降水过程中湿度场演变规律研究及释用

降水过程中湿度场演变规律研究及释用

孙殿光，,孟文童，高鹏

烟台市气象局  烟台264003

摘要：紧紧围绕“降水预报三条件：水汽条件、垂直运动条件和云滴增长条件。”开展课题研究，2012年主持完成烟台市局自立课题《T639数值产品与烟台降水精细化预报应用》共统计分析了38次天气过程；2013年主持完成烟台市局自立课题《烟台灾害性天气中T639数值产品部分气象要素应用统计分析》共统计分析了30次灾害性天气过程。发现：在降雨、降雪和降雹天气过程中，湿度场垂直方向配置及演变规律与天气过程的开始、发展和结束存在相关性，特别是850hpa相对湿度是否满足70%及以上值或温度露点差是否满足4.0℃及以下值，是降水有无的重要因素，并在预报实践中得到了验证，72小时内预报准确率91.37%，依据科研结论能较大程度提高预报准确率和精细化预报，避免或减少空报、漏报和误报。

关键词：降水过程；湿度场；规律释用

引言

“（朱乾根等，2007）研究指出降水预报三条件：水汽条件、垂直运动条件和云滴增长条件【1】。”“（周淑玲等[2]，2005）研究指出冬季，强冷空气爆发南下，在山东半岛北部沿海形成一中尺度海岸锋，使低层的辐合和上升运动得到维持，有利于对流的生成和发展，也有利于海面暖湿空气的垂直输送。”“（李建华等[3]，2007）利用WRF模式对2005年12月6日降雪进行了模拟，指出垂直方向上云水和云中霰的含量出现在700hpa高度层以下，强上升速度中心在850hpa附近，风场在850hpa 层辐合，以上辐散，进一步说明了冷流降雪在低层更明显一些。”“（孙建华等[4]，2011）研究指出强烈的上升气流携带低层水汽在空中辐合和凝结，使局地降雪增强，强降雪落区位于海岸锋及其冷区一侧。海洋热通量是海岸锋形成的关键因子，其中感热通量使海陆温差加大是形成海岸锋锋生的重要条件。”“（王正旺等[5]，2012）研究指出强烈的上升运动，深厚湿层、上散下合流场配置构成了强降雪产生的有利条件。”对湿度的重要性、对中低层湿度的重要性，对垂直配置，分别进行了研究和论述。T639或日本或欧洲中心的数值产品提供的湿度场，在天气分析中能较好的用来判断三小时时效的湿度场未来变化趋势，在降水精细化预报中发挥重要作用。

1 研究方法

数理统计方法，即对500hpa、700hpa和850hpa的湿度场，在降水开始、发展、减弱和结束时段的数值模式数据进行统计，对降水实况即降水开始、发展、减弱和结束时段进行统计，两者进行多次对比研究，用以发现湿度场演变和降水过程演变的相关性。

2 主要结论或指标

2.1降水开始时的湿度场主要指标或结论（有雹强对流天气除外）：①850hpa满足相对湿度70%（温度露点差4.0℃），且维持时间在3-6小时及以上或相对湿度在70%以上（温度露点差4.0℃以下）。②无论500hpa和700hpa是否满足相对湿度70%及以上（温度露点差4.0℃及以下）的湿度指标，只要850hpa满足该湿度指标，就有利于降水发生。依此可用于预报降水的开始和发展时间。

2.2降水结束时的湿度场主要指标或结论：①降雪天气850hpa相对湿度在70%以下或温度露点差在4.0℃以上；②降雨天气（强对流降雨天气除外）500hpa相对湿度在70%以下或温度露点差在4.0℃以上。依此可用于预报降水的减弱和结束时间。

2.3强对流天气中湿度场指标或结论：

2.3.1无雹强对流预报：无雹强对流产生降雨、大风和雷暴，不产生冰雹。有利于无雹强对流的湿度指标是850hpa相对湿度满足70%及以上值或温度露点差满足4.0℃及以下值；不利于无雹强对流的湿度指标是850hpa相对湿度满足70%以下值或温度露点差满足4.0℃以上值。依此可精细化预报无雹强对流过程的开始和结束时间。

2.3.2有雹强对流预报：有雹强对流产生降雨、大风、雷暴和冰雹。预报指标是850hpa温度露点差达到16.0℃及以上值或相对湿度达到40%及以下值产生了降雨，且温度露点差值是继续升高趋势或相对湿度值是继续下降趋势，则预报有雨夹冰雹天气。短暂降雹后天气过程结束。

3 预报分析思路和基本原则

①应用Micaps3中T639或欧洲或日本提供的湿度场数据，进行湿度场的垂直配置分析，即湿度场在500hpa、700hpa和850hpa的垂直配置特点分析。②相对湿度最大值中心区域或温度露点差最小值中心区域是降水的主要落区。③对比最近起报点湿度场和临近起报点湿度场，判断数值产品湿度场数据的可信度。

4 湿度场预报分析实用举例

4.1 2013年8月28日夜间暴雨

4.1.1 暴雨过程描述

烟台地区28日夜间普降暴雨，伴有雷电，其中烟台市区暴雨开始时间是28日22点，结束时间是29日5点。

4.1.2 温度露点差数据（℃）演变情况及三层配置

参见图1，温度露点差500hp在2820烟台地区中部以北4.0；28

23湿度增大，烟台地区被4.0控制；2902是4.0；2905是4.0；2908是4.0刚过烟台市区。700hp在2820到2902是4.0；2905数值4.0已过烟台市区；2908是8.0。850hp在2820到2902是4.0；2905是8.0；2908是8.0。

对三层数据演变和降雨过程演变对比分析知道：降雨开始、发展、减弱和结束过程与温度露点差数值演变过程的相关性，降雨量和降雨主要落区，都符合降雨研究课题指标和结论。此次暴雨过程三层温度露点差场演变在时空上基本一致。500hpa演变为4.0以上值是降雨结束的重要标志。

图1是T639在28日20点起报的温度露点差场  a～e是500hpa图；f～j是700hpa图；k～o是850hpa图；5个时次是2820、2823、2902、2905、2908时次

4.2 2012年12月5日暴雪

4.2.1 暴雪过程描述

12月5日晨市区开始小阵雪，上午零星小阵雪，下午开始持续强降雪，一直维持到23点，随后强度开始减弱，下半夜降雪结束，芝罘区和莱山区降雪13.9毫米，暴雪；福山区1.8毫米；长岛0.9毫米、栖霞0.5毫米，其它地区微量。此次降雪烟台市中心最大，其它区域偏小。   

4.2.2降雪过程与850hpa温度露点差场（℃）演变过程相关性分析

参见图2，505是4.0-8.0此时段降短时小阵雪。508是8.0；511是8.0此时段降零星小阵雪。514是0；517是0；520是0；523是0此时段降暴雪。602是4.0-8.0；605是8.0此时段降雪趋于结束。850hpa数值演变与降雪过程演变的相关性，符合研究结论和指标。850hpa温度露点差演变为4.0以上（相对湿度演变为70%以下）是降雪结束的重要标志。

图2是T639在5日2点起报的温度露点差场  a～i是850hpa505、508、511、514、517、520、523、602、605时次图

4.3 有雹强对流过程

4.3.1 有雹强对流过程描述

2012年5月25日夜间烟台地区多云间阴普降小阵雨，26日上午到中午多云间阴局部有小阵雨，26日下午到傍晚多云间阴，局部有雷阵雨，其中栖霞16点到17点之间降冰雹。2012年6月12日15点左右蓬莱、长岛、龙口出现雷阵雨夹冰雹天气，随后，雷阵雨维持到18点左右结束。

4.3.2有雹强对流与850hpa湿度场演变过程相关性分析

由图3分析，栖霞相对湿度2614是40%，2617是30%，2620是20-30%，先降雷阵雨，后降雷阵雨夹冰雹。由图4分析，蓬莱、长岛、龙口温度露点差2614、2617、2620都是16.0℃，先降雷阵雨，后降雷阵雨夹冰雹。显然，符合有雹强对流湿度指标或结论，降雹地区是温度露点差值最高值（相对湿度最低值）中心附近前锋位置。

图3中a~c是T639在25日20点起报的2012年5月26日有雹强对流过程850hpa相对湿度2614、2617、2620图

图4中a~c是T639在12日08点起报的2012年6月12日有雹强对流过程850hpa温度露点差2614、2617、2620图

5 结论

⑴数值产品在垂直配置上，500hpa和700hpa相对湿度无论是70%以上还是70%以下或温度露点差无论是4.0以下还是4.0以上，只要850hpa相对湿度在70%及以上或温度露点差在4.0及以下，就满足西风带系统降水的湿度条件。

⑵有雹强对流过程850hpa相对湿度40%以下或温度露点差16.0以上，不仅会出现雷阵雨，而且会出现雨夹雹，是典型雨夹雹天气特点。

⑶降雨开始时间的预报，依据850hpa满足相对湿度在70%及以上或温度露点差在4.0及以下的湿度条件；降雨结束时间预报，依据500hpa满足相对湿度在70%以下或温度露点差在4.0以上的湿度条件。

⑷降雪开始时间预报，依据850hpa满足相对湿度在70%及以上或温度露点差在4.0及以下的湿度条件；降雪结束时间预报，依据850hpa满足相对湿度在70%以下或温度露点差在4.0以上的湿度条件。

⑸无雹强对流开始时间预报和结束时间预报同降雨预报依据。

⑹有雹强对流开始时间预报，依据850hpa满足相对湿度在40%及以下或温度露点差在16.0及以上的湿度条件下降雨，且相对湿度在40%基础上继续降低或温度露点差在16.0基础上继续升高，则相对湿度最低值中心或温度露点差最高值中心前锋位置所处的时段，是雨夹雹时段；有雹强对流结束时间预报，依据850hpa相对湿度最低值中心或温度露点差最高值中心前锋位置过境，预报结束时间，雨夹雹时间维持较短。

参考文献

[1]朱乾根 林锦瑞 寿绍文，等，2007，《天气学原理和方法》，气象出版社，p320.

[2]周淑玲，丛美环，吴增茂，等.2005年12月3—21日山东半岛持续性暴雪特征及维持机制[J].应用气象学报，2008,19（4）：444-453.

[3]李建华，崔宜少，单宝臣.山东半岛低空冷流降雪分析研究[J].气象，2007，33（5）：49-55.

[4] 孙建华，黄翠银，山东半岛一次暴雪过程的海岸锋三维结构特征[J] .大气科学，2011,35（1）：1-9.

[5] 王正旺，张建红，赵秀敏，等，山西省2011年11月28—29日暴雪天气过程诊断分析[J] .中国农学通报，2012,28（29）：292-300.

作者简介；孙殿光（1970.10）男，汉族，山东无棣人，大学本科，工类学士学位，副研级高级工程师，研究方向：气象要素垂直配置演变与天气过程演变相关性研究，以及CINRAD型天气雷达回波分析及应用。