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GPS水汽资料在琼海暴雨预报中的应用 　　摘要 统计琼海市2011―2013年暴雨天数，分析其时间变化特征，根据影响的天气系统可分为降雨强度变化不大且时间长的持续型和降雨主要集中在前5～10 h的爆发型；同时利用GPS水汽资料解算出GPS-PWV值，分析其时间变化特征得出，在暴雨发生前1～3 h，PWV均有明显的增强，超过45 mm后1～2 h内出现暴雨，其PWV峰值对应了1～2 h后的降雨峰值，而在PWV连续2～4 h下降后，暴雨趋于结束，此特征在东风波暴雨和切变线暴雨中表现最为明显。 　　关键词 GPS-PWV；暴雨特征；预报；应用；海南琼海 　　中图分类号 P457.6 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）04-0216-03 　　琼海地区属于热带海洋季风气候，水汽来源十分丰富，有良好的凝云致雨条件，加上处于夏季风、台风迎风面多雨区，因此暴雨也成为琼海地区主要的气象灾害。随着全球气候变化，许多突发性暴雨严重地影响人民生命财产的安全。因此，有必要对琼海市暴雨进行研究，探索新观测资料在暴雨预报中的应用。 　　气象业务中常规使用的无线电探空仪时空分辨率低，不能很好地监测天气的快速变化，难以反映大气中水汽的连续变化，也无法满足精细化预报和人工影响天气等气象业务工作对大气水汽信息的需求。利用全球卫星定位系统（GPS）遥感大气可降水量（PWV）已经成为一种有效的探测大气水汽的新手段。通过连续、高密度的地基GPS观测网，可以获得高时空分辨率、高效、高容量、全天候、近实时变化的大气可降水量，能有效弥补探空资料在时空分辨率上的不足。近年来，地基GPS遥感可降水量在各个地区的应用分析，国内已有不少研究[1-5]。袁招洪等[6-7]将地基GPS遥感大气可降水量资料应用于数值预报模式中，可改善降水预报的准确率。但是这些研究主要集中在中东部地区，因此在天气、水汽变化独特的海南省，开展GPS遥感PWV（即GPS-PWV）的业务应用，分析其探测到的大气水汽的时间演变及其日变化特征以及与降雨的关系，对于GPS水汽监测产品在诸多气象理论及短临预报的应用具有重要意义。 　　1 资料与方法 　　琼海市GPS-MET建设于2010年底，2011年开始投入业务使用。本文统计2011―2013年出现暴雨的天数，根据影响天气系统对其进行分型，利用算数平均算出平均小时雨量。同时采用2011―2013年琼海市GPS-MET水汽站资料，计算出水汽总量。 　　水汽总量（Precip-it able Water vapor，PW，单位mm）是将测站天顶方向气柱内所有水汽折算为液态水时的水柱高度，通常定义为： 　　式（1）中，ρi为液态水密度（g/cm3），ρv表示水汽密度（kg/m3），dz表示相邻2个气层间的高度差（m），因此水汽总量代表测站天顶方向水汽的积分值。地基GPS遥感水汽总量方法并不计算大气湿度的垂直分布，而是先由专业软件求解卫星信号在中性大气中的总延迟，然后根据经验公式推导出水汽总量。本文利用GAMIT软件对琼海GPS水汽资料进行解算[8]，计算出1 h间隔的大气可降水量（GPS-PWV），对其变化进行分析。 　　2 结果与分析 　　2.1 暴雨天数及影响系统 　　根据海南省天气分型，可将琼海暴雨的影响天气系统大致分为4类，分别为冷空气、切变线（即低压槽）、东风波及热带气旋。2011―2013年琼海国家基本站资料统计，琼海市暴雨天数为34 d，其中，受冷空气影响1 d，平均降雨量55.8 mm；受切变线影响15 d，平均降雨量为119.3 mm；受东风波影响6 d，平均降雨量为121.3 mm；受热带气旋影响12 d，平均降雨量为110.1 mm（表1）。由表中可以明显看出，造成琼海暴雨的主要天气系统为切变线和热带气旋，占总天数的79.4%，影响时段主要为4―10月。除了冷空气造成的暴雨外，其他系统造成的暴雨雨量均超过100 mm。 　　2.2 时间分布特征 　　利用算数平均法，统计从降雨开始时每小时降雨量，分别对4类天气系统造成的暴雨进行分析，得出暴雨时间分布特征。从图1可以看出，冷空气暴雨（图1a）雨强小，小时平均最大降雨量仅为4.8 mm，最小为0.1 mm，差值不超过5 mm，降雨虽然有递减趋势，但递减率仅为0.02；热带气旋暴雨（图1b）雨强较大，小时平均最大降雨量为9.8 mm，最小为1.6 mm，降雨随着时间有增强，但增强率仅为0.08。可将此暴雨类型定义为持续型暴雨，其主要特征是降雨分布均匀，持续时间久。 　　从图2可以看出，东风波（图2a）暴雨有2个峰值，分别出现在降雨开始第2小时和第8～9小时，峰值雨量均有15 mm以上，且持续时间短，峰值后迅速减弱，递减率达0.68；切变线（图2b）