灾害性天气预报暴雨

3.1 暴雨的时空分布特征

我国暴雨具有强度大和持续时间长的特点。气象部门规定：24h降水量达50～99.9m m为暴雨，100～199.9mm为大暴雨，200mm及其以上为特大暴雨。

图3.1是全国年暴雨日数分布图。由图可见，暴雨日数分布从东南向西北减少，淮河流域及其以南大部地区普遍在3d以上，其中华南大部及江西等地达5～10d；黄河中下游、海河流域、辽河流域等地一般有1～3d；我国西部地区偶有暴雨发生。

全国年暴雨日数极大值分布的特点是南部多、北部少，东部多、西部少（图3.2）。长江中下游以南大部地区年暴雨日数极大值一般有10～15d，广东南部及海南东部超过15d；东北、华北、黄淮地区、江汉地区及西南东部等地有3～9d。

全国最大日降水量的分布呈东多西少，南多北少的态势（图3.3）。河北遵化、石家庄、河南驻马店、湖南桑植一线以东大部地区及四川盆地最大日降水量有200～300mm；东北大部、西北东部及山西、云南、贵州等地为100～200mm。由于局地影响，沿海和内陆都

曾出现过日降水量大于1000mm的极值。

近46年中，中国年暴雨日数变化呈微弱增多趋势（图3.4）。我国主要流域年暴雨日数变化趋势不同（图略），珠江流域、长江流域有增多趋势；海河流域、黄河流域、辽河流域呈减少趋势；松花江流域、淮河流域变化趋势不明显。

雨季是中国暴雨发生的主要时期，雨季的持续在某一区域内形成了雨带，因此可认为雨带的时间变化与暴雨的时间变化是一致的。图3.5是雨带的推进形势示意图，细实线表示逐候标准化雨量大值区的大致位置。在中国东部地区有三个季节性大雨带，或称为东亚夏季风

雨带，分别位于长江以南地区、长江中下游和华北至东北一带，其维持期依次为20～34候（4月6日—6月19日），35～39候（6月20日—7月14日）和40～44候（7月15日—8月8日），对应着华南前汛期雨季、江淮梅雨期和北方雨季。从细实线分布的疏密程度还可看出这三个雨带在自南向北的移动过程中具有明显的跳跃性。相反，西部的雨区是自北向南推进，而且并没有形成阶段性的大雨带。西部雨带在约44候以后减弱，并向自河套至青藏高原东南部一带缩小，最后在高原东部，四川东部和甘肃、陕西南部一带减弱直至消失。东西部雨带的推进形势似以黄河和长江上游一带为圆心作逆时针旋转。

3.2 暴雨形成机制

产生降水需要一定的条件，以下仅根据降水形成的宏观过程来讨论暴雨形成的一些基本条件。

⑴充分的水汽供应

暴雨是在大气饱和比湿达到相当大的数值以上才形成的。据统计，上海、汉口、广州、昆明等地大雨和暴雨绝大多数出现在比湿≥8g/kg的日期。

⑴充分的水汽供应

暴雨是在大气饱和比湿达到相当大的数值以上才形成的。据统计，上海、汉口、广州、昆明等地大雨和暴雨绝大多数出现在比湿≥8g/kg的日期。但如果只靠该地区大气柱中所含的水汽凝结产生降水，其降水量是很小的，所以除了相当高的饱和比湿外还需要有充分的水汽供应。因此必须研究水汽供应及水汽辐合的环流形势。

通常在分析水汽条件时要综合考虑水汽含量、水汽通量、水汽通量散度、可降水量等几个物

理量。

⑵强烈的上升运动

根据估算可知，假设地面饱和比湿为14g /kg，如果50mm降水量在一天之内均匀下降，那么降水时的最大上升速度约为10.8×10-3m/s；若50mm降水量在5h降完，则降水时的最大上升速度约为54×10－3m/s；若50mm降水量在lh内降完，则降水时的最大上升速度为260×10－3m/s。上面三种上升速度，反映了三种不同尺度系统的降水。第一种属于大尺度系统；第二种属于中尺度系统；第三种属于小尺度系统。实际上一般暴雨，尤其是特大暴雨都不是在一天之内均匀下降的，而是集中在1h到几小时内降落的，所以降水时的垂直运动是很大的，是由中小天气系统所造成的。如此大的垂直运动，只有在不稳定能量释放时，才能形成。所以在考虑暴雨时，必须分析不稳定能量的储存和释放的问题。为此，必须研究形成暴雨的中、小尺度系统。

⑶较长的持续时间

降水持续时间的长短，影响着降水量的大小。降水持续时间长是形成暴雨(特别是连续暴雨)的重要条件。中小尺度天气系统的生命期较短。一次中、小系统的活动，只能造成一地短时的暴雨。必须要有多次中(小)尺度系统的连续影响，才能形成时间较长、雨量较大的暴雨。然而中、小尺度系统的发生、发展又是以一定的大尺度系统为背景的，也就是说，暴雨总是发生在大范围上升运动区内。因此，要讨论暴雨的持续时间，就必须讨论行星尺度系统和天气尺度系统的稳定性和重复出现的问题。副热带高压脊、长波槽、切变线、静止锋和大型冷涡等大尺度天气系统的长期稳定是造成连续性暴雨的必要前提。短波槽、低涡、气旋等天气尺度系统移速较快，但它们在某些稳定的长波形势控制下可以在同一地区接连出现，造成一次又一次的暴雨过程。在特定的天气形势下，当天气尺度系统移动缓慢或停滞时，更容易形

成时间集中的特大暴雨。

暴雨的形成和强度还与层结稳定度、云的微物理过程和地形密切相关。

为了使暴雨得以发生，发展和维持，必须有丰富的水汽供应，计算表明仅仅依靠降水区气柱内所含的水份是不够的，即使气柱中所含的水汽全部降下也只能达到50～70mm的降水量。从水汽的供应观点，它必须从周围很大范围收集水汽。

对于持久性的暴雨，要求有源源不断的水汽输送，以补充暴雨发生不断耗损的水汽量，这种水汽输送，需要特别有效的机制能在较短时间内在更大范围内为暴雨区收集所必需的水汽量。计算表明，持续性暴雨要求的水汽辐合区是相当大的，应达到暴雨区本身面积的10倍以上，即供应水汽的地区比水汽集中区（水汽汇）要大一个量级（丁一汇2005）。

根据许多暴雨和强风暴系统个例的研究，水汽的辐合主要由低层水汽通量辐合造成，尤其是800hPa以下的边界层中占有很大的比重，可以达到二分之一以上。低层水汽辐合经常可形成一条明显的湿舌，这在中低层天气图分析中常常看到。它有5个重要的特征：⑴湿舌实际上是对流层下部的一条狭窄的暖湿空气带，也是一条高静力能量舌。它不但可以对暴雨区供应充足的水汽，而且在建立对流不稳定层结中也起着重要作用。因而湿舌的存在可以看作是强风暴和暴雨发展的一个必要条件。⑵湿舌的形成一般是用水汽的平流过程来解释。在暴雨前期，随着低空西南或偏南气流加强，出现明显向北的水汽输送，水汽含量增加，结果使暖湿空气带或湿舌不断向北伸展。如果其上有逆温层，湿空气可在其下向北扩展，尤其低空急流的建立对湿舌的形成和向北发展起着非常重要的作用。随着湿舌的建立，湿层的厚度也在增加，并且在更高的层次上形成湿舌。这种情况不能用平流作用说明，而与大尺度上升运动和对流垂直输送有关。⑶在大范围湿舌中湿度的分布是不均匀的，而具有明显的中尺度结构，反映了中尺度对流扰动的作用。⑷湿舌的宽度与暴雨区的垂直运动场和降水带有