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user: 3. 结果与讨论 3.1. 内蒙古极端降水时空分布特征 3.1.1. 内蒙古极端降水阈值的空间分布特征 采用极端降水事件监测指标计算方法，计算内蒙古119站的极端降水阈值，分析内蒙古极端降水阈值全区分布(图1)可见：内蒙古极端降雨阈值范围为15.3~120.9毫米，呈现西低东高的态势。阿拉善盟、巴彦淖尔市北部、包头市北部、乌兰察布市北部、锡林郭勒盟北部极端降水阈值 ≤ 50毫米，其中，阿拉善盟西部、巴彦淖尔市西北部极端降水阈值 ≤ 25毫米；呼和浩特市、包头市中部南部、鄂尔多斯市、赤峰市北部、兴安盟西北部、呼伦贝尔市西部极端降水阈为60~80毫米，赤峰市中部南部、通辽市、兴安盟大部、呼伦贝尔市中部东部极端降水阈值为90~110毫米，最大值区主要分布在通辽市南部和兴安盟，达110毫米。最小值区分布在阿拉善盟、巴彦淖尔市北部。 图1. 内蒙古极端降水阈值空间分布 3.1.2. 内蒙古极端降水次数的年代演变特征 统计1954年至2019年内蒙古119站极端降水历史总次数，分析内蒙古极端降水的年代变化特征(图2)。 图2. 内蒙古119站1954年至2019年极端降水总次数时序 由图2，内蒙古地区极端降水总发生次数呈现逐年上升趋势，年平均发生次数为10.19次。1988年前，内蒙古极端降水次数线低于多年平均，1988年后，内蒙古极端降水次数线高于多年平均，极端降水次数增长明显。2010年后，内蒙古极端降水频发、高发，2012年达到25站次之多。2015年达到31站次，2017年出现22站次，2018年内蒙古极端降水达到47站次。其次是1994年、1997年、1998年达到约17、18站次，2016年12站次，而2019年内蒙古境内无极端降水事件。 3.1.3. 内蒙古极端降水频次的空间分布特征 分析1954年至2019年内蒙古119站极端降水频次的空间分布(图3)可见：全区极端降水发生频次空间分布较为分散，大值中心分布在巴彦淖尔市东部、鄂尔多斯市北部、呼和浩特市、包头市南部、锡林郭勒盟西部、呼伦贝尔市中部，在0.12~0.48次/年。 3.2. 内蒙古极端降水天气学分析 筛选2011年后具有代表性的内蒙古区域极端降水过程20次，以北半球700 hPa低层的影响系统进行天气学分型，分型时着眼于影响系统的源地、路径和流场辐合形式 [ 19 ]。内蒙古极端降水天气型分为北槽南涡型、冷涡型、切变型、西来槽型四类 [ 20 ]。其中，20次极端降水过程中，北槽南涡型11次，占比55%；冷涡型1次，占比5%；切变型4次，占比20%；西来槽型4次，占比20%。内蒙古中西部极端降水过程中，北槽南涡型占比最高，超过半数，切变型、西来槽型次之，均占比20%，冷涡型占比最少，仅占5%。 “暴雨”指日雨量 ≥ 50.0 mm的降雨，为对比极端降水与典型暴雨的异同，筛选出2011年后内蒙古区域性暴雨过程13次。根据700 hPa影响系统及内蒙古暴雨研究已有成果，其影响系统也分为北槽南涡 图3. 内蒙古119站1954年至2018年极端降水次数年平均分布(次数 × 10，间隔0.2) 型、冷涡型、切变型、西来槽型四类。13次区域性暴雨过程中，北槽南涡型为7次，占比54%；冷涡型暴雨1次，占比8%；切变型暴雨1次，占比8%；西来槽型暴雨4次，占比31%。在内蒙古暴雨过程中，北槽南涡型占比最高，约为半数；西来槽型次之，占比31%；冷涡型、切变型最少，占比8%。 由此，内蒙古极端降水、典型暴雨天气形势，均可分为北槽南涡型、冷涡型、切变型、西来槽型四类。北槽南涡型是极端降水、典型暴雨中最常见类型，占比约半数；西来槽型极端降水、典型暴雨占比相近，约20%~31%。冷涡型极端降水占比5%、典型暴雨占比33%，相差较大；切变型极端降水占比20%、典型暴雨占比8%，相差较大。 按照700 hPa主要影响系统类别，诊断分析内蒙古极端降水、典型暴雨，对比二者气象要素、物理量因子等差异，总结内蒙古极端降水、典型暴雨预报指标异同点 [ 21 ] - [ 28 ]。 3.2.1. 北槽南涡型极端降水、典型暴雨预报指标异同 北槽南涡型极端降水、典型暴雨对比结果(表1)：极端降水的cape值、K指数阈值高于普通暴雨，SI指数低于典型暴雨。 极端降水的850 hPa低层比湿阈值明显较大，850 hPa低层的T-Td阈值明显比暴雨低，中高层T-Td阈值比暴雨高，极端降水上干下湿更显著。 极端降水南风到达的纬度较低、南风风速阈值与暴雨相近，说明极端降水南风、垂直速度较容易达到。Pw极端降水阈值比典型暴雨上限更高。 Table 1 Comparison of north vortex southern vortex extreme precipitation and typical rainstorm indicator 1、探空资料分析 物理量 极端降水 普通暴雨 SI指数(˚C) −2.77~1.71 −1.42~5.3 cape (J/kg) 89.2~491.4 23.8~456.1 K (˚C) 30.9~39 24~36 Li指数(˚C) −1.86~1.14 −1.98~4.66 2、层结资料 指标 层次 极端降水 普通暴雨 比湿(g/kg) 700 hPa 7~11 6~12 850 hPa 10~17 5~12 T-Td (˚C) 500hPa 8~13 2~4 700 hPa 3~13 1.4~5 850 hPa 1~4 0.9~7 低空南风风速(m/s) / 8~14 7~14 700 hPa南风到达的纬度(˚N) / 38~49 43.7~55 Pw (kg/m 2 ) / 16~59.8 16~46 表1. 北槽南涡型极端降水、典型暴雨指标对比 3.2.2. 西来槽型极端降水、典型暴雨指标对比分析 西来槽型极端降水、典型暴雨对比结果(表2)：极端降水的cape值、Li指数高于普通暴雨，SI指数低于典型暴雨，K指数阈值相近。 850 hPa低层比湿极端降水的阈值明显较大，850 hPa低层的T-Td阈值相近，中高层T-Td阈值比暴雨高，极端降水上干下湿更显著。 极端降水南风到达的纬度较低、南风风速与暴雨接近。Pw极端降水阈值比典型暴雨上限更高。 Table 2 Comparison of west trough type extreme precipitation and typical rainstorm indicator 1、探空资料分析 物理量 极端降水 普通暴雨 SI指数(˚C) −2.77~1.71 −0.21~2.2 cape (J/kg) 89.2~491.4 0~449 K (˚C) 30.9~39 30~37 Li指数(˚C) −1.86~1.14 −3.56~0.43 2、层结资料 指标 层次 极端降水 普通暴雨 比湿(g/kg) 700 hPa 6.3~10.3 8~11 850 hPa 10~17 9~14 T-Td (˚C) 500 hPa 8~13 1~12 700 hPa 3~13 1~8 850 hPa 1~4 0.6~4 低空南风风速(m/s) / 8~14 4~20 700 hPa南风到达的纬度(˚N) / 38~43.7 43.7~60 Pw (kg/m 2 ) / 32~59.8 16~31 表2. 西来槽型极端降水、典型暴雨指标对比 3.2.3. 切变型极端降水、典型暴雨指标对比分析 切变型极端降水、典型暴雨对比结果(表3)：cape值极端降水阈值比典型暴雨阈值略高，K指数极端降水阈值与典型暴雨数值相近。 极端降水与典型暴雨的700 hPa、850 hPa低层比湿阈值相近；T-Td极端降水阈值下限相近，上限比典型暴雨大，说明极端降水高层更干。 700 hPa南风到达的纬度极端降水与典型暴雨差别不大，低空南风风速极端降水阈值比典型暴雨阈值明显高。Pw阈值也明显偏高。 Table 3 Comparison of shearing type extreme precipitation and typical rainstorm indicator 1、探空资料分析 物理量 极端降水 普通暴雨 SI指数(˚C) −0.49~5.2 1.05~1.71 cape (J/kg) 75.6~547.2 23.8~456.1 K (˚C) 28~41 30~42 Li指数(˚C) −2.56~5.4 −0.58~3 2、层结资料 指标 层次 极端降水 普通暴雨 比湿(g/kg) 700 hPa 8~9 8~15 850 hPa 12~12.4 11~13 T-Td (˚C) 500hPa 9~26 8~13 700 hPa 1~3 3~5 850 hPa 2~8 3~4 低空南风风速(m/s) / 9~15 2~6 700 hPa南风到达的纬度(˚N) / 38~43.7 40.5 Pw (kg/m 2 ) / 32~59.8 31~47 表3. 切变型极端降水、典型暴雨指标对比 3.2.4. 冷涡型极端降水、典型暴雨指标对比分析 冷涡型极端降水、典型暴雨对比结果(表4)：极端降水的cape值、Li指数高于典型暴雨阈值，K指数相近。 极端降水与典型暴雨低层比湿阈值相近。极端降水与典型暴雨低层T-Td阈值下限相近，上限明显偏大，高层干空气明显。 极端降水的700 hPa南风到达纬度、南风风速、Pw均比典型暴雨高。说明冷涡型极端降水在南来暖湿气流方面，低层高能、暖湿特征显著。 Table 4 Comparison of cold vortex type extreme precipitation and typical rainstorm indicator 1、探空资料分析 物理量 极端降水 普通暴雨 SI指数(˚C) −0.78~1.63 0.67~2.11 cape (J/kg) 50~242.5 15 K (˚C) 30~39 35~39 Li指数(˚C) 2.03~4.81 −0.79~0.8 2、层结资料 指标 层次 极端降水 普通暴雨 比湿(g/kg) 700 hPa 5.2~7.5 4~6 850 hPa 7.3~9.2 6~8 T-Td (˚C) 500hPa 9~16 1~3 700 hPa 1~5 1.2~6 850 hPa 1~5 0.7~4 低空南风风速(m/s) / 11~27 7~20 700 hPa南风到达的纬度(˚N) / 38~43.7 35 Pw (kg/m 2 ) / 32~59.8 27~30 表4. 冷涡型极端降水、典型暴雨指标对比