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1、 1广西夏季对流云降水特征分析 张瑞波 陈博杰 钟小英 广西壮族自治区人工降雨办公室南宁5 3 0 0 2 2 摘 要 本文利用广西 9 3 个站的 1 0 年地面雨量资料和南宁 7 1 4 S D 雷达资料分析了广西夏季对流云降水特征和规律结果表明广西夏季对流云降水分布不均匀具有随地域时间昼夜而变化的特征并且降水的雨强可用雷达回波强度进行初步估计 关键词: 对流云 降水 分析 1 引言 广西地处祖国南疆位于东经 104029112004,北纬 2005426020之间除桂北和高寒山区属温带区 外其余绝大部分地区属于亚热带气候区季风气候特征明显降水充沛大部分地区的年平均雨量在 12002000
2、mm 之间1但由于降水时空分布很不均匀加之特有的喀斯特地貌结构地表土壤保水性差 季节性干旱几乎年年发生随着广西国民经济和社会的发展干旱缺水问题的负面影响愈加严重已成 为制约国民经济和社会发展的重要因素 为了开发空中水资源 缓解干旱和缺水问题 在各级政府支持下 全区 93 个市县都开展了人工影响天气工作 对流云积云是一种因热力作用或动力作用激发不稳定空气释放不稳定能量而引起的内部具有较 强上升运动的云系在我国南方对流云降水是主要的降水形式对年降水量贡献最大对流云内由于有 较强的上升气流潮湿空气不断上升冷却凝结积聚了大量的液态水往往会产生较强的地面降雨对流 云中有丰富的含水量包括大量的过冷水与层状
3、云相比具有较大的增雨潜力对其实施人工催化增 加雨水的绝对量较大是进行地面高炮和火箭人工增雨作业的主要对象 根据科技部水安全保障技术研究第六课题人工增雨技术研究及示范中南方夏季对流云人工 增雨协作项目课题组所确定的技术路线为了摸清广西夏季79 月对流云的降水规律本文利用广 西地面降水资料和气象雷达回波资料对对流云降水时空分布特征和规律作初步分析 2 资料来源和处理方法 资料来源于a广西 93 个气象站在气表 I 中记录的 19922001 年 79 月份逐日的 08 和 20 时地面降 水资料;b 2003 年 7 月南宁 714SD 气象数字化雷达所观测的 144 份体扫采样资料和从采样站点自
4、记雨量仪 记录的 10min 即时雨量 在地面观测中对流云降水表现为阵性降水故在处理资料 a 中只挑选阵性降水雨量作统计分析 处理资料 b 时利用逐步回归方程建立 R10min 即时雨量与体扫各层回波强度的关系再利用建 立的关系式计算任一时刻对流云的降水量 3 广西夏季对流云降水量的特征分析 3 . 1 夏季7 9 月对流云降水总量分析 7 月份对流云降水总量分布不均匀见图 1a最大雨量分布在沿海地区达 500 毫米以上最小 雨量不到 150 毫米主要分布在桂林地区东部雨量次多的地方分布在柳州地区北部河池地区西部和南 部的县市雨量次少的地方主要分布在梧州贺州来宾崇左的县市 8 月份对流云降水总
5、量呈现出较明显的南多北少的特点见图 1(b)最多雨量分布在沿海地区月均 雨量达 400 毫米以上雨量最少分布在桂林东部来宾柳州河池的个别县市雨量在 150 毫米以下 其余大部地区的雨量在 150300 毫米之间 2图 1 广西夏季对流云降水分布图 9 月份对流云降水总量分布呈南多北少的特点更加分明见图 1c沿海地区达 150 毫米以上桂 林柳州河池等地区不到 50 毫米其余大部分地区的雨量在 50150 毫米之间 79 月份对流云降雨总量分布如图 1(d)所示全区降雨总量分布大部地区都在 550 毫米以上沿海地 区超过 1000 毫米雨量最少在桂林贺州梧州等市的东部县市雨量一般在 400 毫米
6、以下 夏季对流云降水的时空分布不均是由地形和大气环流影响造成的降水量地域性空间分布不均夏 季风的迎风坡多背风坡少丘陵山区多河谷平原少2如降水量最多的东兴至钦州一带位于十万大 山东南側 南来的暖湿气流沿山坡抬升 湿绝热冷却成云致雨 同时该地区处于南来的低值天气系统前部 低值天气系统与十万大山相遇所产生的抬升作用使幅合上升气流增强造成该地区的多雨 大气环流的变化对 79 月份对流云降水总量的分布也产生重要影响夏季副热带高压向北移动到最北 的位置副高脊线平均位于 27320N广西处于副高南侧由前汛期的西风带系统转受东风带系统影响 台风赤道辐合带东风波等热带影响系统增多尤其是沿海地区每年平均受到 45
7、 个台风影响带来大 量的对流降水这是沿海地区雨量偏多的主要原因 79 月份除了台风等热带系统影响广西外西南低涡也是影响广西的另一个主要系统此时当大气环 流偏离正常状态华北低槽或高原东部低槽发展东移加深副高偏离正常位置而回落到南海是西南低涡 形成的有利环流背景每年平均有 23 个西南低涡影响广西造成的暴雨落区主要在桂北桂西这是桂 西北和柳州北部次雨量中心的原因之一 3.2夏季对流云降水总量和降水天数的昼夜分布 对流云总雨量的昼夜分布图略可看出白天0820 时的总雨量分布大体是桂西北多桂东少 桂西北可达 300 毫米以上而桂东地区一般不足 150 毫米夜间2008 时的分布则是桂南多桂北少 沿海和
8、钦州玉林南部等桂南地区夏季年均雨量可达 400 毫米以上而桂林柳州河池百色等地区的3总雨量都在 300 毫米以下白天的总雨量与夜间相比前者比后者少 38 成 夏季对流云白天和夜间降水天数分布 图略 与总雨量的昼夜分布类似 白天降水天数呈现出桂西多 桂东少的特点百色河池地区白天降水日数一般在 30 天以上而其余地区的白天降水日数一般只有 20 多天夜间降水天数分布则呈现出桂南多桂北少的特点沿海地区钦州玉林南部的夜间降水日数可 达 40 天以上而桂林柳州等地区一般只有 30 多天 造成上述分布的原因可能是白天桂西常处于副热带高压边缘桂东常处于副热带控制之下从南海输 送上来的暖湿气流沿副高边缘北上容
9、易在桂西成云致雨而进入夜间后沿海地区的潮湿空气易形成对 流发展从而使夜间降水总量和降水天数分布均呈现桂南多桂北少的特点 3.3 季总雨量逐年变化 图 2 是南宁桂林河池柳州百色梧州北海等 7 市 19922001 年夏季对流云总降水量逐年变 化趋势图由图可见7 市的总降水量年变化趋势基本一致雨量最多分布在北海即沿海地区年均变 化趋势最大的是北海 最少只有 500 毫米 最大超过 1600 毫米 其余地市年均变化在 3001000 毫米之间 从时间周期看这 7 市总雨量的变化具有 26 年不等的周期 02 0 04 0 06 0 08 0 01 0 0 01 2 0 01 4 0 01 6 0
10、01 8 0 01 9 9 01 9 9 21 9 9 41 9 9 61 9 9 82 0 0 02 0 0 2年份雨量单位毫米桂林 河池柳州 百色 南宁 梧州北海图 2 南宁等 7 市夏季对流云降水总量逐年分布图 3.4 各级降水频数 广西年均降小雨中雨大雨暴雨的频数(图 3) 依次减少以百色市为例年均降小雨中雨大 雨暴雨的频数分别是 471042从分布看全区降小雨频数大体相差不大绝大部分县市都在 40 天以上河池百色崇左等市西部稍多可达 50 天以上降中雨大雨频数的分布特点是以河池 来宾贵港玉林市连线为界西部地区比东部地区大降中雨频数西部地区一般在 10 天以上东部在 10 天以下降大雨
11、频数西部达 6 天以上东部则在 6 天以下降暴雨的频数分布比较均匀各县站基本上 是 12 天 4图 3 广西夏季对流云降水日数 4. 夏季对流云降水规律 众所周知某一时刻的降水强度由降水云体中的降水粒子大小和浓度决定而在雷达探测中雷达反 射因子的大小由降水粒子的大小和浓度分布决定因此建立雨强与雷达回波强度的关系具有物理意义 利用南宁 714SD 数字化雷达波长 10cm的立体扫描探测即雷达探测天线仰角从 00开始每层扫描仰 角间隔 0.50直至仰角达 4.50获取的 10 层回波强度资料结合探测点的自记雨量资料采集了 144 个不 同距离的数据样本考虑到雷达的误差因素雨强取每 10min 的雨
12、量利用逐步回归方法建立了雨强 10min与体扫各层回波强度的关系鉴于雷达回波强度与探测距离有关在关系中增加距离项 R=0.0181x0+0.0349x1+0.0646x2-0.09x3+0.055x4+0.0477x5-0.0278x6+0.0344x7-0.039x8+0.079x9+0.023x10-4.5 (1) 式中 x0是探测点距雷达的距离单位为公里x1x2x10分别是第一至第十层即雷达天线仰 角从 0 度至 4.5 度的回波强度DBZR 是探测点的 10min 雨量毫米 对1式进行显著度水平为 0.01 的 F 检验各参数如表 1 所示由于 FF(11,132)显然1式通 过了 F
13、 检验 (1)式的复相关系数(r复)R 与 x0x1x2x10 等各因子的单相关系数r0r1r2r10 在表 2 中列出 表 1 样本数(N) 回 归 平 方 和(q1) 剩 余 平 方 和(q2) q1 自由度(n) q2 自由度 N-n-1 =0.01 下 F(11,132) F=)1(/2/1 + nNqnq144 152.4 574.9 11 132 2.48 3.18 5表 2 r复 r0 r1 r2 r3 r4 r5 r6 r7 r8 r9 R10 0.46 -0.02 0.23 0.25 0.13 0.18 0.21 0.13 0.16 0.16 0.27 0.28 利用1式对实
14、时雨强进行了估算选取 2003 年 7 月 11 日广西崇左县的对流云降水个例崇左 县位于南宁市西部 114 公里当日有一块面积约 100km2的对流云自西东移降水从 4:00UTC开始 至 8:00(UTC)结束图 14 是计算雨强与实测资料的对比图虽然计算值与实测值有一定误差但是二者的 变化趋势一致说明1式在一定程度上可反映出雨强的变化 00 . 20 . 40 . 60 . 811 . 21 . 44 : 3 65 : 3 66 : 3 3时间雨强( m m / 1 0 m i n )实测 计算图 4 雨强计算和实测对比图 5 结论 1广西夏季对流云降水时空分布不均匀大部分地区总雨量达 500 毫米以上沿海地区达 1000 多 毫米最少分布在桂东一带雨量在 400 毫米以下 2广西夏季对流云昼夜差别较大降水总量和降水天数的分布特点是白天桂西多桂东少夜 间桂南多桂北少 3 除北海外广西各地区夏季对流云降水总量的逐年变化的幅度基本相似 4利用建立的回归方程采用雷达立体扫描探测资料可以计算探测点雨强的变化 参考文献 1 广西通志.气象志.南宁广西人民出版社1996206PP 2 蒙远文等.广西天气及其预报.北京气象出版社19893PP
