淮河流域气候与可持续发展(中国工程院重大咨询项目 淮河流域环境与发展问题研究)
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3 淮河流域强对流天气统计特征

3.1 短时强降水特征

强降水一直是淮河流域热点问题,相关的统计工作已有很多,最新研究结果有:汪方[9]使用1960—2007共48年的降水资料,发现20世纪90年代以来出现极端强降水事件的概率增加明显。王珂清[10]指出2000年之后,年降水量明显增加,夏季降水量亦增加明显。可以看出,无论是从极端降水还是年降水来看,淮河流域的降水事件在21世纪有增长趋势。

冯志刚[11]使用1961—2009年资料分析进一步给出了淮河流域年暴雨量的多发区域:山东省西部、江苏省东北部以及河南省南部有3个极值中心。暴雨的产生原因从根本上来讲,是因为降水强度大和持续时间长。我们从这两个方面来统计分析淮河流域的暴雨分布特点。

图1是全国短时强降水发生的气候概率值分布图,用来分析强降水的发生频率,图2是全国短时强降水的平均持续时间图,说明强降水的持续时间。山东省西部为泰山地区,地形对于降水强度的增幅作用非常明显,可以看到无论是20mm/h,还是30mm/h,相对于全国而言,发生概率都是比较高的,但从持续时间来说,相对要短一些,所以泰山地区的暴雨特点首先是降水强度大,突发性更强。河南省南部靠近大别山区,20mm/h以上时是强降水的高发区,阈值选为30mm/h时则已不明显,但由于持续时间较长(图2),仍然可以形成暴雨,所以河南省南部的降水强度比泰山地区弱,但持续时间更长。江苏省东北部没有处于强降水高发区中心,降水强度不大,但是其持续时间相对于全国来说,都是比较长的,所以较强的持续时间是产生暴雨更重要的原因。

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图1 全国短时强降水气候概率分布图(%)

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图2 全国短时强降水平均持续时间分布图(单位:h)

综上所述,泰山地区虽然相对淮河流域其他区域持续时间较短,但要关注其高强度的强降水;江苏省东北部地区则应注意其较长的降水持续时间;而河南省东部则都要关注,高强度强降水发生较少,但20mm/h阈值的短时强降水发生频次仍然较高,而且持续时间也相对较长。

3.2 雷暴、冰雹、雷暴大风天气地理分布特征

除3.1节讨论的短时强降水,雷暴、冰雹、雷暴大风都是致灾性较强的对流天气。图3给出了3种对流天气30年在淮河流域的地理分布特征,可以看到雷暴分布具有较明显的南北梯度,越往南发生次数越多,其中大别山区发生最多,年雷暴日为3~47d。冰雹天气在淮河流域的平原地区发生较少,但山区多,符合冰雹易在山区发生的特点,年冰雹日为0~1d。雷暴大风与冰雹的分布较为相似,也呈现出山区多、平原少的特点,年雷暴大风日为1~11d。

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图3(一) 淮河流域雷暴、冰雹以及雷暴大风30年(1981—2010年)发生总次数地理分布图(单位:次)

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图3(二) 淮河流域雷暴、冰雹以及雷暴大风30年(1981—2010年)发生总次数地理分布图(单位:次)

3.3 雷暴、冰雹、雷暴大风天气年际变化特征

图4~图6给出了3种对流天气的年际变化,由图可见,雷暴天气在20世纪80年代后期到90年代末起伏变化较大,2000年后比较平稳,基本位于平均值附近。

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图4 1981—2010年淮河流域雷暴总次数年际变化(单位:次)

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图5 1981—2010年淮河流域冰雹总次数年际变化(单位:次)

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图6 1981—2010年淮河流域雷暴大风总次数年际变化(单位:次)

冰雹的年际变化特征是20世纪80年代后期峰值期,90年代至今比较平稳,2000年以后一般都低于平均值。

雷暴大风20世纪80年代中期和90年代初处于波峰,90年代后期及20世纪后期则相对处于波谷。

总体来说,这3种对流天气在近十几年来,相对于20世纪来说,并没有增强的趋势,相反,冰雹和雷暴大风还有较明显的减少趋势。

3.4 雷暴、冰雹、雷暴大风天气月、季节变化特征

从雷暴的月变化(图7)来看,7月、8月是雷暴的高发季节,此时淮河流域位于副热带高压588线边缘,高温高湿,易在午后产生雷暴天气。夏季的地理分布(图8)仍然是北少南多的特点。从季节上来看,相对秋季来说,春季由于冷暖空气的交汇更易发生雷暴天气。

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图7(一) 1981—2010年淮河地区雷暴、冰雹以及雷暴大风天气月变化(单位:次)

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图7(二) 1981—2010年淮河地区雷暴、冰雹以及雷暴大风天气月变化(单位:次)

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图8 1981—2010年淮河地区雷暴不同季节的地理分布图(单位:次)

冰雹的月变化(图9)不同于雷暴,高发期相对分散,3—8月发生概率都比较高。从不同季节的地理分布来看,春季高发中心在江苏省东北部地区,为平原地区,而到了夏季,山东省中部、河南省西部等山区成为冰雹高发区。说明春季冰雹与冷暖空气的交汇有关,而夏季冰雹天气的发生与地形的抬升作用等因素有关。秋季发生区域基本北推到淮河流域的北部山区,且发生较少。

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图9 1981—2010年淮河地区冰雹不同季节的地理分布图(单位:次)

雷暴大风的月变化(图10)更接近于雷暴,夏季迅速增多,秋季迅速减少,6月、7月、8月是其高发期,此时是东北冷涡活动频繁期,受其气流影响,淮河流域常常位于冷暖空气交汇处,有利于雷暴大风的形成。但是其地理分布与雷暴北少南多的分布有较大差异,春、夏、秋季都高发于泰山地区及江苏省东部。

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图10 1981—2010年淮河地区雷暴大风不同季节地理分布图(单位:次)

3.5 雷暴、冰雹、雷暴大风天气日变化特征

利用小时资料分析雷暴、冰雹、雷暴大风天气的日变化特征(图11)。雷暴和雷暴大风天气日变化较为接近,主要集中在午后到上半夜,15—19时发生较多。而冰雹则集中在午后到19时左右,15—17时发生次数最多,高发时段相对结束较早。