呼伦贝尔市汛期短时强降水特征

常煜

（呼伦贝尔市气象局，内蒙古呼伦贝尔 021008）

呼伦贝尔市汛期短时强降水特征

常煜

（呼伦贝尔市气象局，内蒙古呼伦贝尔 021008）

基于1991—2013年呼伦贝尔市汛期（6—8月）16站逐小时降水资料，分别定义各站点小时降水量的短时强降水阈值，同时利用经验正交函数（EOF）分析方法揭示呼伦贝尔市短时强降水（强降水）变化特征。分析结果表明：强降水阈值、强降水事件以及强降水雨强均呈现自西向东部偏南方向递增的空间分布，最强中心位于东南部阿荣旗，其形成与地形关系密切。强降水占汛期总降水量百分比低于1/5，而且发生频率最低的地区出现84.2 mm/h的强降水事件。强降水事件具有明显年代际变化,21世纪10年代以来，强降水事件发生频率增加趋势明显，空间分布表现为自东北向西南方向传播。7月下旬是强降水事件频发的时段，而且有明显日变化特征，主峰出现在17时。EOF分析结果显示强降水事件在空间上表现出全市具有同步性以及南部和北部地区反相位的特征。

短时强降水阈值；强降水事件；强降水雨强

呼伦贝尔市位于中国纬度最高的东北部边疆，内蒙古东北部，面积约25万km2。汛期短时强降水、冰雹、雷电等强对流天气时有发生，由于强对流天气空间尺度小、生命史短、突发性强、破坏力大、预报难度大等特点，对当地人民生命财产常造成威胁。如2009年7月12日呼伦贝尔市东北部阿里河站出现短时强降水，最强小时雨强达到44.7 mm/h，由于阿里河地区地形特殊、泄洪能力薄弱，造成局地洪灾，据初步统计，此次受灾1 100户，3 850人，水损房屋200户600间，农作物受灾127 hm2，共计经济损失128.5万元。因此，研究位于中国最北方的呼伦贝尔市短时强降水发生发展规律具有非常重要的意义。

中国≥20 mm/h短时强降水频率地理分布与年平均暴雨日数分布非常类似，短时强降水天气的分布具有中国南部比北部活跃，东部比西部活跃，平原、谷地较相邻的高原、山地活跃等特点[1-2]。中国夏季短时强降水天气分布决定了暖季的短时强降水天气分布，夏季风影响的边缘区域短时强降水天气也显著活跃，比如甘肃南部、陕西、山西、内蒙古中东部等，在短时强降水发生频率较低的区域，也有超过50 mm/h的强降水[3-5]。我国1 h雨强的日变化有明显的地区差异，其中西南和华南地区日变化最明显,干旱的内蒙古西部和新疆、甘肃西部等地区为雨强的低值区，百年一遇的1 h最大雨强为15～20 mm/h[6]。各地学者也对短时强降水进行了很有价值的研究工作[7-11]。但目前为止关于呼伦贝尔市短时强降水发生发展规律的研究几乎为空白。本文将通过百分位方法确定呼伦贝尔市短时强降水阈值,并对强降水事件特征进行研究，找出呼伦贝尔市短时强降水的发生发展规律，为当地防灾减灾提供科学依据，为提高短时临近预报业务中短时强降水预报准确率提供科学诊断事实。

1 资料和方法

1.1 资料来源

资料选用内蒙古自治区气象局信息中心整编的1991—2013年6—8月呼伦贝尔市16个观测站逐小时降水量资料（北京时）。研究中剔除了累积降水量及缺测值，因此，本文所确定的短时强降水频次要低于实际发生的频次。使用经验正交函数（EOF）分析方法[12]。

1.2 短时强降水阈值的确定

中国气象局办公室〔2010〕19号文件《全国短时临近预报业务规定》中短时强降水定义为1 h降水量≥20 mm的降水，新疆、西藏、青海、甘肃、宁夏、内蒙古6省（区），可自行定义短时强降水标准，但是截至到目前为止，呼伦贝尔市短时临近预报业务尚无统一的短时强降水定义标准。本文选择阈值法[13]定义各站的短时强降水等级。阈值的求取是把某站点的小时降水量按照升序排列x1，x2，x3，…，xm，…，xn，某个值小于或等于xm的概率为：

式中m为xm的序号，n为降水序列长度，P为概率，利用求取P=99百分位阈值对各站点进行短时强降水事件检验，并分析短时强降水发生频次和雨强的时空分布特征。

2 阈值空间分布特征

图1为呼伦贝尔市汛期1 h降水量95百分位和99百分位短时强降水阈值空间分布，两个百分位共同特征表现为自西部地区向东部地区递增。呼伦贝尔市东南部地区是短时强降水阈值高值区，北部和西部地区是明显的低值区，95百分位和99百分位短时强降水阈值最强中心均出现在呼伦贝尔市东南部的阿荣旗，其强降水阈值分别达到6.6 mm/h和15.1 mm/h，低阈值区均出现在北部图里河，95百分位和99百分位强降水阈值分别为4.5 mm/h和9.8 mm/h。降水量阈值空间分布显示，呼伦贝尔市2个百分位强降水阈值的空间分布变化不明显，高阈值区基本上与低阈值区相差2～5 mm左右。阈值的高低通常可以反映当地降水强度的强弱，因此，通过上述的研究结论初步得出，呼伦贝尔市汛期短时强降水定义≥12 mm较合适。综上所述，本文对各站1 h降水量≥99百分位阈值定义为短时强降水，简称强降水事件。

3 强降水事件空间分布

3.1 强降水事件年代际变化

呼伦贝尔市1991—2013年6—8月年平均强降水事件的空间分布特征（图2a）与99百分位阈值空间分布特征（图1）基本相一致，强降水事件年平均次数自呼伦贝尔市西部地区向东部地区递增。呼伦贝尔市东部偏南地区不但是99百分位阈值高值区，而且也是强降水事件发生频率最高的地区，强降水事件年平均2.6次/a，呼伦贝尔市西部地区强降水事件发生频率最低，强降水事件年平均1.3次/a。强降水事件各年代距平的空间分布表明，20世纪90年代（图2b），强降水事件为负距平，21世纪初（图2c），除东北部地区开始表现为正距平,其余地区仍为负距平；21世纪10年代以来（图2d），强降水事件呈现一致的正值分布，而且呼伦贝尔市东北部偏多显著。分析可知，进入21世纪以来，呼伦贝尔市短时强降水事件自东北部开始增加，特别是21世纪10年代增加显著，空间分布表现自呼伦贝尔市东北部地区开始增多，并向西南方向扩展的特征。

研究发现，呼伦贝尔市强降水事件演变特征与该区暴雨日[14]的空间分布几乎完全相吻合，共同特征是大兴安岭山脉以东偏南暖湿气流的迎风坡，是暴雨日和强降水事件发生频率高值区，呼伦贝尔市强降水分布与地形关系密切。地形的迎风坡具有动力及屏障作用,可以作为中小尺度强对流系统的触发机制，造成不稳定能量的释放[15]。马玉芬等[16]通过数值模拟天山地形对新疆强降水天气影响的研究指出，地形的抬升作用对暴雨在山脉迎风坡一侧的降雨量有明显的增幅效应，对其雨带分布也有显著影响。

3.2 强降水雨强特征

1991—2013年呼伦贝尔市汛期年平均降水量（图3a）和强降水年平均雨强（图3b）空间分布特征基本相一致，表现为自呼伦贝尔市西部地区向东部地区递增，两者低值区出现在西南部的新巴尔虎右旗，分别为142 mm/a和25 mm/a，高值区位于东南部阿荣旗，分别达到424 mm/a和55 mm/a，高值区基本为低值区的2倍，可见，呼伦贝尔市强降水空间分布有规律但很不均匀。强降水降水量占汛期总降水量的百分比自呼伦贝尔市偏南地区向北部地区递减（图3c），相对来讲，西部和东南地区强降水占汛期总降水量百分比较大，分别达到15%和14%，北部地区为低值中心，占12.5%。分析可知，呼伦贝尔市汛期强降水占同期降水比值较低，低于1/5，说明呼伦贝尔市汛期主要是稳定性降水，对流性降水发生概率较低。

最大小时降水量可以从另一个侧面表征极端强对流天气的强度，2010年8月8日导致甘肃舟曲特大山洪泥石流的最大小时降水量达77.3 mm/h[4]，2007年7月17日17时新疆和布克赛尔县北部山区1 h降水量达到52.1 mm/h[5]。那么地处中国最北部的呼伦贝尔市最大小时降水量表现怎样的特征？这也是我们所关注的。图3d给出了1991—2013年呼伦贝尔市汛期16站最大1h降水量空间分布，可见，呼伦贝尔市最大1h降水量范围在30～85 mm之间，最大值出现在呼伦贝尔市西北地区的满洲里（1995年6月20日18时，84.2 mm/h），次大值位于巴彦库仁（2007年6月30日14时，71.5 mm/h）,而最小值出现在北部地区的图里河（1993年8月20日16时，29.8 mm/h）。分析可知，呼伦贝尔市最大1 h降水量出现了与阈值分布相反的特征，而且与呼伦贝尔市暴雨极值的分布特征也不一致[14]（呼伦贝尔市24 h暴雨量最大值出现在呼伦贝尔市东南），说明，高纬度地区极端强降水事件发生具有明显的局地性，更进一步证实极端强降水事件是强烈发展的中小尺度天气系统造成的事实[4，17-19]，同时也证实了夏季风影响的边缘区域短时强降水天气也显著活跃，在我国内陆远离海洋的高原地区，也有超过50 mm/h的强降水的结论[4]。

4 强降水时间变化特征

4.1 强降水年代际变化

1991—2013年呼伦贝尔市汛期强降水事件年平均发生频次距平和最大小时降水量的变化趋势见图4。统计分析表明，呼伦贝尔市强降水年平均发生频次为1.4次/a。发生频次年代际变化明显，20世纪90年代强降水距平在0线附近波动明显，但21世纪初前10 a除了2003年和2008年年平均强降水为正距平，其余年份均为负距平，2008年以来强降水事件呈现略增趋势；21世纪10年代以来强降水事件增强显著。近23 a最大小时降水量年代际变化可见，最大小时降水量极大值为84.2 mm/h，出现在1995年，即发生在强降水距平波动明显年代，最大小时降水量极小值为27.1 mm/h，出现在2004年，即21世纪初强降水发生频次最低时段。从强降水事件距平和最大小时降水量的时间变化对比来看，最突出的特征是，21世纪初强降水事件发生频次较低，对应最大小时降水量值也较低，20世纪90年代和2008年以来强降水事件发生频次较高，最大小时降水量值也较高。

4.2 强降水旬和日变化特征

呼伦贝尔市强降水发生年平均频次旬变化特征很明显（图5a），与西太平洋副热带高压（简称西太副高，下同）脊线的三次季节性位移[20]基本相一致。6月上旬强降水年平均频次为1.4次/a，6月中旬西太副高脊线北跳到20°N以北，强降水频次开始增加，7月上中旬西太副高第二次北跳到25°N，强降水频次迅速增加，第三次北跳在7月下旬，向北越过30° N，强降水频次达到最高峰，出现频次为7次/a，占强降水事件发生频次的24%，8月随着西太副高南退，强降水发生频次迅速减少。可见，呼伦贝尔市强降水年平均发生频次旬变化与西太副高强弱和位置变化关系密切，说明西太副高西侧暖湿气流向北方地区输送对强降水的发生起到了关键作用。但是，图5a最大小时降水量旬变化规律并没表现出西太副高3次北跳相一致的特征，最大小时降水量峰值出现在6月中旬，其次为6月下旬。根据当地的预报经验可知，6月中旬冷空气活动频繁，比7月冷空气强度强，当副高第一次北跳，副高西侧携带偏南暖湿气流向北输送，与强冷空气相叠置，极易引发局地的强对流天气,这可能是呼伦贝尔市最大小时降水量出现在6月中旬的主要原因。

从呼伦贝尔市平均强降水频次日变化看（图5b），最突出的特征为单峰型，中午强降水频次开始明显增加，午后14—18时强降水最为活跃，主峰出现在17时，频次为3次/a，占总次数的10%，前半夜（20—23时）强降水频次迅速减少，最不活跃时段为凌晨到上午。强降水最大小时降水量日变化特征与发生频次特征基本相吻合，午后是最大小时降水量极值出现的高峰，最大值出现在18时（84.2 mm），较发生频次峰值滞后一小时，次大值出现在14时。午后13—19时最大小时降水量级大于40 mm，而其余时段普遍在20～30 mm之间。

4.3 强降水事件EOF主成分分析

对呼伦贝尔市短时强降水事件进行EOF主成分分析可以看出，前4个载荷向量的方差贡献可以达到69.6%，其中第一载荷向量的方差贡献为36%，第二载荷向量的方差贡献为16%，二者均通过了显著性检验，所以分别选取第一和第二载荷向量以及时间系数进行分析。

呼伦贝尔市短时强降水EOF的第一特征向量各分量符号为一致的正值（图6a），反映了呼伦贝尔市汛期强降水变化趋势具有基本一致的特征，高值中心集中在呼伦贝尔市北部，是呼伦贝尔市强降水变化最敏感的地区。呼伦贝尔市强降水第一特征向量时间系数在20世纪90年代强降水发生频次在波动中递减（图6b），到了21世纪初减少显著，2008年以来强降水事件明显增加，说明近23 a呼伦贝尔市强降水异常具有同步性。

呼伦贝尔市短时强降水事件EOF的第二载荷向量（图6c）自南向北呈“+-”分布，反映呼伦贝尔市强降水南部地区与北部地区呈现反相位事实，也就是说，当呼伦贝尔南部地区短时强降水事件偏多（少）时，北部地区强降水事件偏少（多）。

5 结论

（1）呼伦贝尔市汛期强降水阈值与强降水事件发生频次的空间分布表现为西部地区向东部偏南地区递增，西西南—东东北走向贯穿于呼伦贝尔市的大兴安岭山脉大致决定了强降水的分布，但小时降水量极大值发生在呼伦贝尔市西部地区，可见，在中国远离海洋的北方地区局地中小尺度系统也能造成极端短时强降水事件。

（2）近23 a呼伦贝尔市强降水年平均雨强与汛期平均降水量空间分布完全吻合，自西部向东部地区递增，强降水总降水量占汛期总降水量的百分比较低，不到1/5，说明呼伦贝尔市汛期主要是稳定性降水，对流性降水较少发生。

（3）呼伦贝尔市强降水事件有较明显年代际变化特征，进入21世纪10年代以来，呼伦贝尔市短时强降水事件呈现增加趋势，空间分布表现自呼伦贝尔市东北部地区开始增多，并向西南方向扩展的特征，而且最大小时降水量极值变化特征与强降水事件年际变化特征趋于一致，即强降水较少发生的年代最大小时降水量值较小，2008年以来强降水事件增加显著，最大小时降水量也开始增强。

（4）呼伦贝尔市强降水年平均频次旬变化特征与西太副高压脊线的三次季节性位移基本相一致，强降水频次最高峰出现在7月下旬，即西太副高位置最北期间，但最大小时降水量峰值出现在6月中旬，可能与强冷空气活动有关。呼伦贝尔市强降水日变化特征为单峰型，14—18时强降水最为活跃，主峰出现在17时，而且最大小时降水量极值也出现在午后。

（5）EOF分析结果显示呼伦贝尔市短时强降水事件在空间上表现出强降水具有同步性以及南部和北部地区反相位的特征。

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在法学诠释学中，应用体现的最为明显。一个法律文本是在历史中制定出来的，而且作为法律文本其必然具有普遍的约束力，然而在法律实践中，每一个具体的案件都是特殊的。将一条法律应用于某一个既定的法律场合，如执行一个法律判决，就包含着对该法律条文的理解和解释。“不论怎样，这意味着各种法律规范的每一次运用(即得到公正的结果)都同时是对某一条既定法律之涵义的具体化和进一步阐明。”[5]因此，将普遍化的法律文本应用于某一具体的法律情境，就是对该法律文本的进一步的理解和解释，体现了理解、解释和应用的统一。

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Characteristics analysis of short time heavy rainfall during the rainy season in Hulun Buir

CHANG Yu
（Hulun Buir Meterological Bureau，Hulun Buir 021008，China）

Base on the hourly precipitation data collected from 16 stations during the rainy reason（from June to August）over Hulun Buir city from 1991 to 2013,a threshold value was defined for each stations by the method of threshold value and characteristics of short time heavy rainfall（STHR）were analyzed by Empirical Orthogonal Function（EOF）analysis methods.The results show:The spatial distribution characteristic of the threshold value,events and rain intensity of STHR decrease from west to southeast,the strong center area is in Arongqi of the southeast of Hulun Buir and the spatial distribution characteristic of STHR is the closest relationship with the terrain.The total precipitation of STHR is lower 1/5 than the total precipitation of the rainy season. There appears maximum hourly rainfall of 84.2 mm/h over the inactive areas of STHR events.STHR events experience obviously inter-decadal variation,It founds that the frequencies of STHR obviously increase and move from northeast to southwest after 2010s.STHR events frequently occur in late July and have diurnal variations.the most active diurnal peak is 17:00.The EOF analysis results indicate that STHR events consistent over the whole Hulun Buir and has opposite phases in the south and the north areas.

threshold value of short time heavy rainfall；short time heavy rainfall events；rain intensity of heavy rainfall

P468

B

1002-0799（2015）02-0024-07

常煜.呼伦贝尔市汛期短时强降水特征[J].沙漠与绿洲气象，2015，9（2）：24-30.

10.3969/j.issn.1002-0799.2015.02. 004

2014-05-23；

2014-07-01

中国气象局预报员专项（CMAYBY2014-009）；内蒙古山洪地质灾害防治气象保障工程预报预警业务子项目建设“强对流天气历史个例库建设研究”；内蒙古气象局专家型预报员暴雨团队共同资助。

常煜（1974-），女，高级工程师，主要从事短期预报工作。E-mail：changyu0258@163.com