廣西暴雨過程雨團(tuán)時空分布特征研究

劉曉梅，劉國忠，趙金彪

(廣西壯族自治區(qū)氣象臺，廣西 南寧 530022)

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廣西暴雨過程雨團(tuán)時空分布特征研究

劉曉梅，劉國忠，趙金彪

(廣西壯族自治區(qū)氣象臺，廣西 南寧 530022)

摘要:利用常規(guī)觀測、雷達(dá)探測和自動站資料對廣西近3年暴雨過程中的雨團(tuán)進(jìn)行定義分類，并對其時空分布的特征進(jìn)行研究，得到以下結(jié)果。①雨團(tuán)可分為鋒面、暖區(qū)和臺風(fēng)雨團(tuán)三種類型。②鋒面雨團(tuán)主要分布在桂林、柳州、河池等地，其中恭城縣龍虎鄉(xiāng)是出現(xiàn)雨團(tuán)頻數(shù)最多的中心；暖區(qū)雨團(tuán)受地形地貌影響較大，主要分布在桂東北山區(qū)、水庫及桂南沿海地區(qū)，最大頻數(shù)在興安貓兒山；臺風(fēng)雨團(tuán)也受地形地貌影響較大，桂南沿海地區(qū)出現(xiàn)頻次較高，以防城為高值中心，最大在垌中鎮(zhèn)。武鳴大明山是次大值中心。③鋒面雨團(tuán)多出現(xiàn)在后半夜至上午，其中桂北、桂中在后半夜出現(xiàn)的頻率高，而桂南在白天出現(xiàn)的頻率高；暖區(qū)雨團(tuán)多出現(xiàn)在白天，其中桂南、桂中、桂北分別在下午、前半夜、后半夜出現(xiàn)的頻率高；臺風(fēng)雨團(tuán)多出現(xiàn)在下午至前半夜，其中桂北在前半夜、桂中在下午至前半夜出現(xiàn)的頻率高，桂南差別不大。

關(guān)鍵詞:暴雨；雨團(tuán)；時空分布；出現(xiàn)頻數(shù)；廣西

短歷時強(qiáng)降水(以下簡稱雨團(tuán))引發(fā)山洪、城市漬澇和地質(zhì)災(zāi)害已屢見不鮮[1-2]。由于雨團(tuán)生命史短，局地性強(qiáng)，因此，這種局域性強(qiáng)降水預(yù)報難度大，常常造成預(yù)報失誤。以往對暴雨進(jìn)行的時空特征研究[3]大多在時間尺度上僅限于年、月、日的時限，而對小于24 h或更短時間的短歷時強(qiáng)降水特征及變化的研究很少；在空間尺度上僅選取基本站的降水資料為代表，而沒有充分利用自動站降水資料來更加真實地體現(xiàn)暴雨的局地性。這對短時臨近預(yù)報來講顯得比較宏觀。目前對雨團(tuán)的研究不多。姚莉等[4]研究了我國1 h雨強(qiáng)的時空分布特征；徐雙柱等[5]分析了造成湖北省西部山洪災(zāi)害的中尺度雨團(tuán)時空分布特征；王田壽等[6]對青海省短時強(qiáng)降水的特征進(jìn)行了分析；徐娟等[7]分析了山東省短時強(qiáng)降水天氣的特征；王國榮等[8]研究了北京地區(qū)夏季短時強(qiáng)降水時空分布特征。本文將通過對2011-2013年廣西暴雨過程中雨團(tuán)的時空分布特征進(jìn)行研究，為發(fā)布短時臨近預(yù)報和預(yù)警信號提供時空背景資料和科學(xué)參考依據(jù)。

1資料說明及個例選取

文中所使用的資料主要包括以下兩種：①2011-2013年廣西區(qū)92個基本站日降雨量和2 520個中尺度雨量自動觀測站逐小時雨量；②2011-2013年新一代多普勒天氣雷達(dá)(CINRAD/SA)資料(6 min間隔)。以上資料均經(jīng)過質(zhì)量控制和檢驗校準(zhǔn)，但未經(jīng)過誤差分析。

文中暴雨過程的定義：基本站的日暴雨站數(shù)≥10站。據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)普查收集到2011-2013年共51個暴雨過程個例(表1)。

1.1　雨團(tuán)的定義

關(guān)于雨團(tuán)的定義，目前國內(nèi)學(xué)術(shù)界還沒有統(tǒng)一的規(guī)定或標(biāo)準(zhǔn)。普查雷達(dá)資料后，將雨團(tuán)定義為在暴雨過程中，最大雨強(qiáng)≥20 mm·h-1，且在距其中心20 km范圍內(nèi)至少出現(xiàn)1個站點雨強(qiáng)≥ 10 mm·h-1的降水區(qū)；挑選雨團(tuán)的具體步驟如下：①在逐小時雨量數(shù)據(jù)中，先將≥20 mm·h-1的雨強(qiáng)最大值挑選出來，若距最大值中心20 km范圍內(nèi)至少出現(xiàn)1個站點雨強(qiáng)≥10 mm·h-1的降水區(qū)就定義為一個雨團(tuán)。然后將此雨團(tuán)范圍內(nèi)的所有數(shù)據(jù)剔除，以后不再參與挑選；②在剩余數(shù)據(jù)中再次挑選≥20 mm·h-1的雨強(qiáng)最大值，并按照上述規(guī)則找出下一個雨團(tuán)。以此類推分別找出多個雨團(tuán)。

1.2　雨團(tuán)分型

參照蔡義勇、吳曼麗等[9-10]以天氣學(xué)理論為基礎(chǔ)分型研究，根據(jù)雨團(tuán)統(tǒng)計分析標(biāo)準(zhǔn)，利用廣西自動站1 h降水資料普查統(tǒng)計了2011-2013年51個個例,共1 878個雨團(tuán)。雨團(tuán)主要有三種類型，如表1所示。

第一類為鋒面雨團(tuán)(20個個例/686個雨團(tuán))，按照入侵廣西的冷空氣移動路徑將鋒面雨團(tuán)再劃分為三種：西路冷空氣型、中路冷空氣型和東路冷空氣型。第二類為暖區(qū)雨團(tuán)(14個個例/599個雨團(tuán))。第三類為臺風(fēng)雨團(tuán)(17個個例/593個雨團(tuán))，按照臺風(fēng)影響過程中環(huán)境流場特征將臺風(fēng)雨團(tuán)再劃分為三種：臺風(fēng)環(huán)流型，臺風(fēng)環(huán)流與冷空氣結(jié)合型，臺風(fēng)環(huán)流和西南季風(fēng)結(jié)合或殘渦、殘留云系型(簡稱殘渦或西南季風(fēng)型)。

2雨團(tuán)的時空分布特征

根據(jù)雨團(tuán)定義和分型標(biāo)準(zhǔn)，利用廣西自動站1 h降水資料統(tǒng)計了2011-2013年暴雨過程中三類雨團(tuán)的出現(xiàn)總頻次和出現(xiàn)時間，得到三類雨團(tuán)的時空分布特征。

2.1　雨團(tuán)空間分布特征

鋒面雨團(tuán)(表1)中，西路冷空氣型鋒面雨團(tuán)出現(xiàn)了203個。它出現(xiàn)的最大頻數(shù)為4(圖1a)，分別以融水和恭城為中心，次大頻數(shù)(3)位于羅城、都安。頻數(shù)為2的中心主要分布在桂北。頻數(shù)為0的中心主要位于桂林以北和桂西南。

中路冷空氣型鋒面雨團(tuán)出現(xiàn)了314個。它出現(xiàn)的最大頻數(shù)為3(圖1b)，分別以柳城、來賓、恭城和博白為中心，主要分布在桂東。頻數(shù)為0的中心主要位于桂西。

東路冷空氣型鋒面雨團(tuán)出現(xiàn)了169個。它出現(xiàn)的最大頻數(shù)為2(圖1c)，分布較為散亂，全區(qū)均有。頻數(shù)為0的中心主要位于桂林和百色。尤其是桂林地區(qū)54%的縣市沒有出現(xiàn)此類雨團(tuán)。桂東南和沿海均有此類雨團(tuán)出現(xiàn)。

鋒面雨團(tuán)共出現(xiàn)了686個。在20次過程中，鋒面雨團(tuán)頻數(shù)出現(xiàn)較多的主要分布在桂林、柳州、

圖1　鋒面雨團(tuán)空間頻數(shù)分布

河池等地(圖1d)。其中恭城縣龍虎鄉(xiāng)是出現(xiàn)鋒面雨團(tuán)次數(shù)最多的中心，多達(dá)7次；融水、巴馬和都安為次大值中心，為4次；憑祥從未出現(xiàn)過鋒面雨團(tuán)。

由圖1可以看出：柳城、柳州未出現(xiàn)過西路冷空氣型鋒面雨團(tuán)，但柳城出現(xiàn)中路和東路冷空氣型鋒面雨團(tuán)的頻數(shù)多，尤其是中路的雨團(tuán)多達(dá)3次；都安未出現(xiàn)過東路冷空氣型鋒面雨團(tuán)，但出現(xiàn)3次西路冷空氣型鋒面雨團(tuán)；西林和鳳山僅出現(xiàn)過1次西路冷空氣型鋒面雨團(tuán)，興安、全州和隆安僅出現(xiàn)2次中路冷空氣型鋒面雨團(tuán)，龍勝僅出現(xiàn)過1次中路冷空氣型鋒面雨團(tuán)，其他種類雨團(tuán)未出現(xiàn)過。

暖區(qū)雨團(tuán)共出現(xiàn)了599個(表1)。在14次過程中，全區(qū)除巴馬外，均有暖區(qū)雨團(tuán)出現(xiàn)過(圖2)。它出現(xiàn)的最大頻數(shù)為5，以興安為中心。次大頻數(shù)(4)中心有4個，分布在桂東北和沿海。興安和全州頻數(shù)大值中心受地形地貌影響較大，興安的貓兒山東南側(cè)海拔1 600米自動站出現(xiàn)了5次，全州的咸水鄉(xiāng)石枧水庫出現(xiàn)了4次。

圖2　暖區(qū)雨團(tuán)空間頻數(shù)分布

臺風(fēng)雨團(tuán)中(表1)，臺風(fēng)環(huán)流型雨團(tuán)出現(xiàn)了210個。它出現(xiàn)的最大頻數(shù)為6(圖3a)，以防城為中心；次大頻數(shù)(4)中心有2個，一個分布在十萬大山附近的上思和防城，另一個分布在武鳴大明山。頻數(shù)為0的區(qū)域均在桂北，尤其是柳州、桂林地區(qū)出現(xiàn)臺風(fēng)環(huán)流型雨團(tuán)的次數(shù)很少。

臺風(fēng)環(huán)流與冷空氣結(jié)合型雨團(tuán)出現(xiàn)了151個。它出現(xiàn)的最大頻數(shù)為6(圖3b)，以東興為中心。次大頻數(shù)(5)出現(xiàn)在東興和防城。此種雨團(tuán)的中心主要分布在沿海，而桂西和桂北均很少出現(xiàn)，全區(qū)約有50%的縣市未出現(xiàn)過。

殘渦或西南季風(fēng)型雨團(tuán)出現(xiàn)了232個。它出現(xiàn)的最大頻數(shù)為4(圖3c)，較前兩種雨團(tuán)的頻數(shù)低，出現(xiàn)在欽州和桂平；次大頻數(shù)(3)分布較為分散，出現(xiàn)在田陽、鹿寨、鐘山、蒼梧和憑祥。田陽主要分布在田陽五村鄉(xiāng)惠洞水庫。頻數(shù)為0的區(qū)域主要在河池和桂林。

總之，臺風(fēng)雨團(tuán)共出現(xiàn)了593個。在17次過程中，沿海出現(xiàn)頻次較高(圖3d)，以防城為高值中心，多達(dá)11次，出現(xiàn)在靠近國境邊界的垌中鎮(zhèn)。武鳴是次高值中心，為7次，出現(xiàn)在大明山；河池、柳州和桂林出現(xiàn)次數(shù)很少。由圖3看出，田陽和憑祥出現(xiàn)3次殘渦或西南季風(fēng)型雨團(tuán)，較其他兩種雨團(tuán)出現(xiàn)頻繁。

2.2　雨團(tuán)時間分布特征

首先按不同地域?qū)τ陥F(tuán)的時間變化特征進(jìn)行研究。以北回歸線為界限將廣西劃分為桂北、桂中、桂南三個區(qū)域，≥24.5°N以北的區(qū)域定義為桂北；>23.5°N且<24.5°N的中間區(qū)域定義為桂中；≤23.5°N以南的區(qū)域定義為桂南。同時將每日24 h分成4個時段，即：上午(7-12時)、下午(13-18時)、前半夜(19-24時)、后半夜(1-6時)。統(tǒng)計各類型雨團(tuán)在不同地域4個時段中的出現(xiàn)頻率，以反映該地域最容易出現(xiàn)該類型雨團(tuán)的時段，得出雨團(tuán)的時間分布特征。

鋒面雨團(tuán)中，各種雨團(tuán)的出現(xiàn)頻率地域之間日變化特征差異較明顯。西路冷空氣型雨團(tuán)(圖4a)桂北在后半夜最大，為37%；下午至前半夜較低，為18%。桂中在上午最高，為31%；下午最低，為16%。桂南在白天(上午至下午)最大，為31%；前半夜最低，為16%。

中路冷空氣型雨團(tuán)(圖4b)，桂北在前半夜最大，為41%；下午最低，為4%。桂中在后半夜最大，為47%；下午最低，為9%。桂南在白天較大，約為31%；夜間較低，約為20%。

將東路冷空氣型雨團(tuán)(圖4c)，桂北的日變化較明顯，在后半夜最大，為50%,下午最低，為5%。桂中也是在后半夜最大，為37%,下午最低，約為15%。桂南則是在上午較大，為33%，前半夜最低，為13%。

總體來講，鋒面雨團(tuán)其日變化特征較明顯，多出現(xiàn)在后半夜至上午(圖略)。在后半夜至上午出現(xiàn)頻率較高，約為60%，尤其是后半夜，高達(dá)31%。在下午至前半夜出現(xiàn)頻率較低，為40%，尤其是下午，低達(dá)19%。從圖4d可以看出，桂北和桂中雨團(tuán)出現(xiàn)時段的日變化特征較桂南明顯，均是在后半夜最大，約為38%，下午最低，為11%左右。在桂南則是白天較大，為62%，前半夜最低，為17%。

暖區(qū)雨團(tuán)沒有明顯的日變化特征，全區(qū)雨團(tuán)出現(xiàn)頻率的日變化特征均不明顯(圖略)，但白天較夜間出現(xiàn)的頻率高一些，為54%，夜間為46%，而且前半夜最低，為22%。對于分區(qū)域統(tǒng)計(圖5)，桂北暖區(qū)雨團(tuán)出現(xiàn)的頻率在后半夜最大，為33%,前半夜最低，為19%。桂中暖區(qū)雨團(tuán)出現(xiàn)的頻率在前半夜最大，為33%，后半夜最低，為18%。而桂南則是在下午最大，為33%，前半夜最低，為16%。

圖3　臺風(fēng)雨團(tuán)空間頻數(shù)分布

圖4　鋒面雨團(tuán)區(qū)域時間頻率圖

臺風(fēng)雨團(tuán)中，各種雨團(tuán)的出現(xiàn)頻率地域之間日變化特征差異較明顯。對于臺風(fēng)環(huán)流型雨團(tuán)(圖6a)，桂北日變化特征較明顯，在前半夜最大，為55%，而后半夜至上午無雨團(tuán)出現(xiàn)。桂中的出現(xiàn)頻率在下午最大，為55%。桂南的日變化特征不明顯，基本變化不大。

圖5　暖區(qū)雨團(tuán)區(qū)域時間頻率圖

圖6　臺風(fēng)雨團(tuán)區(qū)域時間頻率圖

臺風(fēng)環(huán)流與冷空氣結(jié)合型雨團(tuán)(圖6b)，桂北、桂中日變化較明顯，尤其是桂北，后半夜高達(dá)75%，而白天(上午至下午)無雨團(tuán)。桂中則是前半夜最高，為56%；下午最低，為6%。桂南日變化特征不明顯，基本變化不大。

殘渦或西南季風(fēng)型雨團(tuán)(圖6c)，桂北日變化特征較明顯，上午高達(dá)50%，而下午無雨團(tuán)。桂中、桂南的日變化特征雖不明顯，但桂中在夜間(前半夜至后半夜)相對高一些，桂南則在下午至前半夜相對高一些，均為57%左右。

總而言之，臺風(fēng)雨團(tuán)沒有明顯的日變化特征，但多出現(xiàn)在下午至前半夜(圖略),為54%。前半夜出現(xiàn)頻率最高為28%，上午出現(xiàn)頻率最低，為22%。由圖6d可知，桂北日變化特征最明顯，桂中次之，桂南不明顯。桂北前半夜出現(xiàn)頻率最多，為37%，而下午最低，為12%；桂中多出現(xiàn)在下午至前半夜，出現(xiàn)頻率達(dá)62%；桂南差別不大。

3總結(jié)與討論

總結(jié)出廣西暴雨過程中不同類型雨團(tuán)的時空分布特征，結(jié)論如下所示。

(1)鋒面雨團(tuán)，主要分布在桂林、柳州、河池等地。其中恭城縣龍虎鄉(xiāng)是出現(xiàn)雨團(tuán)次數(shù)最多的中心；融水、巴馬、都安為次大值中心；憑祥從未出現(xiàn)過雨團(tuán)。柳城、柳州未出現(xiàn)過西路冷空氣型鋒面雨團(tuán)，都安未出現(xiàn)過東路冷空氣型鋒面雨團(tuán)。暖區(qū)雨團(tuán)，全區(qū)除巴馬外，均有暖區(qū)雨團(tuán)出現(xiàn)過。它出現(xiàn)的最大頻數(shù)以興安為中心。次大頻數(shù)中心有4個，分布在桂東北和沿海。興安和全州頻數(shù)大值中心受地形地貌影響較大，分別在興安的貓兒山東南側(cè)海拔1 600 m和全州的咸水鄉(xiāng)石枧水庫。從鋒面雨團(tuán)和暖區(qū)雨團(tuán)對比來看，不同地域?qū)深愑陥F(tuán)出現(xiàn)的敏感程度不同。例如，恭城雖然是出現(xiàn)鋒面雨團(tuán)次數(shù)最多的中心，但很少出現(xiàn)暖區(qū)雨團(tuán)。興安、全州、柳江、鐘山、欽州、防城、合浦和東興是出現(xiàn)暖區(qū)雨團(tuán)次數(shù)較鋒面雨團(tuán)多的中心。富川、北海、陸川、南寧、天等是出現(xiàn)鋒面雨團(tuán)次數(shù)較暖區(qū)雨團(tuán)多的中心。巴馬未出現(xiàn)過暖區(qū)雨團(tuán)，但出現(xiàn)鋒面雨團(tuán)次數(shù)較多；憑祥從未出現(xiàn)過鋒面雨團(tuán)，但出現(xiàn)暖區(qū)雨團(tuán)次數(shù)較多。

(2)臺風(fēng)雨團(tuán)，沿海出現(xiàn)頻次較高，以防城為高值中心，出現(xiàn)在靠近國境邊界的垌中鎮(zhèn)。武鳴是次高值中心，出現(xiàn)在大明山。河池、柳州和桂林出現(xiàn)次數(shù)很少。田陽和憑祥出現(xiàn)3次殘渦或西南季風(fēng)型雨團(tuán)，較其他兩種雨團(tuán)出現(xiàn)頻繁。

(3)鋒面雨團(tuán)多出現(xiàn)在后半夜至上午。其中桂北、桂中在后半夜而桂南在白天出現(xiàn)頻率高；暖區(qū)雨團(tuán)多出現(xiàn)在白天，其中桂南、桂中、桂北分別在下午、前半夜、后半夜出現(xiàn)頻率高；臺風(fēng)雨團(tuán)多出現(xiàn)在下午至前半夜，其中桂北在前半夜、桂中在下午至前半夜出現(xiàn)頻率高，桂南差別不大。

由短歷時強(qiáng)降水(雨團(tuán))造成的嚴(yán)重洪澇災(zāi)害已屢見不鮮，所以對其預(yù)報是當(dāng)前精細(xì)化天氣預(yù)報的一個新興領(lǐng)域。 此文的結(jié)論對短歷時強(qiáng)降水的短時臨近預(yù)報提供了氣候背景和技術(shù)支撐，對短臨預(yù)報有一定參考意義，同時也為暴雨預(yù)警信號的發(fā)布提供了一定的技術(shù)指導(dǎo)。需要指出的是本文的結(jié)論還是比較初步的，有關(guān)雨團(tuán)時空分布特征的深入研究今后將作進(jìn)一步探討。

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Temporal and Spatial Distributions of Rain Cluster about the Rainstorm Process in Guangxi

Liu Xiaomei, Liu Guozhong and Zhao Jinbiao

(GuangxiMeteorologicalObservatory,Nanning530022,China)

Abstract:Using conventional observation, radar and automatic station data, the definition, classification and the temporal and spatial distributions characteristics of the rain cluster in recent 3 years in the rainstorm process in Guangxi are studied, the results show that: ① Rain cluster is divided into three types: frontal rain cluster, warm region rain cluster and typhoon rain cluster. ② The frequency regions of the frontal rain cluster are mainly distributed in the Guilin, Liuzhou, Hechi. Long Hu town in Gong Cheng county is the rain cluster center appeared the most times; The warm region rain cluster, which is more effected by topography, mainly distributes in the mountain areas and reservoir in Northeast and the southern coastal region of Guangxi. The maximum frequency appears at Maoer Mountain in Xing An country. The typhoon rain cluster also is more affected by terrain and landform. Higher frequency appears in the southern coastal region of Guangxi. Fang Cheng region is the higher center. The maximum appears at the Dong Zhong town. Da Ming Mountain in Wu Ming country is the second largest value center. ③ The frontal rain cluster more appears after midnight to morning. The northern and middle areas of Guangxi after midnight and south areas in the daytime appear in high frequency. The warm region rain cluster more appears during the daytime. The southern, middle and northern of Guangxi respectively in the afternoon, before midnight and after midnight appear in high frequency. The typhoon rain cluster more appear in the afternoon to night. The northern and middle of Guangxi respectively before midnight and in the afternoon to before midnight appear in high frequency. There is little difference in southern Guangxi.

Key words:rainstorn; rain cluster; temporal and spatial distribution; frequency; Guangxi

作者簡介：劉曉梅(1975-)，女，甘肅武威人，碩士，工程師，主要從事短時臨近天氣預(yù)報研究工作. E-mail： lxmlxme@163.com

基金項目：中國氣象局華南區(qū)域氣象中心科技攻關(guān)項目(GRMC2014M13)；國家衛(wèi)星氣象中心項目(201401KY002/02-3)；廣西自然科學(xué)基金項目(2011GXNSFA018011)

收稿日期：2015-05-04修回日期：2015-06-08

中圖分類號：P458.2；X43

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1000-811X(2016)01-0039-06

doi:10.3969/j.issn.1000-811X.2016.01.009