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短时强降水和暴雨:是谁引发了“列车效应”?
【发布时间:2018-05-02】 【阅读次数:】【来源:】【我要打印】【关闭

    对于暴雨和短时强降水,人们常常将二者“傻傻分不清”。

    中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室研究员孙继松认为,二者之间既有区别,又有联系。

    从基本概念区分

    从二者的基本概念看,短时强降水是指1小时内某地降水量超过20毫米的降水过程,用来说明短时间内的降水强度,也可以用5分钟、10分钟或30分钟内的降水量来表征。

    而24小时累积降水量达到50毫米或以上的降水被称为暴雨,按其降水量大小又分为三个等级,即24小时降水量为50毫米至99.9毫米为暴雨;100毫米至249.9毫米为大暴雨;250毫米以上为特大暴雨。

    “短时强降水不一定形成暴雨,同样,暴雨过程也不一定包含短时强降水。”孙继松举例说,某地10分钟内出现20毫米的降水,降水强度相当于1小时120毫米,24小时内再没有出现降水,这是一次特强的短时强降水过程,而非暴雨过程;如果某地出现了一次24小时持续性降水过程,降水强度只有5毫米/小时,24小时累积降水量达到120毫米,这就是一次典型的大暴雨过程,但是没有出现短时强降水。

    从成因分析产生过程

    孙继松认为,理解任何天气现象形成的物理逻辑是预报正确的前提。

    夏季气温高、蒸发量大,低层大量水汽上升,遇冷凝结成云,由于气温随着高度升高而迅速下降,云中的水粒子以不同的相态存在,如霰、雪花、冰粒、过冷水、水等,它们彼此之间发生碰撞、合并和相态变化,形成更大直径的粒子,在重力作用下发生自然下落。如果云中上升气流足够强,部分液态水粒子或冰相粒子会再次被带到更高的空中,这样可以形成更大直径的水粒子或冰相粒子。由此循环,可形成大片的积雨云,这就是对流过程。短时强降水就是由对流降水导致的。孙继松说,积雨云内上升气流非常强烈,垂直速度可达20米/秒到30米/秒,最大可达60米/秒,比台风的风速还要大。在强烈的上升气流中,云内的水滴或冰粒不断增大,直到上升气流托不住时,就会急剧降落到地面,形成短时强降水或冰雹。

    “我们经常看到有些积雨云并没有产生地面降水现象,这是由于雨滴在下落过程中被蒸发为气态水。在绝大部分对流天气过程中,降落到地面的雨仅仅是云中曾经凝结的一小部分,大部分通过蒸发过程‘还给了大气’。”孙继松解释道。

    而蒸发过程带来的另一个问题就是会造成云中气温迅速降低,产生冷却现象,冷却的空气比周围空气重很多,于是产生向下的加速度,加速下沉的气流在地面便形成了雷暴大风。

    孙继松介绍,一般而言,当对流降水发生时,地面大风越大,说明云中的蒸发作用越强(龙卷风除外)。由于对流云团“个头”不大,移动比较迅速,因此,强对流天气过程一般持续时间较短,天气会迅速转晴。

    “长时间的对流降水必然形成暴雨,但是,有些暴雨过程并没有对流天气过程参与,这类暴雨过程对应的云系被称为层状云。由于其与更大水平尺度、更持久的上升运动对应,往往持续时间很长,控制范围很大,被称为‘大尺度运动过程’。这类垂直运动速度大约是对流垂直速度的百分之几甚至千分之几,因此,在大气含水量相当的情况下,层状云的降水强度一般只有每小时几毫米。但由于降水时间长,累积降水量可以形成暴雨、大暴雨。”孙继松说。

    “列车效应”为二者建立联系

    从暴雨和短时强降水之间的区别看,短时强降水强调的是强度,暴雨则强调累积值,即累积降水量。而谈到二者之间的联系,孙继松说,短时强降水不一定形成暴雨,但“列车效应”形态的短时强降水过程往往导致暴雨,甚至特大暴雨。

    什么是“列车效应”?“想象一下,当一个人站在铁道边,一列火车经过时,会有什么感受?”孙继松抛出问题。

    “火车有很多节车厢,当其经过时,肯定是很多节车厢一节一节地经过。这如同排列成串的对流云降水,每一朵对流云(被称为对流单体)都会产生短时强降水。当多个对流云团依次经过某地时,其所产生的降水量累积起来,就会导致大暴雨,甚至特大暴雨。”孙继松说,“列车效应”是短时强降水与暴雨之间重要的联系桥梁。

    二者主要分布地区存在“分水岭”

    “气象学家统计了我国短时降水强度大于等于20毫米/小时的多年平均降水日数分布和极端短时强降水事件平均降水强度空间分布。从分布图上看,在我国中东部地区,短时强降水日数由南向北逐渐减少,这与我国年平均暴雨日数分布非常相似,也与年降水量自南向北逐渐减少的梯度分布一致。”孙继松说,“也就是说,我国中东部地区大多数暴雨天气过程均包含短时强降水过程。”

    然而,我国极端短时强降水过程的降水强度空间分布特征却截然不同。我国南北最强对流过程中的极端降水强度差异并不大,华北至华南之间的极端最大小时降水强度呈哑铃型分布。

    孙继松说,极端短时强降水和暴雨的主要分布存在明显的“分水岭”。“我国极端短时强降水事件的最大平均降水强度区域主要位于华南南部和华北地区,华南北部至江南地区虽然暴雨过程多发,但该区域极端降水强度远小于华北地区。”其中,华北的京津冀地区年降水量大多只有江南地区年降水量的1/3左右,出现暴雨事件的频次也低很多,但该区域极端短时强降水的平均强度却远大于江南地区。



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