貴州西南部近5 a突發(fā)性暴雨時(shí)空特征分析*

呂陽(yáng)昆，李 陽(yáng)，杜小玲

(1.貴州省黔西南布依族苗族自治州氣象局，貴州 興義 562400；2.貴州省氣象臺(tái)，貴州 貴陽(yáng) 550002)

0 引言

暴雨是影響我國(guó)的主要?dú)庀鬄?zāi)害之一，對(duì)生產(chǎn)發(fā)展以及人民生活都具有較大的災(zāi)害影響及損失風(fēng)險(xiǎn)。而突發(fā)性暴雨更是強(qiáng)度大、形勢(shì)猛，會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的災(zāi)害，危害人民生命財(cái)產(chǎn)安全[1-2]。加強(qiáng)對(duì)突發(fā)性暴雨的特征分析和機(jī)理探究對(duì)認(rèn)識(shí)突發(fā)性暴雨意義重大。以往的研究表明，貴州省或黔西南州的暴雨或短時(shí)強(qiáng)降水多集中在夏秋季節(jié)，其中6—7月出現(xiàn)最多[3-8]，且夜間多發(fā)[3-6]。其中，王芬等[6]分析了黔西南州望謨縣2010—2014年中16次暴雨過(guò)程，發(fā)現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水日變化呈三峰型，且峰值均在夜間。胡建龍等[8]分析了貴州省2009—2018年的夏季降水特征，還發(fā)現(xiàn)受地形影響明顯。吳興洋等[9]分析了貴州省最大小時(shí)雨強(qiáng)時(shí)空特征，發(fā)現(xiàn)西南部小時(shí)雨強(qiáng)最強(qiáng)，可見(jiàn)對(duì)貴州西南部突發(fā)性暴雨分析研究十分必要。前人的研究多使用小時(shí)降水量，本文在小時(shí)降水量的基礎(chǔ)上，還做了小時(shí)降水驟增的限制，以顯示突發(fā)性的特征；地域上還包含了黔西南州周邊地區(qū)的整個(gè)貴州西南部。

1 資料與方法

將貴州西南部界定為黔西南州、六盤水市、安順市以及黔南州長(zhǎng)順縣、惠水縣、羅甸縣。貴州西南部地形呈西北高、東南低的特征(見(jiàn)圖1)。所使用的資料為2014—2018年5—10月貴州西南部共20個(gè)國(guó)家級(jí)氣象觀測(cè)站小時(shí)降水資料，資料來(lái)源于CIMISS中國(guó)地面逐小時(shí)資料。以小時(shí)降水切入，把出現(xiàn)突發(fā)性暴雨的時(shí)次定義為小時(shí)降水量16 mm以上[8]，且較前一個(gè)時(shí)次驟增至少10 mm以上的時(shí)次。將小時(shí)降水驟增量每10 mm作為一個(gè)等級(jí)，以各等級(jí)統(tǒng)計(jì)了近5 a的時(shí)空特征。

圖1 貴州西南部國(guó)家級(jí)自動(dòng)站分布及地形Fig.1 Distribution of national meteorological observing stations and landform of southwest Guizhou

從表1看出，過(guò)去5 a突發(fā)性暴雨最大驟增量85.8 mm，于2017年8月13日20—21時(shí)出現(xiàn)在貞豐。突發(fā)性暴雨出現(xiàn)最多的站點(diǎn)是冊(cè)亨，有59次，每年平均有10次以上；普安和水城的31次為最少，每年平均有6次左右。由表1還可以看出，興仁、普安、紫云出現(xiàn)的最大驟增量均小于40 mm，興義出現(xiàn)過(guò)的最大驟增量小于50 mm，其余站點(diǎn)均至少出現(xiàn)過(guò)1次驟增量≥50 mm的突發(fā)性暴雨，其中貞豐、冊(cè)亨、水城出現(xiàn)過(guò)驟增量≥70 mm的突發(fā)性暴雨；鎮(zhèn)寧出現(xiàn)驟增量等級(jí)較大的次數(shù)較多。

表1 貴州西南部近5 a 5—10月突發(fā)性暴雨小時(shí)降水驟增量各等級(jí)分布Tab.1 Distribution of sudden increment of hourly precipitation at each level of sudden rainstorms in southwest Guizhou during May to October in the past 5 years

續(xù)表1 貴州西南部近5 a 5—10月突發(fā)性暴雨小時(shí)降水驟增量各等級(jí)分布Tab.1 Distribution of sudden increment of hourly precipitation at each level of sudden rainstorms in southwest Guizhou during May to October in the past 5 years

2 年際、月際、日變化特征

由圖2可以看到，近5 a來(lái)，5—10月的突發(fā)性暴雨呈逐年減少趨勢(shì)，以2014年的215站次為最多；從月份來(lái)看，以6月的265站次為最多，其中又以2016年6月出現(xiàn)的65站次為最多，平均每個(gè)站在當(dāng)月均出現(xiàn)3次以上。2014—2017年中，6月均是出現(xiàn)突發(fā)性暴雨最多的月份，而2018年是8月出現(xiàn)最多?？傊?，6月出現(xiàn)了“爆發(fā)”的形勢(shì)，7月又回落，而8月又略有增加，9—10月呈不斷減少趨勢(shì)。

圖2 貴州西南部近5 a 5—10月逐年逐月突發(fā)性暴雨站次變化Fig.2 Interannual and monthly variation of sudden rainstorms in southwest Guizhou during May to October in the past 5 years

近5 a 5—10月的突發(fā)性暴雨，具有“白天少，夜間多”的日變化特征，午后至凌晨是突發(fā)性暴雨的高發(fā)時(shí)段，16時(shí)—次日07時(shí)均出現(xiàn)30站次以上，尤其是午夜，22時(shí)—次日04時(shí)均出現(xiàn)50站次以上，其中以22—23時(shí)的72站次為最多；11—12時(shí)最少，僅出現(xiàn)8站次。

由圖3可以看到各月逐時(shí)出現(xiàn)突發(fā)性暴雨的具體情況，5—9月均為午后至凌晨出現(xiàn)的站次較多，其中8月的突發(fā)性暴雨在16—17時(shí)出現(xiàn)最多，其他月份的高發(fā)時(shí)次均出現(xiàn)在夜間。由圖4可以看到近5 a各年逐時(shí)出現(xiàn)突發(fā)性暴雨的具體情況，每年的日變化基本一致。

圖3 貴州西南部近5 a 5—10月逐月逐時(shí)突發(fā)性暴雨站次變化Fig.3 Diurnal variation of each month of sudden rainstorms in southwest Guizhou during May to October in the past 5 years

圖4 貴州西南部近5 a 5—10月逐年逐時(shí)突發(fā)性暴雨站次變化Fig.4 Diurnal variation of each year of sudden rainstorms in southwest Guizhou during May to October in the past 5 years

3 小時(shí)降水驟增量各等級(jí)站次空間分布特征

圖5a～5d分別繪制了貴州西南部近5 a 5—10月突發(fā)性暴雨小時(shí)降水驟增量≥10 mm、≥20 mm、≥30 mm、≥40 mm的站次空間分布情況。

從圖5a來(lái)看，整個(gè)西南部的中部、南部較多，而西部較少。黔西南南部的興義、冊(cè)亨，北部的晴隆，安順西南部的鎮(zhèn)寧、關(guān)嶺均出現(xiàn)50次以上。其中黔西南西南部、黔西南東南部、安順西南部整體形成了一個(gè)“三極型”高發(fā)分布特征。

值得注意的是，圖5a的站次分布情況與圖1各站點(diǎn)的地形特征有相似之處。圖1中，地形呈西北至東南逐漸降低的特征，但中部從安順到黔西南的東北—西南方向存在一個(gè)“S”形變化特征，中部的北盤江河谷地帶，安順西南部的鎮(zhèn)寧、關(guān)嶺海拔偏低，而黔西南中部的興仁、安龍海拔偏高。而圖5a中的站次分布也存在一個(gè)“S”形的特征，與地形有較好的契合，海拔較低的鎮(zhèn)寧、關(guān)嶺比興仁、安龍出現(xiàn)突發(fā)性暴雨較多，但例外的是海拔較低的羅甸出現(xiàn)突發(fā)性暴雨較少，這可能是羅甸地形迎風(fēng)坡效應(yīng)不明顯。

圖5b顯示小時(shí)降水驟增量≥20 mm的站次分布與≥10 mm的站次分布特征相似，整個(gè)西南部的中部、南部較多，而西部較少。黔西南南部的興義、望謨，北部的晴隆，安順西南部的鎮(zhèn)寧、關(guān)嶺，六盤水的六枝均出現(xiàn)25次以上。整體上“三極型”的高發(fā)分布特征依然存在。同時(shí)，鎮(zhèn)寧、興義兩個(gè)多發(fā)中心與普安、安龍兩個(gè)少發(fā)中心在西南部構(gòu)成了一個(gè)“鞍形”的分布特征，與地形的相關(guān)性依舊保持。

圖5 貴州西南部近5 a 5—10月突發(fā)性暴雨小時(shí)降水驟增量≥10 mm(a)、≥20 mm(b)、≥30 mm(c)、≥40 mm(d)站點(diǎn)次數(shù)分布(單位：次)Fig.5 Spatial distribution of sudden rainstorms with the sudden increment of hourly precipitation ≥10 mm(a),≥20 mm(b),≥30 mm(c),≥40 mm(d) in southwest Guizhou during May to October in the past 5 years(unit∶times)

圖5c顯示小時(shí)降水驟增量≥30 mm的站次分布，整個(gè)西南部的中北部較多，中部西部較少。安順西部南部的鎮(zhèn)寧、關(guān)嶺、普定，黔西南南部的興義、望謨，黔南的長(zhǎng)順，均出現(xiàn)9次及以上。“三極型”的高發(fā)分布特征依然存在，但分布不太明顯。

圖5d顯示小時(shí)降水驟增量≥40 mm的站次分布，整個(gè)西南部的中北部、東南部較多，西部、中東部較少，在中部出現(xiàn)了“鞍形”分布特征。安順西部北部的鎮(zhèn)寧、普定、安順，黔南的長(zhǎng)順，黔西南西南部的望謨、貞豐、冊(cè)亨，出現(xiàn)4次及以上，形成了南北兩個(gè)較多的分布帶。驟增量等級(jí)較小時(shí)的“三極型”的高發(fā)分布特征已不存在。

總體來(lái)說(shuō)，突發(fā)性暴雨站次分布與地形相關(guān)性比較明顯，驟增量等級(jí)大時(shí)，主要出現(xiàn)在北盤江河谷一帶。

4 最大小時(shí)降水驟增量時(shí)空特征

由表2可以看到，近5 a來(lái)5—10月突發(fā)性暴雨的最大小時(shí)降水驟增量，通常出現(xiàn)在6月和7月，2014年最大小時(shí)降水驟增量出現(xiàn)在7月，2015、2016年均出現(xiàn)在6月；而2017年6月和7月的最大小時(shí)降水驟增量的強(qiáng)度較弱，但該年5月、8月、9月、10月出現(xiàn)了近5 a中同期最大的小時(shí)降水驟增量，其中2017年8月出現(xiàn)了近5 a中最大的小時(shí)降水驟增量，為85.8 mm；2018年出現(xiàn)的最大小時(shí)降水驟增量強(qiáng)度均較弱。

表2 貴州西南部近5 a 5—10月突發(fā)性暴雨最大小時(shí)降水驟增量分布Tab.2 Interannual and monthly maximum sudden increment of hourly precipitation of sudden rainstorms in southwest Guizhou during May to October in the past 5 years

圖6顯示了各時(shí)次出現(xiàn)的最大小時(shí)降水驟增量的情況。由圖6看出較大的最大小時(shí)降水驟增量出現(xiàn)在午后15時(shí)到夜間02時(shí)的時(shí)段。最大的驟增量出現(xiàn)在20—21時(shí)為85.8 mm。而較小的最大小時(shí)降水驟增量出現(xiàn)在11—13時(shí)，其中12—13時(shí)出現(xiàn)的最小為23.1 mm。

圖6 貴州西南部近5 a 5—10月逐時(shí)突發(fā)性暴雨最大小時(shí)降水驟增量變化Fig.6 The maximum sudden increment of hourly precipitation of sudden rainstorms of each hour in southwest Guizhou during May to October in the past 5 years

圖7顯示了最大小時(shí)降水驟增量的空間分布。由圖7看出，最大小時(shí)降水驟增量的空間分布具有“鞍形”特征，西南部的普安、興仁、興義與中東部的紫云形成了一東一西兩個(gè)較小的驟增量中心；而北部的水城與南部的貞豐、冊(cè)亨形成了一南一北兩個(gè)較大的驟增量中心。總體上，最大小時(shí)降水驟增量的空間分布與地形分布有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖7 貴州西南部近5 a 5—10月突發(fā)性暴雨最大小時(shí)降水驟增量空間分布Fig.7 Spatial distribution of the maximum sudden increment of hourly precipitation of sudden rainstorms in southwest Guizhou during May to October in the past 5 years

5 突發(fā)性暴雨時(shí)空變化特征

圖8a～8f顯示了近5 a 5—10月突發(fā)性暴雨的逐月空間變化情況。由圖8可以看到，5月在貴州西南部的東南部發(fā)生較多，往西北遞減(圖8a)；6月整體增多，在西部分布呈“鞍形”特征，其中中北部、西南部站次分布較多，以六枝、興義形成了兩個(gè)較多發(fā)的中心，而普安、安龍形成了兩個(gè)較少發(fā)的中心(圖8b)；7月較6月有減少趨勢(shì)，但在中部北盤江河谷一帶形成了一個(gè)較多發(fā)的中心(圖8c)；8月略有增多，在安順至黔西南的東北—西南向分布存在S形的特征，與站點(diǎn)地形分布的特征非常相似，顯示出8月南北盤江河谷一帶突發(fā)性暴雨多發(fā)(圖8d)；9—10月呈逐漸減少趨勢(shì)，9月在西南部較多(圖8e)，10月在南部和中北部較多(圖8f)。由此可知，在時(shí)間上，每月發(fā)生的突發(fā)性暴雨分布特征均不相同。

圖8 貴州西南部近5 a 5月(a)、6(b)、7月(c)、8月(d)、9月(e)、10月(f)突發(fā)性暴雨站點(diǎn)次數(shù)分布(單位：次)Fig.8 Spatial distribution of sudden rainstorms in southwest Guizhou in May(a), June(b), July(c),August(d), September(e), October(f)of the past 5 years(unit∶times)

圖9a～9e顯示了近5 a突發(fā)性暴雨站次的逐年空間分布變化情況。由圖9看出，每一年的突發(fā)性暴雨站次分布情況均有不同，但整體呈逐年減少的趨勢(shì)。2014年突發(fā)性暴雨各站平均出現(xiàn)10.9次，主要分布在黔西南南部、安順西部，基本呈現(xiàn)出“三極型”的高發(fā)特征，出現(xiàn)最多的是興義(圖9a)；2015年突發(fā)性暴雨各站平均出現(xiàn)10.35次，主要集中在安順中部，出現(xiàn)最多是鎮(zhèn)寧，出現(xiàn)了18次突發(fā)性暴雨，而北部的水城僅出現(xiàn)1次(圖9b)；2016年突發(fā)性暴雨各站平均出現(xiàn)8.75次，主要分布在中部的六枝至冊(cè)亨，大致為北盤江流域一帶，出現(xiàn)最多的是鎮(zhèn)寧和冊(cè)亨(圖9c)；2017年突發(fā)性暴雨各站平均出現(xiàn)8.5次，其分布具有“三極型”高發(fā)與西部“鞍形”兼有的特征，主要分布在南北盤江河谷一帶，出現(xiàn)最多的是興義(圖9d)；2018年突發(fā)性暴雨各站平均出現(xiàn)6.65次，主要集中在中南部，出現(xiàn)最多的是貞豐(圖9e)。由此可知，在空間上，每一年發(fā)生的突發(fā)性暴雨分布特征均不相同。

圖9 貴州西南部2014年(a)、2015年(b)、2016年(c)、2017年(d)、2018年(e)5—10月突發(fā)性暴雨站點(diǎn)次數(shù)分布(單位：次)Fig.9 Spatial distribution of sudden rainstorms in southwest Guizhou during May to October in 2014(a), 2015(b), 2016(c), 2017(d), 2018(e)(unit∶times)

6 結(jié)論與討論

①近5 a 5—10月貴州省西南部突發(fā)性暴雨呈逐年減少趨勢(shì)。突發(fā)性暴雨發(fā)生具有6月“爆發(fā)”，7月“回落”，8月略增，9—10月不斷減少的月際變化特征。突發(fā)性暴雨還具有白天多、夜間少的日變化特征，且突發(fā)性暴雨的高發(fā)時(shí)段主要是午后至凌晨，尤其是午夜，以22—23時(shí)出現(xiàn)72站次為最多；12—13時(shí)最少，僅出現(xiàn)8站次。

②從各等級(jí)小時(shí)降水驟增量的站次空間分布情況來(lái)看，安順鎮(zhèn)寧一直為較多發(fā)，地域分布上是一個(gè)高發(fā)中心；降水驟增量等級(jí)較小時(shí)，分布形成以安順西南部、黔西南西南部、黔西南東南部為較多站次的“三極型”高發(fā)分布，與站點(diǎn)的地形海拔分布較為契合，比較符合南北盤江河谷的地形特征；降水驟增量等級(jí)較大時(shí)，出現(xiàn)“鞍形”分布特征，形成了南北兩個(gè)較多的分布帶，等級(jí)較小時(shí)的“三極型”的高發(fā)分布特征已不存在?？傊话l(fā)性暴雨站次分布與地形分布相似，即在北盤江河谷一帶出現(xiàn)驟增量等級(jí)大的突發(fā)性暴雨較多。

最大的小時(shí)降水驟增量一般出現(xiàn)在每年的6月和7月，空間分布具有“鞍形”特征?？傮w上，貴州西南部突發(fā)性暴雨小時(shí)降水驟增量的站次空間分布與地形分布具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

③從突發(fā)性暴雨站次的整個(gè)時(shí)空演變來(lái)看，5月東南多，西北少；6月“爆發(fā)”增多，在西部分布呈“鞍形”特征，形成了南北兩個(gè)較多發(fā)的分布中心；7月減少，形成以中部為較多發(fā)的分布中心；8月略有增加，分布呈現(xiàn)出南北盤江河谷一帶多發(fā)；9—10月不斷減少，9月在西南部較多，10月在南部和中北部較多。

④從逐年的演變來(lái)看，每年發(fā)生的突發(fā)性暴雨分布特征均不相同，“突發(fā)性”特征在地域分布上也有體現(xiàn)。2014年主要分布在黔西南南部、安順西部；2015年主要集中在安順中部；2016年主要分布在中部的六枝至冊(cè)亨，大致為北盤江流域一帶；2017年主要分布在南北盤江河谷一帶；2018年突發(fā)性暴雨主要集中在中南部。

本文分析貴州西南部突發(fā)性暴雨時(shí)空特征，主要是利用20個(gè)國(guó)家氣象觀測(cè)站逐小時(shí)降水量，在空間上具有一定的局限性。今后可以使用加密區(qū)域站資料進(jìn)行分析，或許更能凸顯暴雨“突發(fā)性”特征。在時(shí)間上，選取較長(zhǎng)時(shí)間段的逐小時(shí)降水量，分析突發(fā)性暴雨的氣候特征以及年代際尺度上的變化特征。還可以再將時(shí)間分辨率提高，使用分鐘降水?dāng)?shù)據(jù)做雨量統(tǒng)計(jì)，得出的結(jié)論將更為精細(xì)和準(zhǔn)確。近5 a來(lái)，貴州西南部5—10月突發(fā)性暴雨最大小時(shí)降水驟增量一般出現(xiàn)在6月和7月，但2017年其他月份均出現(xiàn)近5 a來(lái)最大小時(shí)降水驟增量的同期最大值，且8月出現(xiàn)了近5 a中最大的小時(shí)降水驟增量；6月“爆發(fā)”、7月“回落”的特征可能與不同的天氣系統(tǒng)有關(guān)，這一系列不確定因素有待進(jìn)一步研究。