佛山短時強降水時空特征及主要影響系統

程銀琳，何秋蕊，陳辰，麥文強，羅環

摘要：利用佛山市152個自動氣象觀測站2012—2020年降水資料，根據強降水范圍和性質，研究 佛山市短時強降水的時空分布特征，并分析主要影響系統。結果表明：（1）短時強降水發生頻次整 體呈上升趨勢，不同范圍、不同性質的短時強降水時空差異性較大。局地性、區域性、突發型短時強 降水主要發生在4—9月，全市性、增長型短時強降水主要發生在3—10月，持續型短時強降水5—6月發生頻次最高。（2）從日變化來看，局地性、區域性呈單峰特征，全市性呈多峰特征，突發型、增 長型呈雙峰特征，持續型較平穩，06—09時略高，局地性、全市性和增長型短時強降水中分位值日 變化較小，區域性、增長型和持續型短時強降水中分位值的日變化較大。（3）極大值出現的時間段 也不相同，最大值的短時強降水是一次增長型的區域性過程。（4）空間分布上，局地性短時強降水 在佛山西南部和北部發生的頻次較高，全市性短時強降水發生頻次的分布與之相反，而區域性短時 強降水在西南部發生頻次較低，增長型短時強降水發生頻次高于突發型短時強降水，持續型短時強 降水發生頻次最低。（5）影響系統占比最大的分別是局地性、突發型短時強降水為副熱帶高壓邊 緣，區域性、持續型、增長型短時強降水為熱帶系統，全市性短時強降水為西風槽，而西南低渦在各 類中占比均最小。

關鍵詞：短時強降水;頻次；時空分布；影響系統

中圖分類號：P466 文獻標志碼：A 文章編號：2096-3599（2023）04-0084-08

DOI：10.19513/j.cnki.issn2096-3599.2023.04.009

Spatio-temporal characteristics of short-time heavy precipitation and its main synoptic systems in Foshan

CHENG Yinlin12， HE Qiurui23， CHEN Chen2， MAI Wenqiang12， LUO Huan2

（1. Foshan Emergency Early Warning Release Center，Foshan 528315， China ； 2. Foshan Meteorological Bureau，Foshan 528315，China ； 3. Foshan Tornado Research Center，Foshan 528315，China）

Abstract ： Based on the precipitation data of 152 automatic meteorological observation stations in Foshan from 2012 to 2020， the spatial and temporal distribution characteristics of short-time heavy precipitation in Foshan are studied according to the range and property of heavy precipitation， and the main synoptic systems are analyzed. The results are listed as follows. （1） The frequency of short-time heavy precipitation is on the rise as a whole， and the spatial and temporal differences of short-time heavy precipitation with different ranges and properties are large. The local type， regional type， and abrupt type of short-time heavy precipitation mainly occur from April to September， the citywide type and growth type mainly occur from March to October， and the frequency of continuous type is the highest from May to June. （2） From the perspective of diurnal variation， the local type and regional type have unimodal characteristics， the citywide type has multimodal characteristics， the abrupt type and growth type are bimodal， and the continuous type is relatively stable and slightly higher from 06：00 to 09：00. The diurnal variations of the median values of the local type， citywide type， and growth type are small， while those of the regional type， growth type， and continuous type are large. （3） The periods of the maximum values are different， and the short-time heavy precipitation with the maximum value is a regional process of growth type. （4） In terms of spatial distribution， the frequency of local type is higher in the southwest and north of Foshan， while the frequency of citywide type is opposite. The frequency of regional type is lower in the southwest， the frequency of growth type is higher than that of abrupt type， and the frequency of continuous type is the lowest. （ 5） The edge of subtropical high is the synoptic system of the largest proportion for the local type and abrupt type， tropical system for the regional type， continuous type， growth type， and westerly trough for the citywide type， while the southwest vortex has the smallest proportion in all types.

Keywords ： short-time heavy precipitation; frequency; spatial and temporal distribution; synoptic system

引言

暴雨，特別是短歷時的大暴雨常造成洪澇和城 市漬澇，對人民的生命財產安全構成嚴重威脅。研 究短時強降水的時空特征，對做好短時強降水的預 警預報工作有著重要的作用。我國很多專家學者對 不同省市的短時強降水時空分布特征和影響降水的 天氣系統進行了研究。陳炯等[1]研究發現我國短 時強降水發生頻率最高的區域為華南，其次為云南 南部、四川盆地、貴州南部、江西和長江下游等地。 孫喜艷等[2]研究廣東短時強降水的特征發現5月 是高發期，其次是6月和8月，每日13—19時是小 時強降水出現的集中時間段，16時出現小時強降水 次數最多，小時強降水多出現在粵西云霧山、粵東蓮 花山山脈南側、清遠南部和珠江口等地區，跟山脈走 向基本一致。陳鵬等[3]研究云南短時強降水的特 征發現年降水量自西北向南增加，雨強自北向南增 強，夜雨量多于晝雨量。蘇錦蘭等[4]研究重慶短時 強降水特征發現，短時強降水主要集中在6—8月，7 月為峰值期，日內短時強降水主高峰在凌晨到早間 （00—08時），峰值在03—05時，次高峰在15—18 時，主高峰峰值明顯強于次高峰。肖蕾等[5]研究貴 州短時強降水特征發現，短時強降水的年際變化在 高發區離散度較大，在貴州西北部低發區離散度較 小，月際變化曲線呈單峰型，5—8月是降水高發時 段，6月達到峰值，日變化的時間曲線呈單峰型，21

時一次日07時為高發時段，中午12時前后出現較 少。呂勁文等[6]研究6—9月浙江午后短時強降水 特征發現，7、8月短時強降水相對多發，均具有明顯 的熱對流性質，同時邊界層的弱輻合、城市熱島效應 和山區地形作用對短時強降水落區均有影響。趙海 軍等[7]研究山東短時強降水發現短時強降水集中 出現在6月中旬—8月下旬，又以8月上旬最多，日 變化顯著，呈現典型雙峰特征，主要集中在午后至傍 晚，其次是后半夜，6月中旬一8月下旬傍晚和后半 夜發生短時強降水的可能性大。對影響降水的天氣 系統研究也很廣泛，陳秋萍等[8]研究了登陸福建熱 帶氣旋短時強降水特征;王楠喻等[9]、高榮珍等[10] 研究了臺風個例對山東地區強降水的影響;張凱靜 等[11]發現青島產生短時強降水的天氣系統可分為 6種類型，即西風槽型、橫槽型、冷渦型、熱帶低值系 統型、西北氣流型、切變線型，其中西風槽型出現次 數最多;陳訓來等[12]發現深圳短時強降水的大尺度 環流有西風槽型、西風型、高壓型、副熱帶高壓（以 下簡稱“副高”）邊緣型、東風型和熱帶氣旋型，以西 風槽型和高壓型為主。

劉思晨等[13]利用1996—2017年佛山3個國家 級氣象觀測站的數據對佛山短時強降水進行研究發 現，短時強降水天氣集中在4—9月，前汛期短時強 降水次數與后汛期年際變化無一致性。但是僅用國 家級氣象觀測站來分析強降水的變化具有局限性， 所以利用2012—2020年佛山152個自動氣象觀測站的逐小時觀測數據研究佛山短時強降水的時空分 布特征，并分析其主要影響系統，更加全面細致地揭 示佛山短時強降水的演變規律，對提升佛山短時強 降水的監測和預警預報能力具有一定的積極意義。

1資料與方法

佛山的自動氣象觀測站是2003年開始陸陸續 續建設的目前共有255個自動氣象觀測站考慮到 數據的質量和連續性，本研究選用2012—2020年佛 山152個自動氣象觀測站的逐小時觀測數據。

短時強降水是指在短時間內出現的很強的降水 事件，我國天氣預報業務中一般指1 h雨量大于或 等于20.0 mm的降水事件[14]。1 d中1個自動氣象 觀測站出現1 h的短時強降水計為1個頻次，1 d中 1個自動氣象觀測站多次出現短時強降水時頻次累 加統計。根據出現短時強降水范圍（站次）分為局 地性短時強降水（出現短時強降水的站次比小于或 等于10%（ 15個站））、區域性短時強降水（出現短 時強降水的站次比大于10%但小于或等于30%（46 個站））和全市性短時強降水（出現短時強降水的站 次比大于30%）3種類型，分析不同范圍短時強降水 的時空變化特征。上海和廣州將短時強降水的時間 演變雨型劃分為突發型、增長型和持續型（表1），研 究發現：上海突發型短時強降水顯著增加，增長型呈 下降趨勢，持續型的趨勢不明顯;廣州突發型和增長 型短時強降水發生頻次呈明顯上升趨勢，而持續型 短時強降水發生頻次變化不明顯[15-16]。本文按照 上海標準，分析佛山不同雨型短時強降水的時空變 化特征。

2短時強降水的時空分布特征

2.1短時強降水的時間分布特征

2.1.1 短時強降水的年變化特征

統計佛山短時強降水發生的頻次（圖1），發現2012—2020年佛山短時強降水發生的頻次整體呈 上升趨勢，上升幅度緩慢。其中2015年發生短時 強降水的頻次最多，為2 524次;2017年最少，為1 662次。由逐年的最大小時雨量來看，最大小時 雨量呈上升趨勢，其中最大值出現在2020年，為120.4 mm。

由圖1可以看到：（1）全市性短時強降水發生 的頻次大于區域性短時強降水發生的頻次， 發生頻 次最低的是局地性短時強降水。其中全市性短時強 降水發生頻次為773次（2017年）～ 1 336次（2015 年），區域性短時強降水發生頻次為449次（2017 年）～817次（2015年），局地性短時強降水發生頻次 為312次（2020年）～565次（2019年）。由逐年發 生的頻次來看，全市性和局地性短時強降水呈增長 趨勢，區域性短時強降水呈下降趨勢。（2）增長型 短時強降水發生頻次大于突發型短時強降水發生頻 次，持續型短時強降水發生頻次最低。其中增長型 短時強降水發生頻次為770次（2017年）～ 1 164次 （2015年），持續型短時強降水發生頻次為165次 （2017年）～639次（2018年），突發型短時強降水發 生頻次為608次（2018年）～931次（2016年）。由 逐年發生頻次來看，增長型和持續型短時強降水呈 增長趨勢，突發型短時強降水呈下降趨勢。

2.1.2短時強降水的月變化特征

分析佛山短時強降水的月變化特征（圖2），可 以發現不同范圍和不同性質的短時強降水月變化特 征和廣東短時強降水的月變化特征基本一致，主要 集中在4—9月，之后迅速減少，12月沒有短時強降 水發生。具體來看，局地性短時強降水和區域性短 時強降水主要發生在4—9月，其中局地性短時強降 水7月發生的頻次最高，為765次，區域性短時強降 水8月發生的頻次最高，為1 278次，主要原因為7 月副咼北跳，廣東受副咼控制，多炎熱酷暑天氣，系 統性對流活動減少，多出現局地性雷雨[17] ，8月是 熱帶氣旋登陸或影響廣東最多的月份[18]，因此短時 強降水次數再次增多；全市性短時強降水主要發生 在3—10月，5月發生的頻次最咼，最咼達到2 525 次。突發型短時強降水主要發生在4—9月，5月發 生的頻次最高，為1 613次;增長型短時強降水發生 在3—10月，5月發生的頻次最咼，為1 988次；持續 型短時強降水5、6月發生的頻次最高，分別為607次和683次，其次是8月和10月，發生的頻次超過 風爆發，廣東短時強降水次數爆發性增多，是全年中250次，其余月份發生的頻次均較低。5月，西南季 短時強降水發生最頻繁的時期[15]。

2.1.3短時強降水的日變化特征

研究廣東短時強降水日變化特征發現，8月的日 變化呈雙峰結構，其余月份日變化均呈現單峰結 構[2]。全年汛期（4—9月）平均來看，13—19時是短 時強降水出現的集中時間段，平均16時出現強降水 次數最多，表明廣東午后的強降水明顯。

統計佛山短時強降水發生頻次的日變化特征 （圖3）發現，不同范圍和不同性質的短時強降水日 變化特征不盡相同，但變化趨勢與廣東短時強降水 的日變化特征基本一致。局地性短時強降水和區域 性短時強降水呈單峰特征，降水主要集中在13—20時;全市性短時強降水呈多峰特征，峰值區為05— 09時、12—14時、16—18時和19—22時。突發型 短時強降水和增長型短時強降水的日變化呈雙峰特 征，降水主要集中在13—20時，次要時段為05—09 時;持續型短時強降水日變化較為平穩，但在06— 09時發生的頻次略高于其他時間。

由降雨量的分位數圖（圖4）來看，局地性短時 強降水中分位值日變化較小，中分位值最大出現在 22時，短時強降水極大值在凌晨和午后較大，最大 值出現在04時，為94.3 mm，其次為17時，為 90.6 mm;區域性短時強降水午后到凌晨的中分位值較大中分位值最大出現在23時短時強降水極 大值變化較為平穩，最大值出現在20時，為120.4 mm；全市性短時強降水中分位值日變化較 小，短時強降水極大值早晨到下午比較大，最大值出 現在17時，為110.9 mm。突發型短時強降水中分 位值的日變化較大，12時的中分位值最大，短時強 降水極大值在早晨和傍晚比較大，最大值出現在16 時，為96.6 mm ；增長型短時強降水的中分位值白天 變化較小，短時強降水極大值大部分時次在80.0 mm 以上，最大值出現在20時，為120.4 mm；持續型短 時強降水的中分位值夜間大于白天，短時強降水極 大值下午較大，最大值出現在17時，為110.9 mm。

結合不同范圍和不同性質的短時強降水分析發 現：局地性短時強降水中突發型占比最多，達到 54.91%，持續型占比最少，為3.70% ；區域性短時強 降水中突發型和增長型占比接近，分別為44.59%和 45.81%；全市性短時強降水中增長型占比最多，達到50.78%，突發型和持續型分別為28. 11%和 21.11%。2020年5月16日，受高空槽影響，佛山出 現了近年來短時強降水的最大值，為120.4 mm，是一次增長型的區域性過程。

2.2短時強降水的空間分布特征

圖5為佛山短時強降水發生頻次的空間分布 圖，整體來看，全市性短時強降水發生頻次高于區域 性短時強降水，局地性短時強降水發生頻次最低。 其中局地性短時強降水在佛山西南部和北部發生的 頻次較高，約40次，這可能與佛山的地形有關，佛山 的山脈主要分布在西南部和北部；區域性短時強降 水在西南部發生頻次較低，為20?30次，其余地區 發生頻次較高；全市性短時強降水發生頻次明顯與 局地性短時強降水發生頻次的分布相反，佛山西部和北部短時強降水發生頻次明顯低于其他地區。

增長型短時強降水發生頻次高于突發型短時強降 水，持續型短時強降水發生頻次最低，其中突發型和持 續型短時強降水發生頻次分布較為均勻。突發型短時 強降水發生頻次分布在40?60次，持續型短時強降水 發生頻次在25次以下;增長型短時強降水在佛山西南 部發生頻次較低，其余地區發生頻次較高。

值得注意的是，根據不同范圍和不同類型短時 強降水發生頻次的分布來看，佛山東北部短時強降 水的發生頻次均較高。

3主要影響系統

影響廣東的主要天氣系統較多：冬半年主要天 氣系統有蒙古高壓、南支西風槽、低空急流、華南靜 止鋒、切變線、南海高壓;夏半年主要天氣系統有西 太平洋副高、南亞高壓、熱帶氣旋、南海季風低壓、西 南低渦、熱帶輻合帶、赤道反氣旋、東風波、南海中層氣旋[18]。根據主要影響系統，將給佛山帶來短時強 降水的天氣系統分為6類。第一類主要影響系統為 副高，短時強降水主要發生在副高邊緣;第二類為冷 鋒;第三類為西風槽，配合切變線等系統;第四類為 偏南氣流（無明顯擾動），包含西南氣流、東南氣流 等;第五類為熱帶系統，包含熱帶輻合帶、東風波、熱 帶氣旋等;第六類為西南低渦，包含部分風場閉合但是等壓線沒有閉合的低壓。

統計2012—2020年上述天氣系統帶來的短時強 降水所占比例（圖6）發現，局地性短時強降水有 26.40%發生在副高邊緣，占比最高，其次是熱帶系統 和偏南氣流影響，所以局地性短時強降水在7月發生 頻次較高，且降雨集中在午后地勢比較高的地方;區 域性短時強降水多發生在熱帶系統影響時，發生頻次 在8、9月較高，其次是西風槽和偏南氣流;全市性短 時強降水發生比例最多的是受西風槽的影響，一般有 切變線和冷空氣配合，自北向南影響佛山，多發生在 前汛期，其次是冷鋒，占比為24.75%。突發型短時強降水在副高邊緣影響時發生比例最高，達到23.23%， 其次是熱帶系統和偏南氣流，和局地性短時強降水一 樣，易發生在午后，但前后汛期發生頻次均較高;增長 型短時強降水在偏南氣流和熱帶系統影響下出現的 比例幾乎相同，分別為21.63%和21.90%，在前后汛期 發生的頻次均較高;持續型短時強降水主要是由熱帶 系統引起的，所占比例達到22.67%，其次是西風槽和 偏南氣流，但由發生頻次可以看到，5、6月比較多，所 以從持續時間來看，在西南季風的影響下，短時強降 水持續的時間更長。無論是按照發生范圍，還是降水 性質，主要影響系統為西南低渦的比例均最小。

4結論

（1）2012—2020年佛山短時強降水發生頻次整 體呈上升趨勢，2015年發生短時強降水的頻次最 多，2017年最少，短時強降水降雨量最大值為120.4 mm。就降水范圍而言，發生頻次全市性最 多，區域性次之，局地性最少;就時間演變而言，增長 型最大，突發型次之，持續型最少。

（2）由月變化來看，局地性短時強降水和區域 性短時強降水主要發生在4—9月，全市性短時強降 水主要發生在3—10月；突發型短時強降水主要發 生在4—9月，增長型短時強降水發生在3—10月，持續型短時強降水5、6月發生的頻次最高。

（3）由日變化來看，局地性、區域性短時強降水 呈單峰特征，全市性短時強降水呈多峰特征，突發 型、增長型短時強降水呈雙峰特征，持續型短時強降 水較平穩，06—09時略高;局地性、全市性和增長型 短時強降水中分位值日變化較小，區域性、突發型和 持續型短時強降水中分位值的日變化較大;局地性 短時強降水中突發型占比最多，區域性短時強降水 中突發型和增長型占比接近，全市性短時強降水中 增長型占比最多，極大值出現的時間段也不相同，最 大值的短時強降水是一次增長型的區域性過程。

（4）由空間分布來看，佛山東北部短時強降水的發生頻次均較高，局地性短時強降水在佛山西南 部和北部發生頻次較高，全市性短時強降水發生頻 次明顯與局地性短時強降水發生頻次的分布相反， 區域性短時強降水在西南部發生頻次較低；不同類 型短時強降水發生頻次空間分布較為均勻，但增長 型短時強降水發生頻次高于突發型短時強降水， 持 續型短時強降水發生頻次最低。

（5）由給佛山帶來短時強降水的天氣系統占比 來看，西南低渦影響的占比最小，局地性短時強降水 副高邊緣影響占比最大，區域性短時強降水熱帶系 統影響占比最大，全市性短時強降水西風槽的影響 占比最大；突發型短時強降水副高邊緣影響占比最 大，增長型短時強降水在偏南氣流和熱帶系統影響 下出現的占比幾乎相同，持續型短時強降水熱帶系 統影響占比最大。

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