貴州夜間降水特征與暴雨預警發布現狀分析

潘 岑，羅俊才，蘇靜文，冀丹妮，牛迪宇，蔡露進

(貴州省氣象服務中心，貴州 貴陽 550002)

0 引 言

暴雨是貴州重要的災害性天氣之一，受山地氣候影響，全省各地夜間降水比例很高。頻繁的高強度暴雨極易誘發山洪、滑坡等氣象次生災害，而夜間人們處于熟睡中，對自然災害的防御能力減弱，氣象預警信息傳播效能顯著降低，災害有效防范難度比日間更大。據貴州省應急管理部門統計，僅2019年洪澇災害造成的直接經濟損失就高達43.56億。預警信息是防災減災的第一道防線，以“綠色通道”為代表的高級別暴雨預警信號分區全網發布機制、“三個叫應” 預警傳播聯動工作機制，在夜間山洪地質災害的轉移避險、應急救援中成效顯著[1]。

針對造成貴州夜雨的氣候背景及驅動機制、暴雨的時空分布特征，已有學者進行了研究并取得了諸多成果。夜間降水在云貴高原、中國西部的山區及周邊地區明顯，云貴高原大部分區域夜雨百分比均高于50%[2]，貴州出現明顯夜雨現象的原因與鋒面、南支槽活動、低空急流日變化等大氣環流系統有關，也與地形條件造成的局地大氣動力、熱力條件變化密切相關[3-4]。盧璐等[5]指出貴州1998—2007年夏季大暴雨集中期在6月下旬至7月中旬，地域分布受地形影響顯著；白慧等[6]應用EOF方法對主汛期暴雨分析發現，近30 a貴州省6—7月暴雨日數與降水量的時空分布一致，對降水量有主要貢獻；近48 a貴州全省多/少暴雨區與年暴雨量、年降水量多/少分布一致[7]。針對夜間降水，現有研究多局限于地域上，集中在某個或幾個氣象站點或某次區域暴雨過程上[8-12]，以上研究中氣象要素側重選擇24 h降水量，極少把全省范圍內夜間降水情況和夜間暴雨作為主要對象進行探討。24 h降水量在氣候分析和預報上發揮著不可替代的作用，強降水是山洪及次生地質災害的主要致災因子[13]，特別是在主汛期中，暴雨、大暴雨等強降水過程更容易誘發山洪災害[14]，結合貴州多、急、驟的夜雨特點和歷年自然災害情況[15]，夜間暴雨在預警服務業務、災害評估研究方面更值得重點關注。

全球氣候變化背景下，異常、災害性天氣事件頻發。近年來，貴州夜間暴雨災害預警信息服務壓力與日俱增，中國氣象局提出“要實現對重點區域、重點人群、重點時段預警信息的精準靶向發布”，靶向精準預警服務也成為亟待突破的瓶頸。喬建平等[16]針對降雨型滑坡泥石流災害給出了精準預警的方案，提出可結合歷史成災資料、現有降水資料來區劃區域的危險性，只有區劃的精度可靠，才能提高預警的準確率。預警信號發布期間，服務方依賴待發預警區域的氣候背景信息和前期服務情況作為輔助決策參考，以便在必要的時間段和地域范圍內，分配出更充足、有效的預警發布資源，以提升預警服務能力。

本研究基于貴州81個氣象站點1961—2019年逐日20—20時、20—08時降水數據，分析59 a夜間降水量和夜間暴雨的時空分布特征及地域變化趨勢，并總結貴州暴雨預警信號發布服務現狀，以期為夜間暴雨預警精準服務提供決策依據，趨勢分析結果也可為全省自然資源、應急管理等部門制定山洪、地質災害防御規劃提供科學參考。

1 數據與方法

圖1給出貴州省范圍內氣象觀測站分布圖，疊加1961—2019年年平均降水量、市州邊界、地形圖。圖1可見，貴州高聳于四川盆地和廣西丘陵之間的亞熱帶山原，地勢西高東低，中高南北低，海拔落差大(153～2 885 m)。全省山地和丘陵占總面積的92.5%，境內73%的面積為風化嚴重的喀斯特巖溶地貌。貴州屬亞熱帶高原季風濕潤氣候，多年平均降水量830～1 524 mm，區域空間平均1 188 mm，整體分布南多北少，省的西南部、東南部和東北部為年平均降水量高值區域。受地形地貌影響，降水時空分布極不均勻，水旱災害頻繁，山洪及泥石流、滑坡等次生災害的誘發與降雨量、降雨強度和降雨歷時關系密切。

圖1 貴州省基本氣象站分布(陰影為地形，白線為市州邊界，灰線為地理區劃) (a)和1961—2019年年平均降水量(單位: mm，灰線為地理區劃)(b)

1.1 數據及處理

該文所用降水數據來源于貴州省氣象信息中心氣象數據統一服務接口(MUSIC)中國地面日值資料集，日降水量數據選用貴州省內經過質量控制的81個基本氣象站20—20時、20—08時累計雨量觀測資料，研究時段為1961—2019年共計59 a。柵格圖采用ArcMap地統計工具插值獲得[17]，DEM數據源自國際熱帶農業研究中心(http://srtm.csi.cgiar.org)的SRTM3地形產品，水平空間分辨率為90 m×90 m。

暴雨預警信號數據來源于貴州省級國家突發事件預警信息發布系統(簡稱：貴州國突系統)。2015年5月1日，該系統省、市、縣三級部署完成并正式啟用，是貴州省突發事件預警信息發布的主要業務平臺，發布的突發事件類型以自然災害類中的氣象災害為主，除氣象部門外，自然資源和應急管理部門也廣泛應用該系統發布山洪、地質災害類預警信號?？紤]數據完整性，選取該系統在2016—2019年發布的藍、黃、橙、紅色級別暴雨預警信號和山洪地質類預警信號，包括首發、更新預警，但不含解除預警?！熬G色通道”全網發布數據源自貴州省預警信息發布中心。

關于地理區位的描述依據《貴州省氣象預報用語地理區劃》將全省分為中部、東南部、東北部、西南部和西北部。

1.2 研究方法

1.2.1 定義及標準 夜間降水量定義為20時—次日08時(以下記為：20—08時)降水量。依據12 h標準[18]，定義20—08時，降水量30.0～69.9 mm的為夜間暴雨，70.0～139.9 mm的為夜間大暴雨，≥140 mm的為夜間特大暴雨。夜雨率是20—08時降水量占20時—次日20時(以下記為：20—20時)降水量的百分率。夜間暴雨貢獻率定義為20—08時暴雨及以上降水量與同期總降水量的比率。年、季節、月尺度降水數據均由逐日對應時段降水數據累加得到。

1.2.2 M-K趨勢檢驗 用于評估水文氣候要素時間序列趨勢的檢驗方法，以適用范圍廣、人為性少、定量化程度高而著稱[19]。使用M-K方法揭示貴州省夜間降水量及暴雨次數變化趨勢。

2 夜間降水量與夜間暴雨頻次的時空特征

2.1 夜間降水空間分布

圖2為1961—2019年貴州省年平均夜間降水量和夜雨率分布。圖2a顯示，全省年平均夜間降水量整體上南部多于北部，存在兩個高值區：一個位于西南部地區，六枝1 015 mm最高，織金、晴隆、興義次之(大于950 mm)；另一個位于都柳江上游一帶的都勻(919 mm)、丹寨(907 mm)。全省夜間降水量低值區集中在畢節的威寧至七星關一帶260～580 mm，赫章260 mm最低。夜雨率(圖2b)空間分布為59 a 20—08時累積降水量與20—20時累積降水圖2量比值，反映夜間降水的集中區。夜雨率呈現典型的東—中—西分布差異：自省的中部偏西位置向東、西方向遞減(27%～75%)，高值出現在省的西南部(興義)、安順(鎮寧)和黔西縣(65%～75%)。黔東南大部、銅仁東部略低于60%，僅畢節西、北部較小區域低于50%。整體來看，全省夜雨率均值高達62%，夜間降水現象非常普遍。

59 a夜間暴雨貢獻率分布顯示(圖3a)：高值區集中分布于省的西南部(安順)，黔南州以西、以東地區和省的東北部分地區夜間暴雨降水偏多。鎮寧夜間暴雨率最高(55%)，其次為丹寨(52%)、長順(51%)；東北部松桃縣夜間暴雨率(46%)遠高于均值(33%)。59 a年平均夜間(20—08時)暴雨日數分布(圖3b)，全省夜間暴雨日數空間均值5 d，六枝最高7.8 d。夜間暴雨日數與夜間暴雨貢獻率高、低值區分布基本一致(相關系數r=0.89，P<0.001)。

綜合圖1、圖2、圖3：省的西南部、東北部和黔南州西部多夜雨且多夜間暴雨，夜間降水與全天降水的地域分布一致性高，與盧瑞荊等[7]對近48 a的降水研究結論相同。遵義(大婁山片區和赤水河流域)降水量偏少，夜間降水多于日間，但從強度上來說較為緩和，暴雨占比小。畢節(除納雍、織金)為全省少雨區，夜間降水平緩。黔東南大部分地區降水更常出現在日間，但要特別注意丹寨—都勻一帶的夜間暴雨；貴陽市以西降水量居中，但夜雨率和夜間暴雨率偏高；省的西南部為“三高”疊加區：降水總量高，夜雨比例高，夜間暴雨比重高，是防災減災預警服務中重點關注區域。

圖2 1961—2019年貴州省年平均夜間降水量(a)和夜雨率(b)分布

圖3 1961—2019年貴州省夜間暴雨貢獻率(a)和夜間暴雨日數分布(b)

貴州省、市、縣三級于2015年成立了預警發布中心機構，結合預警信號發布及管理現狀，基于行政區劃來討論全省9個市州的多年平均降水量(20—20時，20—08時)、夜雨率和夜間暴雨貢獻率(圖4)。年平均降水量黔西南1 331 mm最高、六盤水1 318 mm次之，安順1 315 mm位居第3；全省年平均夜間降水量764 mm，安順891 mm最高，畢節634 mm最少。夜雨率安順68%最高，黔西南、貴陽次之(>65%)；黔東南57%最低。9個市州的夜間暴雨貢獻率均超過25%，安順最高45%，黔西南41%次之。綜上，安順市、黔西南州為降水重點關注區域，相對于日間，貴陽市更需重點關注夜間降水服務。

圖4 1961—2019年各市(州)年平均降水量、年平均夜間降水量(a)和夜雨率、夜間暴雨貢獻率(b)

2.2 夜間降水量、夜間暴雨量與暴雨頻次時間變化

1961—2019年81站點逐年夜間降水量、夜間暴雨降水量和夜間暴雨累計日數(圖5a)：年夜間降水量最高的年份為1977年(893 mm)，其次為1967年(888 mm)；2011年(545 mm)和1989年(592 mm)夜雨偏少。夜間暴雨降水量2015年371 mm為歷年最高，其次為2014年343 mm；低值年份為1981年152mm，1966年160 mm次之。夜間暴雨與暴雨日數年變化相似(相關系數r=0.98，P<0.01)，整體來看，二者呈不顯著增加趨勢(P>0.05)，與夜間降水量相反。

1961—2019年81站點逐年夜間暴雨、大暴雨和特大暴雨累計次數(圖5b)：全省81個站點59 a間20—08時暴雨累計8 557 d，暴雨級別比例最高，約占89.6%，大暴雨10.1%，特大暴雨27 d占0.32%。全省81個站點59 a間20—08時暴雨累計24054 d，暴雨級別占比最高85.9%，大暴雨13.4%，特大暴雨178 d占0.7% 。全省夜間暴雨、大暴雨日數不顯著增加(P>0.05)，從年代際來看，20世紀60—90年代夜間暴雨及以上級別累計日數基本持平，2000年后波動大，2015年累計夜間暴雨554 d最高，其次2008年548 d，1981年263 d最低。

圖5 1961—2019逐年貴州省夜間降水量、夜間暴雨降水量、夜間暴雨累計日數(a)和夜間各等級暴雨逐年日數折線圖(b)

1961—2019年逐月夜間累計暴雨日數、降水量均值圖顯示(圖6a)：貴州省夜間降水主要在4—10月，占全年比重的84%，6月夜間平均降水量達141 mm為所有月份中最高，占全年夜間降水總量的19%。而夜間暴雨集中分布在5—9月，約占全年夜間暴雨日數的84%，與同期夜間降水量分布總體變化基本同步，6月為夜間暴雨高發期，4月、10月夜間暴雨減少，降水強度上趨于平緩。季節尺度上(圖6b)：夏季(6—8月)夜間降水、夜間暴雨最多，春(3—5月)、秋季(9—11月)次之，冬季(12—次年2月) 出現夜間暴雨概率小。

圖6 1961—2019年貴州省逐月夜間累計暴雨日數(柱)圖、夜間降水量均值(折線)圖 (a)和各季節夜間暴雨累計日數(內圈)與夜間降水量(外圈) (b)

3 夜間降水量與夜間暴雨頻次的空間趨勢

用M-K趨勢分析方法得到1961—2019年夜間降水量、夜間暴雨降水量和夜間暴雨日數的趨勢分布圖(圖7)：59 a間貴州省夜間降水量(圖7a)在大部分地區(73%)呈減少趨勢，顯著減少區域(18% , P<0.1)主要分布在省的西南部、遵義(南部及東、西邊緣)；顯著增加區域(3% , P<0.1)位于黔東南東北部(天柱、榕江、從江)。夜間暴雨降水量(圖7b)趨勢分布顯示，全省70%區域呈增加趨勢，黔東南州東南部(天柱、黎平、榕江)、黔南(綏陽、惠水、長順、三都)、安順(鎮寧、關嶺)、畢節(赫章、七星關)、遵義(道真)增加趨勢顯著(P<0.1)。夜間暴雨日數(圖7c)趨勢與夜間暴雨降水量分布基本一致(r=0.92，P<0.01)，黔南南部邊緣增加趨勢略弱。

圖7 1961—2019年貴州省年平均夜間降水量趨勢(a)、年平均夜間暴雨降水量趨勢(b)和年均夜間暴雨日數趨勢變化圖(c)

全省整體上夜間降水量逐年減少，但夜間暴雨現象越來越突出。遵義市南部逐年夜間降水量呈顯著減少趨勢，姚正蘭等[20]指出遵義市近20 a干旱頻發且有加重，全天降水量呈波動性減少趨勢，但道真、桐梓、湄潭夜間暴雨愈加頻繁，遵義北部地形起伏大，夜間極端降水極易引發山洪地質災害。黔東南和畢節中、西部地區夜間降水偏少，但降水強度有增大的趨勢，未來需多關注夜間降水，增強夜間暴雨監測及服務能力。黔南西北部、安順西部邊緣等地的夜間降水量累積易出現暴雨。

4 貴州省夜間暴雨預警服務現狀

在貴州，區域性強降水多發生在夜間，受山區地貌影響，農村居民居住分散，組織撤離困難。在險情來臨前最大限度發揮氣象預警“消息樹”、“前哨站”的先導作用，做好預警實時傳播尤為重要。貴州已掛牌成立省級預警發布中心1個，地市級預警發布中心9個，縣級預警發布中心80個，各級預警信息發布中心承擔著面向政府應急責任人和社會公眾提供綜合預警信息的基本職責。

貴州省級國家突發事件預警信息發布系統自2015年5月啟用運行，2016—2019年全省氣象、自然資源、應急管理、交通、水利等13個部門發布4.9萬余條，非氣象部門2016年發布73條、2017年183條、2018年469條、2019年1247條，逐年成倍增長。氣象部門預警信號占總量的95%以上，排名前三的預警信號類型依次為雷電、大霧、暴雨，以暴雨災害對社會經濟和人民生命安全影響最為嚴重。暴雨預警累計發布量7 770條(圖8a)，2016—2019年分別為1 871條、1 803條、1 744條、2 352條，與年平均夜間暴雨降水量、日數變化一致。4 a累計逐小時暴雨預警發布顯示(圖8b)：22時暴雨預警發布量531條最高，集中在21時—次日4時。夜間(20—08時)暴雨預警占全天比例高達65%，略高于夜雨率。地質災害氣象風險、滑坡、泥石流、山體崩塌等地質災害類預警信號累計發布1 149條，2016—2019年分別為41條、124條、250條、734條，其增長倍率遠高于暴雨發布量，除了與氣候異常背景下極端天氣增多，引發次生災害等因素有關，還與本省近年來逐步完善的預警發布機制緊密相關——省、市、縣三級氣象部門大力推進業務運行和拓展國突系統在外部門應用工作，建立多部門預警聯動機制，并與國突系統的接入部門簽訂了“框架協議”、“戰略合作協議”、“國突使用協議”。

圖8 2016—2019年貴州省暴雨預警信號逐年發布量(a)與年累計逐小時發布量(b)

12379短信、10620121短信、微信、微博等常規渠道推送全部類型和級別的預警信號，而“綠色通道”、“三個叫應”專門針對高級別暴雨預警、重大預報預警和重要雨情服務，是獨具貴州特色的超常規氣象服務模式。2015年，貴州省氣象局聯合通信管理局，建立氣象紅色預警信息快速發布機制和夜間、節假日等重點時段發布機制，基于電信、移動、聯通3大基礎通信運營企業，啟動分區全網發布暴雨紅色預警信息“綠色通道”。2016—2019年間，通過該渠道發布的暴雨紅色預警信號服務共784次，20—08時段647次，針對夜間大暴雨級別的預警服務占比高達82.5%，日間預警服務工作量還不到1/5。晴隆暴雨紅色預警共發布24次居首，20—08時發布量占比75%，其次為織金22次，但夜間發布量高達95%。“三個叫應”服務機制自2010年建立，分為內部叫應和外部叫應，能確保在發生強降水時以電話通知的方式，將預警信息點對點傳遞到縣、鄉、村三級行政負責人和相關部門?！叭齻€叫應”是防災減災最有效快捷的渠道。

“綠色通道”和“三個叫應”機制運行以來，因精準的夜間暴雨服務而減少經濟損失、提前撤離避免人員傷亡，每一次的叫應、預警，都為防災救災、轉移群眾贏得了寶貴時間，最大限度地降低暴雨、山洪地質災害損失。

5 結論與討論

基于貴州1961—2019年81個站點逐日20—20時、20—08時降水量數據，得到貴州59 a夜間降水和夜間暴雨時空分布特征及M-K趨勢分布情況，并總結了近4 a夜間暴雨預警信號發布數據服務現狀。得出以下結論：

①貴州省夜雨和夜間暴雨現象顯著。夜雨率均值高達62%，5—9月夜間暴雨集中，約占全年的91%，6月為高發期。貴州省西南部降水總量高，夜雨比例高，夜間暴雨比重高，是防災減災預警服務中重點關注區域。

② 近59 a全省整體上夜間降水量減少，但夜間暴雨現象越來越突出，災害性天氣愈加頻繁。遵義市南部夜間降水量顯著減少，但需注意道真、桐梓、湄潭夜間強降水引發的山洪地質災害。黔東南和畢節中、西部地區夜間降水偏少，但降水強度有增大的趨勢，未來需多關注夜間降水，增強夜間暴雨監測及服務能力。

③貴州省暴雨預警發布集中在21時—04時，22時發布量最大。夜間暴雨預警占全天比例高達65%，略高于夜雨率。地質災害氣象風險、滑坡、泥石流、山體崩塌等地質災害類預警信號發布量增長倍率遠高于暴雨，氣候異常背景下極端天氣增多更易引發次生災害，而逐步完善預警發布機制有利于推進預警信號服務。

貴州致災嚴重的大暴雨預警(紅色級別)信號82%以上出現在夜間(20—08時)，氣象部門需針對各級應急責任人實時提供重大雨情提醒、緊急雨情警報等服務信息，基層人員需要24 h×7值班值守，服務效果雖然顯著，但汛期連續的應急保障服務人力不足，工作壓力很大。在面對未來氣候變化背景下不斷增加的極端天氣過程，除現有人工服務模式外，亟待探索更為精準、快速、智能的預警發布服務模式。貴州省級預警信息發布中心正在推廣應用的“微信預警機器人”和“12379智能語音呼叫系統”，作為夜間預警、叫應自動化的實時服務典范輔助渠道，在基層預警的傳播服務效果正在凸顯。

貴州省突發事件預警信息發布體制逐步完善，氣象部門涵蓋的暴雨災害預警發布量大，但自然資源局、應急管理局發布的地質災害類預警發布量還是偏少。地質災害較為嚴重的六盤水市，除受降水驅動影響外，地質原因影響也很大，建議除暴雨預警服務外，增加地質災害類的預警發布需求研究。