2009—2016年阜新地區(qū)短時(shí)暴雨特征分析

張丹梅

摘要：利用2009-2016年阜新地區(qū)61個(gè)自動(dòng)站逐小時(shí)降水資料，分析阜新地區(qū)短時(shí)暴雨的時(shí)空、強(qiáng)度分布和雨型特征。結(jié)果表明，阜新地區(qū)短時(shí)暴雨以3年為一周期呈現(xiàn)一年高兩年平的年變化趨勢(shì)，月變化呈夏季多發(fā)性，日變化呈傍晚高發(fā)。強(qiáng)度變化主要集中在20 mm≤RR（降水量）<30 mm，降水量級(jí)越高，所占比例越低。空間分布呈現(xiàn)以阜新市和彰武縣為中心向郊區(qū)逐漸遞減的環(huán)狀分布，城郊差異明顯。副高西北部和高空渦是造成阜新地區(qū)短時(shí)暴雨的主要天氣型。

關(guān)鍵詞：阜新地區(qū)；短時(shí)暴雨；特征分析

中圖分類號(hào)：P468.1/.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2017）24-4762-04

近年來(lái)，在全球變暖背景下極端氣候事件的變化已引起社會(huì)各界的廣泛關(guān)注，IPCC第四次科學(xué)評(píng)估指出，隨著全球的變暖，極端氣溫和強(qiáng)降水等極端事件的發(fā)生將更頻繁[1]。阜新地區(qū)短時(shí)暴雨頻發(fā)，導(dǎo)致城市內(nèi)澇、農(nóng)田漬澇和山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害，給人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)造成了巨大的損失。2013年7月15日阜新大部分地區(qū)出現(xiàn)暴雨，局部大暴雨，全市受災(zāi)人口69 183人，倒塌房屋166戶480間，受災(zāi)農(nóng)作物61 998 hm?，絕收面積12 931 hm?，直接經(jīng)濟(jì)損失27 698.2萬(wàn)元，因洪水死亡4人。2016年7月28-29日阜新地區(qū)出現(xiàn)雷陣雨，降水分布不均，部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)暴雨，致彰武縣9個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)受災(zāi)，道路、橋涵、民房、農(nóng)作物受損嚴(yán)重，造成直接經(jīng)濟(jì)損失約787.9萬(wàn)元，涉及受災(zāi)人口約2 226人。多年來(lái)，氣象專家對(duì)不同地區(qū)的暴雨形成機(jī)制進(jìn)行了大量研究，在暴雨強(qiáng)度、落區(qū)預(yù)報(bào)方面總結(jié)了許多寶貴的經(jīng)驗(yàn)[2-10]，有專家分析了降水量的時(shí)間、空間分布特征，發(fā)現(xiàn)降水日數(shù)與降水量的正相關(guān)關(guān)系逐漸減弱，降水日數(shù)對(duì)降水總量的貢獻(xiàn)減少，表明極端降水時(shí)間發(fā)生概率增加[11-16]。陳傳雷等[17]利用1962-2008年強(qiáng)對(duì)流天氣觀測(cè)資料，對(duì)短時(shí)強(qiáng)降雨特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)遼寧短時(shí)強(qiáng)降雨自西向東逐漸增加，主要出現(xiàn)在6-8月，7-8月為多發(fā)期，每個(gè)時(shí)次均有可能出現(xiàn)，以21：00-22：00出現(xiàn)次數(shù)最多。周曉宇等[18]利用1961-2012年遼寧省52個(gè)氣象站降水資料，分析了遼寧省降水強(qiáng)度的變化特征，表明遼寧省近52年極端降水強(qiáng)度增加，發(fā)生洪澇的概率有所增大。顧問(wèn)等[19]利用1981-2013年上海地區(qū)11個(gè)基本氣象站逐小時(shí)降水資料，分析了上海地區(qū)強(qiáng)降水事件的特征，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)降水事件發(fā)生頻次的空間分布反映了明顯的城市雨島特征。何晗等[20]利用全國(guó)加密自動(dòng)站觀測(cè)資料，對(duì)2009-2013年4-9月研究范圍內(nèi)的逐小時(shí)雨量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水天氣的月變化特征與東亞季風(fēng)的推進(jìn)有關(guān)，7月短時(shí)強(qiáng)降水的發(fā)生最為頻繁。本研究利用2009-2016年阜新地區(qū)61個(gè)自動(dòng)站逐小時(shí)降水資料對(duì)阜新地區(qū)短時(shí)暴雨的時(shí)空分布特征及雨型進(jìn)行詳細(xì)分析，以期為阜新地區(qū)短時(shí)暴雨災(zāi)害防御提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

選取阜新地區(qū)2個(gè)常規(guī)自動(dòng)站和59個(gè)加密自動(dòng)站（阜新縣站和彰武縣站）2009-2016年共8年的1 h降水量作為研究資料，統(tǒng)計(jì)分析阜新地區(qū)的短時(shí)暴雨氣候變化規(guī)律。選取1 h降水量大于或等于20 mm作為短時(shí)暴雨指標(biāo)，2009-2016年阜新地區(qū)共出現(xiàn)短時(shí)暴雨736站次。

2 結(jié)果與分析

2.1 短時(shí)暴雨的時(shí)間變化

由2009-2016年阜新地區(qū)短時(shí)暴雨發(fā)生頻次的年變化可知（圖1a），8年阜新地區(qū)61個(gè)自動(dòng)站共發(fā)生短時(shí)暴雨736站次，年平均92站次，2010年達(dá)最大值145站次，2016年達(dá)次峰值132站次，再其次是2013年126站次，短時(shí)暴雨發(fā)生頻次總體上以3年為一周期，呈一年高兩年平的變化趨勢(shì)。2009-2016年阜新地區(qū)持續(xù)時(shí)間6 h以下的短時(shí)暴雨共發(fā)生506站次，占短時(shí)暴雨總數(shù)的68.8%，年變化趨勢(shì)不顯著，持續(xù)時(shí)間6 h以上的短時(shí)暴雨共發(fā)生230站次，占短時(shí)暴雨總數(shù)的31.2%，且均發(fā)生在3個(gè)峰值年。由此可見(jiàn)，阜新地區(qū)短時(shí)暴雨主要是由持續(xù)時(shí)間≤6 h的短時(shí)暴雨造成的，但增加是由持續(xù)時(shí)間 >6 h以上的短時(shí)暴雨造成。

由2009-2016年阜新地區(qū)短時(shí)暴雨發(fā)生頻次的月變化（圖1b）可知，全區(qū)短時(shí)暴雨主要發(fā)生在6-8月。其中，7月出現(xiàn)最多，為398站次，占總次數(shù)的54.1%；8月次之，為224站次，占總次數(shù)的30.4%； 6月有所減少，為85站次，占總次數(shù)的11.5%。5、9、10月分別出現(xiàn)8、17、4站次，1-4、11-12月未出現(xiàn)短時(shí)暴雨。表明短時(shí)暴雨呈夏季多發(fā)性。持續(xù)時(shí)間 6 h以下的短時(shí)暴雨月變化極不均衡，也呈現(xiàn)夏季多發(fā)性，持續(xù)時(shí)間6 h以上的短時(shí)暴雨僅出現(xiàn)在7和8月，夏季多發(fā)性更明顯。

由2009-2016年阜新地區(qū)短時(shí)暴雨發(fā)生頻次的日變化（圖1c）可知，午后至夜晚（12：00-22：00）這個(gè)時(shí)段內(nèi)發(fā)生短時(shí)暴雨的站次最多，峰值出現(xiàn)在17：00，呈傍晚多發(fā)性。持續(xù)時(shí)間6 h以下的短時(shí)暴雨出現(xiàn)的高峰期為14：00-18：00，低谷期為1：00和5：00-7：00，持續(xù)時(shí)間6 h以上的短時(shí)暴雨呈跳躍性變化，特征不明顯。6 h以下的短時(shí)暴雨發(fā)生頻次的日變化呈單峰型，有明顯的日變化特征，其峰值略滯后于日最高氣溫出現(xiàn)的時(shí)刻，表明持續(xù)時(shí)間6 h以下短時(shí)暴雨的發(fā)生與午后的熱力條件有關(guān)。午后下墊面吸收太陽(yáng)輻射，地面增溫明顯，常在近地面形成下暖上冷的不穩(wěn)定層結(jié)，動(dòng)力和熱力抬升使得不穩(wěn)定能量觸發(fā)和釋放，如配合豐富的水氣條件，極易出現(xiàn)短時(shí)暴雨。持續(xù)時(shí)間6 h以上短時(shí)暴雨的發(fā)展和移動(dòng)受到大尺度環(huán)境場(chǎng)的制約，因此無(wú)明顯的日變化特征。

2.2 短時(shí)暴雨的強(qiáng)度變化

由2009-2016年阜新地區(qū)發(fā)生頻次的降水強(qiáng)度年變化（圖2a）可知，20 mm≤RR（降水量）<30 mm共發(fā)生490站次，占短時(shí)暴雨總數(shù)的66.6%，30 mm≤RR<50 mm共發(fā)生212站次，占短時(shí)暴雨總數(shù)的28.8%，RR≥50 mm共發(fā)生34站次，占短時(shí)暴雨總數(shù)的4.6%，20 mm≤RR<30 mm和30 mm≤RR<50 mm發(fā)生次數(shù)的年變化呈緩慢上升趨勢(shì)，RR≥50 mm發(fā)生次數(shù)的年變化趨勢(shì)不明顯。由此可見(jiàn)，阜新地區(qū)短時(shí)暴雨降水量主要集中在20 mm≤RR<30 mm，其次是30 mm≤RR<50 mm，RR≥50 mm較少。從各月不同強(qiáng)度短時(shí)暴雨降水量所占的比例來(lái)看，20 mm≤RR<30 mm均為最多，主要集中在6、7、8月，降水量級(jí)越高，所占比例越低（圖2b）。endprint

2.3 短時(shí)暴雨的空間分布

由2009-2016年阜新地區(qū)短時(shí)暴雨發(fā)生頻次的空間分布（圖3a）可知，彰武縣的東南是短時(shí)暴雨高發(fā)區(qū)，其次是阜新縣西南和阜新市，彰武縣的高發(fā)中心在彰武站，達(dá)22次，阜新縣的高發(fā)中心在阜新鎮(zhèn)和國(guó)華鄉(xiāng)，達(dá)16次，呈現(xiàn)以阜新鎮(zhèn)和彰武縣為中心向郊區(qū)逐漸遞減的環(huán)狀分布，城郊差異明顯。阜新地區(qū)6 h以下的短時(shí)暴雨主要出現(xiàn)在阜新縣的西部、彰武縣的北部、東部、南部的個(gè)別站點(diǎn)，以及阜新市附近，有26個(gè)自動(dòng)站為0（圖3b）。6 h以上的短時(shí)暴雨主要出現(xiàn)在彰武縣縣站附近及東北部、阜新縣西南及阜彰兩縣交界處（圖3c）。表明阜新市和阜新縣城附近短時(shí)暴雨的高發(fā)是6 h以下的短時(shí)暴雨造成的，而彰武縣城附近短時(shí)暴雨的高發(fā)是6 h以上的短時(shí)暴雨造成的。

2.4 不同天氣型短時(shí)暴雨特征

本研究將8年來(lái)阜新地區(qū)短時(shí)暴雨按照500 hPa天氣形勢(shì)歸納為5類，分別為副高西北部、高空槽、高空渦、橫槽、高空偏北氣流，如表1所示，在此基礎(chǔ)上分析各類天氣型短時(shí)暴雨的特征。

1）副高西北部。副熱帶高壓明顯西伸北抬，西南氣流明顯加強(qiáng)，阜新處于副熱帶高壓580～588線的控制區(qū)域，500 hPa存在高空槽，700～925 hPa均配合有低槽或者切變線，發(fā)生短時(shí)暴雨當(dāng)日8：00，500 hPa高空槽位于38°-50°N、110°-120°E的區(qū)域內(nèi)，通遼、赤峰站均為12 m/s以上的西南風(fēng)，但是通遼站比赤峰站風(fēng)速大4 m/s以上，700～925 hPa在阜新地區(qū)上空配合有槽前暖舌或西南氣流，少數(shù)雖然沒(méi)有明顯槽區(qū)，但配合有切變線。錦州至沈陽(yáng)三層均處在12 m/s以上，甚至16 m/s以上的西南急流中，錦州或沈陽(yáng)有一個(gè)站西南風(fēng)速達(dá)到12 m/s以上，且比周?chē)L(fēng)速明顯偏大。地面阜新處于低壓冷鋒的尾部或者倒槽的頂部。副高西北部是造成阜新地區(qū)短時(shí)暴雨最主要的天氣型，近8年共發(fā)生272站次，占短時(shí)暴雨發(fā)生總天氣型的36.96%。副高西北部只出現(xiàn)在7、8月，以7月最多，7月中旬至8月下旬，副熱帶高壓達(dá)到最北位置，脊線維持在30°-35°N，雨帶隨之北移，華北北部、東北地區(qū)進(jìn)入雨季。

2）高空槽。500 hPa副熱帶高壓588線北界在30°N以南，阜新處在568～578線的控制范圍內(nèi)。500 hPa存在高空槽，700～925 hPa均配合有低渦，發(fā)生短時(shí)暴雨當(dāng)日8：00，500 hPa高空槽位于35°-55°N，110°-120°E的區(qū)域內(nèi)，通遼、赤峰站為10 m/s以上的西南風(fēng)，兩站風(fēng)速相差4 m/s以上，700～925 hPa在阜新地區(qū)上空配合有渦底槽前暖舌。錦州至沈陽(yáng)三層均處在12 m/s以上，甚至20 m/s以上的西南急流中。地面阜新處于冷鋒前部或者暖鋒前部。高空槽是造成阜新地區(qū)短時(shí)暴雨的第三大天氣型，近8年共發(fā)生112站次，占短時(shí)暴雨發(fā)生總天氣型的15.22%。主要出現(xiàn)在7-8月，其中以8月出現(xiàn)最多。

3）高空渦。500 hPa副熱帶高壓588線北界在35°N以南，阜新處在副熱帶高壓564～576線的控制范圍內(nèi)。500～925 hPa均有閉合低中心或者氣旋性環(huán)流中心，并配合有冷溫度槽，發(fā)生短時(shí)暴雨當(dāng)日8：00，500 hPa低渦中心或者氣旋性環(huán)流中心位于43°-48°N、120°-124°E的區(qū)域內(nèi)，赤峰站為12 m/s以上的北風(fēng)或西北風(fēng)，850～925 hPa在阜新地區(qū)上空為渦內(nèi)暖舌或渦底暖舌，有的雖然沒(méi)有暖舌，但均配合有西南氣流，錦州至沈陽(yáng)在8 m/s以上的急流中，風(fēng)速常在12 m/s以上，且錦州或沈陽(yáng)較周?chē)貐^(qū)西南風(fēng)速明顯偏大。地面阜新處于低壓冷鋒前部或暖鋒后部。高空渦是造成阜新地區(qū)短時(shí)暴雨的第二大天氣型，近8年共發(fā)生239站次，占短時(shí)暴雨發(fā)生總天氣型的32.47%。主要出現(xiàn)在6-8月，其中以7月出現(xiàn)最多，7月冷渦活動(dòng)最為頻繁，西太平洋副熱帶高壓發(fā)生第二次季節(jié)性北跳，東南季風(fēng)和西南季風(fēng)源源不斷帶來(lái)暖濕氣流，水氣充足，只要有觸發(fā)條件就有可能產(chǎn)生短時(shí)暴雨。

4）橫槽。此類暴雨比較典型的天氣形勢(shì)特征為500 hPa副熱帶高壓588線北界在32°N以南，阜新處在副熱帶高壓564～578線的控制范圍內(nèi)。500 hPa有橫槽或者橫切變，700～925 hPa有橫槽或橫切變相配合，且位置和走向與500 hPa基本一致。發(fā)生短時(shí)暴雨當(dāng)日8：00，500 hPa橫槽或橫切變槽位于42°-47°N、115°-125°E的區(qū)域內(nèi)，700～925 hPa在阜新地區(qū)上空配合有冷性切變線，切變線前后冷暖平流較弱。地面阜新處于橫切變線南部或者倒槽的頂部。橫槽最少，主要出現(xiàn)在7月，近8年共53站次，占短時(shí)暴雨發(fā)生總天氣型的7.20%。

5）高空偏北氣流。500 hPa系統(tǒng)移動(dòng)快，在發(fā)生短時(shí)暴雨當(dāng)日500 hPa渦（或槽）已經(jīng)移出遼寧，因而本區(qū)上空為脊前或渦（或槽）后偏北氣流控制，低層有低渦、低槽或切變線。脊前或渦（或槽）后偏北氣流里不斷有小股冷空氣滑下來(lái)，在對(duì)流層低層有明顯的西南暖濕氣流，近地面層明顯增溫，500 hPa強(qiáng)冷平流至于低層暖濕空氣之上，大氣層結(jié)極不穩(wěn)定，促使低層暖濕空氣的不穩(wěn)定能量釋放，產(chǎn)生短時(shí)暴雨天氣。高空偏北氣流較少，主要出現(xiàn)在7月，近8年共發(fā)生60站次，占短時(shí)暴雨發(fā)生總天氣型的8.15%。

3 小結(jié)與討論

1）2009-2016年阜新地區(qū)短時(shí)暴雨共發(fā)生736站次，總體是以3年為一周期，呈現(xiàn)一年高兩年平的變化趨勢(shì)，主要是由持續(xù)時(shí)間6 h以下的短時(shí)暴雨造成的，但增加是由持續(xù)時(shí)間6 h以上的短時(shí)暴雨造成。月變化呈夏季多發(fā)態(tài)勢(shì)，日變化呈傍晚高發(fā)態(tài)勢(shì)。

2）阜新地區(qū)短時(shí)暴雨降水量主要集中在20 mm≤RR<30 mm，其次是30 mm≤RR<50 mm，RR≥50 mm較少。從各月不同強(qiáng)度短時(shí)暴雨降水量所占的比例來(lái)看，20 mm≤RR<30 mm均為最多，主要集中在6、7、8月，降水量級(jí)越高，所占比例越低。endprint

3）阜新地區(qū)短時(shí)暴雨的空間分布，高發(fā)中心有兩個(gè)，一個(gè)在彰武縣站附近，一個(gè)在阜新市中心和阜新鎮(zhèn)附近，呈現(xiàn)以阜新市和彰武縣為中心向郊區(qū)逐漸遞減的環(huán)狀分布，城郊差異明顯。

4）阜新地區(qū)短時(shí)暴雨按照500 hPa天氣形勢(shì)歸納為5類，分別為副高西北部、高空槽、高空渦、橫槽、高空偏北氣流，副高西北部和高空渦是造成阜新地區(qū)短時(shí)暴雨的主要天氣型。

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