福建省暴雨日數時空特征及相關環流形勢分析

林珠應 辛 欣 黃 欣 林麗萱

(1.福州市長樂區氣象局，福建 福州 350200；2.寧波市鄞州區氣象局，浙江 寧波 315000)

福建是我國暴雨高頻區之一，常因暴雨導致嚴重洪澇、泥石流、滑坡和城市內澇等災害發生[1-5]。在不同天氣系統影響下，暴雨的觸發機制不同，強降水的持續時間、強度、落區都存在差異[6-8]。福建省位于我國東南沿海，西面環山，東面靠海，處于中緯度西風帶和熱帶東風帶之間，暴雨成因復雜[9]。本文著重分析福建省多年暴雨日數的時空分布特征，同時分析暴雨日數偏多時的環流形勢特征，為福建省暴雨預報提供思路。

1 資料和方法

1.1 研究資料

資料選取福建省67個臺站1981—2015 年共35a 的暴雨日數據(其站點空間分布如圖3a所示)，以及歐洲中心(ECMWF)ERA-Interim逐月再分析資料(0.5°× 0.5°)的高空探測逐日資料。另外將24h降水量為50mm或以上的雨稱為“暴雨”，按其降水強度大小又分為三個等級，即50～99.9mm稱“暴雨”,100～200mm以下為“大暴雨”，200mm以上稱“特大暴雨”[10]。

1.2 研究方法

整理統計臺站暴雨日數據資料，在消除臺站遷移、經過均一性檢查和嚴格質量控制基礎上，分析福建省多年暴雨日數時空分布特征。采用合成分析方法，將福建暴雨日數作全省區域平均，標準化后時間系數中大于0.85倍標準差作為暴雨日數異常偏多年(有6a，分別是1990年、1992年、2000年、2005年、2006年和2014年)，低于-0.85倍標準差作為暴雨日數異常偏少年(有7a，分別是1982年、1987年、1991年、1993年、2003年、2004年和2011年)，并分別合成異常偏多偏少年的環流場，進而探討相聯系的環流形勢。

2 暴雨日數分布特征

2.1 暴雨日數月變化

福建省暴雨在全年都有發生，主要出現在5～9月。從35a月平均暴雨日數來看(圖1a)，1月最少，從1月開始逐漸增加，6月達全年最多(為66天)，7月略有下降，8月又再次增加，9月起逐漸減少；春夏兩季偏多，秋季次之，冬季偏少。而從大暴雨日數各月分布情況(圖1b)可以發現，冬季(12月、1月和2月)大暴雨鮮有發生，3月開始逐漸增多；其分布情況與月平均暴雨日數相類似，6月達到全年峰值，平均每年大暴雨日數達到15次左右。特大暴雨只發生在4～10月(圖1c)，從4月起，特大暴雨日數逐月增加，于8月達到峰值，隨著秋冬季的到來則逐漸減少。綜上所述，福建省暴雨主要集中在5～6月的雨季以及7～9月的臺風季，秋冬季節的暴雨日數則相對偏少。

(a)暴雨日數分布

2.2 暴雨日數年(代)際變化

為了進一步探討福建省暴雨日數年(代)際變化，對逐年暴雨日數進行了7點滑動平均(圖2)，表明福建省暴雨、大暴雨、特大暴雨日數均具有顯著的年際、年代際變化特征。近35a平均每年全省各臺站累計暴雨日數為309天(圖2a)。從暴雨日數變化趨勢來看，上世紀80年代到90年代中期，全省暴雨日數呈現緩慢增長態勢，90年代后期到2000年，暴雨日數逐年顯著增加，并在2000年達到峰值，全省累計434天暴雨。2000年以后暴雨日數略微下降，暴雨日數上下起伏較頻繁且波動振幅較大(2003年為最小值，185天；2006年達到最大值，477天)。

從圖2b可見，全省平均每年發生大暴雨日數為57天。上世紀80年代，全省大暴雨日數較往年平均顯著偏少，1987年全年大暴雨日數為近35a最小值， 21天。1987—2006年，逐年大暴雨日數開始呈現增長趨勢，2006年達到峰值，116天。2006年以后，暴雨日數開始逐年減少，2011年以后再次增加，但是變化起伏并不是很明顯。

全省平均每年發生特大暴雨日數為1.6天(圖2c)。上世紀80年代,全省特大暴雨日數偏少，90年代特大暴雨日數開始增加，到2005年達到峰值(7天)。2005年以后，全省特大暴雨日數呈現下滑趨勢，一直到2015年開始有所增加。

綜上，上世紀80年代福建省暴雨、大暴雨及特大暴雨日數總體偏少，且逐年變化并不明顯。20世紀90年代-21世紀初始，福建省暴雨、大暴雨及特大暴雨日數均呈現增長趨勢，逐年變化也較為明顯。2005-2006年，全省暴雨、大暴雨及特大暴雨日數達到歷年最大，2006年后期又開始回落。

(a)暴雨日數變化

2.3 暴雨日數空間分布

統計1981—2015年福建省各市縣暴雨日數據，得到全省年平均暴雨日數為4.6天，大暴雨日數0.85天，特大暴雨日數0.02天。暴雨日數分布(圖3b)較多的地區是閩西北南平，三明、閩南漳州一帶以及閩東北(寧德)一帶，內陸地區暴雨日數較沿海地區會偏多一點，在閩中東部(福州、莆田)等地分布略微偏少。大暴雨日數(圖3c)主要分布在沿海及閩西北(南平)地區，內陸較沿海地區分布較少。特大暴雨(圖3d)主要集中在閩東北(寧德)等地，其余地區分布較少。暴雨的分布不均與福建地區地形等因素息息相關(圖3a)，閩西、閩中兩大山帶對暴雨中心形成，提供了有利的地形動力條件。閩西北暴雨頻發主要是雨季鋒面所致，而東部沿海地區除了雨季鋒面系統影響外與臺風也有密切關系[9]。

圖3 1981—2015年福建省67個臺站(a)、暴雨日數(b)、大暴雨日數(c)、特大暴雨日數(d)空間分布圖

3 暴雨環流形勢分析

福建省暴雨主要集中在春、夏兩季，也就是3～9月居多。對暴雨時間序列和200hPa緯向風場做異常合成分析(本文合成結果為正異常-負異常事件，見圖4a)：當福建省暴雨日數顯著偏多的時候，副熱帶西風急流南壓，急流主體偏南(打點區域通過90%顯著性檢驗)。福建省位于高空急流入口區南側，高空緯向風速加快，由于受到急流影響，急流南側高空輻散加強，進而南側出現上升氣流。低層大氣會隨之發生質量調整，產生與高層相反的輻合區和氣流，從而產生對產生暴雨有利的環流形勢。因此，西風急流南壓，高空輻散加強對福建省暴雨日數增多有一定的影響，杜銀等[11]也有相類似的結論，急流主體偏南，造成我國東部“南澇北旱”的降水格局。

暴雨時間序列和500hPa高度場的合成分析結果見圖4b。當福建省暴雨日數顯著偏多的時候，中高緯度地區由南向北呈現“低高低”的大環流形勢，高壓中心主要位于白令海峽一帶，在其以南太平洋上為低壓。在大陸上，我國西北部內陸地區基本為高壓區域，在福建省上空則被較為顯著的低壓環流所控制。結合850hPa高度場(圖4c)來看，其分布與500hPa高度場相類似，中高緯地區呈現“負正負”的環流形勢，且福建省被低壓環流所控制。配合700hPa風場的合成結果(圖4c)，白令海峽一帶為顯著反氣旋性渦旋，相對應的，在太平洋160°E以東的洋面上為顯著的氣旋性渦旋中心。福建至臺灣島一帶為較明顯的氣旋性渦旋輻合中心，渦旋東部偏東氣流將西太平洋水汽源不斷向福建輸送，水汽充足，為暴雨的產生提供必要的水汽條件。

圖4 福建省暴雨異常時期合成的200hPa緯向風場(a)、500hPa高度場(b)、850hPa高度場和700hPa風場(c)異常分布型(正異常-負異常)(打點區域為通過90%顯著性檢驗)

綜上所述，西風急流南壓，高空輻散加強，中低層渦旋配合高層強輻散場，高層輻散抽吸作用進而導致低層輻合和上升運動的增強，既有利于低層渦旋環流的維持，又有利于中尺度對流云團的發生發展，再加上渦旋東部偏東氣流源源不斷的水汽輸送，從而導致暴雨增多。

4 結論

福建省暴雨主要集中在5～6月的雨季以及7～9月的臺風季，秋冬季節暴雨日數相對偏少；上世紀80年代福建省暴雨、大暴雨及特大暴雨日數總體偏少，而到了20世紀90年代至21世紀初始，則呈現增長趨勢，逐年變化也越發明顯，2005—2006年，全省暴雨、大暴雨及特大暴雨日數達到峰值，隨后又開始回落。

暴雨日數較多的地區在閩西北、閩南以及閩東北一帶，在閩中東部地區分布略微偏少。

環流形勢場上，西風急流南壓，中低層渦旋配合高層強輻散場，有利于低層渦旋環流的維持及中尺度對流云團的發生發展，再加上渦旋東部偏東氣流源源不斷的水汽輸送，從而導致暴雨的增多。