深圳市“龍舟水”的時空特征及致災(zāi)風(fēng)險分析

王明潔，徐婷，王書欣，2，王蕊，2，張舒婷，張蕾

（1.深圳市氣象局，廣東深圳 518040；2.深圳市國家氣候觀象臺，廣東深圳 518040）

每年4—6月是東亞地區(qū)冬夏季風(fēng)轉(zhuǎn)換季節(jié)，西太平洋副熱帶高壓北移，夏季風(fēng)活躍，將洋面上暖濕空氣向華南輸送，而冷空氣雖然逐漸減弱，但仍頻繁影響華南，冷暖空氣交匯，導(dǎo)致了華南前汛期多雨季［1－3］。南海夏季風(fēng)爆發(fā)后，5月下旬到6月中旬華南會出現(xiàn)強而集中的降雨高峰期，因正處于端午前后，俗稱“龍舟水”［4－5］。如果恰與天文大潮或風(fēng)暴潮疊加，江河排水速度下降，甚至發(fā)生海水倒灌，造成洪澇以及山洪、泥石流和山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，如2008年廣東遭遇了史上最強的“龍舟水”，誘發(fā)了嚴重洪澇和泥石流、塌方等災(zāi)害，造成重大經(jīng)濟損失［6－7］。對于廣東“龍舟水”，專家學(xué)者從氣候特征、變化規(guī)律、異常成因等方面開展了深入研究［8－11］。伍紅雨等［12］分析了近55年廣東“龍舟水”異常特征及成因，發(fā)現(xiàn)廣東“龍舟水”變化趨勢不明顯，但有顯著的年際和年代際變化，降水異常多年與對流層副熱帶西風(fēng)急流和中層極渦偏強、西太副熱帶高壓偏弱偏東、南海北部至華南偏南氣流偏強密切相關(guān)；王娟懷等［13］分析發(fā)現(xiàn)，全球氣候變暖背景下，廣東“龍舟水”呈雨量雨日增多、雨強增強的新特點；梁曉媛等［11］發(fā)現(xiàn)廣州“龍舟水”雨量整體呈上升趨勢，存在7～9年的周期變化；胡婭敏等［10］開展了近49年華南“龍舟水”降水分型工作，發(fā)現(xiàn)華南“龍舟水”有東南沿海型、北部型和西南沿海型3種優(yōu)勢降水型。

深圳地處華南沿海，人口密度大、城市生命線基礎(chǔ)設(shè)施體系龐大，城市脆弱性高，“龍舟水”期間易出現(xiàn)持續(xù)強降雨和極端降雨，致災(zāi)風(fēng)險極高，因此“龍舟水”預(yù)警預(yù)報服務(wù)一直是深圳市氣象局決策服務(wù)的關(guān)注重點。本研究利用長序列的國家基本氣象站資料和高時空分辨率的區(qū)域自動氣象站觀測資料，基于精細到街道的降雨致災(zāi)閾值指標，開展深圳市“龍舟水”降雨時空分布特征及強降雨致災(zāi)風(fēng)險分析，以期為“龍舟水”期間強降水影響預(yù)報和風(fēng)險預(yù)警的開展提供依據(jù)。

1 資料說明

本研究中“龍舟水”時段指5月21日至6月20日，資料統(tǒng)計時段5月20日20：00至6月20日20：00（北京時，下同）。使用資料包括“龍舟水”時段1953—2021年深圳市國家基本氣象站日降水量資料；2011—2020年83個區(qū)域自動氣象站逐分鐘、逐時、逐日降水資料和74個街道代表站逐分鐘降水資料。為保證資料一致性和可靠性，選取的區(qū)域自動站和街道代表站數(shù)據(jù)均已進行質(zhì)量控制，剔除明顯錯誤數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 “龍舟水”時間變化

1）年際變化。

圖1a為1953—2021年深圳市國家基本氣象站“龍舟水”雨量年際變化曲線，由圖1a可知，深圳近30年“龍舟水”平均雨量為345.7 mm，約占年總雨量（1 932.9 mm）17.9%。“龍舟水”雨量年際差異極大，2008年最多996.4 mm是2014年最少（55.5 mm）的18倍、是30年平均雨量的2.9倍。69年來深圳“龍舟水”雨量總體呈略減少的趨勢，大致每10年減少8 mm，這與伍紅雨等［12］的研究一致。采用累計雨量距平1.0倍標準差劃分“龍舟水”異常年，如圖1b所示，深圳“龍舟水”異常多年有8年：2008、1957、1959、1993、1966、2001、1976和1956年，20世紀50年代最多；異常少年8年：2014、1988、1981、2004、1961、2010、2012和1980年，21世紀10年代最多。

由1953—2021年“龍舟水”雨日變化（圖略）可知，深圳“龍舟水”平均雨日18.5 d，近69年“龍舟水”雨日呈減少趨勢，尤其2011—2020年平均雨日減少15.4 d。為了解“龍舟水”雨強的變化，以“龍舟水”期間深圳市國家基本氣象站總雨量與雨日比代表當(dāng)年龍舟水雨強。由圖2雨強的變化曲線可知，69年來深圳“龍舟水”平均雨強為18.5 mm，總體變化不明顯，但存在明顯年代際變化特征：20世紀50年代雨強最強22.8 mm／d；進入60年代，雨強明顯減?。?5.8 mm／d），60—80年代處于偏小階段，80年代最小為14.8 mm／d；90年代增大至18.7 mm／d；2000年以來至今處于較強階段，為20.5 mm／d左右。

圖2 1953—2021年深圳龍舟水雨強的逐年變化

圖3顯示了2011—2020年83個代表站“龍舟水”1、3、24 h雨量極值的年變化，1 h雨量極值無明顯變化，維持在100 mm左右，但3和24 h極值自2016年起明顯增強，近5年3和24 h極值分別在165和280 mm以上，進一步說明2000年以來雨強增強，這與王娟懷等［13］研究一致。

圖3 2011—2020年深圳龍舟水期間逐年降雨極值變化

2）降雨集中期。

圖4為1953—2021年5—6月深圳市國家基本氣象站平均雨量變化曲線，由圖4可知，近69年深圳“龍舟水”期間日平均雨量為11.2 mm，雨量呈“前少后多”的特點。5月19日平均日雨量為9mm，20日陡升至12.5mm，而6月18日為12.2 mm，19日突然降至6.8 mm，“龍舟水”降雨呈明顯的波動特征?！褒堉鬯逼陂g存在明顯的降雨集中期，主要出現(xiàn)在5月20—21、27日，6月6—14、16—18日，其中6月6—14日是“龍舟水”最集中的時段。

圖4 1953—2021年5—6月深圳逐日平均雨量變化

2.2 “龍舟水”空間差異性分析

1）總雨量空間分布。

為了解“龍舟水”降雨空間差異，統(tǒng)計了2011—2020年83個代表站“龍舟水”平均累計雨量（圖5）。由圖5可知，深圳“龍舟水”降雨空間差異性大，全市最多雨量439.3 mm是最少的2倍（219.7 mm）。降雨呈東多西少分布：大鵬新區(qū)南澳－大鵬－葵涌街道雨量最多，400 mm以上；寶安、光明、南山最少，230～300 mm；其他區(qū)域300～400 mm。從行政區(qū)看，大鵬新區(qū)平均雨量最多396.8 mm；其次是鹽田、坪山、龍崗、羅湖、福田、龍華區(qū)300～360 mm；南山、寶安、光明區(qū)250～300 mm，南山最少258.2 mm。

圖5 2011—2020年深圳“龍舟水”平均雨量空間分布（單位：mm）

2）降雨極值空間分布。

為了解“龍舟水”降雨強度空間差異，統(tǒng)計了2011—2020年83個代表站1、3、24 h降雨極值（圖6），可以看出3個歷時最大雨量空間分布基本一致，東南最大，呈東南、西北向中部減小趨勢。

圖6 深圳“龍舟水”不同歷時最大雨量空間分布（單位：mm）

由圖6a可知，1 h極值普遍超過50 mm，約40%站點超過70 mm。大鵬（南澳、葵涌）、坪山（龍?zhí)铮?、鹽田（鹽田、梅沙）、福田（梅林）雨強最大90～120 mm，全市最大124.8 mm；寶安（石巖、福海）、光明（公明）、南山（桃源）、福田（香蜜湖）、龍崗中西部、坪山（坑梓）、鹽田（沙頭角）、大鵬（大鵬）次之70～90 mm；其他區(qū)域50～70 mm。

由圖6b可知，各站3 h降雨極值普遍70 mm以上，約50%超過100 mm?？臻g區(qū)域性更明顯：3 h強降水落區(qū)在大鵬（南澳、葵涌）、坪山（龍?zhí)铮?、鹽田（鹽田）雨量150～220 mm，全市最大224.5 mm；寶安（西鄉(xiāng)、石巖、新橋）、光明（光明、公明）、南山（招商）、福田（南園、梅林）、龍崗（平湖、園山、龍城、龍崗、坪地）、坪山（馬巒、坪山、坑梓）、鹽田（梅沙）、大鵬（大鵬道）次之100～150 mm；其他區(qū)域70～100 mm。

由圖6c可知，24 h雨量極值均超過100 mm，約20%超過250 mm。24 h雨量極值空間差異性進一步大，全市最大463.0 mm，最小119.5 mm。24 h強降水集中在大鵬（南澳－大鵬）、鹽田（鹽田）雨量300～450 mm，全市最大463 mm；寶安（福永、福海、新橋、松崗）、光明（光明）、龍華（觀湖、觀瀾）、福田（福保）、羅湖（清水河、桂園、東湖、筍崗、黃貝）、龍崗（布吉、平湖、龍城、龍崗、坪地）、坪山（坪山、龍?zhí)铩⒖予鳎?、鹽田（梅沙、沙頭角）、大鵬（葵涌）次之200～300 mm；其他區(qū)域100～200 mm。

上述分析發(fā)現(xiàn)，深圳“龍舟水”短時雨強大，1、3 h雨量極值普遍超過50和100 mm，分別達到暴雨橙色和紅色預(yù)警信號發(fā)布標準。大鵬新區(qū)－鹽田是極端短時強降水和持續(xù)性強降水疊加區(qū)。

2.3 基于各街道閾值指標的致災(zāi)風(fēng)險分析

為提高城市防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)能力，深圳市應(yīng)急局和氣象局開展了災(zāi)害性天氣風(fēng)險研究，確定了精細到街道的降雨致災(zāi)閾值。基于2022版各街道30 min、1 h、3 h積澇降雨閾值，統(tǒng)計各街道指標站各類閾值出現(xiàn)頻次，分析各街道“龍舟水”積澇風(fēng)險，為“龍舟水”影響預(yù)報和風(fēng)險預(yù)警提供依據(jù)。

1）基于30 min降雨閾值的致災(zāi)風(fēng)險。

由“龍舟水”各街道30 min降雨致澇風(fēng)險頻次可知，30 min短歷時強降雨積澇風(fēng)險呈內(nèi)陸高沿海低的特征：積澇高風(fēng)險區(qū)在寶安（燕羅、松崗、新安）、光明（光明、公明）、龍華、福田（沙頭、蓮花）、龍崗（平湖－坂田－布吉－南灣、龍城－龍崗）及坪山（坪山、坑梓），出現(xiàn)頻次15～30次，其中龍華區(qū)大浪街道風(fēng)險最高，33次（3～4次／年）；大鵬、鹽田因30 min短歷時強降水致澇風(fēng)險最低，出現(xiàn)頻次普遍在5次以下（0.5次／年）；其他區(qū)域在10次左右（約1次／年）。

2）基于1 h降雨閾值的致災(zāi)風(fēng)險。

由各街道1 h降雨致澇風(fēng)險頻次可知，1 h強降水致澇風(fēng)險與30 min強降水空間分布基本一致，亦呈由北向南內(nèi)陸向沿海降低的特征，但出現(xiàn)頻次較30 min短歷時強降水少。強降水積澇高風(fēng)險區(qū)主要位于寶安（燕羅、石巖）、光明（光明、公明）、龍華（大浪、龍華）、福田（沙頭）、南山（南山）、龍崗（布吉、平湖、龍城、龍崗）及坪山（坑梓街道），出現(xiàn)頻次10～20次，其中龍華大浪和福田沙頭街道風(fēng)險最高，達18次（約2次／年）；而大鵬、鹽田、羅湖、福田東部、南山北部、寶安南部1 h強降水致澇風(fēng)險最低，為3～4次（0.3～0.4次／年）；其他區(qū)域5～10次（0.5～1次／年）。

3）基于3 h降雨閾值的致災(zāi)風(fēng)險

由各街道3 h降雨致澇風(fēng)險頻次可知，3 h強降水致澇風(fēng)險明顯低于30 min和1 h，高風(fēng)險區(qū)仍在寶安（燕羅、石巖）、光明（光明）、福田（沙頭、華富）、羅湖（東湖）、龍崗（布吉、平湖、橫崗、龍城、龍崗、坪地）、坪山（坪山）及大鵬（葵涌），出現(xiàn)頻次5～10次；福田（沙頭、華富）和龍崗區(qū)龍崗街道風(fēng)險最高10次（1次／年）；寶安（松崗、沙井）、南山、福田（華強北、香蜜湖、園嶺、福保）、羅湖、鹽田、坪山（馬巒、石井）致澇風(fēng)險最低0～1次；其他區(qū)域2～5次。

綜上所述，深圳“龍舟水”強降雨致災(zāi)高風(fēng)險區(qū)集中在北部和中部：寶安（燕羅、松崗、石巖）、光明（光明、公明）、龍華、龍崗（平湖－坂田－布吉－南灣、龍城－龍崗）及坪山（坪山、坑梓）。大鵬和鹽田區(qū)雖是短時強降雨和持續(xù)降雨疊加區(qū)，但因地形原因致災(zāi)風(fēng)險卻最低。

3 結(jié)論

1）深圳“龍舟水”雨量年際差異極大，最多年雨量是最少年的18倍；1953—2021年深圳年“龍舟水”總雨量和降雨日數(shù)均呈略減少趨勢，但2000年以來雨強呈增強趨勢；“龍舟水”期間降雨呈現(xiàn)明顯的波動特征，具有“前少后多”特征，6月6—14日是“龍舟水”最集中時期。

2）深圳“龍舟水”降雨分布空間差異性大，總雨量呈東多西少分布，東南沿海大鵬新區(qū)南澳、大鵬、葵涌街道雨量最多，西部寶安、光明、南山最少。

3）深圳“龍舟水”期間短時雨強大，1、3 h雨量極值普遍超過50和100 mm，分別達到深圳暴雨橙色和紅色預(yù)警信號發(fā)布標準；1、3、24 h雨量極值總體呈由東南、西北向中部減小的分布，東南沿海（大鵬和鹽田區(qū)）是“龍舟水”期間極端短時強降雨和持續(xù)性強降雨疊加區(qū)域。

4）深圳“龍舟水”強降雨致災(zāi)高風(fēng)險區(qū)在北部和中部：寶安（燕羅、松崗、石巖）、光明（光明、公明）、龍華、龍崗（平湖－坂田－布吉－南灣、龍城－龍崗）及坪山（坪山、坑梓），需重點關(guān)注。