安徽大別山區(qū)5—8月不同階段降水時(shí)空分布特征

倪婷 凌新鋒 黃勇,2 汪才軍

(1 安徽省壽縣氣象局，壽縣 232200; 2 安徽省氣象科學(xué)研究所 安徽省大氣科學(xué)與衛(wèi)星遙感重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，合肥 230031)

引言

大別山地處長江與淮河之間，受梅雨影響顯著，是典型的江淮梅雨區(qū)域。國內(nèi)外很多學(xué)者對(duì)梅雨期間環(huán)流形勢(shì)及天氣尺度系統(tǒng)都進(jìn)行了深入研究[1-7]。江淮梅雨是東亞夏季風(fēng)向北推進(jìn)形成的第2階段準(zhǔn)靜止雨帶[8]。梅雨期間，江淮流域有東西向的準(zhǔn)靜止鋒停滯，即梅雨鋒面[9]。在梅雨鋒的影響下，江淮梅雨的降水通常表現(xiàn)為一條綿延數(shù)千里的雨帶，梅雨期間的降水有著不均勻的時(shí)空分布，雨帶跟隨著環(huán)流形勢(shì)的演變而在南北方向偏移，雨帶中分布著短時(shí)強(qiáng)降水或者陣雨。梅雨期降水集中、劇烈，暴雨發(fā)生頻率高，歷史上發(fā)生的局地強(qiáng)降水事件和洪澇災(zāi)害也很多[10-12]。

作為江淮地區(qū)的復(fù)雜中尺度地形，大別山地區(qū)對(duì)于梅雨季節(jié)的降水具有獨(dú)特作用[10-18]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，多年梅雨期平均雨量>300 mm的雨量中心之一就是大別山區(qū)。許多學(xué)者圍繞大別山區(qū)梅雨期降水特征進(jìn)行研究分析。吳瓊[19]研究得出淮河流域梅雨期暴雨日數(shù)和降水的大值均呈帶狀分布，大別山區(qū)西南側(cè)是暴雨日數(shù)大值中心之一。傅佩玲[20]和李源惠[21]研究表明，梅雨期的大別山區(qū)降水發(fā)生頻率呈現(xiàn)明顯增加的趨勢(shì)，日變化呈清晨和午后雙峰特征；梅雨后，降水的局地特征變得明顯，單降水峰值出現(xiàn)在午后，并初步探討了清晨降水峰值的原因。

然而，受到地面雨量站點(diǎn)分布不均勻、高海拔地區(qū)站點(diǎn)稀少等方面的影響，難以從觀測的角度來分析大別山區(qū)梅雨期間的累計(jì)降水、暴雨、短時(shí)強(qiáng)降水等時(shí)空特征。

近年來，隨著衛(wèi)星遙感技術(shù)的蓬勃發(fā)展，很多學(xué)者已經(jīng)開始利用衛(wèi)星觀測資料來分析某一地區(qū)的降水特征。與地面雨量站點(diǎn)降水資料相比，衛(wèi)星觀測降水資料具有空間分布均勻、時(shí)空分辨率高、全年可用等優(yōu)點(diǎn)。其中，國家氣象信息中心研制出融合了地面自動(dòng)站與CMORPH衛(wèi)星降水產(chǎn)品的逐時(shí)降水量數(shù)據(jù)集(1.0版)(簡稱降水量融合產(chǎn)品)。該產(chǎn)品融合CMORPH衛(wèi)星反演降水和全國地面自動(dòng)氣象站資料，形成分辨率為0.1°×0.1°的逐小時(shí)降水產(chǎn)品。許多專家對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行了質(zhì)量評(píng)估，認(rèn)為融合降水有效利用了地面觀測降水和衛(wèi)星反演降水各自的優(yōu)勢(shì)，融合效果明顯[22-24]。許多學(xué)者利用中國區(qū)域CMORPH及其與地面觀測雨量相融合的產(chǎn)品分析地區(qū)降水特征，得到了良好的效果[22-25]。

本文以大別山區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象，利用2008—2016年CMORPH衛(wèi)星降水量融合產(chǎn)品，分析大別山梅雨期間降水時(shí)空特征和變化規(guī)律，并初步探討大別山區(qū)降水特征的主要形成原因。

1 資料與方法

本文利用2008—2016年降水量融合產(chǎn)品，時(shí)空分辨率分別為 1 h、0.1°×0.1°，選取區(qū)域(30.15°～32.35°N，115.25°～117.15°E)，資料來源于中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)。

受東亞夏季風(fēng)影響，每年初夏的江淮地區(qū)的梅雨鋒都會(huì)對(duì)大別山區(qū)的降水造成影響。大別山地區(qū)入梅時(shí)間一般是6月中下旬，出梅時(shí)間是7月上中旬。表1(資料來源于安徽省氣象臺(tái))列出了2008—2016年大別山地區(qū)的出入梅日期。本文將每年5—8月(主要的降水季節(jié)，簡稱為雨季)分為梅雨前(5月1日至入梅前1日)、梅雨期(入梅當(dāng)日至出梅當(dāng)日)和梅雨后(出梅次日至8月31日)，分析梅雨季節(jié)大別山地區(qū)的降水特征。本文中區(qū)域平均降水量是指一段時(shí)間內(nèi)，區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)的累積降水量做面上平均。區(qū)域多年平均降水量是指區(qū)域平均降水量的多年平均值。

表1 2008—2016年大別山地區(qū)出入梅雨期日期

2 雨季降水特征

2.1 空間分布特征

2008—2016年大別山地區(qū)梅雨期間的區(qū)域平均降水量為360.3 mm，梅雨前區(qū)域平均降水量279.7 mm，梅雨后區(qū)域平均降水量287 mm。梅雨期間，最大降水中心的年平均降水量達(dá)538 mm，最小年平均降水量僅為148.8 mm。從空間分布來看：入梅前(圖1a)，降水總體呈現(xiàn)出南多北少的特征，降水大值區(qū)主要位于南部，其中在大別山主峰一帶是降水的大值區(qū)，主峰東南側(cè)是降水極值中心。梅雨期(圖1b)降水極值中心較多，空間分布上存在3個(gè)主要的降水中心，分別位于大別山區(qū)北側(cè)中段、主峰東南側(cè)和西南側(cè)，與全年的降水空間分布基本一致[26]。出梅以后(圖1c)，大別山地區(qū)的降水大值區(qū)主要分布在北部，其中大別山北側(cè)中段和主峰東南側(cè)是兩個(gè)極值中心。

圖1 2008—2016年大別山區(qū)雨季多年平均降水量空間分布:(a)入梅前，(b)梅雨期，(c)出梅后(等值線為海拔高度，單位：m)

2.2 日變化特征

從日變化情況來看，圖2是大別山地區(qū)雨季不同時(shí)期00:00—24:00的平均小時(shí)降水量變化。入梅前，降水日變化呈單峰特征，出現(xiàn)峰值的時(shí)段是04:00—08:00。梅雨期，降水日變化呈現(xiàn)雙峰特征，峰值的出現(xiàn)時(shí)間分別是09:00和16:00。出梅后，降水日變化呈單峰特征，峰值的出現(xiàn)時(shí)段是16:00—19:00。分析結(jié)果表明，隨著時(shí)間的推移，降水峰值出現(xiàn)的時(shí)間由上午逐漸轉(zhuǎn)為午后至傍晚；梅雨期，處在降水日變化轉(zhuǎn)換的時(shí)期，出現(xiàn)了2個(gè)峰值。

圖2 2008—2016年大別山區(qū)雨季平均小時(shí)降水量日變化

通過大別山地區(qū)1—12月，小時(shí)降水量的日變化(圖3)來看，整個(gè)梅雨季小時(shí)降水量比其余月份大，其中，6—8月是小時(shí)降水量的大值時(shí)段，06:00—12:00是全年小時(shí)雨強(qiáng)的極值中心時(shí)段。5月末到6月初小時(shí)降水量峰值時(shí)段出現(xiàn)在早晨07:00—08:00,6月下旬到7月中旬小時(shí)降水量峰值時(shí)段出現(xiàn)在上午09:00—11:00和下午16:00—19:00，降水量日變化的雙峰特征僅出現(xiàn)在6月下旬到7月中旬。同時(shí)也可以看到，清晨降水峰值出現(xiàn)時(shí)間隨著月份的增加向午后推移。

圖3 2008—2016年大別山地區(qū)1—12月小時(shí)降水量日變化

2.3 強(qiáng)降水特征

從日變化情況來看強(qiáng)降水特征，圖4是大別山地區(qū)雨季日降水量≥50 mm不同時(shí)期00:00—24:00的平均小時(shí)降水量變化。入梅前，日降水量≥50 mm降水日變化的峰值時(shí)段是00:00—08:00，表現(xiàn)出“夜雨”特征。梅雨期，日降水量≥50 mm降水日變化呈現(xiàn)雙峰特征，峰值的出現(xiàn)時(shí)段分別是07:00—10:00和14:00—16:00，上午峰值時(shí)段降水強(qiáng)度比下午峰值時(shí)段強(qiáng)。出梅后，日降水量≥50 mm的降水日變化峰值的出現(xiàn)時(shí)段是14:00—20:00。分析結(jié)果表明，與降水日變化情況類似，隨著時(shí)間的推移，日降水量≥50 mm的降水日變化峰值出現(xiàn)的時(shí)間由上午逐漸轉(zhuǎn)為午后-傍晚；梅雨期，處在降水日變化轉(zhuǎn)換的時(shí)期，出現(xiàn)了2個(gè)峰值。

圖4 2008—2016年大別山區(qū)雨季日降水量≥50 mm時(shí)平均小時(shí)降水量日變化

分別以日降水量50.1～100 mm和>100 mm為標(biāo)準(zhǔn)[27]，來統(tǒng)計(jì)暴雨日和大暴雨日的出現(xiàn)頻率及其空間分布規(guī)律(頻率是指出現(xiàn)日數(shù)與總?cè)諗?shù)之比)。

從暴雨日統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，梅雨期頻率最大，其次是入梅前，出梅后頻率最小，分別是0.059、0.016、0.015。從空間分布來看：入梅前(圖5a)，頻率分布南高北低，其中在山區(qū)東南方是頻率大值區(qū)并有極值中心。梅雨期(圖5b)，頻率分布從東北向西南逐漸增多，大值區(qū)零星地分布于山區(qū)高海拔中心的周邊地區(qū)。出梅以后(圖5c)，暴雨日出現(xiàn)頻率的大值區(qū)主要位于大別山區(qū)，并且在主峰東南側(cè)和次峰附近出現(xiàn)極值中心。

圖5 2008—2016年大別山地區(qū)雨季暴雨日(日降水量為50.1～100 mm)出現(xiàn)頻率空間分布:(a)入梅前,(b)梅雨期,(c)出梅后

從大暴雨日的統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，同暴雨日一樣，梅雨期頻率最大，其次是入梅前，出梅后頻率最小。從空間分布來看：入梅前(圖6a)，山區(qū)東南側(cè)、北側(cè)中段和西南側(cè)是頻率大值區(qū)，山區(qū)東南側(cè)有極值中心。梅雨期(圖6b)，山區(qū)北側(cè)西段、東南側(cè)及東南方、西南側(cè)是頻率大值區(qū)。出梅以后(圖6c)，山區(qū)北側(cè)西段、主峰東南側(cè)是頻率大值區(qū)并有極值中心。

圖6 2008—2016年大別山地區(qū)雨季大暴雨日(日降水量>100 mm)出現(xiàn)頻率空間分布:(a)入梅前,(b)梅雨期,(c)出梅后

分別以小時(shí)降水量16～25 mm和>25 mm為標(biāo)準(zhǔn)，來統(tǒng)計(jì)暴雨和對(duì)流性暴雨的出現(xiàn)頻率及其空間分布規(guī)律。

從暴雨頻率統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，梅雨期頻率最大，其次是出梅后，入梅前頻率最小。從暴雨出現(xiàn)頻率的空間分布來看，短時(shí)暴雨出現(xiàn)頻率的大值區(qū)分布較為離散，并未出現(xiàn)大面積的極值中心。入梅前(圖7a)，大別山地區(qū)暴雨多發(fā)的區(qū)域主要位于大別山東南側(cè)和西南部局部地區(qū)。梅雨期(圖7b)，暴雨多發(fā)的區(qū)域發(fā)生了變化，高發(fā)區(qū)并未出現(xiàn)在高海拔地區(qū)，而主要位于大別山區(qū)東側(cè)的平原地帶以及山區(qū)西部的局部區(qū)域。出梅以后(圖7c)，暴雨出現(xiàn)頻率的大值區(qū)北抬至山區(qū)次峰的北側(cè)和西南側(cè)，山區(qū)主峰和南部未出現(xiàn)多發(fā)區(qū)。

從對(duì)流性暴雨頻率的統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，梅雨期頻率最大，其次是入梅前，出梅后頻率最小。從對(duì)流性暴雨頻率的空間分布來看：入梅前(圖8a)，對(duì)流性暴雨出現(xiàn)頻率隨緯度的升高而減少，山區(qū)東南地區(qū)、西南側(cè)有頻率大值區(qū)并有高值中心。梅雨期(圖8b)，頻率大值區(qū)分布在山區(qū)東南側(cè)、西南側(cè)中段、西北角，并有高值中心。出梅以后(圖8c)，頻率大值區(qū)分布在山區(qū)北側(cè)中段和西南側(cè)中段，并有高值中心。整個(gè)雨季內(nèi)，在次峰南側(cè)有低值中心，局部地區(qū)對(duì)流性暴雨出現(xiàn)頻率為0。

圖8 2008—2016年大別山地區(qū)雨季對(duì)流性暴雨(小時(shí)降水量>25 mm)出現(xiàn)頻率空間分布:(a)入梅前,(b)梅雨期,(c)出梅后

從以上分析可以看出：入梅前，強(qiáng)降水多發(fā)于大別山區(qū)的南側(cè)；梅雨期，強(qiáng)降水多發(fā)區(qū)發(fā)生了變化，主要位于大別山區(qū)東側(cè)的平原地帶；出梅以后，強(qiáng)降水多發(fā)區(qū)北移到大別山區(qū)北側(cè)。大別山區(qū)的東南側(cè)是對(duì)流性暴雨的一個(gè)高發(fā)區(qū)，只是在雨季的不同時(shí)期，東南側(cè)強(qiáng)降水高發(fā)區(qū)的位置有所變化，隨著時(shí)間的推移，逐漸向主峰東南側(cè)移動(dòng)。同時(shí)，降水強(qiáng)度越大，3個(gè)時(shí)期所對(duì)應(yīng)的降水頻率大值中心空間分布與多年平均降水量大值中心空間分布越為一致。

3 結(jié)論

本文對(duì)2008—2016年大別山區(qū)梅雨及前后一段時(shí)期逐小時(shí)CMORPH降水量融合產(chǎn)品進(jìn)行初步統(tǒng)計(jì)，分析大別山地區(qū)梅雨季節(jié)降水的時(shí)間和空間演變趨勢(shì)。

(1)大別山地區(qū)梅雨期年平均降水量360.3 mm，梅雨前平均降水量279.7 mm，梅雨后平均降水量287.0 mm。梅雨季節(jié)主要存在3個(gè)降水大值區(qū)，分布在大別山區(qū)北側(cè)中段、主峰東南側(cè)和西南側(cè)。入梅前和出梅以后的降水大值區(qū)都在梅雨期的降水大值區(qū)內(nèi)，即梅雨期特征兼顧了入梅前和入梅以后的空間分布特征。

(2)從日變化情況來看，梅雨期降水日變化呈現(xiàn)雙峰特征，出現(xiàn)峰值的時(shí)間分別是09:00、16:00。梅雨前、梅雨后降水日變化呈單峰特征，梅雨前出現(xiàn)峰值的時(shí)段是04:00—08:00，梅雨后出現(xiàn)峰值的時(shí)段是16:00—19:00。日降水量≥50 mm的降水日變化情況類似。

(3)強(qiáng)降水出現(xiàn)頻率的空間分布大值區(qū)也隨著梅雨前—梅雨期—梅雨后的時(shí)間變化逐漸北抬。