甘南州2000—2020年短時強降水的時空分布特征

摘 要：研究采用2000—2020年甘南藏族自治州國家級氣象臺站及區域自動氣象站降水資料，分析甘南州短時強降水時空變化規律及強降水天氣特征。結果表明，2000—2020年甘南州發生較多次短時強降水，＜20 mm/h的短時強降水站次占總站次的74.21%。各個量級的短時強降水約有80%發生在15：00至翌日07：00，并且午夜前后為＜20、20～25和25～30 mm/h的短時強降水活動期。8月中旬短時強降水頻次占總頻次的35.21%，＜20、20～25 mm/h的短時強降水是其年際變化的主要特征。甘南州短時強降水空間分布不均勻，東部多、西部少，南部多、北部少。大多數氣象站最大降雨強度在20～25 mm/h，每小時降雨強度極值發生在8月中旬。

關鍵詞：甘南藏族自治州；短時強降水；時空分布；特征分析

中圖分類號：P426.6 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）11–0-03

短時強降水是一種短時間內降水強度較大的天氣現象，其降雨量達到或超過某一量值，具有突發性強、破壞力大、降水時間集中、局地性強等特點[1]。甘南藏族自治州（以下簡稱甘南州）處于青藏高原向黃土高原過渡區，地形地貌復雜，生態環境脆弱，局地突發性短時強降水易引發山洪、泥石流、城市內澇等次生災害，給經濟社會造成嚴重影響[2]。例如，2010年8月7日20：00至8日06：00，甘南州舟曲縣發生特大暴雨，舟曲縣東山站降雨96.3 mm，單小時降雨77.3 mm，造成堰塞湖積水，導致縣城積水。根據舟曲縣縣政府提供的信息，此次特大山洪泥石流共受災2個鄉鎮，13個鄉鎮（6個重災村）。超過490人失蹤，1 500人死亡，66人受傷。

甘南州短時強降水過程局地性強、突發性強，可能與常伴隨高空冷空氣南移的氣候特點有關[3]。因此，認識并預報甘南州地區短時強降水時空變化規律，對該地區防災減災工作有著重要意義。劉菲凡等[4]對京津冀地區短時強降水過程的環境物理量進行了分析，發現短時強降水需要較高的氣溫和非穩態能量。江帆等[5]分析了珠三角汛期短時強降水時空分布，結果表明，季風爆發后，珠三角短時強降水頻率與低層水汽通量的相關性明顯升高，珠三角沿海地區夜間—早晨短時強降水增多與中低層風場結構改變造成的動力強迫有關。當前，甘南州降水研究多集中在個例上，缺乏基于小時觀測資料的系統性研究。為減少強降水可能帶來的損失，提高對短時強降水現象認識和預測能力，利用2000—2020年夏季甘南州國家臺站和自動氣象站小時降水數據，對甘南州短期強降水時空分布進行研究，揭示其時空變化規律，并結合再分析數據對其進行數值模擬，為甘南州短期強降水預測、防災減災提供科學依據。

1 資料與方法

1.1 資料

基于2000—2020年6—8月甘南州國家級氣象臺站及區域自動氣象站降水數據，結合風云二號氣象衛星云圖數據、高空站高空觀測數據等多源遙感數據，對甘南州地區夏季短時強降水特點、出現頻率、空間分布等分析，并對其進行分類。

1. 2 方法

根據DB62/T 2755—2017甘肅省地方標準，甘南州降雨量＞20 mm/h即為短時強降水。從當天00：00至翌日00：00，若某天某一自動氣象站出現短時強降水，則這一天的時間是1 h。若在同一天內，同一自動氣象站發生多次短時強降水，則累積統計。同一日甘南州地區所有自動氣象站記錄的短時強降水站次的數量記為該日短時強降水總站次。

2 結果分析

2.1 短時強降水多時間尺度變化特征

分析2000—2020年甘南州短時強降水站次晝夜變化特點，發現該地區短時強降水具有雙峰分布的時序特征。15：00至翌日07：00短時強降水發生頻次較高。＜20、20～25 mm/h的短時強降水峰值集中在19：00～23：00，25～30 mm/h的短時強降水峰值集中在19：00～21：00，＞30 mm/h短時強降水總體出現頻次較少，峰值一般出現在23：00。總的來說，甘南州地區短時強降水夜間發生頻次較高，隨著白天到來，發生頻次大幅下降，11：00～13：00達到最低。這一現象與甘南州夜間多短時強降水的現象相吻合。研究結果顯示，甘南州午夜前后為＜20、20～25和25～30 mm/h的短時強降水活動期。而＞30 mm/h的短時強降水最不活躍時段為早晨，占比＜4%。約有80%的短時強降水發生在17：00至翌日07：00，而07：00～15：00的短時強降水比例顯著下降，表明甘南州短時強降水多集中在下午至午夜。

分析2000—2020年甘南州6—8月短時強降水月份變化特點，甘南州短時強降水月變化具有明顯的單峰特征。短時強降雨多發生于8月，6月和7月頻次下降，其中，8月中旬短時強降水頻次最高，占總頻次的35.21%；7月下旬和8月上旬次之，分別占總頻次的24.36%和22.14%。在8月，＜20、20～25和25～30 mm/h

的短時強降水頻次分別為71.23%、74.31%和76.85%，＞30 mm/h的短時強降水在8月發生頻次高達84.73%，

同樣，＞50 mm/h極端強降水只出現在8月。這與周俊菊等[6]的甘南高原暴雨多發生在夏季的研究結果一致。不同點在于甘南州8月是短時強降水多發期，8月中旬是短時強降水頻次最高點。從整體上看，各尺度短時強降水月變化規律有較大差別，但超過70%出現在8月，這為短期強降水預測與預警提供了依據。

圖1是2000—2020年甘南州短時強降水頻次的年度變化特點，2000—2020年甘南州短時強降水存在著明顯的非均勻性，其中，2016—2020年平均站次達到763次左右。在過去20年間，2007年出現頻率最低，只有45站次，而2018年短時強降水發生站次最高，達到314站次，是2007年的6倍。＜20、20～25和25～

30 mm/h的短時強降水年變化規律相似。而＞30 mm/h短時強降水年平均只有5.3站次，其中，2020年短時強降水發生10站次，2010年為0站次。在甘南州，＜20、20～25 mm/h短時強降水是其年際變化的主要特征。根據曠蘭等[7]的研究表明，西風帶系統強度變化和高原天氣系統的環流調整是造成短時強降水年際變化的重要因素；東風擾動帶來的水汽輸送和副熱帶高壓位置及強度變化，共同影響著大氣中水分分布和天氣系統的活動。這些因素通過影響大氣環流和水汽輸送，進而影響降水分布和強度，導致甘南州短時強降水年際變化。

對2000—2020年甘南州的降水強度進行分析可知，甘南州短時強降水出現站次隨降雨強度增大而明顯降低，其中，＜20、20～25、25～30、＞30 mm/h的短時強降水站次分別占總站次的74.21%、16.78%、5.29%和3.72%。而且各站點短時強降水過程的極值與降水站次的相關系數不大，不具有良好的相關關系。2018年8月13日甘南州共發生25站次短時強降水，其中，95.37%的短時強降水在20～25 mm/h，最大值只有35.67 mm/h。

2. 2 短時強降水空間尺度變化特征

根據2000—2020年甘南州短時強降水空間分布箱線圖（圖2），甘南州東部和東南過渡區是短時強降水發生年頻次最大的區域。東南區域舟曲縣和迭部縣、東北區域的卓尼縣短時強降水年發生站次最高，2000—2020年間年均發生站次分別為122次和74站次。短時強降水發生站次最低的是西北部的夏河縣。針對不同地區自動氣象站數目差異，對各個區域多個站點短時強降水數據進行匯總和分析，求出每一地區出現頻率的最大值、中位數、極小值，結果表明，東南地區短時強降水發生站次的空間變率最高，并且最高和最低頻率的站點都在該地區，東北地區次之，中部、西北和西南地區空間變率最低。各區域發生頻次的平均值由高到低依次為東南部的47次、東北部的42次、中部的39次、西南部的37次和西北部34次。

從圖2b看出，甘南州各區域短時強降水的平均強度由大到小依次為東南部的31.21 mm/h、東北部的30.42 mm/h、中部的29.36 mm/h、西南部的28.44 mm/h

和西北部的28.13 mm/h，區域之間的差異相對較小。這種分布特點與各地氣候條件、地形特征和大氣環流等因素密切相關[8-13]。甘南州東南部以山地為主，山坡陡峭，溝谷深切，形成典型的“V”型河谷，這種地形特征使得在暴雨情況下，河流流速快，對地表侵蝕作用強，進一步加劇該地區降水豐富現象；而西南部地區雖然也有一定短時強降水事件，但頻率和強度相對較低；西北部地區由于氣候干燥，水汽條件不足，因此，短時強降水頻率和強度均最低。

2000—2020年甘南州短時強降水的平均頻次為672站次，其中，2015年為843站次，2007年為289站次；且20年內總體呈小幅上升趨勢。通過對各分區強度的年際變率分析可知，各區域短時強降水的平均頻次都有一定上升，其中，以東南部最為顯著。從整體上看，甘南州短時強降水的增多主要取決于發生頻次的改變，而強度改變對其的影響不大。甘南州短時強降水月平均強度有很大變化，其中，6月上旬的峰值為42站次，隨后逐漸上升，8月中旬峰值為943站次，8月下旬有所下降，為857站次。通過對各分區強度的月變化進行分析，在3個月中，東南部、東北部和中部的短時強降水發生站次最大，這與甘南州短時強降水發生頻次的月變化一致。入汛后，影響青藏高原的高壓位置偏北，導致其西側的偏南氣流較強，從而將孟加拉灣水汽不斷地輸送至甘南州上空，與北方冷空氣頻繁交匯，造成甘南州降水量偏多。

3 結論與討論

（1）2000—2020年，甘南州發生較多次短時強降水，年平均發生672站次，并隨著降水強度增加呈現出指數下降趨勢。＜20、20～25、25～30、＞30 mm/h的短時強降水站次分別占總站次的74.21%、16.78%、5.29%和3.72%。

（2）甘南州短時強降水具有雙峰分布，各個量級的短時強降水均發生在15：00至翌日07：00，約有80%的短時強降水都發生在該時段。不同強度的短時強降水活動期也存在差異，午夜前后為＜20、20～25、25～

30 mm/h的短時強降水活動期。年平均降水量季節變化均為單峰，以8月中旬短時強降水頻次最高，占總頻次的35.21%；7月下旬和8月上旬分別占總頻次的24.36%和22.14%。年平均頻數分布不均勻，＜20、20～25 mm/h的短時強降水是其年際變化的主要特征。

（3）甘南州短時強降水在空間上分布不均勻，東部多、西部少，南部多、北部少。大多數氣象站最大降雨強度在20～25 mm/h，每小時降雨強度極值發生在8月中旬。各區域短時強降水平均強度由大到小依次為東南部的31.21 mm/h、東北部的30.42 mm/h、中部的29.36 mm/h、西南部的28.44 mm/h和西北部的28.13 mm/h，差異相對較小。

參考文獻

[1] 陳錦鵬，黃奕丹，朱婧，等.集成學習和動態融合算法在福建省短時強降水預報中的應用[J].氣象，2024，50（1）：48-58.

[2] 陳良呂，夏宇.川渝地區一次短時強降水天氣的集合敏感性分析[J].氣象，2024，50（4）：407-419.

[3] 孔祥偉，李晨蕊，楊秀梅，等.甘肅河東夏季區域性短時強降水環流形勢分類特征[J].高原氣象，2024，43（2）：329-341.

[4] 劉菲凡，鄭永光，羅琪，等.京津冀及周邊一般性降水與短時強降水特征對比[J].應用氣象學報，2023，34（5）：619-629.

[5] 江帆，王東海，曾智琳.近20年季風爆發前后珠江三角洲前汛期短時強降水的時空演變特征與成因[J].大氣科學， 2024，48（2）：715-734.

[6] 周俊菊，馮煒，向鵑，等.基于SPEI指數的近58 a甘肅省干旱特征分析[J].氣象科學，2022，42（1）：99-107.

[7] 曠蘭，田茂舉，李強，等.基于不同地形因子的重慶市短時強降水時空變化特征分析[J].水電能源科學，2023，41（4）：1-4.

[8] 梁巧倩，李曉娟，文秋實，等.強弱天氣尺度強迫下廣東短時強降水時空特征分析[J].熱帶氣象學報，2022，38（5）：641-650.

[9] 馬燕，路錦燕，辛和平，等.阜康地區夏季短時強降水時空分布特征[J].氣象科技進展，2023，13（6）：54-59.

[10] 潘虹旭，董文韜，劉塤勛，等.黔東南地區短時強降水時空分布特征分析[J].中低緯山地氣象，2023，47（6）：71-76.

[11] 黃景，夏豐，蔡桓，等.2011—2021年廣州黃埔短時強降水時空分布特征及成因分析[J].氣象水文海洋儀器，2023，40（4）：36-39.

[12] 孫靖雯，王建東，盧偉萍，等.基于自動站資料的梧州市短時強降水時空特征分析[J].氣象研究與應用，2023，44（4）：108-113.

[13] 劉夢迪，尉德康，于佳琪，等.近10年5—9月通遼市短時強降水時空分布特征[J].內蒙古氣象，2023（6）：8-13+18.