湖南雨季小時極端降水的特征及其對暴雨貢獻(xiàn)分析

摘要" 湖南是中國南方典型多雨省份，境內(nèi)洞庭湖為中國第二大淡水湖。近年極端降水事件不斷增多，由于其顯著的日變化特征，預(yù)報難度大。本文利用2012—2021年湖南1 599個區(qū)域自動氣象站逐小時降水觀測資料，開展了湖南省雨季（4—9月）小時極端降水與12 h暴雨時空分布特征分析，以及小時極端降水對12 h暴雨的貢獻(xiàn)率研究。結(jié)果表明：湖南雨季第99.9百分位小時極端降水高頻區(qū)主要分布在雪峰山脈和南嶺山脈一帶以及洞庭湖區(qū)域，復(fù)雜地形和下墊面對小時極端降水頻次和強(qiáng)度均有明顯增強(qiáng)作用。湖南雨季小時極端降水總頻次呈波浪式增長，2021年發(fā)生頻次最多，5—8月為小時極端降水高發(fā)月份，其中6月為第一峰值。小時極端降水頻次的日變化呈明顯雙峰結(jié)構(gòu)，峰值分別出現(xiàn)在傍晚18時和早上07時。12 h暴雨發(fā)生頻次空間分布與小時極端降水相似，年均頻次為夜間2 490次，白天2 039次，日變化表現(xiàn)為夜間高于白天，5—7月為發(fā)生頻次最多月份。洞庭湖區(qū)域12 h暴雨6、7月發(fā)生頻次最高，高值區(qū)主要在河湖沖積平原。白天小時極端降水對12 h暴雨的降水量貢獻(xiàn)比夜間大，高貢獻(xiàn)率（70％～90％）的站點也更多，貢獻(xiàn)率大值區(qū)均集中在湖南南部。

關(guān)鍵詞湖南和洞庭湖區(qū)域;小時極端降水;12 h暴雨;日變化;貢獻(xiàn)率

2023-08-24收稿，2024-02-23接受

湖南省氣象局重點項目（XQKJ22A004）;湖南省氣象局創(chuàng)新發(fā)展專項（CXFZ2022-ZDZX01），湖南省氣象局研究型業(yè)務(wù)預(yù)報預(yù)測專項（XQKJ22C007）;中國氣象局復(fù)盤總結(jié)專項（FPZJ2024-089）;湖南省氣象局預(yù)報預(yù)測專項（XQKJ22C013）;湖南省氣象局短平快項目（XQKJ22B005）

引用格式：胡燕，陳鶴，劉紅武，等，2024.湖南雨季小時極端降水的特征及其對暴雨貢獻(xiàn)分析［J］.大氣科學(xué)學(xué)報，47（6）：892-903.

Hu Y，Chen H，Liu H W，et al.，2024.Characteristics of hourly extreme precipitation and its contribution to rainstorms during the rainy season in Hunan Province，China［J］.Trans Atmos Sci，47（6）：892-903.doi：10.13878／j.cnki.dqkxxb.20230824001.（in Chinese）.

近年來，在氣候變暖的大背景下，大氣環(huán)流變化導(dǎo)致降水分配不均，全球極端降水事件不斷增多，極端降水量和頻次呈明顯增加趨勢（Zhang and Zhai，2011;Tabari and Willems，2016;Wu et al.，2019;Ding et al.，2021;Dong and Zhang，2022）。降水強(qiáng)度和持續(xù)時間是導(dǎo)致極端降水事件的重要原因，且小時極端強(qiáng)降水日變化和局地性特征明顯，目前開展的大多數(shù)研究均是采用小時尺度降水，以高時空分辨率保留極端降水事件的細(xì)節(jié)特征（董旭光等，2018）。俞小鼎（2013）定義中國小時雨量≥50 mm或3 h雨量≥100 mm為極端短時強(qiáng)降水。Zhai et al.（2005）采用百分位法設(shè)定當(dāng)?shù)貥O端短時強(qiáng)降水閾值。李建等（2013）采用不同方法討論了小時極端降水時空分布特征，發(fā)現(xiàn)第99.9百分位閾值分布與廣義極值分布一致。Wu et al.（2019）通過相對閾值法得到近10 a中國區(qū)域小時極端降水分布，呈現(xiàn)“南強(qiáng)北弱”分布，其中華中地區(qū)峰值出現(xiàn)在6—8月。曾禮等（2023）分析了極端小時降水的單峰型和多峰型分布特征，發(fā)現(xiàn)地形起伏度是影響兩類降水的關(guān)鍵地形因子。Fu et al.（2016）分區(qū)域討論了中國小時極端降水變化，發(fā)現(xiàn)中國東部、南部地區(qū)為小時極端降水高發(fā)地區(qū)。陳海山等（2009）分析了極端降水事件在不同區(qū)域和季節(jié)的分布特征及其長期變化趨勢，發(fā)現(xiàn)包括湖南省在內(nèi)的長江以南地區(qū)極端降水事件發(fā)生頻次較高。區(qū)域不同，小時極端降水閾值和分布特征明顯不同。下墊面的改變，特別是城市化發(fā)展導(dǎo)致極端降水閾值和頻數(shù)正向增長（孔鋒等，2018）。對中國夏季小時極端降水的研究發(fā)現(xiàn)，暖季降水常表現(xiàn)出傍晚主峰特征，但日變化特征存在顯著區(qū)域性差異（Yu et al.，2007a;宇如聰?shù)龋?014;林春澤等，2016），東部地區(qū)夜間小時極端降水發(fā)生頻次與強(qiáng)度空間分布相似，喇叭口地形會提高降水效率（沈偉等，2017）。

已有研究表明，極端短時強(qiáng)降水與暴雨密切相關(guān)，其空間分布特征相似（孫繼松，2017）。周曉敏等（2023）通過對中國區(qū)域短時強(qiáng)降雨對暴雨的貢獻(xiàn)分析發(fā)現(xiàn)，中國暴雨具有顯著對流性特征和日變化特點，且大暴雨或特大暴雨過程中常伴有高強(qiáng)度的短時強(qiáng)降雨（田付友等，2018），降雨累積效應(yīng)和小時降雨強(qiáng)度的極端性雙重作用明顯（陳濤等，2020）。結(jié)合社會公眾和政府決策服務(wù)的精細(xì)化需求，開展小時極端降水與12 h暴雨的系統(tǒng)性研究十分必要。

湖南位于長江以南，是中國典型南方多雨省份，為三面環(huán)山、朝北開口的丘陵地形，西面有南北縱向分布的雪峰山脈，南部為東西延伸的南嶺山脈，境內(nèi)有湘江、資江、沅江、澧水四水，四水匯聚一湖（洞庭湖），再由洞庭湖流入長江（圖1）。洞庭湖是中國第二大淡水湖，面積超過2 500 km2，已有學(xué)者發(fā)現(xiàn)20世紀(jì)以來洞庭湖流域極端降水事件是顯著增長的，寬廣的湖面與降水量呈正向分布關(guān)系（龍浠玉等，2020;鄒磊等，2021）。2011年開始中國逐步布設(shè)了全覆蓋、高精度的區(qū)域自動站，通過10 a降雨資料長時間序列積累，更多基于高時空分辨率的站點數(shù)據(jù)應(yīng)用于短時強(qiáng)降水（short-duration heavy rainfall，SDHR）研究中，為次日尺度極端降水研究提供技術(shù)支撐（宇如聰和李建，2016;唐永蘭等，2022）。本文擬利用2012—2021年中國氣象局國家氣象信息中心湖南省1 599個區(qū)域自動站小時雨量數(shù)據(jù)，分析湖南小時極端降水和12 h暴雨統(tǒng)計特征，定量化揭示其內(nèi)在聯(lián)系，以期讓預(yù)報員更全面地了解中國南方地區(qū)次日尺度極端降水的特征，為提升短時臨近預(yù)警及預(yù)報能力提供技術(shù)基礎(chǔ)。

1" 資料和方法

本文使用2012—2021年雨季（4—9月）湖南省區(qū)域自動站小時雨量監(jiān)測資料，分別選取湖南全省和境內(nèi)洞庭湖區(qū)域為研究對象（洞庭湖區(qū)域為圖1中紅線圍成范圍）。依據(jù)中國氣象局16號令《氣象災(zāi)害預(yù)警信號發(fā)布與傳播辦法》中對于暴雨藍(lán)色預(yù)警信號的標(biāo)準(zhǔn)，定義12 h降水量≥50 mm為12 h暴雨標(biāo)準(zhǔn)，以北京時08：00—20：00、20：00—次日08：00討論白天、夜間12 h暴雨。

按氣候界限值及降水量時間及空間一致性原則，剔除每年雨量數(shù)據(jù)缺測50％以上的站點。中國氣象局《全國短時、臨近預(yù)報業(yè)務(wù)規(guī)定》（氣辦發(fā)［2010］19號文）規(guī)定，1 h降水量≥20 mm為單站短歷時強(qiáng)降水。目前，已開展的基于國家站雨量數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明，湖南短時強(qiáng)降水存在明顯的地域差異性（姚蓉等，2020）。針對短時強(qiáng)降水不均一化分布特點，小時極端降水閾值的確定采用國際上通用的百分位相對閾值法。即篩選某站點整點小時雨量≥0.1 mm的全部數(shù)據(jù)序列按升序排列，樣本第x百分位數(shù)Px為閾值，其中，不同百分位數(shù)對應(yīng)的降水閾值表示不同等級的降水閾值（李建等，2013;Zhou et al.，2021）。從湖南省2012—2021年雨季95、97.5、99、99.5、99.9百分位小時降水閾值（表1）可以看出，不同百分位的小時降水閾值差異較大，第99.5百分位已有部分站點閾值大于50 mm·h-1，達(dá)到中國通用的極端短時強(qiáng)降水閾值。第99.9百分位既滿足全部站點小時降水閾值超過20 mm·h-1，同時有15.1％站點閾值超過50 mm·h-1。因此，本文選取第99.9百分位小時降水閾值平均值作為湖南省小時極端降水閾值進(jìn)行討論。

以下討論小時極端降水的統(tǒng)計特征指標(biāo)有3個：小時極端降水頻次;小時極端降水強(qiáng)度;小時極端降水對12 h暴雨的貢獻(xiàn)率。小時極端降水頻次為統(tǒng)計時段內(nèi)超過小時極端降水閾值的小時數(shù);小時極端降水強(qiáng)度為統(tǒng)計時段內(nèi)大于降水閾值的累計降水量除以對應(yīng)的降水頻次。

2" 強(qiáng)降水特征分析

2.1" 小時極端降水時空分布

2.1.1" 空間分布特征

圖2a給出湖南省2012—2021年雨季第99.9百分位小時極端降水頻次空間分布。湖南區(qū)域小時極端降水頻次分布不均勻，全省大部分地區(qū)介于5～8次（超過53％），其次為5次以下占比達(dá)43％，超過8次的高頻站點主要分布在3個區(qū)域：湖南西部沿著雪峰山脈縱向分布的區(qū)域、湖南南部沿南嶺山脈東西分布的帶狀區(qū)域，以及洞庭湖區(qū)域南側(cè)。極大值出現(xiàn)在洞口的江口鎮(zhèn)站（12次）。這與Wu et al.（2019）提到的地勢起伏大的區(qū)域強(qiáng)降水發(fā)生頻次更多的結(jié)論是一致的。

圖2b給出湖南小時極端降水平均強(qiáng)度空間分布，全省大部分地區(qū)小時極端降水平均強(qiáng)度普遍較大，超過95％站次小時極端降水平均強(qiáng)度達(dá)40 mm·h-1以上，其中56.7％站次小時極端降水平均強(qiáng)度介于50～70 mm·h-1，超過70 mm·h-1大值區(qū)分布與高頻分布相似。小時極端降水平均強(qiáng)度超過100 mm·h-1的站主要集中在長沙、衡陽、株洲南部地區(qū)，極值位于湖南南部的衡南近尾洲站（142.6 mm·h-1）。

洞庭湖區(qū)域共有161個區(qū)域自動站，小時極端降水總頻次在3～10次，最大值10次，大于8次以上的高頻站點主要分布在洞庭湖匯入長江口及平原南部（圖3a）。小時降水強(qiáng)度空間分布表明，湖區(qū)小時極端降水強(qiáng)度東部高于西部，62％站點介于50～70 mm·h-1，強(qiáng)度大于70 mm·h-1的高頻站點大多位于湖區(qū)東側(cè)和南側(cè)（圖3b）。這與龍浠玉等（2020）的研究結(jié)果一致。雨季副熱帶高壓在湖南境內(nèi)南北擺動，脊線常位于22°～25°N，湖區(qū)東側(cè)和南側(cè)受其邊緣影響，水汽和動力條件更好，同時洞庭湖區(qū)因其水面寬闊，湖泊和陸地之間熱力性質(zhì)差異明顯，局地上升運(yùn)動更強(qiáng)盛，對流性降水強(qiáng)度更大。

由前述分析可知，南嶺山脈北麓、雪峰山脈迎風(fēng)坡以及洞庭湖區(qū)一帶，小時極端降水的強(qiáng)度和頻次高于其他地區(qū)，可見復(fù)雜地形和下墊面對湖南小時極端降水變化有重要影響。

2.1.2" 時間分布特征

湖南省2012—2021年雨季小時極端降水年均頻次為727次，圖4a和圖4b分別給出年總頻次和月總頻次演變趨勢，總體呈波浪式增長。第一波峰為2021年962次，次峰值出現(xiàn)在2020年為939次，較2019增長速率超過40％，發(fā)生頻次最少的年份為2013年（501次），最多年份小時極端降水發(fā)生頻次較最少年份頻次偏多90％以上。

湖南小時極端降水主要發(fā)生在5—9月。4月小時極端降水頻次270次，為雨季發(fā)生頻次最少月份;5月頻次迅速上升，月頻次達(dá)1 252次。6—8月是各年雨季小時極端降水發(fā)生高峰時期，月頻次均超過1 600次，其中6月頻次最多為1 990次，這可能與副高第一次北跳密切相關(guān)，夏季風(fēng)爆發(fā)，受夏季風(fēng)北上與冷空氣共同影響，冷暖氣流交匯造成湖南降水增多。9月湖南受副熱帶高壓控制，以晴熱少雨天氣為主，降水迅速減少，小時極端降水月頻次降至431次。

圖5給出湖南省2012—2021年雨季小時極端降水頻次的日變化，可知，湖南雨季小時極端降水具有明顯的不對稱雙峰結(jié)構(gòu)，第一波峰出現(xiàn)在18時（428次），波峰區(qū)間從15時持續(xù)到20時，均高于350次，次波峰出現(xiàn)在早晨05—08時，次峰值明顯小于第一波峰值，其峰值區(qū)間窄于主峰。10—14時是小時極端降水發(fā)生的低頻時段，中午12時發(fā)生頻次最少，為195次。已有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)長江流域短時強(qiáng)降水發(fā)生頻次的次峰在清晨至上午（04—09時），湖南日變化演變符合該特征（唐永蘭等，2022），與中國大陸地區(qū)暖季降水頻次的時間位相特征一致（Yu et al.，2007b）。這與午后及午夜熱力不穩(wěn)定度加大，局地?zé)崃?qiáng)迫導(dǎo)致中小尺度對流頻發(fā)密切相關(guān)（Chen et al.，2013）。由上述知，湖南區(qū)域雨季小時極端降水從午后迅速增加，到傍晚前后達(dá)到峰值，然后緩慢下降，凌晨至早晨逐漸上升出現(xiàn)次峰值，這與華中區(qū)域年極端小時降水日變化特征較為一致（劉佩廷等，2020）。

2.2" 12 h暴雨時空分布

次日天氣尺度包括1、3、6、12 h等時間尺度，已有研究（Zheng et al.，2016）表明，中國南方地區(qū)1 h強(qiáng)降水與3、6 h強(qiáng)降水分布特征相似，開展12 h暴雨研究是本文討論的重點。

2.2.1" 空間分布特征

圖6給出湖南省2012—2021年雨季4—9月逐月12 h暴雨頻次分布，4月全省12 h暴雨發(fā)生頻次最少，呈現(xiàn)南北多，中部少的特點，大于8次的高頻點僅有2站，位于南嶺山脈北麓的永州地區(qū)。5月出現(xiàn)12 h暴雨的站點和頻次明顯增加，大于8次的高頻暴雨點集中于雪峰山脈迎風(fēng)坡和南嶺山脈一帶。這可能是由于副高第一次北跳前，高原東出的短波槽活躍，槽前西南暖濕氣流沿山脈迎風(fēng)坡爬升，受其影響湖南對流性降水增多，也與中國華南前汛期雨帶分布特征較為一致。6、7月12 h暴雨站點和頻次最多，全省均有分布，高頻帶位于湖南中部和北部地區(qū)（26.5°～28.5°N），大于5次的高頻站點占比達(dá)50％以上，最多頻次達(dá)10次。這與副高兩次北跳，湖南中部和北部處于副高北側(cè)邊緣，雨帶在湖南境內(nèi)南北擺動有關(guān)。8月12 h暴雨出現(xiàn)的頻次和站點下降，高頻站點降至13.5％，在雪峰山脈、武陵山脈和南嶺山脈一帶分散分布，這與湖南山區(qū)熱力不穩(wěn)定度更大，多熱對流強(qiáng)降雨有關(guān)。9月隨著副高東撤控制湖南大部分地區(qū)，12 h暴雨站次和頻次明顯下降，高頻點孤立且分散，主要分布在湖南西北部。

洞庭湖區(qū)逐月12 h暴雨頻次分布（圖7）表明，6月和7月發(fā)生頻次和站次最多，高頻點多位于湖區(qū)東側(cè)和南側(cè)的河湖沖積平原，最大值出現(xiàn)在6月。這與該區(qū)域6—7月處于副高邊緣強(qiáng)暖濕氣流中有關(guān)，且臺風(fēng)影響湖南也主要發(fā)生在該時段。其次是5月發(fā)生頻次較多，高頻站點呈不規(guī)則分布，這可能是5月湖陸平均氣溫升高，熱力不穩(wěn)定增大，且受湖南馬蹄型地形影響冷空氣常從位于東北部的湖區(qū)南下影響，冷暖交匯多對流性強(qiáng)降水發(fā)生。4月和8月發(fā)生頻次大多在2～5次，大于5次的高頻點較少。9月發(fā)生頻次和站次均最少。

圖8給出湖南地區(qū)12 h暴雨白天、夜間發(fā)生總頻次分布，白天12 h暴雨全省平均頻次為2.9次，52.7％站點發(fā)生頻次在5～8次，超過8次的高頻帶集中分布于湖南中部，沿雪峰山脈附近為極大值區(qū)域，湖南南部12 h暴雨發(fā)生頻次大多為2～5次，明顯低于中北部地區(qū)，并有8個站點近10 a白天僅出現(xiàn)1次12 h暴雨。夜間12 h暴雨平均頻次為6.7次，明顯高于白天。大于8次以上的高頻站點達(dá)全省50％左右，空間分布極不均勻，呈現(xiàn)中北部多、南部少，西部最多的特征。高頻站點和次數(shù)均多于白天，極大值區(qū)域主要位于湖南西部，沿雪峰山和武陵山脈縱向分布，另外在東部和南部也有孤立高值點分布。白天和夜間12 h暴雨發(fā)生頻次均較少的區(qū)域主要位于25.5°～26.5°N地帶。

從洞庭湖區(qū)域12 h暴雨分布（圖9）來看，白天和夜間湖區(qū)12 h暴雨發(fā)生頻次大于5次的站點占比達(dá)90％以上，大于8次的高頻站點主要位于河湖沖積平原和環(huán)湖丘陵崗地，夜間12 h暴雨發(fā)生頻次總體高于白天，且高頻點更為分散。這與夜間湖面氣溫高于陸地，局地?zé)峥諝馓?，上升運(yùn)動加強(qiáng)有密切關(guān)系。

2.2.2" 時間演變特征

湖南省2012—2021年雨季12 h暴雨年均頻次白天為2 039次，夜間達(dá)2 490次，夜間明顯高于白天。從年頻次演變（圖10）可以看出，2012年至2013年12 h暴雨發(fā)生頻次白天和夜間呈反位相變化，2014年開始保持同頻變化，均在2017年出現(xiàn)第一個波峰，2018年下降至最低點，之后穩(wěn)定升至高值區(qū)間，第二個波峰出現(xiàn)在2020年。近10 a最多頻次2020年夜間為3 237次、白天為2 560次。

圖11給出小時極端降水與12 h暴雨（白天和夜間）月頻次分布，變化曲線相似。白天，4月、9月小時極端降水和12 h暴雨頻次均最少，5月小時極端降水和12 h暴雨頻次迅速增加，6月二者均達(dá)峰值，7月維持高值，8月12 h暴雨頻次陡降，小時極端降水仍維持高值，9月小時極端降水頻次降幅遠(yuǎn)大于12 h暴雨頻次的降幅。夜間，12 h暴雨頻次變化趨勢與白天相似，4—7月夜間發(fā)生頻次均高于白天，差異點表現(xiàn)在小時極端降水維持高頻時間更長，5—7月均處于高值區(qū)間。8月小時極端降水白天發(fā)生頻次高于夜間?？芍?，雨季5—7月為湖南暴雨和小時極端降水發(fā)生頻次最多時段，夜間頻次高于白天。

這可能與副高季節(jié)性變化密切相關(guān)，5月副高主體位于中國華南地區(qū)，湖南處于副高北側(cè)，多受西風(fēng)帶系統(tǒng)影響，雨熱同期，夜間高空和地面溫差變大，暖濕空氣抬升，導(dǎo)致夜間強(qiáng)降雨增多，符合湖南“瀟湘夜雨”特征。6—7月副高發(fā)生第一次北跳和第二次北跳，受副高邊緣暖濕氣流與弱冷空氣影響，冷暖交匯，長江流域多對流性暴雨，8月湖南大部分地區(qū)受副高控制，多晴熱高溫天氣，午后熱對流增多，因此白天小時極端降水高于夜間，但因持續(xù)時間不長，12 h暴雨頻次明顯下降。

3" 小時極端降水對12 h暴雨的貢獻(xiàn)特征

已有研究發(fā)現(xiàn)，我國長江中下游一帶的降水事件一般會維持12 h以上，小時強(qiáng)降水（小時雨量≥20 mm）和暴雨日（24 h≥50 mm）的頻次空間分布相似，存在明顯的區(qū)域性特征（Zhang and Zhai，2011;Chen et.al，2013）。孫繼松（2017）研究發(fā)現(xiàn)對流性暴雨的大雨強(qiáng)主要由高強(qiáng)度的短時強(qiáng)降雨提供。6月中旬至7月上旬湖南常受梅雨鋒影響，江淮梅雨因其具有顯著的日變化特征（高守亭等，2018），小時降水常在清晨和傍晚出現(xiàn)雙峰值。因此研究區(qū)分白天、夜間的小時時間尺度的極端降水對12 h暴雨的貢獻(xiàn)特征有著重要作用。

本文以08：00—20：00、20：00—次日08：00大于小時極端降水閾值的累計降水量占相應(yīng)時段總降水量的比例，表示白天和夜間小時極端降水對12 h暴雨的貢獻(xiàn)。

首先，由白天、夜間小時極端降水對12 h暴雨的降水量貢獻(xiàn)（圖12）來看，白天全省超過88％的站點小時極端降水對12 h暴雨的降水量貢獻(xiàn)大于50％，集中分布在湖南南部，其中41％站點小時極端降水對12 h暴雨的降水量貢獻(xiàn)在70％～90％，貢獻(xiàn)率達(dá)90％以上的站點主要分布在永州、郴州地區(qū)。湖南中部12 h暴雨很少伴隨小時極端降水（lt;10％站點），降水量貢獻(xiàn)大多在10％～70％。湖南北部僅有10％～30％站點伴隨小時極端降水發(fā)生。夜間，全省超過74％站點小時極端降水對12 h暴雨的降水量貢獻(xiàn)大于50％，其中25％站點小時極端降水對12 h暴雨的降水量貢獻(xiàn)在70％～90％，僅有4％站點貢獻(xiàn)率達(dá)90％以上，主要分布在永州、郴州、長沙西部地區(qū)。

由前述知，白天小時極端降水比夜間對12 h暴雨的降水量貢獻(xiàn)更大，這可能與湖南小時極端降水大部分出現(xiàn)在6—8月主汛期有關(guān)，說明副高北跳期間，副高邊緣強(qiáng)盛暖濕氣流及低層切變線導(dǎo)致的降雨，以及夏季的午后熱對流更容易發(fā)生小時極端降水。

4" 結(jié)論與討論

次日尺度降水特征是精細(xì)化天氣預(yù)報的重要基礎(chǔ)。小時極端降水常能導(dǎo)致12 h暴雨或日暴雨，長江流域地區(qū)雨季往往呈現(xiàn)明顯的夜雨特征。本文根據(jù)湖南省2012—2021年自動氣象站小時雨量數(shù)據(jù)，定義了小時極端降水并分析其統(tǒng)計特征，分白天、夜間對12 h暴雨的時空分布特點進(jìn)行探討。另外，通過分析小時極端降水對12 h暴雨的貢獻(xiàn)率，揭示小時極端降水對12 h暴雨日變化的影響。形成的主要結(jié)論如下：

1）湖南小時極端降水以第99.9百分位數(shù)為閾值，小時極端降水頻次與強(qiáng)度空間分布相似，湖南西部雪峰山脈和南部南嶺山脈、洞庭湖區(qū)域為高值區(qū)，極大值均位于湖南南部。復(fù)雜地形和下墊面對小時降水有明顯增幅作用。

2）揭示了湖南小時極端降水的年、月、日變化特征。小時極端降水近10 a呈波浪式增長趨勢，2021年發(fā)生頻次最多，2020年次之。5—9月為小時極端降水高發(fā)月份，6月為第一峰值，4月最少。湖南雨季小時極端降水日變化具有雙峰結(jié)構(gòu)，午后快速增長，到傍晚達(dá)到峰值，然后緩慢下降，凌晨至早晨逐漸上升出現(xiàn)次峰值。

3）湖南雨季12 h暴雨的月變化和日變化特征區(qū)域差異顯著。4月呈現(xiàn)南北多、中部少的特點，5月高頻暴雨點集中于雪峰山脈迎風(fēng)坡和南嶺山脈一帶。6—7月高頻站點占比達(dá)50％以上，主要位于湖南中部和北部地區(qū)。8月頻次明顯下降，在雪峰山脈、武陵山脈和南嶺山脈一帶分散分布，這與湖南山區(qū)熱力不穩(wěn)定度更大，多熱對流強(qiáng)降雨有關(guān)。9月高頻點孤立且分散，主要位于湖南西北部。洞庭湖區(qū)12 h暴雨發(fā)生頻次較多，其中6月和7月頻次和站次最多，高頻區(qū)位于河湖沖積平原。

4）小時極端降水對12 h暴雨的降水量貢獻(xiàn)白天高于夜間，白天41％站點小時極端降水對12 h暴雨的降水量貢獻(xiàn)在70％～90％，夜間僅有25％站點貢獻(xiàn)率在70％～90％，其中貢獻(xiàn)率大值區(qū)均集中在湖南南部。另外，6月和7月小時極端降水和12 h暴雨發(fā)生頻次均為最多，8月小時極端降水維持高值，12 h暴雨頻次迅速下降，可知湖南6月至8月對流降水強(qiáng)度大，但連續(xù)性降雨導(dǎo)致的12 h暴雨8月明顯減少。

以上表明小時極端降水存在區(qū)域性分布特點，且與地形相關(guān)，小時極端降水對12 h暴雨的影響白天多于夜間，該研究結(jié)論可為湖南地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險預(yù)警和短臨預(yù)警提供支撐，為湖南雨季不同時間尺度強(qiáng)降水的分類研究提供參考。在目前已有的不同時間尺度強(qiáng)降水研究成果基礎(chǔ)上，中尺度模式釋用可用于研究對流系統(tǒng)的新生、發(fā)展等演變過程，從而獲知小時極端降水中小尺度成因，大氣環(huán)流合成分析能提供大尺度系統(tǒng)的變化指針對極端降水的影響。本研究下一步還需開展以下幾方面的工作：

1）開展地形對小時極端降水時空分布的影響研究，包括南嶺山脈、雪峰山脈大地形以及洞庭湖湖陸分布的作用機(jī)制。

2）對不同區(qū)域的小時極端降水事件開展分型研究，通過氣團(tuán)軌跡模擬研究，揭示極端降水高值區(qū)的水汽輸送特征，探討主要水汽源地和水汽輸送通道對小時極端降水的影響。

3）開展小時極端降水和12 h暴雨的天氣學(xué)成因研究，重點研究大尺度環(huán)流演變對強(qiáng)降水季節(jié)變化和月變化的影響。

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·ARTICLE·

Characteristics of hourly extreme precipitation and its contribution to rainstorms during the rainy season in Hunan Province，China

HU Yan1，2，CHEN He1，2，LIU Hongwu1，2，LIU Huanqian1，3，WANG Qingxia1，2，GAO Song4

1Hunan Key Laboratory of Meteorological Disaster Prevention and Reduction，Changsha 410118，China;

2Hunan Meteorological Observatory，Changsha 410118，China;

3Hunan Meteorological Observation Technology Support Center，Changsha 410118，China;

4National Meteorological Center，Beijing 100081，China

Abstract" Hunan Province，located in southern China，experiences frequent and intense precipitation，especially during the rainy season.Recent years，have seen an increase in extreme precipitation events，characterized by significant diurnal variation，which complicates forecasting efforts.Over the past decade，China has developed a regional network of high-resolution，fully-automated weather stations，enhancing the study the study short-duration heavy rainfall.This study utilizes hourly precipitation data from 1 599 automatic weather stations across Hunan Province，collected from 2012 to 2021，to analyze the characteristics of hourly extreme precipitation during the rainy season （April—September）.The study also examines the relationship between hourly extreme precipitation events and 12-hour rainstorms，focusing on their statistical characteristics and the contribution of hourly extreme events to overall rainstorm totals.This quantitative analysis aims to reveal the intrinsic connections between these events and provide a technical foundation for improving nowcasting and early warning systems.The 99.9％ percentile was selected as the threshold for defining extreme hourly precipitation in Hunan.Results show that the spatial distributions of frequency and intensity of extreme precipitation events are similar，with high-frequency areas concentrated in the Xuefeng Mountains，the southern Nanling Mountains，and the Dongting Lake area，with maximum values in southern Hunan.Complex terrain and underlying surfaces significantly enhance hourly precipitation intensity.The annual frequency of extreme hourly events in the rainy season exhibits wavelike growth，peaking in 2021 and reaching a low in 2013，where 2021 recorded nearly 90％ more events than in 2013.Extreme precipitation events are most common from May to August，peaking in June.Diurnally，extreme precipitation follows a bimodal pattern，peaking at 18：00 and 07：00 BST，with a rapid increase in the afternoon，a peak in the evening，a gradual decline overnight，and a secondary peak in the early morning.The spatial distribution of 12-hour rainstorm is similar to that of hourly extreme events，with an average annual frequency of 2 490 occurrences at night and 2 039 during the day，indicating a higher nighttime frequency.High-frequency areas for 12-hour rainstorms are found primarily in western Hunan，along the Xuefeng and Wuling Mountain ranges，with isolated high-frequency locations in the eastern and southern regions，while lower frequencies are observed between 25.5°N and 26.5°N.Monthly and daily variations in 12-hour rainstorm frequency show distinct regional patterns，with high-frequency zones varying from May to September and the Dongting Lake region experiencing the highest frequency in June and July.Daytime hourly extreme precipitation contributes significantly more to 12-hour rainstorms than nighttime events：in the daytime，41％ of stations report that hourly extreme events contribute 70％—90％ of 12-hour rainstorm totals，while this contribution rate is only 25％ at night.High-contribution regions are primarily concentrated in southern Hunan.

Keywords" Hunan and Dongting Lake area;hourly extreme precipitation;12-hour rainstorm;diurnal variation;contribution rate

doi：10.13878／j.cnki.dqkxxb.20230824001

（責(zé)任編輯：袁東敏）