷涡所有 过程进行预报 ，报 、报、T S分角度进行分析。

如表4所示，小雨报为35%，报为617，T S分达到0.52,是所有量级降水中预报效 的。

中雨报为33%，报为77%，TS 评分为0.15，为所有量级预报 理想的。

大
表3各量级降水对应各物理量预报指标
暴雨大雨中雨小雨700hPa垂直速度-20-12-8-2 850hPa散度-80-60-40-20 925hPa散度-60-40-20-10 850hPa相对湿度90707065 700h P a比湿8544 850h P a比湿10875 850hPa假相当位溫56524440 K指数34323028
表4各量级降水检验结果
暴雨大雨中雨小雨正确天数73563237漏报天数11531120漏报率12%30%33%35%空报天数239221699空报率77%72%77%61%试报T S评分0.210.200.150.52
第1期巩宪伟，等：四平地区夏季冷涡降水分级指标探究29
表5消空后各量级降水检验结果
暴雨大雨中雨小雨正确天数73563237
漏报天数11531120
漏报率12+30+33+35+
空报天数13559599
空报率62+61+60+61+
试报TS评分0.540.270.330.58
表6与主观预报对比
暴雨大雨中雨小雨试报TS评分0.540.270.330.52
四平地区2014年TS评分00.150.290.46
四平地区2015年TS评分00.140.200.44
雨漏报率为30%&空报率为72%&TS评分为0.20。

暴雨漏报率为12%，空报率为77%&TS评分为 0.21。

综合各量级试报的表现，漏报率较低，尤其是 暴雨量级，仅仅为12+，说明所选指标可以含盖绝 大部分的暴雨，其他量级漏报率在30%~35%之 间，指标也含盖了大部分的个例。

空报率则较不理 想，空报率最小的是小雨量级，达到61%，其他量 级均超过70%。

可见TS评分不高主要是由空报造 成的。

针对空报率偏高的问题，参照东北冷涡各象 限降水特点、低空环流形势特点，选取空报率较为 集中的类别，对暴雨、大雨、中雨量级进行了消空 理。

暴雨量级降水中，暴雨 现在
象限，现在 象限为个消空指标，对低空环流形势了分，发现与切变、低涡中心、急流、风辐合类 的形势含盖了大部分的暴雨 ，其他低 形势空报 率较高，低环流为切变、低涡中心、急流、风 辐合 为 个消空指标。

理，大雨量级降水中，大雨现在第三、象限 为 个消空指标。

也 低 环流为切变、低涡中心、急流、风辐合为个 消空指标。

切变类中，切变 切变个例 较，空报率也较高，对 类分别达到以 下条件:暖切变850hPa相对湿度>90+，925hPa散 <-140/s切变 K指 >34"，850hPa相对湿
度>80%，700hPa垂直速度<-16Pa/s。

中雨量级降水中，低环流形势为切变类、低涡类、急流类为消空条件。

其中冷切变需满足：850hPa相对湿度>80+，700hPa垂直 <-16Pa/s，925hPa<-80/s切变需
满足：850hPa相对湿度>80+，700hPa垂直速<-12Pa/s，925hPa<-60/s切变需满足 850hPa相对湿度>80+，K指数>32"，850hPa假 >48"。

过消空理，空报率到了明的降低，如表5所，各量级降水空报率下降了 15+< 17+aTS评分也到了较大的高，尤其是暴雨量 级，从0.21 到0.54,大雨中雨也'相应 的 高。

试报的TS评分与2014年和2015年四平
报主报进行了对，表6所。

f 年主 报中暴雨TS评分均为0，试报中暴雨TS评分达到了 0.54,大雨、中雨小雨的的试报TS评分也明显高 报评分，由可见，所 的 东北冷涡降水的 报
报 ，可以 为 报中的 个参。

8结论
8.1率对东北冷涡的 特征进行 分析，东北冷涡 均现23.4=，的 25.4+东北冷涡在 6 现的最 ，的43.6+，7 之，8 最少;平均每个东
北冷涡过 间为 4.1=。

8.2对 东北冷涡的降水特 进行
(下转第34页）
34气象灾害防御第25卷
生长有 利影响。

3.2.3水 雨数多，对水 利
% 1-12 为雨，平降水量为111.4mm,80%，居建以
雨的第3 。

的降水，8上
时数 之明显 ，上 平 时数为 50.9h，比15.0h。

其中 比
40.0h，比36.2h，其它
少0.5~21.9h。

时正值水 ，
雨 对水 利。

3.2.4 地出现、冰雹、大风等灾
，影响
以，、、大 地气象有 。

受 影响，7 13、7 19 8 2 三次降水过的
为。

其中“7.13”、“7.19 次降
水过间时间，计雨量大，区叠，中和东地区接 受大暴雨，、、安图、汪清大面积作物反复被淹，分地块农田绝收，给当地民大的经济损失。

4小结
2017 象条件的主要特点是：温稍高，积温 ，无霜长;降水稍，且时空分布 D;季节内气象条件对
的影响区域性和阶段性，气象条件 对粮豆作物长发育和结实的影响利大于弊。

主 要的有利条件:一是旱田播种间热量条件好，且 播种后 各地透雨时，达到预保苗株数;二
是6月中下 温快速升，弥补前低温利
影响；三是7 上、中8 上降水，
旱田作物关键水分需求都得到满足，为后期 灌浆提供了水分保障；四是 育温光条件适宜，有利于作物长育和熟。

主要的利条件：一是西播种出现旱情，影响旱田春播进 ;二是5 下 6月上出现阶性低温，
作物长缓慢;三是水雨日数，对水
利；四是 地出现、、大 ，影响。

总体上看，2017 象条件对 的影响利
大于弊，增有利因素，2017 粮豆
总仍为丰收景。

参考文献
[1] 张养才，何维勋，李世奎.中国农业气象突害概论[M].北 京：气象出版社，1991:25-30.
[2] 马树庆.吉林省农业气候研究[M].北京：气象出版社，1996:166-180.
[3] 王馥裳，赵宗慈，王石立，等.气候变化对农业生态的影响 [M].北京：气象出版社，2003:20-150.
[4] 毕伯钧.气候变暖可能给东北农业生态环境的影响及对策.应用生态学报，1991，2(4) :334-338.
(上接第29页）
统计分析，得出四平地区受第四象限影响时间最 长，占总数的38.5'，第三象限次之，占28.6%;四平地区东北冷涡降水中，暴雨以上量级有76'出现在第四象限，大雨量级有62.3'出现在第四象 限。

8.3通过对低层环流形势的分析，得出东北冷涡 降水的低层环流形势共有17种，将其分为切变 类、低涡类、急流类和其它类，暴雨以上量级降水 中，急流类占比接近60%，大雨量级降水中，切变 类和急流类总和超过70'。

8.4依据物理量阈值，利用指标叠套法，建立四 平地区夏季东北冷涡降水预报 ，？
理。

利用 对1980-2015 有东北冷涡降水过 报检验，预报 明显好于2014-2015年四平地区预报员主观预报的
TS评 分，对实预报有较好的值。

参考文献
[1] 朱乾根，林锦瑞，等.天气学原理和方法(第四版)[M].北 京：气象出版社，2007.
[2] 封国林，赵俊虎，支蓉，等.动力-统计客观定量化汛期降 水预测研究新进展.[J].应用气象学报，2013,24 (6):656- 665.
[3] 王黎黎，魏婷婷.近50年东北冷涡暴雨过程动力条件诊断和水汽条件分析[J].气象突害防御，2014(4): 10-13.
[4] 李爽，丁治英，戴萍，等.东北冷涡的最新进展研究[J].干 旱气象，2016,34(1):13-19.
[5] 杨涵清，封国林，沈柏竹，等.中国夏季东北冷涡强度的定 量化分析[J].大气科学，2012，36( 3 ):487-494.
[6] 孙力，郑秀雅，王琪.东北冷涡的时空分布特征及其与东 亚大型环流系统之间的关系[J].应用气象学报，1994，5 (3): 297-303.。