建德地區(qū)短時強降水時空分布特征分析

張桂珍 楊煥強 朱耀福 趙莉莉 羅曉亮

（1建德市氣象局，浙江建德 311600；2杭州市氣象局，浙江杭州 310000）

短時強降水是短時間內(nèi)降水發(fā)生兇猛、強度大、變化劇烈的一種天氣現(xiàn)象，是夏季浙江省自然災害中主要的災害性天氣之一。其極易造成山體滑坡、小流域山洪、城鄉(xiāng)內(nèi)澇等災害，尤其是局地對流性短時強降水，因預報難度大、發(fā)展過程劇烈而具有較大的危害性。近年來，各地學者從暴雨的環(huán)流特征、影響系統(tǒng)及時空分布和災害危險等方面對短時暴雨進行了研究[1-4]，但針對空間分布的研究還不夠精細。研究區(qū)域短時強降水的時空分布特征，找出區(qū)域內(nèi)短時強降水的高發(fā)地和高發(fā)期，對于開展當?shù)胤罏臏p災工作有重要意義。區(qū)域自動氣象站網(wǎng)的高密度建設，為更好地研究短時強降水的落區(qū)及形成影響提供了條件。本文基于建德市2010—2020年高密度的區(qū)域自動氣象站雨量資料，對建德區(qū)域短時強降水的精細化時空分布特征進行研究，為預測短時暴雨氣象災害重點防范區(qū)域和時段提供參考。

1 資料與方法

建德地處浙西丘陵山地與金衢盆地毗連處，屬錢塘江凹槽帶。其山嶺屬于天目山、千里崗和龍門山系，海拔超過1 000 m的山峰有12座，主要分布在西北和東南區(qū)域。山脈大致呈東北—西南走向，整個地勢為西北和東南高、中間低，有“八山一水一分田”的地貌特征（圖1）。

年降水總量選用51個區(qū)域自動站2012—2020年降水量資料（圖2）；短時強降水時間分布選用建站較早的31個區(qū)域自動站2010—2020年逐時降水數(shù)據(jù)資料；短時強降水空間分布選用55個區(qū)域自動站2015—2020年逐時降水數(shù)據(jù)資料。短時強降水（即短時暴雨）定義：1 h降水量≥20 mm的降水算一次短時強降水過程，空間分布統(tǒng)計連續(xù)數(shù)小時的降水算一次短時強降水過程，中間間隔超過1 h、小時降水量<20 mm的降水算另一次短時強降水過程。

2 結果與分析

2.1 建德地區(qū)降水總量分布特征

統(tǒng)計分析建德區(qū)域51個自動站2012—2020年的降水總量數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)的雨帶呈西南部和東北部偏多、中部次之、其他地區(qū)偏少的分布。2個大值降雨帶，一個在西南部大同、李家鎮(zhèn)一帶，另一個在乾譚鎮(zhèn)的西北部和東北部區(qū)域。

2.2 短時強降水時間分布特征

分析建德市2010—2020年31個區(qū)域自動站短時強降水次數(shù)的時序分布情況（圖3）發(fā)現(xiàn)：短時強降水主要集中在每天的14：00—21：00，這一時段占強降水總數(shù)的50%，其中：短時強降水最容易出現(xiàn)的時間為18：00，高達120次；短時強降水出現(xiàn)次數(shù)較少的時段為 3：00—12：00，占總數(shù)的 29.6%，以 3：00出現(xiàn)次數(shù)最少（僅33次）。以上說明午后傍晚至前半夜時段是該地區(qū)強降水多發(fā)時段，這與大氣層結每日的熱力變化特征相吻合。由于太陽輻射，午后地面溫度升至最高，大氣層結趨于熱力不穩(wěn)定狀態(tài)，當有一定水汽和抬升條件時易觸發(fā)對流天氣[5]。為了解大值降雨帶短時強降水的時間分布，選取西南地區(qū)大值降雨帶中心沙敦頭村站、江頭村站和北部大值降雨帶中心大珠村站、大溪邊村站進行單站強降水次數(shù)日變化分析，發(fā)現(xiàn)大值降雨帶中心點沙墩頭村站和江頭村站短時強降水主要發(fā)生在午后至傍晚，與圖3分析結果類似。大溪邊村站出現(xiàn)次數(shù)較多的時間段為傍晚至前半夜；大珠村站出現(xiàn)次數(shù)多的有多個時段，包括傍晚至前半夜和早晨前后時段。

進一步對短時強降水的月際變化規(guī)律進行統(tǒng)計分析（圖4），發(fā)現(xiàn)在這10年中，短時強降水發(fā)生次數(shù)基本以6月為峰值呈正態(tài)分布，主要集中在5—9月，占比達到87.6%。其中：6月出現(xiàn)次數(shù)最多，占比達28.8%；7月、8月出現(xiàn)次數(shù)次之；冬季（12月至翌年2月）僅出現(xiàn)過3次短時強降水，暴雨在冬季很少出現(xiàn)。一年當中6—8月的降水量最多，特別是6月中上旬到7月初建德市進入梅汛期，期間出現(xiàn)短時強降水的概率明顯比其他時期高。

圖5是短時強降水4—9月逐月時序變化情況?？梢钥闯觯?月強降水主要出現(xiàn)在下午（16：00—18：00）和夜里（23：00、2：00）。5 月中較大的 2 個峰值出現(xiàn)在早晨前后（7：00—9：00）、傍晚（17：00—20：00）。6 月呈現(xiàn)多個峰值，對應時段為 1：00—6：00、9：00—12：00、17：00—19：00。 有學者研究發(fā)現(xiàn)，梅雨期間副高和中緯度變性高壓在夜間增強，梅雨鋒低槽在夜間變深、變窄，低槽兩側(cè)的西南暖濕氣流和偏北氣流加強，使得雨區(qū)低層輻合鋒生現(xiàn)象增強，容易觸發(fā)出中尺度性質(zhì)的降水天氣系統(tǒng)[6]。7月頻發(fā)時段主要集中在15：00—23：00，最多時段峰值出現(xiàn)在傍晚前后（16：00—20：00）。8 月、9 月頻發(fā)時段類似，主要集中在午后、傍晚至前半夜，即14：00—21：00。夏季短時強降水以對流性降水為主，白天近地面空氣受熱強烈膨脹，大氣層結處于不穩(wěn)定狀態(tài)，同時西太平洋副熱帶高壓西伸北抬，源源不斷地輸入西南暖濕氣流，熱力、水汽條件都有利于強對流天氣發(fā)生。

2.3 短時強降水空間分布特征

從短時強降水次數(shù)空間分布情況（圖6）可以看出，短時強降水出現(xiàn)次數(shù)大值區(qū)出現(xiàn)在西南部和東北部山地，小值區(qū)出現(xiàn)在地勢相對較低的中西部、東部區(qū)域。這與年降水總量區(qū)域分布圖2基本一致。建德西南部和北部區(qū)域都屬于山地、丘陵地形，地形對降水形成有一定的促進作用。在暖濕氣流移行過程中，遇到山脈阻擋易引起氣流強迫抬升，造成低層輻合加強、垂直速度增強，有利于不穩(wěn)定能量積累和水汽的輻合[7]。孟英杰等[8]研究表明，地形抬升對暴雨的作用十分重要，可使水汽凝結加強、降水強度加大，在有利的大尺度環(huán)流背景下能夠觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放，激發(fā)中尺度強降水天氣。山地地表由于海拔高度的差異造成各部分受熱不均勻，也容易產(chǎn)生局地熱對流，引發(fā)短時強降水。

進一步分析短時強降水次數(shù)逐月的空間分布規(guī)律（圖7）發(fā)現(xiàn)：從5月開始，短時強降水主要出現(xiàn)在西南部地區(qū)；6月進入梅汛期，全市短時強降水出現(xiàn)次數(shù)明顯多余其他月份，中部、東北部地區(qū)也較高頻次地出現(xiàn)短時強降水；進入7月，中部地區(qū)短時強降水次數(shù)明顯減少，東北部、北部山地短時強降水次數(shù)明顯增多，此時梅雨期結束，臺風暴雨和局地熱對流產(chǎn)生的降水增多；8月，短時強降水主要集中在西南部和北部山地；9月，大部分地區(qū)短時強降水迅速減少，只有在西南部和西北部地區(qū)還有相對頻數(shù)較多的大值中心?？偟膩砜矗阄髂辖ǖ碌貐^(qū)短時強降水存在比較明顯的季節(jié)性變化，6月梅汛期出現(xiàn)次數(shù)最多，7月、8月盛夏期局地熱對流引發(fā)的短時強降水較多。

2.4 短時強降水的影響系統(tǒng)

梅雨鋒、西風帶低槽、副高邊緣西南風急流、熱帶氣旋、局地強對流等都是影響杭州地區(qū)短時強降水的天氣系統(tǒng)[9-10]。梅汛期間，印緬槽穩(wěn)定少動[11]，西南低空急流源源不斷帶來暖濕氣流，在梅雨準靜止鋒上常不斷形成中尺度雨團，使得局地的降水強度增強而產(chǎn)生短時強降水。西風帶低槽也是影響建德地區(qū)短時強降水最常見的系統(tǒng)之一，高空槽東移南壓過程中會帶來冷空氣，與低層暖濕氣流交匯，極易觸發(fā)短時強降水天氣。盛夏熱帶氣旋活躍，其登陸浙江沿海之后一般向西北或北向運動，對浙西地區(qū)風雨影響較輕[12]。7—8月副熱帶高壓邊緣局地的熱對流頻發(fā)，此時氣溫較高、熱力條件非常好，容易形成不穩(wěn)定的大氣層結。一旦不穩(wěn)定層結被抬升觸發(fā)，就會激發(fā)強對流天氣而產(chǎn)生強降水。

3 結論

建德地區(qū)雨帶呈西南部、東北部偏多，中部次之，其他地區(qū)偏少分布。2個大值降雨帶，一個在西南部大同鎮(zhèn)、李家鎮(zhèn)一帶，另一個在乾潭鎮(zhèn)的西北部和東北部區(qū)域。短時強降水有月、日變化特征。其發(fā)生次數(shù)基本以6月為峰值呈正態(tài)分布，主要集中在5—9月，占比達到87.6%。其中，6月出現(xiàn)次數(shù)最多，7月、8月出現(xiàn)次數(shù)次之。短時強降水日變化主要集中在每日的14：00—21：00，這一時段強降水占總數(shù)的50%，其中最容易出現(xiàn)的時間為18：00，出現(xiàn)次數(shù)較少的時段為 3：00—12：00，以 3：00 出現(xiàn)次數(shù)最少（33次）。說明建德地區(qū)短時強降水多發(fā)生在午后、傍晚至前半夜時段。短時強降水空間分布存在比較明顯的季節(jié)性變化。從5月開始，建德西南地區(qū)短時暴雨次數(shù)開始明顯增多，這可能與西南暖濕氣流的輸送路徑和山地地形有關。6月進入梅汛期，各地短時暴雨次數(shù)明顯增多，有多個降雨峰值中心。最大峰值中心出現(xiàn)在新安江收費站、梅城鎮(zhèn)望山村、春江源村和下涯鎮(zhèn)大洲村站一帶，李家鎮(zhèn)黃瓏村、航頭鎮(zhèn)東門村站一帶次之。7—8月盛夏時期，短時強降水主要由副熱帶高壓邊緣及局地強對流天氣造成，其峰值中心主要出現(xiàn)在西南部李家鎮(zhèn)、大同鎮(zhèn)與衢州交界地帶和乾潭鎮(zhèn)北部、東北部與桐廬縣交界地帶。9月短時強降水次數(shù)開始明顯減少，相對大值區(qū)出現(xiàn)在西南部李家鎮(zhèn)和楊村橋鎮(zhèn)西北角一帶。短時強降水的天氣系統(tǒng)有高空低槽、梅雨準靜止鋒、副高邊緣低空急流、熱帶氣旋、局地強對流等。