2013—2017年汕尾市大暴雨特征及影響天氣系統(tǒng)歸類研究

陳宇聰，劉炳鋒，劉嘉勁，張 毅

(廣東省汕尾市氣象局，廣東 汕尾 516600)

0 引言

暴雨是造成人民群眾生命財(cái)產(chǎn)重大傷亡和損失的主要災(zāi)害性天氣之一，且易帶來城鄉(xiāng)內(nèi)澇、洪澇、交通擁堵、山體滑坡等災(zāi)害。我國已有許多學(xué)者針對暴雨過程及其成因特征等做了統(tǒng)計(jì)以及研究分析[1-8]，周小云等[9]對廣州出現(xiàn)暴雨的頻次以及周期進(jìn)行了分析，鐘平威等[10]則對汕尾海豐縣的暴雨氣候特征進(jìn)行了研究。由于汕尾地區(qū)暴雨頻發(fā)，且大暴雨日數(shù)較多，以上研究均未針對汕尾全市的大暴雨日數(shù)進(jìn)行分析，故本文利用通過篩選后的53個(gè)氣象自動(dòng)站逐小時(shí)降水和常規(guī)氣象資料，對汕尾市2013—2017年期間的大暴雨降水進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出一些汕尾大暴雨的時(shí)空分布特征，并對其影響天氣系統(tǒng)進(jìn)行歸類分析，為氣象業(yè)務(wù)的預(yù)報(bào)預(yù)警和決策服務(wù)提供參考依據(jù)。

1 資料說明

汕尾目前共有110個(gè)氣象觀測自動(dòng)站，考慮到建站時(shí)間參差不齊，某些站點(diǎn)資料累積時(shí)間短，且2013年以前經(jīng)常有缺測的情況發(fā)生，為了保證大多數(shù)站點(diǎn)數(shù)據(jù)資料時(shí)間序列的延續(xù)性和可比性，本文挑選了其中有代表性的53個(gè)測站。為了研究汕尾市2013—2017年大暴雨日的氣候特征變化情況，我們使用了2013—2017年逐日(20時(shí)—次日20時(shí))、逐小時(shí)降水觀測資料，并采用統(tǒng)計(jì)分析法及Surfer軟件進(jìn)行分析。文中大暴雨的定義標(biāo)準(zhǔn)為：只要有3個(gè)或以上氣象自動(dòng)站24 h降雨量≥100 mm，即為1個(gè)大暴雨日。

2 大暴雨的時(shí)空分布特征

2.1 大暴雨雨量分布特征

汕尾市大暴雨累積雨量大(表略)，2013—2017年期間，統(tǒng)計(jì)到累積雨量在250 mm以上的共有47站次24 h，累積雨量在200～249.9 mm之間的共有26站次24 h。最大24 h累積雨量為542.2 mm(2015年5月20日)。如表1所示，小時(shí)雨強(qiáng)40～59.9 mm共365站次；小時(shí)雨強(qiáng)60～79.9 mm共76站次；小時(shí)雨強(qiáng)80～99.9 mm共21站次，年平均4.2站次，其中最多年份為2013年，出現(xiàn)7站次，最少年份分別為2014年、2016年，只出現(xiàn)1站次；小時(shí)雨強(qiáng)≥100 mm只有2015年，出現(xiàn)2站次。最大小時(shí)雨強(qiáng)分別為111.1 mm(2015年5月20日)、111 mm(2015年5月27日)。

表1 2013—2017年汕尾市大暴雨日數(shù)和小時(shí)雨強(qiáng)站數(shù)統(tǒng)計(jì)表

2013—2017年汕尾市大暴雨日小時(shí)雨強(qiáng)頻次統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示。40.0～59.9 mm小時(shí)雨強(qiáng)出現(xiàn)在日雨量100～149.9頻率最小，僅為87.1%，而在日雨量250 mm以上的大暴雨過程中可達(dá)100%；60～79.9 mm小時(shí)雨強(qiáng)出現(xiàn)在日雨量150～199.9 mm的頻率最小為48.8%，頻率最高的是在日雨量≥250 mm達(dá)91.7%；80～99.9 mm小時(shí)雨強(qiáng)在日雨量100～149.9 mm的出現(xiàn)頻率僅為19.4%，出現(xiàn)頻率最高的在日雨量≥250 mm，達(dá)58.3%；≥100 mm小時(shí)雨強(qiáng)的頻率最小出現(xiàn)在日雨量100～149.9 mm為3.2%，頻率最高在日雨量≥250 mm達(dá)16.7%。由此可知，在汕尾大暴雨日中，小時(shí)雨強(qiáng)越小，則出現(xiàn)頻率越多，反之若小時(shí)雨強(qiáng)越大，則出現(xiàn)頻次越少，這一特點(diǎn)跟陳元昭等[11]對2008—2012年深圳大暴雨降水特征分析指出的“大暴雨具有雨強(qiáng)大，小時(shí)雨強(qiáng)出現(xiàn)頻率與時(shí)雨量值成反比”這一結(jié)論基本一致。

表2 2013—2017年汕尾市大暴雨日小時(shí)雨強(qiáng)頻率統(tǒng)計(jì)表

箱線圖是一種用作顯示一組數(shù)據(jù)分散情況資料的統(tǒng)計(jì)圖，常見于品質(zhì)管理，能快速識(shí)別異常值，其最大的優(yōu)點(diǎn)就是不受異常值的影響，能夠準(zhǔn)確穩(wěn)定地描繪出數(shù)據(jù)的離散分布情況。通過將2013—2017年汕尾市62次大暴雨過程中的最大累計(jì)雨量及最大小時(shí)雨量箱線圖繪制于同一坐標(biāo)系中，可以清晰地顯示兩組數(shù)據(jù)的分布差異。由圖1可看出，兩組數(shù)據(jù)的中位數(shù)位置、四位分間距框的位置和高度明顯不一樣，另外過程最大累積雨量出現(xiàn)多個(gè)異常值，這可以說明汕尾的大暴雨過程通常持續(xù)多個(gè)小時(shí)，且容易出現(xiàn)日雨量達(dá)300 mm以上的極端強(qiáng)降水過程。從兩組數(shù)據(jù)上限與下限來看，過程最大累積雨量的分布范圍也明顯比過程小時(shí)雨量偏大。

圖1 2013—2017年汕尾大暴雨過程最大累積雨量及最大小時(shí)雨量箱線圖

2.2 大暴雨時(shí)間分布特征

2013年1月—2017年12月汕尾市共出現(xiàn)62個(gè)大暴雨日(表1)，平均每年12.4 d。2013年大暴雨日數(shù)最多達(dá)到17 d。2014、2015、2016、2017年分別為11 d、10 d、9 d、15 d。

圖2為汕尾市大暴雨日數(shù)的月變化情況。汕尾市大暴雨日出現(xiàn)在4—10月，主要集中在5—8月，約占總?cè)諗?shù)的84%(52 d)；4月起海上西南暖濕氣流開始活躍，水汽條件、動(dòng)力條件均有利于強(qiáng)降雨的發(fā)生和發(fā)展；而5月仍處于南北冷暖空氣交匯的轉(zhuǎn)折期，往往容易出現(xiàn)鋒面低槽配合冷空氣切變線造成大暴雨降水，另一方面由于5、6月西南暖濕氣流繼續(xù)明顯增強(qiáng)，容易爆發(fā)西南季風(fēng)，因此可以得出5—6月大暴雨日數(shù)提升迅速，并達(dá)到峰值，分別為17 d、16 d；到了7—8月，開始從前汛期過渡到后汛期，7月容易出現(xiàn)季風(fēng)低壓，而季風(fēng)低壓往往持續(xù)時(shí)間長，影響范圍廣，容易造成大暴雨降水，8月更是臺(tái)風(fēng)的活躍季節(jié)，雖然大暴雨日數(shù)較5、6月有所下降，但仍可達(dá)10 d；9—10月由于臺(tái)風(fēng)暴雨對汕尾的正面影響程度總體呈現(xiàn)逐漸減弱的態(tài)勢，大暴雨日數(shù)由9～10 d迅速減少為2～4 d。2013—2017年期間，汕尾市大暴雨日最早出現(xiàn)在4月5日(2013年)，最晚出現(xiàn)在10月21日(2016年)。

圖2 2013—2017年汕尾大暴雨日數(shù)的月變化

汕尾前、后汛期大暴雨降水日變化如圖3所示。通過圖3對比分析，得出汕尾市前汛期大暴雨降水日變化大致呈現(xiàn)出雙峰型特征，02—06時(shí)大暴雨降水次數(shù)逐漸增多，前汛期大暴雨降水時(shí)段主要集中在04—07時(shí)，其中06時(shí)達(dá)到一天中的最高峰值，07時(shí)以后大暴雨降水次數(shù)開始明顯下降，11時(shí)再次短暫迅速增加，達(dá)到一天中的次峰值區(qū)，11時(shí)以后大暴雨降水次數(shù)快速回落，19時(shí)是一天中大暴雨降水次數(shù)的最低谷時(shí)刻；汕尾市后汛期大暴雨降水次數(shù)相對前汛期而言，不存在明顯的日變化特征，同時(shí)也沒有呈現(xiàn)出明顯的峰值特征，大暴雨降水次數(shù)相對均勻。

圖3 2013—2017年汕尾前汛期(a)、后汛期(b)大暴雨降水日變化

2.3 大暴雨空間分布特征

大暴雨降水空間分布(圖4)不均勻，存在一定的區(qū)域性特點(diǎn)，全市明顯的大暴雨高發(fā)區(qū)有2個(gè)。其中大暴雨降水發(fā)生頻次最高的區(qū)域?yàn)楹ＸS縣的海城鎮(zhèn)、梅隴鎮(zhèn)一帶(即蓮花山脈附近一帶的城鎮(zhèn))，這也從側(cè)面印證了“海豐縣蓮花山脈附近一帶地區(qū)是廣東省三大暴雨中心之一”的結(jié)論。何立富等[12]認(rèn)為海豐縣蓮花山脈的獨(dú)特地形很可能觸發(fā)中小尺度對流系統(tǒng)發(fā)生，該獨(dú)特地形引起的上升運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致對流發(fā)展，使降水增幅明顯。另外，大暴雨降水發(fā)生頻次的次高發(fā)中心區(qū)域則為陸豐八萬、橋沖附近一帶地區(qū)；而陸河中北部、汕尾城區(qū)和陸豐南部沿海地區(qū)大暴雨降水發(fā)生頻次相對較少。

圖4 2013—2017年汕尾市大暴雨頻次空間分布

3 大暴雨過程影響系統(tǒng)歸類

根據(jù)500 hPa、850 hPa、925 hPa和地面天氣形勢場的環(huán)流特點(diǎn)，對2013—2017年的62個(gè)大暴雨過程進(jìn)行綜合分析，結(jié)果見表3。由表3可知，汕尾市的大暴雨過程影響系統(tǒng)大致分為6類：臺(tái)風(fēng)型、季風(fēng)低壓型、冷空氣切變線型、西南季風(fēng)型、東南氣流型和偏南氣流型。汕尾市的大暴雨過程影響系統(tǒng)各月分布如表3所示，可以看出，5月影響系統(tǒng)以西南季風(fēng)型為主，其次為冷空氣切變線型；西南季風(fēng)型出現(xiàn)最多的是6月；7月以臺(tái)風(fēng)型、季風(fēng)低壓型為主；8月、10月大部分為臺(tái)風(fēng)型，其中8月出現(xiàn)臺(tái)風(fēng)型次數(shù)最多。

表3 2013—2017年汕尾市大暴雨影響系統(tǒng)月分布表

4 結(jié)論

本次研究數(shù)據(jù)為2013—2017年汕尾市氣象站逐日及逐小時(shí)的降水觀測數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)計(jì)、整合，結(jié)合出現(xiàn)大暴雨的天氣影響類型，對汕尾市大暴雨降水的分布及天氣形勢進(jìn)行剖析，得出以下主要結(jié)論：

①汕尾地區(qū)的大暴雨主要集中在5—8月，占總大暴雨日數(shù)的84%(52 d)，具有明顯的季節(jié)性；大暴雨日數(shù)月變化呈單峰型特征，5月達(dá)到峰值(17 d)，8月起明顯減少。

②前、后汛期的大暴雨降水日變化特征有所區(qū)別，前汛期呈雙峰型特征，最高峰值出現(xiàn)在06時(shí)、次峰在11時(shí)，降水時(shí)段主要集中在04—07時(shí)；后汛期則不存在明顯的日變化特征。

③汕尾大暴雨具有小時(shí)雨強(qiáng)與出現(xiàn)頻率成反比的特點(diǎn)，通過繪制大暴雨過程最大累積雨量及最大小時(shí)雨量箱線圖，發(fā)現(xiàn)汕尾大暴雨過程通常持續(xù)多個(gè)小時(shí)，且容易出現(xiàn)日雨量達(dá)300 mm以上的極端強(qiáng)降水過程。

④在空間分布方面，汕尾大暴雨存在一定的區(qū)域性特點(diǎn)，明顯的大暴雨高發(fā)區(qū)有2個(gè)。其中大暴雨降水發(fā)生頻次最高的區(qū)域?yàn)楹ＸS縣的海城鎮(zhèn)、梅隴鎮(zhèn)一帶(即蓮花山脈附近一帶的城鎮(zhèn))；另外，大暴雨降水發(fā)生頻次的次高發(fā)中心區(qū)域則為陸豐八萬、橋沖附近一帶。

⑤汕尾大暴雨影響系統(tǒng)可總結(jié)為6類，分別為：臺(tái)風(fēng)型、季風(fēng)低壓型、冷空氣切變線型、西南季風(fēng)型、東南氣流型和偏南氣流型。其中，5月以西南季風(fēng)型為主，其次為冷空氣切變線型；西南季風(fēng)型出現(xiàn)最多的是6月；7月以臺(tái)風(fēng)型、季風(fēng)低壓型為主；8月、10月大部分為臺(tái)風(fēng)型，其中8月出現(xiàn)臺(tái)風(fēng)型次數(shù)最多。