1986—2016年遼寧省強降水氣候特征

白志娜，肖天貴，安 娟，黃薈羽，張云霞，高凌峰

（1.遼陽市氣象局，遼寧 遼陽111300；2.成都信息工程大學，四川 成都610225；

3.遼陽縣氣象局，遼寧 遼陽111299；4.張家口市氣象局，河北 張家口075000）

遼寧地處高緯地區(qū)，位于東亞夏季風北端的海陸交界處，受東亞季風影響，遼寧地區(qū)暴雨主要集中在夏季，具有強度大、時間集中、極端值大等顯著特征；短時強降水具有局地性和突發(fā)性強，小時雨強大等特點。強降水可能引發(fā)內澇、地質災害等次生災害，是遼寧省主要的氣象災害[1-2]。

IPCC 第4 次評估報告指出，在全球變暖的大背景下，全球陸地大部分地區(qū)降水正發(fā)生顯著變化，降水量在高緯度地區(qū)增加、在中低緯度地區(qū)減少，強降水比例普遍增加，我國也不例外，根據模式估計，這種趨勢可能延續(xù)[3-5]。近年來，有不少學者對我國暴雨做了深入研究，陳秋萍等[6]分析了福建北部前汛期短時強降水的時空分布及雷達回波特征，指出了喇叭口、峽谷等地形對前汛期暴雨的降水量有增幅作用。沈澄[7]等分析揭示了南京地區(qū)短時強降水的年變化、月變化、日變化等規(guī)律，指出降雨強度超過50 mm/h 的致災性短時強降水呈逐年增長趨勢，短時強降水的空間分布具有城郊差異。孫鳳華等[8-9]研究發(fā)現(xiàn)東北地區(qū)暴雨量及強度均呈增強的趨勢，暴雨量的降水極值增加更顯著。鄒立堯[3]等研究表明，東北地區(qū)暴雨主要出現(xiàn)在遼寧省東部，而且暴雨初日整體提前。楊青[10]等指出遼寧南部到西南沿海是大暴雨多發(fā)區(qū)。趙春雨等[11]、李廣霞等[12]、孫鳳華等[13]研究指出，近幾十年來遼寧省降水呈減少趨勢，且空間分布極不均勻。

盡管如此，關于遼寧短時強降水及日強降水氣候特征的研究工作還較少，本文利用1986—2016 年國家站5—10 月的逐日和逐小時降水觀測資料，著重分析遼寧省短時強降水和日強降水的發(fā)生范圍、時間分布特征、空間分布等特征，為當?shù)貧庀蠓罏臏p災能力提升提供科學依據。

1 資料與方法

1.1 資料來源

本研究采用的資料取自1986—2016 年遼寧省62個國家站5—10 月的逐小時和逐日降水觀測數(shù)據。

1.2 研究方法

本文把強降水分為短時強降水和日強降水兩類進行研究，并將降雨強度（以下簡稱“雨強”）達到或超過20 mm/h 的降水定義為短時強降水，雨強達到或超過50 mm/24 h 的降水定義為日強降水。

按強降水出現(xiàn)的臺站比例定義強降水發(fā)生的范圍：局地強降水（出現(xiàn)強降水的站數(shù)占總站數(shù)＜10%）、小范圍強降水（10%≤出現(xiàn)強降水的站數(shù)占總站數(shù)＜30%）、區(qū)域性強降水（30%≤出現(xiàn)強降水的站數(shù)占總站數(shù)＜50%）及大范圍強降水（出現(xiàn)強降水的站數(shù)占總站數(shù)≥50%）[6]。

遼寧省只要有一個國家站出現(xiàn)強降水，記為1次強降水事件。若某國家站一天中多次出現(xiàn)短時強降水，則站次累加統(tǒng)計；日降水數(shù)據以20 時（以下均為北京時間）為日界進行統(tǒng)計。基于以上定義，分析1986—2016 年遼寧省5—10 月強降水區(qū)域范圍分布特征、時空分布特征。

2 遼寧省強降水的氣候特征分析

2.1 遼寧省強降水的區(qū)域范圍分析

圖1a 為逐次短時強降水（20 mm/h）對應的區(qū)域范圍分布，結合表1 可知，雨強超過20 mm/h 的強降水共出現(xiàn)1160 次，大范圍的7 次，占0.6%，僅1994 年就出現(xiàn)3 次大范圍強降水，為短時強降水異常偏多年份;圖1b 為逐次日強降水（50 mm/24 h）對應的區(qū)域范圍分布，結合表1 可知，雨強超過50 mm/24 h 的強降水共出現(xiàn)718 次，大范圍強降水共

出現(xiàn)9 次，占1.2%，其中1994 年、1997 年、2016 年均出現(xiàn)2 次，為典型日強降水偏多年份。

表1 兩類強降水在各區(qū)域范圍出現(xiàn)次數(shù)及比例

2.2 遼寧省強降水的時間分布特征

圖2a 采用線性傾向估計對遼寧省強降水次數(shù)進行趨勢分析。從時間變化上看，短時強降水和日強降水次數(shù)整體呈下降趨勢，氣候傾向率分別為8.1次/10 a、0.4 次/10 a，下降趨勢不顯著，均未通過α=0.05 的顯著性檢驗；短時強降水和日強降水表現(xiàn)出較好的一致性，1991、1994、2010、2016 年強降水頻發(fā)，1989、1993、2000、2009 年強降水少發(fā)；1994 年短時強降水和日強降水的次數(shù)（分別為348 次、252次）和最大雨強值（分別為112 mm/h，318 mm/24 h）異常偏大。2010 年短時強降水和日強降水次數(shù)（分別為245 次、197 次）偏大，日強降水的最大雨強（274.2 mm/24 h）偏大，但短時強降水的最大雨強（64 mm/h）偏小；2009 年短時強降水和日強降水次數(shù)（分別為26 次、52 次）和最大雨強值（63 mm/h，154 mm/24 h）異常偏小，2000 年短時強降水和日強降水的次數(shù)（分別為82 次、49 次）異常偏小，短時強降水的最大雨強（64.9 mm/h）偏小，日強降水最大雨強（188.7 mm/24 h）接近平均值（196.9 mm/24 h）。厄爾尼諾現(xiàn)象很可能是1994 年強降水異常偏多且強降水范圍異常偏大的主要原因。

圖1 遼寧省短時強降水（a）和日強降水（b）空間分布的逐次變化

圖2 遼寧省國家站強降水次數(shù)（a）、最大雨強（b）的逐年變化

由圖3 可知，遼寧省5—10 月的強降水次數(shù)和最大雨強均呈單峰型分布。7 月是強降水發(fā)生最頻繁的月份，8 月次之；7、8 月強降水次數(shù)合計為6504次，占總發(fā)生次數(shù)的79%；6 月出現(xiàn)次數(shù)比9 月略多，5 月出現(xiàn)次數(shù)比10 月略多（圖3a）；7 月易發(fā)生大雨強的短時強降水，8 月次之，10 月不易發(fā)生大雨強的短時強降水；8 月易發(fā)生大雨強的日強降水，9月次之，5 月不易發(fā)生大雨強的日強降水（圖3b）。

遼寧省5—10 月逐旬強降水次數(shù)呈明顯的單峰型分布（圖4）。7 月下旬短時強降水發(fā)生最頻繁，8月上旬次之；7 月下旬、8 月上旬日強降水出現(xiàn)次數(shù)幾乎相等，7 月下旬—8 月上旬共發(fā)生強降水3147次，占總發(fā)生次數(shù)的38.3%（圖4a）；短時強降水的最大雨強呈緩慢波動，6 月下旬、8 月下旬、9 月下旬出現(xiàn)較大值，5 月中旬—6 月上旬，8 月中旬、9 月中旬、10 月出現(xiàn)較低值；日強降水的最大雨強呈一峰二谷型特征，7—8 月出現(xiàn)最大值，5 月下旬—6 月上旬、9 月中旬—10 月中旬出現(xiàn)最小值（圖4b）。

強降水是在一定大尺度環(huán)流背景下由中小尺度系統(tǒng)直接影響產生的，大尺度系統(tǒng)為強降水提供能量和水汽條件，中小尺度系統(tǒng)為強降水提供動力觸發(fā)條件。上述分析可知，遼寧地區(qū)的強降水具有明顯的季節(jié)性（7 月下旬—8 月上旬），這與西太平洋副熱帶高壓（副高）和季風急流、熱帶氣旋等系統(tǒng)的季節(jié)性北上有關。季風急流輸送的孟加拉灣水汽、副高后部偏南急流輸送的熱帶氣旋和南部海上的水汽、東北地區(qū)特有的鄂霍茨克海水汽為遼寧地區(qū)夏季強降水提供充足的水汽；高空冷空氣侵入使冷暖空氣在遼寧上空交匯，為遼寧地區(qū)夏季強降水提供動力抬升；水汽和動力的共同作用使遼寧地區(qū)產生強降水。此外，高空輻散的抽吸作用使低層輻合、上升運動增強，有利于遼寧地區(qū)產生強降水。孫欣等[14]研究表明，遼寧地區(qū)強降水與低空急流和冷暖空氣的路徑、強度有關；降水強度與急流強度和鋒區(qū)強度成正比，與急流和影響槽之間的距離成反比。

圖3 遼寧省國家站強降水次數(shù)（a）、最大雨強（b）的逐月變化

圖4 遼寧省國家站強降水次數(shù)（a）、最大雨強（b）的逐旬變化

遼寧省短時強降水次數(shù)的日分布呈雙峰型分布（圖5a），早晨（05—08 時）、午后到傍晚（14—18 時）是短時強降水的高發(fā)時段，上午（09—13 時）及夜間（22—03 時）是短時強降水的低發(fā)時段。短時強降水的高發(fā)時段，雨強通常較強，低發(fā)時段，雨強較弱（圖5b）。

以往研究表明[15]，低空急流在凌晨達最大值，且急流結構最清晰。因此，短時強降水在凌晨多發(fā)很可能和低空急流的加強關系密切。此外，地面氣壓具有日變化特征，在03—04 時出現(xiàn)一天中的次低值，此時段恰好在短時強降水的高發(fā)時段（05—08 時）前，地面氣壓的降低使輻合增強，加速上升運動，有利于短時強降水的發(fā)生發(fā)展。午后到傍晚，地面接收太陽輻射最強，近地層形成絕對不穩(wěn)定層結，如果當天水汽豐富，則極易發(fā)生對流性短時強降水天氣。

2.3 遼寧省強降水的空間分布特征

各臺站次數(shù)統(tǒng)計均由日強降水和短時強降水累加而成（圖6）。遼寧省強降水次數(shù)空間分布呈東多西少、南多北少，存在3 個高值區(qū)。第一個在丹東至大連地區(qū)，大值中心位于丹東站（267 次）。該地區(qū)位于黃海北岸、鴨綠江西岸和長白山東南麓，在充足的水汽供應和喇叭口地形輻合、山地抬升和海陸受熱不均的共同影響下產生強降水；第二個為遼寧西南部的葫蘆島沿海地區(qū)，該地區(qū)位于渤海北岸，在充足的水汽供應和海陸熱力不均的影響下產生強降水；第三個位于盤錦—沈陽沿線，該地區(qū)地處遼河平原和長白山余脈東南麓的迎風坡，有利于地形輻合抬升，在山脈和遼河的影響下產生強降水。朝陽地區(qū)和沈陽北部地區(qū)存在2 個低值區(qū)，建平縣強降水次數(shù)最少（56 次）。這2 個地區(qū)均位于內陸，水汽匱乏，同時朝陽地區(qū)位于大興安嶺南部的背風坡，地形的下沉氣流作用和水汽不足導致強降水低發(fā)（圖6a）。在丹東地區(qū)和葫蘆島地為2 個最大雨強大值區(qū)，興城為大值中心（6 次）。最大雨強很難出現(xiàn)在朝陽、撫順等地區(qū)（圖6b）。

綜上所述，丹東至大連地區(qū)和葫蘆島地區(qū)強降水具有次數(shù)高發(fā)、雨強大等特點。朝陽地區(qū)強降水具有次數(shù)低發(fā)、雨強小等特點。

由表2、表3 知，遼寧省強降水次數(shù)隨雨強增大逐漸遞減。短時強降水過程以20～40 mm/h 為主，占總發(fā)生次數(shù)的87%，其中20～30 mm/h 級別出現(xiàn)3258 次，占67%；雨強達到或超過40 mm/h 的短時強降水僅占12%。日強降水以50～100 mm/24 h 為主，出現(xiàn)2855 次，占總發(fā)生次數(shù)的84%；100～150 mm/24 h 級別的日強降水占總發(fā)生次數(shù)的12%；雨強達到或超過150 mm/24 h 的日強降水僅占4%。

圖5 遼寧省國家站短時強降水出現(xiàn)次數(shù)（a）、最大雨強（b）的逐時變化

圖6 遼寧省國家站強降水次數(shù)（a）、最大雨強次數(shù)（b）的空間分布

太陽輻射和下墊面的空間分布不均是各地出現(xiàn)溫度差、氣壓差，進而產生輻合輻散和上升運動的主要原因。太陽輻射的多少還影響著蒸發(fā)過程和大氣中的熱量和水汽分布。遼寧地處東北地區(qū)，緯度偏北，接收的太陽輻射較少，因此熱力和水汽條件稍顯不足。加之副高、季風、江淮氣旋等大尺度系統(tǒng)北移并影響遼寧的時間較少，所以雨強達到或超過40 mm/h 的小時強降水在遼寧省不多見，雨強達到或超過150 mm/24 h 的日強降水更少出現(xiàn)。

表2 遼寧省短時強降水出現(xiàn)站次及比例

3 結論

本文利用遼寧省國家站1986—2016 年5—10月的逐日和逐小時降水觀測資料，分析遼寧省短時強降水和日強降水的發(fā)生范圍、不同尺度的時間變化特征、空間分布等氣候特征，得出如下結論：

（1）1994 年遼寧省強降水高發(fā)、雨強大、降水范圍大。

（2）遼寧省強降水集中在7—8 月，占總發(fā)生次數(shù)的79%。主要集中在7 月下旬—8 月上旬，占總發(fā)生次數(shù)的38.3%。這與副高、季風急流、熱帶氣旋等系統(tǒng)的季節(jié)性北上有關。

（3）遼寧省短時強降水的日變化呈雙峰型分布，早晨（05—08 時）、午后到傍晚（14—18 時）為2 個高發(fā)時段，上午（09—13 時）及夜間（22 時—次日03時）為短時強降水的低發(fā)時段。很可能與低空急流、地面氣壓和太陽輻射的日變化有關。

（4）遼寧省強降水次數(shù)空間分布呈東多西少、南多北少，存在3 個高值區(qū)和2 個低值區(qū)。高值區(qū)分別位于丹東至大連地區(qū)、遼寧西南部的葫蘆島地區(qū)和盤錦—沈陽沿線。低值區(qū)分別位于朝陽地區(qū)和沈陽北部地區(qū)。

（5）遼寧省短時強降水以20～40 mm/h 為主，占總發(fā)生次數(shù)的87%；日強降水以50～100 mm/24 h 為主，占總發(fā)生次數(shù)的84%；雨強達到或超過150 mm/24 h 很少出現(xiàn)，僅占總發(fā)生次數(shù)的4%；丹東地區(qū)和葫蘆島地區(qū)為2 個最大雨強大值區(qū)。