長沙地區(qū)暴雨氣候特征分析及個例研究

宋偉++李誠

摘要 對長沙地區(qū)長沙站、寧鄉(xiāng)站、瀏陽站和馬坡嶺站4個站點的1981—2015年暴雨資料進行統(tǒng)計分析，結果表明，出現(xiàn)暴雨日數(shù)最多的是寧鄉(xiāng)站，其次是馬坡嶺站。長沙地區(qū)春季、夏季、秋季和冬季暴雨日數(shù)分別占全年總暴雨日數(shù)的28.9%、58.5%、10.4%和2.1%。其中6月暴雨日數(shù)最多，占夏季總暴雨日數(shù)的54.1%，為全年總暴雨日數(shù)的30.9%。近35年來，長沙地區(qū)年暴雨日數(shù)呈增多趨勢，氣候傾向率為1.29 d/10年。春季、夏季、秋季和冬季暴雨日數(shù)整體均處于增多趨勢，這與長沙近35年暴雨日數(shù)變化趨勢一致，氣候傾向率分別為0.83、1.07、0.17、0.08 d/10年，并以夏季增多最為明顯。選取長沙市暴雨天氣個例進行分析，得出暴雨主要影響系統(tǒng)，且水汽、動力等物理量均與暴雨有著很好的對應關系。

關鍵詞 暴雨；氣候特征；個例；天氣系統(tǒng)；雷達產(chǎn)品；衛(wèi)星云圖；湖南長沙

中圖分類號 P426.61+4 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）19-0188-04

Abstract Statistical analysis of rainfall data of the 4 stations（Changsha Station，Ningxiang Station，Liuyang Station and Mapoling Station）in Changsha area from 1981 to 2015 was conducted. The results showed that there were the most torrential rain days in Ningxiang Station，and the least torrential rain days in Mapoling Station. The torrential rain days of spring，summer，autumn and winter in Changsha area respectively accounted for 28.9%，58.5%，10.4% and 2.1% of the annual total torrential rain days. The maximum monthly torrential rain days was in June，accounting for 54.1% of the total torrential rain days in summer and 30.9% of the annual total torrential rain days. In recent 35 years，the torrential rain days in Changsha area was increasing，and the climate tendency rate was 1.29 d per 10 years. The torrential rain days in spring，summer，autumn and winter showed a increasing trend，which was consistent with the change trend of torrential rain days in recent 35 years in Changsha area，and the decadal climate tendency rates were 0.83 d，1.07 d，0.17 d and 0.08 d.The torrential rain days increased the most obviously in summer. The torrential rain weather case in Changsha City was analyzed，and the main effect system was concluded，it showed that there was fine correspondence between torrential rain and physical quantities，such as water vapor，dynamic，etc.

Key words torrential rain；climate feature；case；weather system；radar product；satellite cloud image；Changsha Hunan

長沙位于中國中南部的長江以南、湖南省的東部偏北地區(qū)，地處湘江下游和長瀏盆地西緣，屬洞庭湖平原的南端向湘中丘陵盆地過渡地帶。長沙地區(qū)屬亞熱帶季風性濕潤氣候，年平均氣溫16.8～17.3 ℃，年均降水量1 358.6～1 552.5 mm，光熱資源豐富，降水充沛，雨熱同期，夏初雨水較多，是我國多雨區(qū)之一。長沙特殊的地理位置，除受到西風帶系統(tǒng)影響外，還常受到臺風和東風波等系統(tǒng)的影響，多暴雨天氣出現(xiàn)。每年的4—6月，冷暖空氣頻繁交匯，極易形成強降水天氣，而7—9月經(jīng)常受臺風、東風波等熱帶天氣系統(tǒng)的影響，形成暴雨天氣，暴雨常常造成洪澇，并衍生泥石流、滑坡等地質(zhì)災害，給人民群眾生命財產(chǎn)和國民經(jīng)濟帶來重大損失[1]。暴雨的研究和預報一直受到政府及氣象部門的高度重視，多年來，氣象學家們從不同方面對暴雨進行了研究：李夢婕等[2]對湖南暴雨洪澇災害損失的時空特征進行了分析，并初步探究了湖南洪澇災害格局的影響因子，認為湖南暴雨洪澇災害整體呈加重趨勢，暴雨洪澇災害損失變化受自然因素和社會因素共同影響；張新主等[3]從地形、低空氣流和水汽條件等方面分析了湖南省近10年暴雨時空分異特征；肖媚[4]利用Morlet小波分析法、Mann-Kendall非參數(shù)檢驗法等深入研究了湖南省暴雨空間分布及時間變化特征，并對產(chǎn)生湖南暴雨的典型大氣環(huán)流特征進行統(tǒng)計分析；黃小玉等[5]認為，湖南汛期暴雨可分為低槽暴雨和切變線暴雨2類，切變線暴雨又可分為冷式切變線暴雨和暖式切變線暴雨，不同類型暴雨的雷達回波結構特征具有明顯的區(qū)劃；陳 勇等[6]采用趨勢系數(shù)、相似系數(shù)等方法研究了近60年長沙雨日及降水量的氣候變化，得出長沙年雨日呈減少趨勢，減少幅度為2.0 d/10年，且雨日長期趨勢變化有明顯的空間差異?？偟目磥?，大部分研究主要是針對湖南省暴雨的大范圍研究，對長沙地區(qū)暴雨氣候特征的研究較少，資料缺乏。鑒于這些情況，本文利用1981—2015年長沙市4個站點的暴雨資料分析長沙暴雨地理、時間分布特征，并選取暴雨天氣過程個例，綜合分析其發(fā)生時的天氣系統(tǒng)、物理條件等，以期為今后暴雨預報和預警提供一些預報信息。

1 資料與方法

選取長沙地區(qū)長沙站、寧鄉(xiāng)站、瀏陽站和馬坡嶺站4個站點的1981—2015年暴雨資料，采用趨勢系數(shù)分析法等對長沙地區(qū)年、季、月暴雨空間、時間分布特征進行分析，并通過選取的暴雨個例進行分析，深入了解暴雨發(fā)生時的天氣系統(tǒng)、物理量條件等。

2 長沙暴雨的空間分布特征

2.1 暴雨總日數(shù)的空間分布

經(jīng)統(tǒng)計1981—2015年長沙地區(qū)4個測站的年平均暴雨日數(shù)為3.7～4.1 d，長沙站和瀏陽站為3.7 d，最多的寧鄉(xiāng)站為4.1 d。一年中測站出現(xiàn)最多的暴雨日可達12 d（寧鄉(xiāng)站、馬坡嶺站），個別年份未出現(xiàn)暴雨天氣，1991年馬坡嶺站暴雨日數(shù)為0 d。因此，可將35年各測站暴雨日數(shù)累加得到暴雨總日數(shù)來反映長沙地區(qū)暴雨分布情況。

2.2 各季暴雨總日數(shù)的空間分布

根據(jù)氣候季節(jié)的劃分標準，統(tǒng)計長沙4個測站春季（3—5月）、夏季（6—8月）、秋季（9—11月）、冬季（12月至翌年2月）暴雨總日數(shù)地域分布，分析不同季節(jié)暴雨空間分布的氣候特征。

近35年中春季長沙地區(qū)暴雨日最少的是瀏陽站，為27 d；暴雨日最多的是寧鄉(xiāng)站，為40 d。3月長沙站出現(xiàn)暴雨日最少，僅為1 d，寧鄉(xiāng)站和馬坡嶺站最多，分別出現(xiàn)4 d。4月各測站暴雨日均超過10 d以上，其中寧鄉(xiāng)站和馬坡嶺站最多，分別達到了16 d；瀏陽站最少，為11 d；長沙站為12 d。5月各臺站暴雨日數(shù)均出現(xiàn)上升，寧鄉(xiāng)站、馬坡嶺站均達到了20 d，長沙站和瀏陽站分別為16、14 d。春季暴雨日數(shù)地區(qū)分布特征表現(xiàn)為東少、西多，這與春季暴雨的主要影響系統(tǒng)密切相關。夏季孟加拉灣和南海暖濕水汽不斷輸送至湖南省，冷鋒低槽引導南支槽不斷東移，切變南壓、西南低渦或東移對長沙地區(qū)造成影響，并受到臺風、東風波影響，是長沙暴雨集中出現(xiàn)期；其中6月出現(xiàn)暴雨日數(shù)最多，寧鄉(xiāng)站、馬坡嶺站分別達到了38 d，長沙站和瀏陽站最少，為35 d；7月瀏陽站出現(xiàn)暴雨日數(shù)最多，為21 d，其余3個站均為19 d；8月暴雨日數(shù)開始減少，瀏陽站出現(xiàn)日數(shù)最多，為14 d，剩下3個站均達到12 d。長沙地區(qū)夏季暴雨總日數(shù)最多的是馬坡嶺站，為69 d，其余3個站均為67 d，說明夏季長沙各測站暴雨日數(shù)差異不大。進入秋季，長沙暴雨日數(shù)明顯減少，與春季暴雨日數(shù)相反，秋季暴雨總日數(shù)最多的是瀏陽站，達到16 d，最少的是寧鄉(xiāng)站和長沙站，均為11 d；9月4個臺站中以長沙站出現(xiàn)暴雨日數(shù)最多，達到8 d，其次是瀏陽站，為6 d，10月降水顯著減少，暴雨日數(shù)最多為2 d，為馬坡嶺站和寧鄉(xiāng)站，瀏陽站和長沙站分別出現(xiàn)了1 d，11月較10月暴雨日數(shù)又有所增多，出現(xiàn)暴雨日數(shù)最多的是長沙站和瀏陽站，分別達到6 d，最少的是馬坡嶺站，為4 d。長沙冬季也有暴雨出現(xiàn)，但暴雨日數(shù)極少，寧鄉(xiāng)站、瀏陽站分別出現(xiàn)了3 d，長沙站和馬坡嶺站均為2 d；其中1月未出現(xiàn)暴雨天氣，2月各測站分別出現(xiàn)了1 d暴雨日數(shù)，12月寧鄉(xiāng)站和馬坡嶺站暴雨日數(shù)各為2 d，長沙和瀏陽各為1 d。

3 長沙暴雨的時間分布特征

3.1 年暴雨日數(shù)

近35年來長沙地區(qū)總暴雨日數(shù)為470 d，其中有4個年份年暴雨日數(shù)≤4 d，分別出現(xiàn)在1985年、1991年、2003年和2007年，2007年最少，僅為2 d；有4個年份年暴雨日數(shù) ≥25 d，分別出現(xiàn)在1998年、1999年、2004年和2010年，1998年最多，達到了36 d，1999年次之，為34 d；最多年份較最少年份偏多34 d。近35年來，長沙地區(qū)年暴雨日數(shù)呈增多趨勢（圖1），氣候傾向率為1.29 d/10年；從年暴雨日數(shù)年代際變化（表1）來看，20世紀80年代為少暴雨時期，90年代期間暴雨日數(shù)出現(xiàn)了明顯的增多趨勢，進入21世紀后長沙年暴雨日數(shù)與90年代相比又有所下降，但仍較80年代偏多15 d。

3.2 季暴雨日數(shù)

長沙地區(qū)春季暴雨日數(shù)占全年總暴雨日數(shù)的28.9%；其中3月暴雨總日數(shù)為11 d；進入4月后，暴雨日數(shù)迅速增多，達到了55 d；5月暴雨天氣較4月又有一定增加，暴雨總日數(shù)達到了70 d。夏季暴雨總日數(shù)占全年總暴雨日數(shù)的58.5%，是全年暴雨集中發(fā)生期；其中6月暴雨日數(shù)為146 d，占夏季總暴雨日數(shù)的53.1%，為全年總暴雨日數(shù)的31.1%，是夏季及全年出現(xiàn)暴雨日數(shù)最多的月份；7月暴雨日數(shù)為79 d，占夏季總暴雨日數(shù)的28.7%，8月暴雨日數(shù)與4月接近，為50 d。秋季暴雨日數(shù)占長沙暴雨總日數(shù)的10.4%，其中9月暴雨日數(shù)達22 d，10月暴雨出現(xiàn)日數(shù)明顯減少，僅有6 d，11月暴雨日數(shù)又相對增多，達到了21 d，9—11月暴雨日數(shù)都多于3月。近35年中，冬季4個臺站共出現(xiàn)暴雨日數(shù)10 d，約占總暴雨日數(shù)的2.1%，其中1月暴雨日數(shù)為0 d，冬季暴雨多出現(xiàn)在12月，共出現(xiàn)了6 d?？偟目磥?，夏季是長沙暴雨集中期，其次是春季，秋季更少，冬季最少。

對近35年長沙各季暴雨日數(shù)年際變化進行分析（圖2）可知，春季、夏季、秋季和冬季暴雨日數(shù)整體均處于增多趨勢，與長沙近35年暴雨日數(shù)變化趨勢一致，氣候傾向率分別為0.83、1.07、0.17、0.08 d/10年，以夏季增多最為明顯。由表1可知，長沙春季暴雨日數(shù)呈持續(xù)增多趨勢；夏季在20世紀90年代迅速增多，較80年代偏多40 d，但21世紀前10年又下降至近30年中最少值；20世紀90年代也是長沙秋季暴雨日數(shù)最多時期，80年代和21世紀前10年基本持平；90年代冬季未出現(xiàn)暴雨天氣，進入21世紀后，受多種因素影響，暴雨等極端天氣氣候事件頻發(fā)，2001—2015年共出現(xiàn)6 d暴雨天氣。

4 長沙暴雨天氣過程個例分析

2013年5月14—16日湖南省出現(xiàn)了一次持續(xù)性暴雨大暴雨天氣過程，長沙市出現(xiàn)暴雨、局部大暴雨，14日8：00至16日8：00，共有44個縣市累計降雨量超過50 mm，其中13個縣市累計降雨量超過100 mm；據(jù)湖南省中小尺度自動站資料顯示，共有1 392個站累計降雨量超過50 mm，其中327個站超過100 mm，14個站超過200 mm（圖3）。

此次過程為進入2013年后的首場大暴雨，最大小時雨強為35.5 mm。暴雨發(fā)生期間，湖南省氣象臺在每天8：30進行內(nèi)部會商，根據(jù)前一日天氣實況及當天大氣背景環(huán)境，對未來24 h內(nèi)可能發(fā)生的強對流天氣的區(qū)域和強度進行潛勢預報，并于10：10由省地會商對省臺分布強對流天氣潛勢預報進行訂正修改并形成最終預報結果。通過天氣會商，采用雷達、中小尺度區(qū)域氣象自動站、衛(wèi)星云圖等手段對暴雨、強對流天氣的監(jiān)測情況及其發(fā)生的天氣背景環(huán)境進行分析，對當時正在發(fā)生并持續(xù)或未來（6 h之內(nèi)）可能發(fā)生的強對流天氣的區(qū)域分類、分級發(fā)布預警，并通過氣象預警喇叭、氣象信息電子顯示屏、高頻廣播、96121氣象咨詢電話、12121氣象咨詢電話、手機短信發(fā)布平臺、氣象網(wǎng)站、電視天氣預報節(jié)目、有線電視氣象頻道等多種渠道對外發(fā)布，氣象臺預報員24 h堅守崗位，確保天氣預警信息的及時有效發(fā)布。

4.1 環(huán)流形勢

4.1.1 高空形勢。5月14日20：00，500 hPa上，歐亞大陸中高緯地區(qū)呈明顯的兩槽一脊環(huán)流形勢，日本島東北部與貝加爾湖西部分別存在一明顯的低壓槽，槽東北部為高壓槽，河套地區(qū)有一淺槽，江南地區(qū)具備形成西風急流的有利的條件。15日，貝加爾湖低壓槽不斷分裂出多個低壓槽，低壓槽出現(xiàn)持續(xù)的東移南壓；與此同時，江南地區(qū)西南急流勢力不斷增強，攜帶大量水汽向暴雨區(qū)域輸送。15日20：00， 500 hPa高空槽穩(wěn)定位于東南沿海地區(qū)（圖4），至16日8：00左右變?yōu)椴矍拔髂蠚饬?，不斷發(fā)生頻繁活動，說明該地區(qū)弱冷空氣活動頻繁。隨后高空小槽東移，西太平洋副熱帶高壓加強并不斷北抬至南海東北部，受其影響，西南風急流發(fā)展旺盛。

14日20：00 850 hPa圖（圖4）上，珠江口西部沿海趨于出現(xiàn)華南沿海急流，急流風速達到了12 m/s；同時，我國江西南部一帶存在著暖式切變，風速為4 m/s。15日8：00，暖切變移向東北部并逐漸抬升至江南以北地區(qū)，切變南部的西南風加大，風度達到了12～14 m/s，西南急流持續(xù)發(fā)展。16日8：00，西南風急流風速穩(wěn)定維持12 m/s，而暖式切變逐漸變冷并南壓至湖南南部一帶，影響長沙等地的降水逐漸減弱并停止。

4.1.2 地面形勢。15日8：00，地面圖上，對應的高空形勢及西太平洋熱帶氣旋持續(xù)移向西北方，到達臺灣海面，隨后繼續(xù)向西北方移動，受其影響，地面輻合線也不斷向北移動并出現(xiàn)抬升。15日7：00，湖南東部地區(qū)出現(xiàn)了穩(wěn)定的地面輻合線，并產(chǎn)生強盛的上升氣流，觸發(fā)中低層切變線，近地面及中低層產(chǎn)生輻合對流效應，使得中尺度對流云團不斷發(fā)生發(fā)展，引發(fā)了此次暴雨天氣。

4.2 物理量條件

4.2.1 水汽條件。充足的水汽和源源不斷的水氣輸送是形成暴雨、大暴雨天氣的必要條件。分析此次暴雨天氣850 hPa散度圖和水汽通量散度圖（圖5）可知，15日12：00，湖南省處于負散度控制范圍內(nèi)，長沙市位于負散度中心，低層輻合上升運動較強；14：00，長沙市出現(xiàn)負的水汽通量散度值，同時有水汽輻合及相對深厚的濕氣層，與地面場上大量水汽相配合，水汽濃度較高，使得暴雨強度增強。由此可見，長沙市上空低層存在輻合上升運動，且上升運動較強，并存在穩(wěn)定且持續(xù)的水汽輸送，大氣層中水汽充沛，而且同時受不穩(wěn)定層結作用，致使長沙等多地區(qū)出現(xiàn)了暴雨、大暴雨天氣過程。

4.2.2 動力條件。14日20：00，長沙市上空500～925 hPa之間存在正的渦度區(qū)，正渦度中心位于700hPa附近，對應著低層低渦切變線右側位置。15日8：00，在正渦度平流作用影響下，中低層正渦度區(qū)持續(xù)發(fā)展并加強，配置對流層正渦度在中低層氣旋性輻合上升運動及擾動中發(fā)揮著重要作用（圖6），為暴雨天氣的發(fā)生發(fā)展提供了有力的動力條件。

4.3 衛(wèi)星云圖及雷達產(chǎn)品分析

分析15日雷達回波圖可看出，10：00左右，湖南境內(nèi)出現(xiàn)雷達回波，回波強度為40～50 dBZ；12：00大部分雷達回波持續(xù)發(fā)展并東移，到20：00雷達回波強度達到了50 dBZ，雷達回波繼續(xù)向東移動，對應的長沙市一帶出現(xiàn)了較強降水。16日雷達回波強度有所減弱，并逐漸移出長沙市境內(nèi)，長沙強降水天氣減弱并結束。由15日8：00—20：00衛(wèi)星云圖可看出，15日8：00，湖南東部地區(qū)出現(xiàn)了小塊的對流云系，該云系不斷加強并向東南方移動，在移動過程中對經(jīng)過區(qū)域帶來強降水。16日，隨著云系的逐漸減弱并移出長沙境內(nèi)，長沙市持續(xù)強降水天氣也隨之結束。

5 結語

暴雨是長沙常見的災害行天氣之一。對長沙地區(qū)長沙站、寧鄉(xiāng)站、瀏陽站和馬坡嶺站4個站點的1981—2015年暴雨資料進行統(tǒng)計分析得出，出現(xiàn)暴雨日數(shù)最多的是寧鄉(xiāng)站，其次是馬坡嶺站；近35年中春季長沙地區(qū)暴雨日數(shù)地區(qū)分布特征表現(xiàn)為東少西多，春季暴雨日最少的是瀏陽站，夏季長沙各測站暴雨日數(shù)差異不大，進入秋季，長沙暴雨日數(shù)明顯減少，與春季暴雨日數(shù)相反，秋季暴雨總日數(shù)最多的是瀏陽站，長沙冬季也有暴雨出現(xiàn)，但暴雨日數(shù)極少。

近35年來長沙地區(qū)年暴雨日數(shù)呈增多趨勢，氣候傾向率為1.29 d/10年；進入21世紀后長沙年暴雨日數(shù)與90年代相比又有所下降，但仍較80年代偏多。長沙地區(qū)春季、夏季、秋季和冬季暴雨日數(shù)分別占全年總暴雨日數(shù)的28.9%、58.5%、10.4%和2.1%，其中6月暴雨日數(shù)為146 d，占夏季總暴雨日數(shù)的53.1%，為全年總暴雨日數(shù)的31.1%；對近35年長沙各季暴雨日數(shù)年際變化進行分析可知，春季、夏季、秋季和冬季暴雨日數(shù)整體均處于增多趨勢，與長沙近35年的年暴雨日數(shù)變化趨勢一致，氣候傾向率分別為0.83、1.07、0.17、0.08 d/10年，以夏季增多最為明顯。

對2013年5月14—16日長沙市暴雨天氣過程分析得出，高空低槽、西南急流和低層切變是此次暴雨過程的主要影響系統(tǒng)；大氣層具備充足的水汽和不穩(wěn)定結構，配置對流層正渦度在中低層氣旋性輻合上升運動及擾動中發(fā)揮著重要作用，為暴雨天氣的發(fā)生發(fā)展提供了有力的動力條件。新一代多普勒天氣雷達和衛(wèi)星云圖可作為暴雨天氣預報的有效輔助產(chǎn)品，能清楚地反映出中尺度對流云團和云系的發(fā)生、發(fā)展、演變過程。

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