江苏不同强度降雨对能见度影响分析

1、江苏不同强度降雨对能见度影响分析鲍婧;黄亮;沈阳;张力文;张志薇【摘 要】利用江苏70个基本站多年逐时雨量、相对湿度、风向、风速以及同时段 内最低能见度等观测资料,分析不同强度降雨对能见度的影响,并对比分析两种不同 强度降雨造成的低能见度事件统计特征.结果表明:降雨是除雾以外,江苏低能见度的 主要影响天气(14.7),其中稳定性弱降雨和短时强降雨影响最大.与低能见度雾事 件不同,降雨造成的低能见度事件全天各时段均可能出现,发生时可伴随较强的风速( 2 m/s),短强低能见度多见风速4 m/s(26.6%)江苏冬春两季为雨雾高发季，主 要受降雨持续时间影响，对应的低能见度区间为500-1 000 m,有明显日变化短强 低能见度主要受雨强影响，多发生于6-9月,对应的低能见度区间为小于200m,无明 显日变化.两种降雨产生的低能见度事件有明显的空间分布差异,且雨雾低能见度发 生时偏北风占主导,短强低能见度发生时则偏东风占主导.期刊名称】大气科学学报年(卷),期】2018(041)005【总页数】8页(P702-709) 【关键词】 低能见度;降雨造成的低能见度;不同强度降雨;雨雾;短时强降

2、雨【作 者】 鲍婧;黄亮;沈阳;张力文;张志薇【作者单位】 江苏省气象服务中心,江苏南京210008;江苏省气象服务中心,江苏南京210008;江苏省气象台,江苏南京210008;江苏省气象服务中心,江苏南京210008;江苏省气象服务中心,江苏南京210008正文语种】中 文低能见度是影响交通运输安全的重要气象因素之一,容易诱发交通事故,统计表明,我 国由低能见度造成的交通事故占气象原因事故的29.2%,对人们的生命和财产造成 无法估量的损失,因而做好能见度的预报、研究具有积极意义(陆春松等,2011;刘霖 蔚等,2012;候灵等,2014;费东东等,2016)。研究发现,降雨影响能见度变化(Stewart and Yiu,1993;Stewart et al.,1995;Tardif and Rasmussen,2007,2008,2010;吴兑 等,2009),由降雨造成的低能见度事件时有发生,给现代交通运输安全带来严重危害 (Harold and Hakkert,1988;Kevin and Ian,2005; 谢静芳等,2006;吉廷艳等,2011) 国内外学者从不同角度对降

3、雨与能见度的关系做出了探索,从宏观特征(邓雪娇 等,2007;李宏宇等,2010;严文莲等,2010;黄治勇等,2012)和微观特征(孟蕾等,2010;赵胡笳和马雁军，2011;刘端阳,2011；赵胡笳等,2014)对雨雾的形成、发展机制、 环流背景、垂直结构、微物理特性以及各种影响因素的作用方面进行研究,得出了 许多有益的结论,Donaldson and Stewart(1993)认为雨雾是雨滴下落到云层以下 的干空气中后蒸发为水汽,冷却凝结而形成的雾,Tardif and Rasmussen(2010)基于 数值模拟和观测实例指出自由降落的雨滴处于非平衡态,也认为雨滴的蒸发是雾形 成的原因。于华英等(2015)对2007年12月南京6次雨雾过程的宏、微观结构演 变特征进行了分析。刘西川等(2010)在分析降水粒子的大小、速度、形状、谱分 布、光学特性等特征的基础上,忽略气溶胶粒子的影响,建立基于实测谱分布的降水 与能见度的理论模型。这些研究加深了对雨雾过程的认识,雨雾多形成于稳定性弱降雨中,而不同强度降雨 对能见度变化的影响不同,对流性强降雨,短时间内雨强达到高值,影响雾滴数浓度和

4、 含水量,从而使得能见度急速降低,此类型降雨使得能见度短时间内急速下降,其危害 性不容忽视,但已知研究多针对雨雾展开,对于不同强度降雨和能见度的关系却鲜见研究。且由于观测资料的限制,现有研究多以个例分析为主,对于大样本降雨条件下的低能见度事件共性特征缺乏了解,相关预报指标少有研究,这严重制约了对于不同强度降雨造成的低能见度事件的认识,无法为能见度降雨预报提供技术支撑,严重影 响了对低能见度天气预报服务的准确率。本文应用较长时间序列观测资料,分析江苏地区降雨对能见度的影响,选取雨雾和短 时强降雨造成的低能见度（简称“短强低能见度”,下文同）这两种降雨造成的低能见 度的主要类型,通过统计方法对比分析不同强度降雨造成的低能见度事件的气象要 素分布、时空分布特征,为提高由降雨造成的低能见度事件的预报准确率提供参考。 1资料1）利用20052014年江苏70个基本站（图1）3 h间隔地面观测资料，对江苏近10a低能见度天气的天气性质进行统计分析,以此对江苏近10 a低能见度主要天气有初步的认识。2）利用20122014年上述站点逐时雨量、相对湿度、风向、风速资料以及同时 段内能见度仪测得的最低能

5、见度值（能见度背景场观测开始于2012年）,选取小时降 雨量大于0 mm/h且小时最低能见度小于1 000 m的事件，即“降雨造成的低能见 度事件”,研究降雨强度对能见度的影响。3）对比分析不同强度降雨造成的低能见度事件（本文指雨雾和短强低能见度）的气象要素分布和时空分布特征等。图 1 江苏省 70 个基本站空间分布 Fig.1 Spatial distribution of the 70 basic weather stations in Jiangsu2降雨对能见度的影响2.1 降雨与能见度的相互关系分析20052014年江苏70个基本站地面低能见度事件发生时对应天气现象,其中降雨造成的低能见度事件占比14.7%,可见降雨对能见度的影响客观存在且不容 忽视,降雨造成的低能见度是江苏低能见度事件的一种重要类型。而目前我国气象 部门所发布的预警信号中并未对此类天气现象做出区分,因此对此类天气现象进行 研究具有实际意义。分析2012 2014 年江苏地区降雨造成的低能见度事件中,小时降雨量与小时最低 能见度的相互关系（图2）,可知,能见度随着小时降雨量的增大总体呈指数降低,但受 降水粒子

6、特性和天气条件以及谱分布等多种因素影响,能见度与降雨强度之间的关 系并不是唯一对应的。当小时降雨量较小时,对应能见度分布较为分散,波动性强,此 时对能见度起主要影响的可能不是降雨强度,受其他因素,如持续时间的影响明显,因 此导致小时最低能见度的波动范围较大,随着小时降雨量继续增大,能见度随雨强持 续下降,此时对能见度其主导因素的为雨强。可见,不同强度降雨对能见度的影响不 同。图2降雨造成的低能见度过程小时降雨量与小时最低能见度散点图Fig.2 Thescatter diagram of hourly rainfall and minimum visibility in low-visibility weather caused by rainfalls2.2不同强度降雨对能见度的影响参考气象行标高速公路交通气象条件等级,结合实际气象工作经验,对高影响的 低能见度和降雨进行了等级划分,如表1和表2所示。表1低能见度等级划分Table 1 Classification of low visibili等级能见度L1500Ll 000 2200L500 3100L200 450L100 5L5

7、0表 2 小时降雨量等级划分 Table 2 Classification of hourly rainfall mi等级 小时降雨量 R 10R1 21R2 32R3 43R4 54R5 65R10 710R15 815R20 920R25 1025R30 1130R35 图3为20122014 年江苏地区降雨造成的低能见度过程中,不同阈值范围小时降 雨量对应不同等级低能见度出现的比率分布,可见,在降雨造成的低能见度过程中,各 个等级低能见度的变化受降雨量影响较大：500 1 000 m区间在0 1 mm/h所 占比重最大为78%,之后随雨强增大迅速减小;200 500 m区间所占比重随雨强迅 速增大，在10 15 mm/h达到最大(52.2%),之后随雨强增大逐渐减小;100 200 m,50100 m区间变化趋势相似,当小时降雨量5 mm/h时，随雨强增大变化不大, 此后随雨强增大迅速增大，且前者增幅更大;0 50 m区间的低能见度鲜少出现，集中 在15-30 mm/h范围内。此外，值得关注的是,在当小时降雨量达到5、10、15、 20、30 mm/h阈值时，区间内的主导能见度等

8、级都出现了变化。总的来说,随着降 雨量的增大,出现高等级能见度天气的比率明显增大。图3不同等级小时降雨量对应不同低能见度区间比率分布Fig.3 Ratio distribution of low visibility corresponding to the classification of hourly rainfall 不同能见度范围内不同等级小时降雨量的比率分布(图4)则表明,在所有低能见度等 级中01 mm/h所占比率都是最大的，这也是由于江苏地区该等级降雨最常出 现;5001 000 m和50 m区间内,1 mm/h降雨占主导;200-500 m区间 内,1 mm/h的弱降雨和短时强降雨都起到重要作甩而在50-200 m区间内，短 时强降雨所占比重明显较大。图4不同能见度区间对应的不同等级小时降雨量比率分布Fig.4 Ratio distribution of hourly rainfall corresponding to the classification of low visibility 可见,不同强度降雨对能见度的影响不同,对于江苏地区,影响能见度的降雨事件主要

9、 为小时降雨量1 mm/h的弱降雨以及小时降雨量20 mm/h的短时强降雨，对应 的低能见度过程性质也不同,对于弱降雨来说,以雨雾为主,主要受降雨持续性影响,对 应的能见度区间为500 -1 000 m,而对于短时强降雨，则主要是雨强影响能见度，对 应的能见度区间为小于200 m。短强低能见度过程更易出现高等级低能见度，对交 通安全的危害更大。3 雨雾和短强低能见度统计特征对比3.1 不同强度降雨造成的低能见度过程气象要素分布特征 对两种不同强度降雨造成的低能见度事件的相对湿度、风向、风速以及同时段内最 低能见度分等级统计(图5),雨雾的最低能见度(图5a)主要分布在500 1 000 m区 间内(78.0%),小于200 m的样本仅占2.4%,短强低能见度的最低能见度(图5a)主 要集中分布在50 500 m区间内，其中最多分布区间为100 200 m(52.3%)。两种不同强度降雨造成的低能见过程，其相对湿度(图5b)分布情况基本一致注要分 布在90% 100%的区间内，占比均在80%以上,其中短强低能见度在95% 100% 高湿区间所占比重(63.4%)高于雨雾(45.7%),而相对湿度为100%的饱和状况都不 多。由风速(图5c)的分布可知，对于雨雾，静风的情况最少，仅占3.4%,1 2 m/s的区间 占比最大(32.0%),2 3 m/s区间和01 m/s区间占比相差不大,分别为22.6%和 18.1%。可见即使风速较大,降雨仍然能够对能见度产生有效地影响。同样的情况 发生在短强低能见度过程中，占比最高的区间为大于4 m/s(26.6%),与雨雾过程相比, 短强低能见度过程中的风速更大,短时强降雨主要出现在强天气过程中。另已有研 究表明，江苏地区辐射雾发生时风速通常为02 m/s。因此,降雨造成的低能见度 事件和低能见度雾事件中风速的分布存在显著差异。图5 20122014年江苏雨雾和短强低能见度过程气象要

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