濟源市短歷時強降水氣候變化特征及雨型分析

胡玉梅，衛(wèi) 科，張鵬飛

（河南省濟源市氣象局，河南 濟源 454650）

濟源市地處豫西北，境內(nèi)80%以上的面積為山區(qū)丘陵，受地形影響，夏秋季經(jīng)常出現(xiàn)具有典型山區(qū)氣候特征的短歷時強降水。因此，本文利用濟源國家氣象站1985～2014年共30年的連續(xù)降雨資料，遴選并分析實際降雨過程，確定濟源市暴雨雨型，以期為城市暴雨徑流控制設(shè)施的設(shè)計提供依據(jù)。

1 資料、統(tǒng)計方法

1.1 資料

資料來源于濟源市國家級氣象觀測站，年限從1985年1月1日至2014年12月31日共30年逐分鐘降水資料中提取5、10、15、20、30、45、60、90、120、150、180分鐘11歷時的降水資料，每年每個歷時選取最大雨量記錄。

1.2 統(tǒng)計方法

從全年的降水自記紙或每分鐘降水量數(shù)據(jù)文件中，挑取本年內(nèi)11個時段最大降水量及相應(yīng)開始時間；各時段年最大降水量及相應(yīng)開始時間，只有當(dāng)1440分鐘降水量＞10.0毫米時才挑??；各時段最大降水量從年內(nèi)各月降水量自記紙或每分鐘降水量數(shù)據(jù)滑動挑取，且不受日、月界的限制（但不跨年挑取）；各時段年最大降水量出現(xiàn)兩次或以上相同時，開始時間欄記錄出現(xiàn)次數(shù)；雨量大而降雨歷時不足時，將降雨歷時按零雨量外延至降雨歷時。

2 短歷時強降水的演變趨勢分析

2.1 短歷時強降水的極值分布

由極值分布特征分析（表略），降水量分別達大雨(25毫米)、暴雨（50毫米）、大暴雨（100毫米）標(biāo)準(zhǔn)的短歷時強降水時間分別出現(xiàn)在15分鐘、60分鐘和180分鐘，其中1988年、1991年、2012年為短歷時強降水高值年，1989年、2002年、2009年為短歷時強降水的低值年。

2.2 短歷時強降水的年際變化

在本文的研究過程中重點分析對排水標(biāo)準(zhǔn)中最為關(guān)注的5分鐘、30分鐘、60分鐘、120分鐘、180分鐘年最大雨強變化規(guī)律。

從濟源市近30年短歷時5分鐘最大雨量圖看出，5分鐘歷時年際間差異較大，呈波動趨勢，變化傾向率為0.0336毫米/年，變化幅度在3.2～16.2毫米。20世紀(jì)90年代為5分鐘歷時雨強相對減小，2011年以后5分鐘強降水呈增加趨勢，為偏高時期，5分鐘歷時近30年均值為8.7毫米，2012年為高值年，雨量達16.2毫米。

濟源市30分鐘歷時最大雨強同5分鐘年最大雨強趨勢相似，也存在著明顯的年際差異，變化傾向率0.0654毫米/年，變化幅度在7.9～43.6毫米。1991～1992年、2001～2002年、2004～2005年以及2011～2013年為30分鐘雨強最大時段。上世紀(jì)90年代中期為30分鐘歷時雨強相對較小時段。

濟源市60分鐘歷時最大雨強也存在著明顯的年際差異，變化傾向率0.1509毫米/年，變化幅度在13.2～51.7毫米。1987～1988年、1991～1992年、2000～2001年、2003～2005年以及2011～2013年為60分鐘雨強最大時段。1993～1999年為60分鐘歷時雨強相對較小時段。120分鐘歷時最大雨強在1988年最大，而在1989年達到最低值。變化傾向率0.2827毫米/年，變化幅度在13.2～96.8毫米。同120分鐘歷時最大雨強相似，最大值出現(xiàn)在1988年，而在1989年達到最低值。2000年后增幅較大，變化傾向率0.3762毫米/年，變化幅度在15.6～107.5毫米。綜上，濟源市近30年短歷時強降水呈波動變化規(guī)律，變化傾向率均為增加趨勢，傾向率增幅最大是180分鐘歷時，其次為120分鐘和60分鐘。

2.3 短歷時強降水的月際變化

統(tǒng)計入選樣本的月際變化，7月份頻率最高，5～1440分鐘不同歷時發(fā)生在7月的平均次數(shù)16.7次，其次為8月和6月，平均次數(shù)分別在6.8次和3.9次。9月份45分鐘、60分鐘、90分鐘歷時沒有出現(xiàn)，而5～30分鐘歷時和120、180、240分鐘均只出現(xiàn)了一次，5月和10月份只是在240分鐘、360分鐘、540分鐘和720分鐘、1440分鐘歷時出現(xiàn)。綜上說明，7月份是濟源短時強降水的高發(fā)期，8月和6月次之，再次即為9月份，5月和10月天氣系統(tǒng)相對穩(wěn)定，降水強度較為平緩，多為層狀云降水，出現(xiàn)暴雨次數(shù)相對較少。

圖1 5分鐘歷時最大降水量變化趨勢（毫米）

圖2 30分鐘歷時最大降水量變化趨勢（毫米）

圖3 60分鐘歷時最大降水量變化趨勢（毫米）

圖4 120分鐘歷時最大降水量變化趨勢（毫米）

圖5 180分鐘歷時最大降水量變化趨勢（毫米）

圖6 濟源氣象觀測站各歷時強降水樣本月份頻率分布（%）

3 結(jié)論

本文主要使用濟源市國家氣象觀測站1985～2014年共30年的逐分鐘降雨過程資料，分別利用P&C法推求確定濟源市歷時30、60、120分鐘以5分鐘為單位時段的設(shè)計暴雨雨型，結(jié)論如下。

濟源市短歷時極值降水呈波動變化，變化傾向率均為增加趨勢，傾向率增幅最大是180分鐘歷時，其次為120分鐘和60分鐘。7月份是濟源短歷時強降水的高發(fā)期，8月和6月次之，5月和10月天氣系統(tǒng)相對穩(wěn)定，出現(xiàn)暴雨次數(shù)較少。濟源市年內(nèi)降水分布的不均性和濟源市的地形密切相關(guān)，降水的空間分布與境內(nèi)山脈地形走向較為吻合；雨強大致均勻的降雨（第4類）所占比例較小。歷時減小時均為單峰雨型，歷時增加時，多為雙峰雨型或多峰雨型，峰值一般出現(xiàn)在前部和中部。不論單峰雨型還是雙峰雨型，最大峰值均出現(xiàn)在1/2分位之前，基本具有“速度快、高強度、持續(xù)短”的特點。因此當(dāng)短歷時暴雨發(fā)生時，水利、水文、住建、防洪等部門應(yīng)在第一時間做好排水排澇準(zhǔn)備。