深圳近10年暴雨分區(qū)預(yù)警信號分布特征及質(zhì)量評估

徐婷，藥蕾，劉琨，張超，蔡偉源，羅欣，李明華

（1.深圳市氣象局，廣東深圳 518040；2.深圳市突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布中心，廣東深圳 518040；3.深圳市國家氣候觀象臺，廣東深圳 518040；4.深圳市氣象服務(wù)中心，廣東深圳 518040；5.深圳南方強(qiáng)天氣研究重點實驗室，廣東深圳 518040）

20世紀(jì)90年代初，接連遭受臺風(fēng)暴雨災(zāi)害的深圳特區(qū)開始了氣象災(zāi)害預(yù)警信號的探索。1994年7月22日首個暴雨預(yù)警信號的發(fā)布，標(biāo)志著深圳在全國率先開啟氣象災(zāi)害預(yù)警發(fā)布的征程［1］。深圳地處南海之濱，同時受西風(fēng)帶系統(tǒng)和熱帶系統(tǒng)影響，汛期長，全年86%的雨量出現(xiàn)在汛期，暴雨是最主要的氣象災(zāi)害之一；但由于地形復(fù)雜，東西狹長，降雨東西分布不均［2-3］，局地性、突發(fā)性強(qiáng)。2007年，為適應(yīng)城市防災(zāi)減災(zāi)需求，基于稠密的氣象探測網(wǎng)、發(fā)展的短時臨近預(yù)報技術(shù)和建成的分區(qū)預(yù)警平臺，深圳市開始?xì)庀鬄?zāi)害分區(qū)預(yù)警業(yè)務(wù)，預(yù)警信號最小以街道為單元發(fā)布。在以預(yù)警信號為先導(dǎo)、部門聯(lián)動、社會響應(yīng)的防災(zāi)機(jī)制下，暴雨預(yù)警信號的及時準(zhǔn)確發(fā)布對城市災(zāi)害防御起著至關(guān)重要的作用。肖偉軍等［4］從天氣學(xué)的角度介紹了華南暴雨預(yù)警的發(fā)布技巧；曹春燕等［5］從技術(shù)和策略等方面探討了涉及停課停工高級別預(yù)警信號的發(fā)布經(jīng)驗；李懷宇等［6］以廣州5·7暴雨為例闡述如何做好突發(fā)性大暴雨的預(yù)警服務(wù)；陸小玉等［7］、盧炳夫等［8］開展的預(yù)警信號質(zhì)量評估為提升災(zāi)害性天氣預(yù)警能力提供參考。

近10年，深圳暴雨強(qiáng)度強(qiáng)，極端降水多，局地暴雨以上天數(shù)平均每年48.3 d；2019年龍舟水期間多項雨量指標(biāo)刷新歷史記錄，5月份7 d內(nèi)經(jīng)歷3場局地大暴雨，全市多處受災(zāi)嚴(yán)重，氣象臺連發(fā)3次暴雨紅色預(yù)警，為近5年龍舟水期間暴雨紅色預(yù)警密集之最［9］。本研究利用2010—2019年深圳市暴雨分區(qū)預(yù)警信號歷史資料，統(tǒng)計分析近10年深圳暴雨分區(qū)預(yù)警信號的時空分布特征，并進(jìn)行質(zhì)量評估，反思目前暴雨預(yù)警發(fā)布存在的問題及對策，以期在新的氣候背景和服務(wù)需求下，為氣象災(zāi)害防御和暴雨預(yù)警發(fā)布提供參考。

1 資料與方法

對2010—2019年深圳市氣象臺發(fā)布的暴雨預(yù)警信號歷史資料進(jìn)行統(tǒng)計分析，并按照《氣象災(zāi)害預(yù)警信號質(zhì)量檢驗辦法（試行）》［10］進(jìn)行暴雨預(yù)警信號質(zhì)量評估。根據(jù)深圳《氣象災(zāi)害預(yù)警信號發(fā)布規(guī)范》（SZDB／Z 214-2016）［11］規(guī)定，暴雨預(yù)警信號由低到高分為黃色、橙色、紅色；發(fā)布范圍包含全市陸地及海區(qū)（圖1），分區(qū)預(yù)警在陸地上的最小劃分單元為街道（原特區(qū)即福田區(qū)、羅湖區(qū)、鹽田區(qū)和南山區(qū)仍按區(qū)發(fā)布）。本研究為方便討論，以區(qū)為單元進(jìn)行統(tǒng)計。

圖1 深圳市各行政區(qū)、東西部海區(qū)示意圖

2 結(jié)果與分析

2.1 暴雨分區(qū)預(yù)警時空分布特征

1）時間分布特征。

統(tǒng)計可知，2010—2019年深圳共記錄到局地暴雨及以上天數(shù)483 d，發(fā)布暴雨分區(qū)預(yù)警信號586次。汛期（4—9月）發(fā)布547次約占93.3%，以5—8月最為密集（占76.9%），這與盧曉雄等［3］得出深圳5—8月降水占全年降水量的64.4%的結(jié)論基本相符；前汛期（4—6月）發(fā)布270次并以5月為峰值；后汛期（7—9月）發(fā)布278次以8月為峰值。高級別暴雨預(yù)警（紅色和橙色）的逐月分布特征與此分布一致（表1）。圖2給出了2010—2019年深圳暴雨分區(qū)預(yù)警信號年際變化，由圖2（見下頁）可以看出，深圳暴雨分區(qū)預(yù)警次數(shù)整體呈逐年波動上升趨勢，2013年開始高級別暴雨預(yù)警次數(shù)顯著增多。年均發(fā)布58.6次，2019年最多112次，2010、2012和2015年最少均為40次，12月未發(fā)出過暴雨預(yù)警。高級別暴雨預(yù)警（紅色和橙色）145次占24.7%，最多為2019和2015年的5次。

表1 2010—2019年深圳暴雨分區(qū)預(yù)警次數(shù)統(tǒng)計

2）空間分布特征。

深圳暴雨分區(qū)預(yù)警不僅在汛期相對集中，在空間分布上也呈現(xiàn)一定的規(guī)律。由圖3（見下頁）發(fā)現(xiàn)暴雨分區(qū)預(yù)警整體呈北多南少分布，高頻區(qū)主要集中在深圳陸地中北部的龍崗區(qū)、龍華區(qū)和寶安區(qū)，龍崗區(qū)以445次居第一，陸地發(fā)布頻次遠(yuǎn)高于海區(qū)。高級別暴雨預(yù)警龍崗區(qū)和寶安區(qū)最多，西部海區(qū)最少；龍崗區(qū)高級別暴雨預(yù)警88次，約為西部海區(qū)的6倍。暴雨預(yù)警的高頻街道處在龍崗區(qū)坂田、布吉、南灣、橫崗街道和龍華區(qū)的龍華、民治街道（圖略），這與陳申鵬等［12］發(fā)現(xiàn)的深圳雨島中心位置一致，且與夏季熱島重合，但坪山區(qū)東南部與大鵬新區(qū)交界處的雨島中心在預(yù)警信號分布上并未體現(xiàn)。

前汛期暴雨預(yù)警高頻區(qū)位于寶安區(qū)、龍崗區(qū)、龍華區(qū)、光明區(qū)和坪山區(qū)，后汛期位于龍崗區(qū)、龍華區(qū)、羅湖區(qū)、南山區(qū)和坪山區(qū)，高頻區(qū)向深圳南部轉(zhuǎn)移（圖略）。高級別預(yù)警前汛期處于寶安區(qū)、龍崗區(qū)、光明區(qū)和龍華區(qū)，而后汛期向東向南轉(zhuǎn)移，與整體趨勢一致。后汛期預(yù)警總次數(shù)趨于減少，但高級別預(yù)警卻有所增加。這可能與暴雨形成的環(huán)流特征及深圳地形有關(guān)，前汛期暴雨主要由西風(fēng)帶系統(tǒng)導(dǎo)致，東部處于背風(fēng)坡不利暴雨產(chǎn)生［2］；后汛期主要由熱帶系統(tǒng)或城市熱島局地加熱產(chǎn)生［12］。

圖2 2010—2019年深圳暴雨分區(qū)預(yù)警年際變化

圖3 2010—2019年深圳暴雨分區(qū)預(yù)警各區(qū)發(fā)布頻次

2.2 分區(qū)預(yù)警質(zhì)量評估

按照氣象災(zāi)害預(yù)警信號質(zhì)量檢驗辦法，對2010—2019年深圳所有暴雨分區(qū)預(yù)警的準(zhǔn)確性和時效性進(jìn)行分級和不分級檢驗（表2）。近10年深圳暴雨黃色、橙色、紅色、所有級別和不分級別的TS評分率分別是57.0%、38.6%、96.8%、55.5%和72.3%，暴雨紅色的TS評分最高。命中率（POD）暴雨紅色最高100%，暴雨橙色最低僅為41.9%；暴雨橙色的漏報率最高58.1%；暴雨黃色的空報率最高34.3%。2010—2019年深圳暴雨黃色t1（準(zhǔn)確預(yù)警的時間提前量）、t2（預(yù)警的時間提前量）、t3（有效預(yù)警的時間提前量）分別為38.0、30.9和21.7 min，高級別預(yù)警的時間提前量均在3 min以下。汛期暴雨預(yù)警的準(zhǔn)確性與全年的統(tǒng)計結(jié)果相差不大，但時間提前量略有提升（表略）。

表2 2010—2019年暴雨分區(qū)預(yù)警質(zhì)量檢驗結(jié)果

對比前汛期和后汛期暴雨TS（圖4）可以看出，除暴雨紅色外，其余指標(biāo)后汛期均高于前汛期，也高于汛期的平均水平。暴雨橙色預(yù)警準(zhǔn)確率最低。后汛期時間提前量略高于前汛期（圖略）。暴雨預(yù)警信號不分級檢驗較高的TS評分和命中率反映出深圳對暴雨天氣過程有良好的判斷，但暴雨橙色把握較差。暴雨黃色預(yù)警的提前量約為30 min，高級別暴雨預(yù)警基本無提前量，換言之高級別預(yù)警大致為實況預(yù)警，與實際發(fā)布經(jīng)驗相符。前、后汛期有差異，一方面可能由于深圳短時強(qiáng)降水主要集中在5—6月［2］，預(yù)警難度大；另一方面可能由于模式對前汛期降水預(yù)報能力不足導(dǎo)致［13-14］。因此，在實際工作中，關(guān)注各模式預(yù)報性能的差異，對模式降水進(jìn)行適當(dāng)訂正有利于提升暴雨預(yù)警準(zhǔn)確率。

圖4 2010—2019年暴雨分區(qū)預(yù)警準(zhǔn)確性對比

3 結(jié)論

1）2010—2019年深圳暴雨分區(qū)預(yù)警次數(shù)呈逐年波動上升趨勢，2013年開始高級別暴雨預(yù)警次數(shù)顯著增多。汛期發(fā)布預(yù)警占93.3%，5—8月最為密集，前汛期和后汛期發(fā)布次數(shù)基本持平。預(yù)警分布北多南少，陸地遠(yuǎn)高于海區(qū)，龍崗區(qū)發(fā)布頻次最多。后汛期預(yù)警分布區(qū)域向東、向南轉(zhuǎn)移。

2）深圳對暴雨天氣過程具有良好的判斷，預(yù)警提前量約為30 min。暴雨紅色預(yù)警準(zhǔn)確率最高，橙色最低。高級別預(yù)警基本無時間提前量。后汛期暴雨預(yù)警準(zhǔn)確率高于前汛期。

面對極端降水增多、服務(wù)需求更加精細(xì)的新形勢，仍需進(jìn)一步加強(qiáng)區(qū)域極端災(zāi)害性天氣的監(jiān)測預(yù)報能力、根據(jù)實際情況合理設(shè)置預(yù)警發(fā)布指標(biāo)，提高暴雨預(yù)警特別是暴雨橙色預(yù)警的準(zhǔn)確率和時間提前量；細(xì)化氣象災(zāi)害防御指引和服務(wù)，增強(qiáng)以預(yù)警信號為先導(dǎo)的部門聯(lián)動、社會響應(yīng)防御效果。