汕尾市短歷時強降雨的時空分布特征

劉嘉勁，祝劍亦，劉凱業(yè)，丁晨晨，李泳澤，吳經(jīng)緯

（1.汕尾市突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布中心，廣東汕尾 516600；2.汕尾市氣象局，廣東汕尾 516600；3.連州市突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布中心，廣東連州 513400；4.中國氣象科學(xué)研究院，北京 100081）

汕尾市地處華南沿海，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，海洋性氣候明顯。雨量充沛，氣候平均（1981—2010年）雨量為1 900～2 500 mm，年雨量最多可達(dá)3 728 mm（1997年海豐縣）。雨熱同季是汕尾市氣候特點之一，雨季始于3月下旬到4月上旬，終于10月中旬，每年4—9月汛期，是降雨量最集中的季節(jié)，且最易出現(xiàn)短歷時強降水。短歷時強降水具有局地性強、歷時短、雨強大的特點，常伴有強對流天氣，易導(dǎo)致城市內(nèi)澇、交通堵塞、泥石流等次生災(zāi)害，甚至?xí)o人民生命財產(chǎn)造成重大傷亡和損失。短歷時強降水一直是氣象監(jiān)測、預(yù)報預(yù)警和氣象服務(wù)的難點。目前汕尾市氣象臺預(yù)報人員普遍對短歷時強降水，特別是局地暴雨的預(yù)報經(jīng)驗不足，而充分認(rèn)識其規(guī)律和特征是提高短歷時強降水預(yù)報準(zhǔn)確率的前提。因此，研究汕尾地區(qū)短歷時強降雨的時空分布及成因，不僅能在格點精細(xì)化預(yù)報上對汕尾市臺預(yù)報員有重要的指導(dǎo)意義，還能對局地暴雨預(yù)警的發(fā)布提供一定的參考。

以往汕尾境內(nèi)的許多研究多為單次降雨機制的分析，或者分析縣區(qū)總降雨量年度及季節(jié)的變化［1-4］。而近年來，越來越多的學(xué)者則對短歷時強降雨的特征和規(guī)律做了深入的研究［5-11］，蔡晶等［12］、張小雯等［13］分別對廣東省短歷時強降水的時空分布特征及氣候?qū)W特征進行了分析；李琛等［14］認(rèn)為12或24 h的暴雨標(biāo)準(zhǔn)不適用于短歷時臨近預(yù)報，故將研究對象確定為3 h的累積降雨量，并篩選出了103個樣本。以上研究表明，對本地短歷時強降水的時空分布特征研究十分必要。但之前對短歷時強降水進行多樣本、長時間序列的研究多針對整個廣東省或其它地市，缺乏針對汕尾地區(qū)的研究。本研究將利用2013—2018年汕尾市共6年的觀測資料，通過制定合理的短歷時強降雨標(biāo)準(zhǔn)，對近年來汕尾地區(qū)短歷時強降雨時空分布特征進行統(tǒng)計分析。

1 資料來源和短歷時強降雨標(biāo)準(zhǔn)

本研究中的資料來源是汕尾市3個國家基準(zhǔn)站和112個自動觀測站2013—2018年1月1日至12月31日的逐小時降水量資料。研究短歷時強降雨，必須要先確定短歷時強降雨的標(biāo)準(zhǔn)，中國氣象局規(guī)定：暴雨，一般指連續(xù)12 h降雨量30 mm以上，或連續(xù)24 h降雨量50 mm以上的降水［15］。以往研究人員分析暴雨時通常利用12 h或24 h標(biāo)準(zhǔn)，但由于汕尾市處于廣東省的3大暴雨中心之一［16］，暴雨的局地性和短歷時性更為明顯，而且暴雨日最強雨峰出現(xiàn)的時段更加集中，短歷時強降雨往往在3 h內(nèi)就可以完成，因此業(yè)務(wù)人員參考3 h降雨量的實況比較多。同時，也考慮到強降雨的有效性和代表性，所以統(tǒng)計時既不能過多，又不能遺漏。綜合考慮以上因素，本研究將研究對象確定為3 h累積降水量，研究時段分為00：00—03：00（北京時，下同）、03：00—06：00、06：00—09：00、09：00—12：00、12：00—15：00、15：00—18：00、18：00—21：00、21：00—00：00，共 8個時間段。當(dāng) 8個時段中某1個時段有1個站點以上的3 h累積降水量超過50 mm時（達(dá)到暴雨橙色預(yù)警的標(biāo)準(zhǔn)），將此時間段列為1次短歷時強降水。

2 短歷時強降雨的時間分布

2.1 年際變化

根據(jù)以上的篩選方法，本研究共選出426次短歷時強降雨。由圖1可見，2013—2018年汕尾短歷時強降雨頻次總體呈增加趨勢，其中2018年最多，共有91次，占總數(shù)的21%，2015年最少，為55次，占總數(shù)的13%。過去6年的短歷時強降雨頻次平均為71次，這充分說明汕尾市雨量充沛。

圖1 2013—2018年汕尾市短歷時強降雨頻次

2.2 月際變化

統(tǒng)計汕尾市短歷時強降水頻次的月際變化（圖略），可以看出，汕尾短歷時強降水具有明顯的季節(jié)性，出現(xiàn)頻次呈現(xiàn)“雙峰型”的特征。汕尾市大部分月份都可能出現(xiàn)短歷時強降水，但主要集中在汛期（4—9月份），占短歷時總強降水頻次的95%（404次），2和11月則沒有短歷時強降水的出現(xiàn)。6月最多，有111次，占總數(shù)的27%；8和5月分別有86和85次，占總數(shù)的21%；而11月至次年3月份相對少發(fā)生，說明汕尾短歷時強降雨最易發(fā)生在6月。6月份強降雨多是因為此時處于南海夏季風(fēng)增強的盛期，此時西南暖濕氣流強盛，配合其他斜壓性或熱帶性的天氣系統(tǒng)形勢，短時強降水出現(xiàn)的次數(shù)也隨之爆發(fā)性增多，7月一般伴隨南亞高壓北上，處于前汛期和后汛期的轉(zhuǎn)換期，故出現(xiàn)強降雨的概率相對較小，而8月份的降水主要由海上熱帶天氣系統(tǒng)或者局地?zé)釋α靼l(fā)展造成。

2.3 日變化

為分析汕尾地區(qū)短歷時強降水的日變化特征，并找出一天之內(nèi)各時段最容易發(fā)生強降水的區(qū)域，統(tǒng)計2013—2018年最容易發(fā)生強降水的時段，以及短歷時強降雨的累積頻次（圖2），由圖2可以看出，短歷時強降雨有明顯的日變化，最易出現(xiàn)強降雨的時段為15：00—18：00，有82次；其次是12：00—15：00，而18：00—21：00時段強降水次數(shù)則明顯偏少，為50次；出現(xiàn)短歷時強降水最少的時段為21：00—00：00，僅有 37個樣本。因此，汕尾市短歷時強降水具有明顯的“單峰型”日變化特征，最易出現(xiàn)短歷時強降水的時段為下午到傍晚。這種分布可能與汕尾地區(qū)的海陸位置和山區(qū)地形等下墊面因素有關(guān)［2］，午后海風(fēng)環(huán)流配合暖濕氣流的輸送，形成暖濕不穩(wěn)定層結(jié)，易導(dǎo)致短歷時強降水的出現(xiàn)。這與之前認(rèn)為汕尾地區(qū)凌晨時段易出現(xiàn)強降水的結(jié)果有區(qū)別。

圖2 八個時間段短歷時強降雨的頻次分布

為了解各月份汕尾地區(qū)短歷時強降水的日變化特征是否都一致，故挑選頻次較多的月份（4—10月份），分析2013—2018年各月份短歷時強降水累積頻次的日變化特征。由圖3可見，除6月份外，其余月份的短歷時強降水頻次都集中在下午到傍晚時段（15：00—18：00）。6月份則在清晨時段（06：00—09：00）最容易出現(xiàn)強降水，這可能與6月份季風(fēng)爆發(fā)，地面偏北陸風(fēng)與西南海風(fēng)形成的海風(fēng)鋒在后半夜至清晨時段生成和維持，并在清晨時段達(dá)到最強有關(guān)。隨著上午的海風(fēng)增強，鋒區(qū)減弱消失，由其觸發(fā)的強降水也隨之減弱。

圖3 各月份短歷時強降雨例數(shù)的日變化

3 短歷時強降雨的空間分布

3.1 短歷時強降雨發(fā)生概率的定義

按照發(fā)生時間不同，本研究把426次短歷時強降雨分為8個時段，將不同時段各站發(fā)生短歷時強降雨的概率定義為F（ɑ，b）。

其中，ɑ為站號；b為時段；T（ɑ，b）為 8個時段短歷時強降雨次數(shù)中各站3 h降水量超過50 mm的次數(shù)；M（b）為各時段短歷時強降雨次數(shù)。

3.2 不同時段短歷時強降雨發(fā)生概率的空間分布

圖4為根據(jù)計算F（ɑ，b）得到不同時段短歷時強降雨發(fā)生概率的空間分布。

圖4 不同時段汕尾市短歷時強降雨發(fā)生概率（%）的空間分布

從圖4可以看出，在一天中最容易發(fā)生短歷時強降雨的12：00—15：00和 15：00—18：00這 2個時段，短歷時強降雨概率大的區(qū)域范圍較大，主要集中在海豐的中部北部及陸豐市北部，包括蓮花山、黃羌、公平水庫、平東、城東、大安等地區(qū)，發(fā)生概率都在10%以上，雖然看起來概率不大，這是因為此時段各地都易有強降水，且概率最高的站點發(fā)生次數(shù)仍為較小站點的3～6倍，所以還是有較明顯的空間分布特征。

00：00—03 ：00時間段發(fā)生強降雨的區(qū)域局地性較強，海豐北部出現(xiàn)短歷時強降水的概率在20%以上，其次在海豐陸豐中部交界處及深汕合作區(qū)東南部，概率在13%以上；03：00—06：00時段在市城區(qū)東北部最易出現(xiàn)短歷時強降雨，其次為海豐南部及陸豐西南部，概率在13%以上；06：00—09：00，出現(xiàn)短歷時強降雨的大概率區(qū)域集中在海豐縣，概率在15%以上；09：00—12：00，海豐、市城區(qū)及深汕合作區(qū)南部區(qū)域出現(xiàn)強降雨的概率較大，在 10%以上；12：00—15：00和15：00—18：00這 2個時段已在 3.2節(jié)論述；18：00—21：00最易發(fā)生短歷時強降雨的區(qū)域為海豐北部及陸豐北部地區(qū)，發(fā)生概率大于10%；21：00—00：00短歷時強降雨發(fā)生次數(shù)最少，降雨較容易出現(xiàn)在海豐北部，出現(xiàn)概率在13%以上?？傮w而言，汕尾市出現(xiàn)短歷時強降雨的概率最大的地區(qū)基本與“雨窩”地帶一致，大致為蓮花山脈東南側(cè)的海豐縣大部及陸豐市東北部地區(qū)，特別是海豐中北部蓮花山脈東南側(cè)是短歷時強降雨發(fā)生概率最集中的地區(qū)；值得注意的是深汕合作區(qū)南部沿海一帶出現(xiàn)短歷時強降雨的概率也較大。另外清晨至上午短歷時強降雨多出現(xiàn)在汕尾中南部地區(qū)，而午后至夜間多出現(xiàn)在汕尾中北部地區(qū)。

4 短歷時強降雨與年降水量的關(guān)系

對比汕尾城區(qū)、海豐、陸豐3個國家站的平均年降雨量與各年份出現(xiàn)的短歷時強降水次數(shù)（圖5），可以看出，除2018年以外，短歷時強降雨的次數(shù)和年降水量隨時間的總體變化較為一致，兩者相關(guān)性達(dá)0.8以上，說明短歷時強降雨與年降水量具有很強的相關(guān)性。汕尾地區(qū)的降水多以暴雨為主，通常一兩個局地降雨云團就能達(dá)到50 mm以上。在2018年，年降雨量偏少而出現(xiàn)強降雨個例數(shù)卻為近6年最多，從而可以分析出，2018年多出現(xiàn)短歷時強降雨，從災(zāi)情數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)計來看，2018年有3次過程造成重大災(zāi)情，為2014年以來造成經(jīng)濟損失最大的一年。特別是8月底出現(xiàn)的季風(fēng)低壓特大暴雨過程，具有“短時雨勢特別猛、持續(xù)時間特別長、累積雨量特別大”的特點，陸河縣河口鎮(zhèn)錄得過程累積雨量為 1 062 mm，其日雨量 670.8 mm（30日08：00—31日08：00）也刷新了陸河有氣象記錄以來的歷史極值，陸豐大安農(nóng)場最大小時雨量達(dá)124.6 mm也刷新了汕尾市的氣象記錄。

圖5 2013—2018年短歷時強降雨次數(shù)及年降水量的變化

5 結(jié)論

1）2013—2018 年汕尾短歷時強降雨次數(shù)總體呈增加趨勢，其中2018年最多，2015年最少；短歷時強降水有明顯月變化，5月份開始次數(shù)明顯增多，6月最多，可能是因為汕尾6月份季風(fēng)爆發(fā)導(dǎo)致易出現(xiàn)短歷時強降水；6月份在清晨時段（06：00—09：00）最容易出現(xiàn)短歷時強降水，其余月份的短歷時強降水都集中在下午到傍晚時段（15：00—18：00）。總體而言，汕尾地區(qū)下午到傍晚時段最易出現(xiàn)短歷時強降水。

2）在一天中最容易發(fā)生短歷時強降雨的是12：00—15：00和 15：00—18：00這 2個時段中，短歷時強降雨概率大的區(qū)域基本集中在海豐的中部北部及陸豐北部地區(qū)?？傮w而言，汕尾市出現(xiàn)短歷時強降雨的概率最大的地區(qū)基本與“雨窩”地帶一致，大致為蓮花山脈東南側(cè)的海豐縣大部及陸豐市東北部地區(qū)，特別是海豐中北部蓮花山脈東南側(cè)是短歷時強降雨發(fā)生概率最集中的地區(qū)。另外清晨至上午短歷時強降雨多出現(xiàn)在汕尾中南部地區(qū)，而午后至夜間多出現(xiàn)在汕尾中北部地區(qū)。

3）除2018年以外，汕尾短歷時強降雨與年降水量的相關(guān)性達(dá)0.8以上，短歷時強降雨多的年份降水量也高，兩者呈正相關(guān)。

需要注意的是，氣象站點的空間分布不均可能會對短歷時強降水的空間分布統(tǒng)計造成一定影響。另外，本研究統(tǒng)計資料年限偏短，可能存在因天氣系統(tǒng)活動（如臺風(fēng)）的年際或年代際變化帶來的影響，而對統(tǒng)計結(jié)果有較大影響。