儋州市春季短時(shí)強(qiáng)降水特征分析

李春苗，汪家楠，王明全，黃韋珠，何栩劍，勞奕鑄

（儋州市氣象局，海南儋州 571700）

儋州市地處海南島西北部。春季極端天氣頻發(fā)，短時(shí)強(qiáng)降水是極端天氣之一。由于春季的降雨量在一年中所占的比例沒(méi)有夏秋季大，往往未引起大家的關(guān)注，此類(lèi)天氣過(guò)程具有突發(fā)性強(qiáng)、歷時(shí)短、雨強(qiáng)大、局地性強(qiáng)的特點(diǎn)，常常造成城市積澇、交通受阻。周玉都等［1］研究指出，廊坊市短時(shí)強(qiáng)降水比較普遍的共性為存在冷、暖空氣的活動(dòng)與匯合；袁晨等［2］、王國(guó)榮等［3］、馬素艷等［4］、余欣等［5］對(duì)當(dāng)?shù)氐亩虝r(shí)強(qiáng)降水時(shí)空分布特征進(jìn)行分析，指出各地的短時(shí)強(qiáng)降水時(shí)空分布特征不盡相同；韓寧等［6］對(duì)短時(shí)強(qiáng)降水天氣學(xué)概念模型以及物理量特征進(jìn)行分析；周明飛等［7］將短時(shí)強(qiáng)降水對(duì)流云團(tuán)分為不同分型進(jìn)行研究；陳元昭等［8］將天氣流型分型和各類(lèi)流型下關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)的特征結(jié)合進(jìn)行分析；楊慧燕等［9］、曾欽文等［10］、賀發(fā)勝等［11］對(duì)華南地區(qū)的短時(shí)強(qiáng)降水進(jìn)行分析，指出短時(shí)強(qiáng)降水有明顯的季節(jié)變化和日變化。本研究利用2012—2021年儋州市自動(dòng)站1 h降水量的觀測(cè)資料，分析儋州春季短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生的年、月、日變化，以及空間分布特征及影響環(huán)流等，爭(zhēng)取對(duì)今后的儋州地區(qū)春季短時(shí)強(qiáng)降水預(yù)報(bào)提供參考。

1 資料與方法

根據(jù)《全國(guó)短時(shí)臨近預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)規(guī)定》規(guī)定，短時(shí)強(qiáng)降水定義為1 h雨量≥20 mm的降水［12］。本研究按此規(guī)定：當(dāng)1 h雨量≥20 mm的降水過(guò)程定義為一次短時(shí)強(qiáng)降水天氣。儋州市于2010年陸續(xù)投資建設(shè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域自動(dòng)站，由于建成使用時(shí)間不一，為了數(shù)據(jù)的整齊性和完整性，本研究使用2012—2021年儋州市國(guó)家基本氣象站（59845站）及區(qū)域自動(dòng)站逐小時(shí)降水量數(shù)據(jù)資料（共25個(gè)站點(diǎn)）統(tǒng)計(jì)儋州市春季短時(shí)強(qiáng)降水過(guò)程。

為了更詳細(xì)地統(tǒng)計(jì)短時(shí)強(qiáng)降水空間分布特征，本研究按地理?xiàng)l件將儋州市分為東、西、南、北、中5個(gè)片區(qū)，國(guó)家基本氣象站（59845站）位于東部片區(qū)（圖1）。

圖1 儋州市各站點(diǎn)分布及片區(qū)分布

本研究規(guī)定：當(dāng)有一個(gè)站點(diǎn)短時(shí)強(qiáng)降水時(shí)就認(rèn)為發(fā)生一次短時(shí)強(qiáng)降水天氣過(guò)程，同時(shí)定義為一個(gè)短時(shí)強(qiáng)降水日。一天中一個(gè)站多次出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水時(shí)，站次累加統(tǒng)計(jì)。短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生的范圍按照其出現(xiàn)的站數(shù)分為局地短時(shí)強(qiáng)降水（出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水的站數(shù)占總站數(shù)＜10%）、小范圍短時(shí)強(qiáng)降水（10%≤出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水的站數(shù)占總站數(shù)＜30%）、區(qū)域性短時(shí)強(qiáng)降水（30%≤出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水的站數(shù)占總站數(shù)＜50%）及大范圍短時(shí)強(qiáng)降水（出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水的站數(shù)占總站數(shù)≥50%）［13］。

2 結(jié)果與分析

2.1 年變化

從近10年儋州市逐年短時(shí)強(qiáng)降水站次距平可以看出，短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生站次呈“雙峰型”特征，其中2012和2013年出現(xiàn)明顯的正距平，2014—2017年基本上都是負(fù)距平，2018和2019年為正距平，2020—2021年為負(fù)距平。

從近10年短時(shí)強(qiáng)降水站次年際變化分布（圖2）來(lái)看，短時(shí)強(qiáng)降水出現(xiàn)站次總體上趨于波動(dòng)減少趨勢(shì)。特別是2020年短時(shí)強(qiáng)降水站次顯著下降，是近10年短時(shí)強(qiáng)降水站次最少的一年（僅約占總站次的3%），2012年是10年中發(fā)生短時(shí)強(qiáng)降水站次最多的一年（約占總站次的17%）。

圖2 2012—2021年儋州市3—5月≥20 mm／h和≥50 mm／h短時(shí)強(qiáng)降水站次年際變化

2012—2021年雨強(qiáng)≥50 mm／h的短時(shí)強(qiáng)降水共出現(xiàn)52站次（圖2），其中2012年出現(xiàn)雨強(qiáng)≥50 mm／h的站次占總站次的31%，2017和2020年未出現(xiàn)小時(shí)雨強(qiáng)≥50 mm短時(shí)強(qiáng)降水。近10年3—5月最大雨強(qiáng)為98.5 mm／h，出現(xiàn)在2016年（圖略）。雖然2012年出現(xiàn)雨強(qiáng)≥50 mm／h的短時(shí)強(qiáng)降水站次最多，但極值未出現(xiàn)在該年份。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，2012年春季短時(shí)強(qiáng)降水受南海低壓槽型環(huán)流影響13次（占總環(huán)流型的43%），而2020年春季短時(shí)強(qiáng)降水受南海低壓槽型環(huán)流影響僅2次，這也是造成2012和2020年分別是近10年短時(shí)強(qiáng)降水站次最多年份和最少年份的主要原因。因?yàn)槭苣虾５蛪翰塾绊憰r(shí)，儋州市普遍有降水，基本上為陣性對(duì)流降水，從小雨到大暴雨均有可能出現(xiàn)。

2.2 月變化

從儋州市近10年春季短時(shí)強(qiáng)降水站次月變化（圖略）可以看出，3到5月短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生站次呈上升趨勢(shì)，5月出現(xiàn)站次最多，占比64%；3月出現(xiàn)站次最少，僅占總數(shù)的6%。這與5月孟加拉灣季風(fēng)爆發(fā)，西南熱低壓盛行有關(guān)。2012—2021年5月份雨強(qiáng)≥50 mm／h的短時(shí)強(qiáng)降水共出現(xiàn)32站次，占比62%，雨強(qiáng)極值出現(xiàn)在5月。

2.3 日變化

從日變化（圖3）可以看出，短時(shí)強(qiáng)降水日變化具有明顯的“單峰型”特征。儋州市春季短時(shí)強(qiáng)降水主要集中在14：00—20：00（北京時(shí)，下同），占出現(xiàn)總站次的83%；峰值出現(xiàn)在17：左右（占出現(xiàn)總站次的21%）；21：00—24：00出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水的概率幾乎為0。另外還可以看出，雨強(qiáng)≥50 mm／h峰值出現(xiàn)在16：00中右（占出現(xiàn)總站次的21%）。這是由于海南島春季短時(shí)強(qiáng)降水主要受西南季風(fēng)與北方冷空氣南下影響，而午后隨著熱力條件的改善，為短時(shí)強(qiáng)降水提供了良好的熱力條件，易在午后出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水天氣。

圖3 2012—2021年儋州市3—5月≥20 mm、≥50 mm出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水站次的日變化

2.4 區(qū)域分布

從2012—2021年春季短時(shí)強(qiáng)降水各范圍等級(jí)天數(shù)占比來(lái)看，近10年儋州出現(xiàn)局地短時(shí)強(qiáng)降水天數(shù)最多（125 d），占春季短時(shí)強(qiáng)降水出現(xiàn)總天數(shù)60%；其次是小范圍短時(shí)強(qiáng)降水（71 d），占春季短時(shí)強(qiáng)降水總天數(shù)34%。區(qū)域性短時(shí)強(qiáng)降水（7 d）及大范圍短時(shí)強(qiáng)降水（5 d），僅占春季短時(shí)強(qiáng)降水總天數(shù)的3%和2%。

2.5 天氣環(huán)流類(lèi)型

根據(jù)海南地區(qū)天氣系統(tǒng)過(guò)程分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，將儋州市短時(shí)強(qiáng)降水分成8種天氣環(huán)流類(lèi)型：南海低槽型、變暖高壓脊型、副高型、西南低壓槽型、越南低壓槽型、冷空氣偏東下型、冷空氣偏西下型、熱帶低壓系統(tǒng)型，如圖4和表1所示。

表1 2012—2021年3—5月各區(qū)域天氣影響環(huán)流出現(xiàn)天數(shù)d

圖4 2012—2021年儋州市3—5月出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水過(guò)程的影響天氣系統(tǒng)站次占比

1）南海低壓槽型。500 hPa上東西向槽控制南海中北部，越南北部至北部灣有低壓槽或低壓，850 hPa華南沿海往往有切變線(xiàn)存在，盛行東北－東－東南風(fēng)。

該環(huán)流型為占比最大的類(lèi)型，出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水站次占總數(shù)的24.3%，春季年均出現(xiàn)16.2站次。該類(lèi)型集中在5月（占95%），3月從未出現(xiàn)。影響區(qū)域除西部年均1 d外，其余片區(qū)年均約2 d左右。

2）變暖高壓脊型。冷高中心出海變形減弱，海南島處于冷高后部，典型的海南島低層盛行偏東風(fēng)。

該環(huán)流型為占比第2的類(lèi)型，占總站次的20.9%，春季年均出現(xiàn)14.0站次。此種類(lèi)型主要出現(xiàn)在4和5月，4月最多（占51%），3月僅占4%。影響區(qū)域主要在東部、南部和中部，其中南部年均2.8 d，西部年均僅0.5 d。

3）副高型。副熱帶高壓控制本島，海南島低層也可受反氣旋控制。

該環(huán)流型占總站次的8.2%，春季年均出現(xiàn)5.5站次，僅發(fā)生在5月。影響區(qū)域主要在南部和中部，年均日數(shù)在1 d以下。

4）西南低壓槽型。低渦中心位于貴州附近或一直向南至北部灣附近，海南島受低槽控制，低層盛行南到西南風(fēng)。

該環(huán)流型占總站次的14.1%，春季年均出現(xiàn)9.4站次。影響時(shí)段集中在4和5月，5月最多（占72%），3月僅占1%。影響區(qū)域主要在南部（年均2.8 d），西部年均日數(shù)僅0.5 d，其余片區(qū)年均日數(shù)1 d左右。

5）冷空氣偏東下型。850 hPa上高壓中心從重慶以東地區(qū)南下，引導(dǎo)冷空氣主要自110°E以東地區(qū)影響海南島。

該環(huán)流型占總站次的20.4%，春季年均出現(xiàn)13.6站次，其中4月最多（占46%）。影響區(qū)域南部年均2.2 d外，東部1.6 d，其余片區(qū)年均約1 d左右。

6）冷空氣偏西下型。850 hPa高空?qǐng)D上高壓中心從重慶以西地區(qū)南下，冷空氣主要從110°E以西地區(qū)影響海南島。

該環(huán)流占總站次的9.6%，春季年均出現(xiàn)6.4站次，冷空氣主力從東經(jīng)110°E以西地區(qū)影響海南島。影響時(shí)段集中在4和5月，3月僅占3%。年均影響天數(shù)在0.8 d或以下，西部年均僅影響0.3 d。

7）越南低壓槽型。在中南半島形成的開(kāi)口向下的低壓槽。副熱帶高壓脊控制華南并伸向海南島，850 hPa盛行東－東南－南風(fēng)。

該環(huán)流型占總站次的2.2%，春季年均出現(xiàn)1.5站次，影響時(shí)段集中5月，3和4月均未出現(xiàn)。影響區(qū)域主要在東部、南部和中部（年均0.2 d及以下），西部和北部從未出現(xiàn)。

8）熱帶低壓系統(tǒng)型。熱帶氣旋本體或外圍環(huán)流影響海南島。

該型僅在5月出現(xiàn)過(guò)1站次短時(shí)強(qiáng)降水天氣過(guò)程，即2016年5月27日白馬井站（西部）20.7 mm。

2.6 空間分布

從2012—2021年春季各片區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水天數(shù)占比（圖略）來(lái)看，近10年出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水天數(shù)最多的是南部片區(qū)（116 d），占春季短時(shí)強(qiáng)降水片區(qū)總?cè)諗?shù)的31%；東部（81 d）與中部片區(qū)（77 d）相差不大，分別占21%和20%；而西部（40 d）與北部片區(qū)（66 d）出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水天數(shù)較少，其中西部片區(qū)僅占短時(shí)強(qiáng)降水片區(qū)總?cè)諗?shù)的11%。片區(qū)春季短時(shí)強(qiáng)降水天數(shù)分布具有東多西少的特征。

由2012—2021年春季短時(shí)強(qiáng)降水天氣各站點(diǎn)出現(xiàn)日數(shù)空間分布（圖5）來(lái)看，和慶鎮(zhèn)出現(xiàn)天數(shù)最多，年平均達(dá)5.2 d；而春季短時(shí)強(qiáng)降水出現(xiàn)天數(shù)最少為三都鎮(zhèn)與峨蔓鎮(zhèn)，年平均僅0.8 d，短時(shí)強(qiáng)降水出現(xiàn)天數(shù)最多和最少的站點(diǎn)相差4.4 d。

圖5 2012—2021年儋州市春季短時(shí)強(qiáng)降水天氣各站點(diǎn)出現(xiàn)天數(shù)

3 結(jié)論

1）2012—2021年儋州春季短時(shí)強(qiáng)降水天氣年均發(fā)生天數(shù)20.8 d，雨強(qiáng)≥50 mm／h的短時(shí)強(qiáng)降水共出現(xiàn)52站次，最大雨強(qiáng)為98.5 mm／h；春季短時(shí)強(qiáng)降水出現(xiàn)站次總體上呈現(xiàn)波動(dòng)減少趨勢(shì)。

2）近10年儋州春季短時(shí)強(qiáng)降水天氣主要發(fā)生在5月，該月雨強(qiáng)≥50 mm／h的短時(shí)強(qiáng)降水共出現(xiàn)32站次，占比62%。雨強(qiáng)極值也出現(xiàn)在5月。

3）春季短時(shí)強(qiáng)降水天氣主要集中在午后，峰值出現(xiàn)在17：00左右。

4）儋州春季短時(shí)強(qiáng)降水天氣以局地短時(shí)強(qiáng)降水為主，區(qū)域性短時(shí)強(qiáng)降水及大范圍短時(shí)強(qiáng)降水較少。

5）影響儋州春季短時(shí)強(qiáng)降水天氣環(huán)流型主要是南海低槽型、變暖高壓脊型、冷空氣偏東下型及西南低壓槽型，而越南低壓槽型和熱帶低壓系統(tǒng)型影響較少。

6）儋州春季短時(shí)強(qiáng)降水空間分布具有東多西少的特征，其中南部出現(xiàn)天數(shù)最多，年均11.6 d；西部最少，年均4.0 d。