基于小時雨量的防城港市短時強降水特征分析

黃春華，黃 瀅，林文樺，莫權芳，劉金裕

(廣西壯族自治區防城港市氣象局，廣西 防城港 538001)

0 引言

防城港市地處廣西南部，屬中低山及丘陵區，其南臨北部灣，境內有十萬大山橫穿，是廣西乃至全國降雨最多的地區之一。受海洋性氣團以及大陸性氣團的影響，降水結構、類型復雜，特別是在季風的影響下，來自海洋的暖濕氣流在十萬大山山前迎風坡抬升，容易成云致雨，而背風坡因空氣下沉，降雨減少，造成山前山后氣候有顯著差異。對于地形對降水的影響，不少學者都做過研究，其中周盈穎等[1]認為喇叭口地形、狹管效應、山谷風環流等地形更容易出現短時強降水，昌立偉等[2]認為異常強的短時強降水出現喇叭口地形附近或迎風坡處。短時強降水是防城港市多發、頻發的災害性天氣之一，本文利用國家氣象站與區域自動站的小時降水數據，結合防城港市地形分析防城港市短時強降水的時空分布特征，初步探討十萬大山地形對降雨的影響，以期找出短時強降水的發生規律，提高業務人員對短時強降水分布特征的認識，從而提高短時臨近預報預警的能力。

1 資料和方法

本文所使用的資料為防城港市自動氣象站2016—2019年的小時雨量數據。在《全國短時臨近天氣業務規定》中，短時強降水的標準為小時雨量≥20mm,每個自動站出現≥20mm/h的雨量即記為1個站次，年平均值則為2016—2019年平均值。同時，按照降水量和降水性質的區別，又將全年分為前汛期(4—6月)、后汛期(7—9月)和非汛期(1—3月和10—12月)。結合地形(圖1)分析防城港市短時強降水的年、月時空分布特征，前汛期、后汛期和非汛期的短時強降水日內變化特征等。

圖1 防城港市地形與氣象站分布

2 結果及分析

2.1 年平均短時強降水頻次分布特征

從圖2可以看出，短時強降水出現的頻次，整體的趨勢是由北向南遞增，以十萬大山為界，十萬大山南北兩側的短時強降水的發生頻次有明顯的差異。

圖2 2016—2019年年平均短時強降水頻次分布(單位：次)

十萬大山北部(以下統稱市北部)短時強降水年平均頻次在4～14次之間，其中有3個低值中心，主要位于上思西北面山脈南側，分別是思陽鎮、鳳凰山、在妙—平福一線。十萬大山南側(以下統稱市南部)的短時強降水的年平均次數在12～36次之間，低值區主要在峒中西側的板典村—天馬嶺一帶、防城港市東南部，高值區位于東興市的東興鎮、江平鎮，防城城區、那梭鎮、那良鎮，港口區的王府街道一帶，其中最大值出現在那良鎮，年平均短時強降水次數達37次。

從防城港市地形與氣象站分布圖(圖1)并結合圖2可以看出，防城港市短時強降水的次數分布和山脈形態有關，十萬大山大致呈東北—西南走向，那良鎮、那梭鎮均處于十萬大山的迎風坡，那良鎮、東興鎮處于喇叭口地形，迎風坡效應和喇叭口效應對于短時強降水的發生頻次有增幅作用[3]。

2.2 月短時強降水頻次分布特征

根據各月影響的天氣系統的不同，短時強降水的時空分布也有明顯的差異。

1—2月，受大陸性氣團的控制，防城港市以偏北風為主，幾乎沒有短時強降水發生，3—4月，隨著大陸性氣團減弱，海洋性氣團逐漸加強，鋒面活動頻繁，在兩種氣團的相互作用下，短時強降水逐漸增多，大值區在那良、大菉—十萬山瑤族鄉、上思東北面。從防城港市地形與氣象站分布圖(圖1)可以看出，上思的西北面，即在妙、七門的北部也存在山脈，當鋒面自北向南移入防城港市時，在一定程度上受山脈的阻擋，位于該山脈南側(背風坡)的在妙、七門一帶的短時強降水比沒有山脈阻擋的上思東北面要少。

5月，主要受低渦、切變線、低槽、鋒面以及西南急流的影響，短時強降水的頻次繼續增加，主要集中在十萬大山西南側的那良、江平一帶。6月，海洋性氣團占主導地位，西南季風的影響使得十萬大山南側的短時強降水的頻次明顯增加，而且分布極為不均勻，呈現絮狀分布。7—8月，主要受熱帶氣旋、熱帶輻合帶、東風波、西南季風槽、副熱帶高壓移動等多因素的影響，短時強降水的發生最為頻繁，分別占全年總次數的27%和24%左右，遠遠超過其它月份。從空間分布看，7月主要是集中在十萬大山南側的大部，8月，集中在十萬大山西南側的那梭、那良、東興鎮一帶。9月，主要受副熱帶高壓移動、熱帶氣旋的影響，但短時強降水的次數已明顯減少，主要分布在峒中、江平一帶，10月，海洋性氣團逐漸減少，大陸性氣團又開始活躍起來，這一階段主要受鋒面、低槽、切變線等的影響，短時強降水的次數繼續減少，但十萬大山南北兩側的短時強降水次數差別不大，主要集中在上思南部和十萬大山西南面。11月，短時強降水主要集中在東興以及防城西北角的十萬山瑤族鄉一帶，12月，冷空氣加強南下，受大陸性氣團控制，幾乎沒有短時強降水發生。

2.3 短時強降水頻次日內變化特征

防城港市的雨季主要是4—9月，通常分為前汛期(4—6月)，主要是鋒面降水和季風降水為主，常表現為雨強大、降雨持續時間短、降水分布不均勻；后汛期(7—9月)，主要是熱帶、副熱帶天氣系統,如臺風、熱帶對流云團、東風波等造成，降水持續時間相對前汛期來說較長， 非汛期(1—3月、10—12月)主要是鋒面系統造成的降水。且由于十萬大山地形的影響，十萬大山南北兩側的短時強降水分布特征差異較大，為了進一步探究防城港市南部和北部短時強降水的日變化特征的差異，分別分析市南部和北部的非汛期、前汛期、后汛期3個階段的短時強降水的日變化特征。

從圖3可以看出，前汛期市南部短時強降水頻次，00—04時是逐漸升高的，第1個峰值出現在04時，第2峰值(主峰)出現在07時， 而后，強降水出現的頻次呈明顯下降的趨勢。而市北部，02時即達到峰值，隨后呈下降趨勢，05—10時，呈波動狀態，10—13時出現短時強降水的次數非常少，13時以后逐漸增多，到17時達到第2個峰值，隨后呈下降趨勢，22—23時出現短時強降雨的次數很少。

圖3 2016—2019年前汛期短時強降水各時次平均數

總體而言，前汛期市南部的短時強降水出現在清晨，而市北部出現短時強降雨的時段是凌晨和午后。這種變化特征可能與對流日變化、低空急流有關，當低層西南風增強時，導致在大量來自孟加拉灣和南海的水汽在防城港上空輻合，有利于短時強降水的出現。根據林莉等[4]的研究，強降雨主要出現在海陸風轉換時期，特別是陸風轉換成海風的時段，而清晨是防城港市海陸風轉換期，海陸風轉換形成的輻合可能是市南部短時強降水峰值出現在清晨的原因之一。

從圖4可以看出，市南部地區從00—07時，短時強降水次數幾乎呈線性增長，07—14時呈明顯的下降趨勢，14—16時，短時強降水次數增加，在16時出現次高峰，隨后呈下降趨勢。而市北部，在00—14時，總體比較平穩，各時段的短時強降水出現的次數變化不大，14時以后，短時強降水次數呈緩慢增加態勢，20時后下降，至22時后略微增加。

圖4 2016—2019年后汛期短時強降水各時次平均數

總體而言，后汛期市南部的短時強降水存在雙峰值，出現的主要時段是清晨和午后，而市北部短時強降雨的時段出現在午后到傍晚。這種南部和北部短時強降水出現時段的差異，可能是市南部受海陸風的影響及午后熱對流的影響，而市北部主要是午后熱對流加強，短時強降水增多。

從圖5可以看出，非汛期，無論是市南部還是市北部，短時強降水出現的時段波動較大，呈多峰值態勢，其中市南部地區短時強降雨峰值出現在08時、10時、14時、19時，21—次日03時出現短時強降水的概率相對而言較小。而市北部短時強降水出現的峰值是07時和20時。這種變化特征可能與天氣系統有關，該時段的天氣系統主要是鋒面系統，而鋒面系統南下影響的時間沒有熱帶系統影響的時間有規律，因此出現短時強降雨的時段規律性不強。

圖5 2016—2019年非汛期市北部及南部短時強降水各時次平均數

對比圖3～圖5，總體而言，同一階段、同時次，市南部的短時強降水次數幾乎都比市北部要高。從3個階段對比看，南部地區，各時次的短時強降水出現的次數為后汛期>前汛期>非汛期，而北部地區各階段的00—12時短時強降水的情況比較復雜，沒有明顯的規律，但12—23時短時強降水出現的次數基本為后汛期>前汛期>非汛期。

3 結論

利用防城港市自動氣象站的2016—2019年的逐小時雨量數據，結合地形對防城港市短時強降水的時空分布特征進行了分析，得出的主要結論為：

①十萬大山南北兩側的年平均短時強降水的發生頻次有明顯的差異，整體的趨勢是從北到南遞增。且受地形影響，市南部短時強降水主要出現在十萬大山南側的迎風坡以及喇叭口地形附近。而在上思西北面與崇左交界山脈的影響下，市北部短時強降水低值區主要位于該山脈的南面。防城港市東南面，地勢較平坦，短時強降水的次數比西南部、中部地區要略小?？梢?，地形對于短時強降水的發生頻次是有一定影響的。

②不同月份在不同的天氣系統的影響下，各月的短時強降水的分布有差異，其中1—2月幾乎沒有短時強降水影響，3—5月短時強降水增多，6月在季風的影響下，短時強降水明顯分布不均，7月為熱帶和副熱帶天氣系統影響的高峰期，是短時強降水的高峰月，9月份以后短時強降水明顯減少。

③從日內變化特征看，受對流日變化、低空急流、海陸風等影響，前汛期，市南部地區出現短時強降水高峰期主要是04—07時，隨后遞減，市北部有2個峰值，分布是02時和17時。 后汛期，市南部短時強降水存在雙峰值，分布在07時和16時。市北部短時強降水主要出現在午后。非汛期，由于鋒面系統影響時間不定，無論是市南部還是北部地區，短時強降水出現的時段呈多峰值態勢，且波動較大。