2013—2018年福州地區(qū)短時(shí)暴雨特征分析

張美花 張煒月

(福建省閩侯縣氣象局，福建 福州 350100)

0 引言

近年來(lái)，氣候變暖造成最直接威脅就是極端氣候?yàn)?zāi)害增多，如局地強(qiáng)降水災(zāi)害加重[1-2]。福州位于福建省東南沿海，屬于亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，短時(shí)暴雨造成的洪澇時(shí)有發(fā)生。例如2016年“尼伯特”臺(tái)風(fēng)暴雨短時(shí)雨強(qiáng)大，7月9日6～14時(shí)福州地區(qū)共有6個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)累積降雨量超過(guò)250mm，永泰縣紅星鄉(xiāng)3小時(shí)累積雨量達(dá)254mm。短時(shí)暴雨造成永泰大樟溪支流清涼溪流域、閩清梅溪流域、閩侯木源溪流域發(fā)生百年一遇或超百年一遇特大洪澇，閩清、永泰、閩侯等縣部分城鎮(zhèn)遭受洪水侵淹、人員傷亡，全市直接經(jīng)濟(jì)損失約70.6億元。由此可見(jiàn)，短時(shí)暴雨洪澇嚴(yán)重威脅社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生命財(cái)產(chǎn)安全，是當(dāng)前政府部門防汛工作重點(diǎn)，也是氣象部門預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)工作的重點(diǎn)、難點(diǎn)。

目前國(guó)內(nèi)外許多專家學(xué)者都對(duì)各地短時(shí)暴雨做了研究[3-6]。陳香[3]指出，暴雨洪澇災(zāi)害既是一種突發(fā)性災(zāi)害，又具有持續(xù)性的危害，選擇指標(biāo)時(shí)既要考慮降水的總量，又要體現(xiàn)降水的突發(fā)強(qiáng)度；肖光梁等[4]指出，短時(shí)暴雨相對(duì)于暴雨而言，突發(fā)性更強(qiáng)，災(zāi)害更大。研究還表明，各地短時(shí)暴雨在時(shí)空分布上地域特征性明顯，產(chǎn)生的影響天氣系統(tǒng)也有很大不同。鄭穎青等[7]做了福州市短時(shí)強(qiáng)降水分析，目前未有關(guān)于福州地區(qū)短時(shí)暴雨方面的研究。因此本文擬通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析福州地區(qū)短時(shí)暴雨時(shí)空分布及影響天氣類型特征，從中找出規(guī)律，以期提高福州地區(qū)短時(shí)暴雨預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)能力。

1 短時(shí)暴雨標(biāo)準(zhǔn)與資料

福建省短時(shí)臨近天氣業(yè)務(wù)規(guī)定，每個(gè)縣(市、區(qū))有1個(gè)國(guó)家自動(dòng)站或3個(gè)區(qū)域自動(dòng)站預(yù)報(bào)未來(lái)2小時(shí)內(nèi)將出現(xiàn)1小時(shí)≥50mm或預(yù)報(bào)與實(shí)況累計(jì)3小時(shí)≥100mm時(shí)，需制作短時(shí)強(qiáng)天氣報(bào)告。當(dāng)1小時(shí)累積降水量達(dá)到50mm或3小時(shí)累積雨量達(dá)到100mm，預(yù)報(bào)員必須通過(guò)短信平臺(tái)向政府及相關(guān)部門發(fā)布強(qiáng)降水預(yù)警信息。根據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)定，本文選擇1小時(shí)≥50mm和3小時(shí)≥100mm兩種標(biāo)準(zhǔn)對(duì)短時(shí)暴雨過(guò)程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

選取福州地區(qū)2013—2018年315個(gè)自動(dòng)觀測(cè)站1～12月逐時(shí)降水資料，先對(duì)降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制，去除異值，以保證降水?dāng)?shù)據(jù)準(zhǔn)確性、連續(xù)性。規(guī)定≥1個(gè)以上自動(dòng)觀測(cè)站累積雨量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)算一次天氣過(guò)程，一個(gè)站點(diǎn)同一過(guò)程多次達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)只取一次。統(tǒng)計(jì)得到福州地區(qū)2013—2018年累積雨量1小時(shí)≥50mm短時(shí)暴雨過(guò)程154次，741站次；3小時(shí)≥100mm短時(shí)暴雨過(guò)程52次，338站次。

2 結(jié)果分析

2.1 短時(shí)暴雨空間分布

采用福州地區(qū)2013—2018年315個(gè)自動(dòng)觀測(cè)站出現(xiàn)短時(shí)暴雨站次進(jìn)行空間分布特征分析(圖1)。福州地區(qū)1小時(shí)≥50mm短時(shí)暴雨全區(qū)各縣市都會(huì)出現(xiàn)，沿海縣市明顯少于內(nèi)陸縣市，福州地區(qū)西部、北部多于東部、南部。高值區(qū)分別出現(xiàn)在晉安區(qū)北部、永泰縣西南部、閩侯縣西南部與永泰縣東北部交界處(圖1a)。福州地區(qū)3小時(shí)≥100mm短時(shí)暴雨也是沿海縣市少于內(nèi)陸縣市，高值區(qū)為連江縣北部、閩侯縣西南部與永泰縣東北部交界處、永泰縣西南部(圖1b)。

(a) 1小時(shí)≥50mm的頻數(shù)

(b) 3小時(shí)≥100mm的頻數(shù) 圖1 2013—2018年福州地區(qū)短時(shí)暴雨空間分布頻數(shù)

統(tǒng)計(jì)分析可得，福州地區(qū)1小時(shí)≥50mm和3小時(shí)≥100mm短時(shí)暴雨在空間分布上比較相似，都是內(nèi)陸縣市多于沿?？h市，在空間分布上表現(xiàn)出明顯的地域局地性特征。高值區(qū)都出現(xiàn)在海拔較高山區(qū)，這可能與地形的強(qiáng)迫抬升作用使得降水強(qiáng)度增強(qiáng)有關(guān)。目前國(guó)內(nèi)外許多專家都在這方面做了研究，孫繼松[8]指出，暴雨中心多發(fā)生在山脈的迎風(fēng)坡，這是由于迎風(fēng)坡的氣流動(dòng)力抬升，產(chǎn)生氣旋式渦度，引發(fā)低層氣旋式輻合，形成了對(duì)流強(qiáng)降水。樓小風(fēng)等[9]指出，在地形坡度較大時(shí),會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的上升氣流,從而使系統(tǒng)對(duì)流發(fā)展旺盛,產(chǎn)生較大的降水和較強(qiáng)的回波。福州地區(qū)屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，地勢(shì)西北高，東南低，夏半年主要受來(lái)自海洋濕潤(rùn)而溫暖的熱帶或海洋氣團(tuán)控制，常刮南風(fēng)[10]，當(dāng)暖濕氣流從南向北遇山脈爬升時(shí)增強(qiáng)降水強(qiáng)度，就易形成福州地區(qū)短時(shí)暴雨中心，這與專家們的研究結(jié)論基本一致。

2.2 短時(shí)暴雨時(shí)間分布特征

分析得福州地區(qū)2月份和12月份未出現(xiàn)短時(shí)暴雨。1小時(shí)≥50mm短時(shí)暴雨月份分布呈“雙峰型”，主峰出現(xiàn)在8月份,次峰在6月份。1月、3月各1次，4月頻數(shù)開(kāi)始增多，10月明顯下降(圖2a)；3小時(shí)≥100mm短時(shí)暴雨月份分布呈“單峰型”，主峰出現(xiàn)在9月份，4月份開(kāi)始逐漸增多,10月明顯減少(2次),11月1次(圖2b)。

從圖2可看出，福州地區(qū)短時(shí)暴雨5—9月出現(xiàn)次數(shù)最多，這與5—9月是福州地區(qū)汛期相一致。峰值出現(xiàn)在8月和9月可能與受熱帶氣旋影響有關(guān)。

(a) 1小時(shí)≥50mm的頻數(shù)

(b) 3小時(shí)≥100mm的頻數(shù) 圖2 2013—2018年福州地區(qū)短時(shí)暴雨月際分布頻數(shù)

2.3 影響天氣類型

2.3.1 主要影響天氣類型

用常規(guī)天氣資料分析2013—2018年間影響福州地區(qū)短時(shí)暴雨天氣類型特征。1小時(shí)≥50mm過(guò)程154次，高空槽切變影響88次，占57%；熱帶氣旋影響32次，占21%，其中登陸福建省12次，未登陸福建外圍影響20次；副高邊緣不穩(wěn)定系統(tǒng)影響27次，占17%；其他(偏東氣流、西南氣流、南風(fēng)輻合等，下同)類型影響7次，占5%(圖3a)。3小時(shí)≥100mm過(guò)程52次，高空槽切變影響23次，占44%；熱帶氣旋影響20次，占38%，其中登陸福建省9次，未登陸福建外圍影響11次；副高邊緣不穩(wěn)定系統(tǒng)影響8次，占16%；其他影響1次，占2%(圖3b)。

(a) 1小時(shí)≥50mm天氣類型頻數(shù)

(b) 3小時(shí)≥100mm天氣類型頻數(shù) 圖3 2013—2018年福州地區(qū)短時(shí)暴雨天氣類型分布頻數(shù)

從圖3可見(jiàn)，福州地區(qū)短時(shí)暴雨主要影響天氣類型有高空槽切變、熱帶氣旋、副高邊緣不穩(wěn)定系統(tǒng)等。高空槽切變是主要影響天氣類型，熱帶氣旋影響次之。

2.3.2 天氣類型影響特征

暴雨危害除降水強(qiáng)度外，與其影響范圍也有密切關(guān)系。中央氣象臺(tái)指出，在業(yè)務(wù)實(shí)踐中區(qū)域性暴雨常因其降雨強(qiáng)度極強(qiáng)，可能造成區(qū)域性的嚴(yán)重暴雨洪澇災(zāi)害。福建省短時(shí)臨近天氣業(yè)務(wù)規(guī)定，區(qū)域性對(duì)地市一般指涉及本行政區(qū)1/3縣市(市、區(qū))及以上范圍，縣(市、區(qū))有1個(gè)國(guó)家自動(dòng)站或3個(gè)區(qū)域自動(dòng)站出現(xiàn)時(shí)算一次區(qū)域性過(guò)程。

根據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)定，福州地區(qū)2013—2018年1小時(shí)≥50mm暴雨高空槽切變影響有88次，出現(xiàn)區(qū)域性暴雨13次；登陸福建熱帶氣旋影響有12次，出現(xiàn)區(qū)域性暴雨7次；未登陸福建熱帶氣旋外圍影響20次，出現(xiàn)區(qū)域性暴雨4次；副高邊緣不穩(wěn)定系統(tǒng)影響27次，出現(xiàn)區(qū)域性暴雨7次；其他系統(tǒng)影響7次，未出現(xiàn)區(qū)域性暴雨過(guò)程(圖4a)。3小時(shí)≥100mm暴雨高空槽切變影響有23次，出現(xiàn)區(qū)域性暴雨3次；登陸熱帶氣旋影響9次，出現(xiàn)區(qū)域性暴雨8次；副高邊緣不穩(wěn)定系統(tǒng)影響8次，出現(xiàn)區(qū)域性暴雨2次；未登陸福建熱帶氣旋和其他系統(tǒng)影響都未出現(xiàn)區(qū)域性暴雨(圖4b)。

(a) 1小時(shí)≥50mm出現(xiàn)概率

(b) 3小時(shí)≥100mm出現(xiàn)概率 圖4 2013—2018年福州地區(qū)不同天氣類型出現(xiàn)區(qū)域性暴雨概率

從圖4看出，其他系統(tǒng)影響福州地區(qū)未出現(xiàn)1小時(shí)≥50mm和3小時(shí)≥100mm區(qū)域性暴雨。登陸福建熱帶氣旋影響福州地區(qū)出現(xiàn)1小時(shí)≥50mm區(qū)域性暴雨的概率為58%，出現(xiàn)3小時(shí)≥100mm區(qū)域性暴雨的概率為89%。未登陸福建熱帶氣旋外圍影響福州地區(qū)出現(xiàn)1小時(shí)≥50mm區(qū)域性暴雨的概率僅20%，未出現(xiàn)3小時(shí)≥100mm區(qū)域性暴雨。高空槽切變和副高邊緣不穩(wěn)定系統(tǒng)影響出現(xiàn)區(qū)域性暴雨的概率都低于30%。

3 結(jié)論

①福州地區(qū)1小時(shí)≥50mm和3小時(shí)≥100mm短時(shí)暴雨在空間上分布比較相似，福州所有地區(qū)都可能出現(xiàn)短時(shí)暴雨過(guò)程，沿?？h市明顯少于內(nèi)陸縣市，福州地區(qū)西部、北部多于東部、南部。在空間分布特征上表現(xiàn)出明顯的地域局地性，高值區(qū)都出現(xiàn)在平坦地向高海拔山區(qū)爬升地帶，高值區(qū)為晉安區(qū)北部、連江縣北部、永泰縣西南、閩侯縣西南與永泰縣東北交界處。

②福州地區(qū)12月和2月未出現(xiàn)短時(shí)暴雨，1小時(shí)≥50mm短時(shí)暴雨月份分布呈“雙峰型”,主峰出現(xiàn)在8月份,次峰在6月；3小時(shí)≥100mm短時(shí)暴雨月份分布呈“單峰型”，主峰出現(xiàn)在9月份。

③福州地區(qū)短時(shí)暴雨主要影響天氣類型有高空槽切變、熱帶氣旋、副高邊緣不穩(wěn)定系統(tǒng)等。登陸福建熱帶氣旋影響時(shí)出現(xiàn)1小時(shí)≥50mm區(qū)域性暴雨的概率為58%，出現(xiàn)3小時(shí)≥100mm區(qū)域性暴雨的概率為89%；未登陸福建熱帶氣旋影響福州地區(qū)出現(xiàn)1小時(shí)≥50mm區(qū)域性暴雨的概率僅20%，未出現(xiàn)3小時(shí)≥100mm區(qū)域性暴雨；高空槽切變和副高邊緣不穩(wěn)定系統(tǒng)影響福州地區(qū)出現(xiàn)區(qū)域性暴雨的概率都低于30%。