濟(jì)陽區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水天氣變化特征研究分析

王華　魯亓　王光輝

摘要 通過分析濟(jì)陽區(qū)2008—2018年9處區(qū)域和國家級(jí)自動(dòng)氣象觀測(cè)站降水觀測(cè)資料，研究短時(shí)強(qiáng)降水天氣的時(shí)間和空間分布特征，分析短時(shí)強(qiáng)降水年、月、旬、日變化特征、極值變化等。結(jié)果表明：（1）近11年來，短時(shí)降水出現(xiàn)次數(shù)呈增多趨勢(shì)，2016年和2017年出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水的日數(shù)和站次數(shù)最多。（2）1 h降水量≥20 mm短時(shí)強(qiáng)降水一般出現(xiàn)在6—8月，7月最多，但是11年來7月短時(shí)強(qiáng)降水變化呈減少趨勢(shì);1 h降水量≥40 mm的短時(shí)特強(qiáng)降水都發(fā)生在7—8月。（3）出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水天氣的時(shí)段以午后至傍晚居多，夜間次之，上午最少。（4）從空間分布看，11年來出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水最多的是濟(jì)陽國家站，其次是位于濟(jì)陽區(qū)西南方位的孫耿街道。（5）出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水時(shí)前24 h水汽壓波動(dòng)6月最大，最大和最小水汽壓差值平均12.3 hPa，7月次之，8月最小，平均差值僅為4.5 hPa。8月水汽壓普遍較高但變化波動(dòng)小，這也是8月容易出現(xiàn)暴雨的主要原因。

關(guān)鍵詞 濟(jì)陽;短時(shí)強(qiáng)降水;變化趨勢(shì)

中圖分類號(hào)：P458.121.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2022）04–0088–03

近年來，短時(shí)強(qiáng)降水頻繁發(fā)生，強(qiáng)降水出現(xiàn)的時(shí)間、落區(qū)和強(qiáng)度是預(yù)報(bào)中的一大難點(diǎn)，如何提高短時(shí)強(qiáng)降水的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率成為短時(shí)預(yù)報(bào)中亟待解決的問題。利用2008—2018年濟(jì)陽區(qū)域站和國家級(jí)自動(dòng)氣象觀測(cè)站降水觀測(cè)資料，分析研究短時(shí)強(qiáng)降水天氣發(fā)生的時(shí)間和地理分布特征，研究短時(shí)強(qiáng)降水出現(xiàn)的時(shí)間、落區(qū)和強(qiáng)度，為濟(jì)陽短時(shí)強(qiáng)降水預(yù)報(bào)提供參考依據(jù)。

1 資料來源

所有氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)來自濟(jì)陽區(qū)氣象局，2008—2018年的濟(jì)陽區(qū)域站和國家級(jí)自動(dòng)氣象站降水觀測(cè)資料。

2 研究方法

采用線性統(tǒng)計(jì)法估算濟(jì)陽區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水氣候變化趨勢(shì)，趨勢(shì)變化用一元線性回歸方程表示：y=ax+b，式中x表示年份;a表示氣候傾向率，稱為該要素趨勢(shì)變化率，用最小二乘法求得。主要用于定量描述氣候序列的趨勢(shì)變化特征，正數(shù)為增多，負(fù)數(shù)為減少[1]。

累積距平法是一種常用的判斷序列變化趨勢(shì)的方法，通過累積距平法繪制累積距平曲線，根據(jù)曲線的變化分析氣象要素的具體變化過程，判斷氣象要素的階段性變化，并判斷出發(fā)生突變的大致時(shí)間：對(duì)序列xt，某一時(shí)段t的累積距平表示為：

式中x為多年平均值，xi為某時(shí)刻的降水雨，曲線上升表明該時(shí)段處于相對(duì)多降水期，反之則為相對(duì)少降水期，并且曲線趨勢(shì)發(fā)生變化極可能是氣象要素發(fā)生突變的結(jié)果[2]。

3 短時(shí)強(qiáng)降水時(shí)間變化特征

3.1 短時(shí)強(qiáng)降水年變化特征分析

通過分析2008—2018年常規(guī)觀測(cè)資料和自動(dòng)站降水觀測(cè)資料，1 h降水量≥20 mm短時(shí)強(qiáng)降水11年共出現(xiàn)114站次，年平均為10.4站次[3]。短時(shí)強(qiáng)降水年變化趨勢(shì)為：y = 0.4x +7.9636，由此可見，11年短時(shí)降水出現(xiàn)次數(shù)呈增多趨勢(shì)，每10 a增加4次，增加趨勢(shì)明顯。由表1可知，2016年和2017年出現(xiàn)1 h降水量≥20 mm短時(shí)強(qiáng)降水的站次數(shù)最多，均為14次，涵蓋共8個(gè)站。2011年和2014年出現(xiàn)的日數(shù)最少，均為7次。2010年短時(shí)強(qiáng)水的出現(xiàn)比較集中，9次中有8次出現(xiàn)在8月。

由表2可知，1 h降水量≥40 mm的短時(shí)強(qiáng)降水出現(xiàn)年份最多的是2017年。近11 a小時(shí)最大雨強(qiáng)為71.9 mm，出現(xiàn)在國家站2010年8月1日21：00～22：00。其次是孫耿街道2012年8月18日一次過程，17：00～18：00的小時(shí)降水量達(dá)到69.1 mm。

3.2 逐月變化特征分析

無論從2008—2018年1 h降雨量超過20 mm的短時(shí)強(qiáng)降水累計(jì)發(fā)生頻次的分布情況，還是l h降雨量超過40 mm累計(jì)發(fā)生頻次的分布情況來看，短時(shí)強(qiáng)降水各月分布特征，7—8月為短時(shí)強(qiáng)降水活躍期，其中7月最為活躍，其次為8月，9月后濟(jì)陽短時(shí)強(qiáng)降水頻次基本沒有，5月后頻次增加尤為明顯，7月達(dá)到頂峰。從近11 a的變化趨勢(shì)看，7月短時(shí)強(qiáng)降水呈減少趨勢(shì)，5月、6月和8月呈明顯增加趨勢(shì)。其中8月增加趨勢(shì)最明顯，每10年增加2.6 d。而7月則以0.9 d/10 a的趨勢(shì)減少，減少趨勢(shì)不明顯。

通過分析得知，濟(jì)陽區(qū)主汛期存在延遲現(xiàn)象，由7月下旬至8月上旬延遲至8月上中旬。7—8月易出現(xiàn)范圍較大的短時(shí)強(qiáng)降水。由短時(shí)強(qiáng)降水比較集中的6—8月逐年變化趨勢(shì)圖可知，6月變化波動(dòng)較大（圖1）;7月出現(xiàn)2個(gè)峰值和2個(gè)谷值，其中2個(gè)峰值分別在2013年和2017年，谷值分別為2010年和2014年（圖2）;8月峰值為2010年，谷值分別為2013、2014年，且2010年7月的谷值恰好為8月的峰值（圖3）。

3.3 逐日變化特征分析

濟(jì)陽區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水具有明顯的日變化，午后至晚上是1 h降雨量≥20 mm短時(shí)強(qiáng)降水的主要發(fā)生時(shí)段，53%的短時(shí)強(qiáng)降水集中在北京時(shí)間14：00～21：00，其中15：00出現(xiàn)次數(shù)最多，共出現(xiàn)15次;其次是14：00、19：00;上午至中午時(shí)段是短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生較少的階段，一天中最少的時(shí)段是北京時(shí)間22：00，11 a來僅出現(xiàn)過2次（圖4）。主要是因?yàn)槎虝r(shí)強(qiáng)降水以對(duì)流性降水為主，夏季最高溫度一般出現(xiàn)在15：00后，即午后到前半夜是大氣熱力條件最有利于強(qiáng)對(duì)流出現(xiàn)的時(shí)段。從短時(shí)強(qiáng)降水強(qiáng)度來看，比較強(qiáng)的降水大部分出現(xiàn)在午后，1 h降雨量≥40 mm的短時(shí)強(qiáng)降水在上午至中午時(shí)段出現(xiàn)次數(shù)為0（圖5）。

綜上所述，短時(shí)強(qiáng)降水日變化特征差異較大，這種規(guī)律與大氣環(huán)流調(diào)整緊密相關(guān)，6—8月，夏季風(fēng)向北推進(jìn)，南方水汽向北輸送，水汽和熱力條件有利于短時(shí)強(qiáng)降水的產(chǎn)生。由于大氣環(huán)流的漸變因素，熱力因素變化隨緯度升高，影響減弱。但邊界層的升溫和升濕極易導(dǎo)致大氣在垂直方向上的不穩(wěn)定，造成對(duì)流性降水，這種對(duì)流以高低空不穩(wěn)定最為明顯，一般情況下，這種不穩(wěn)定最易出現(xiàn)在日最高氣溫前后，因此，這種變化規(guī)律可作為短時(shí)強(qiáng)降水日變化預(yù)報(bào)的參考依據(jù)。

3.4 短時(shí)強(qiáng)降水的空間分布特征分析

2008—2018年濟(jì)陽區(qū)1 h降雨量≥20 mm的短時(shí)強(qiáng)降水全區(qū)10個(gè)觀測(cè)站年平均日數(shù)均在2次以上，位于濟(jì)陽區(qū)中東部的國家站次數(shù)最多，11年共出現(xiàn)44次，年平均日數(shù)4.0次，其次是位于濟(jì)陽區(qū)西南部孫耿鎮(zhèn)，年平均日數(shù)3.7次;東北部曲堤年平均日數(shù)3.0次;出現(xiàn)最少的位于濟(jì)陽區(qū)中部的回河街道，年平均日數(shù)2.0次。

3.5 出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水水汽壓變化

降水是由空氣中的水汽冷凝而產(chǎn)生。因此，在其他條件相同的情況下，空氣中的水汽越多，降水必然越多。進(jìn)一步分析2008—2018年山東濟(jì)陽短時(shí)強(qiáng)降水前24 h水汽壓變化特征。2008—2018年6月濟(jì)陽國家站共出現(xiàn)5次短時(shí)強(qiáng)降水過程，出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水時(shí)前24 h水汽壓基本呈逐漸上升的趨勢(shì)，其中最大水汽壓32.6 hPa，最大平均值28.3 hPa，最小水汽壓10.4 hPa，最小值平均16.0 hPa，最大和最小水汽壓的差值大部分在10 hPa以上，差值平均為12.3 hPa。最大差值出現(xiàn)在2009年6月27日，差值為16.3 hPa。

7月濟(jì)陽國家站共出現(xiàn)13次短時(shí)強(qiáng)降水過程，最大水汽壓38.6 hPa，最大平均值32.4 hPa，最小水汽壓18.8 hPa，最小平均值26.0 hPa，最大水汽壓和最小水汽壓差值均在10 hPa以下，差值最小4.9 hPa，平均為6.4 hPa。7月水汽壓普遍增大，短時(shí)強(qiáng)降水過程明顯增多。

8月出現(xiàn)13次短時(shí)強(qiáng)降水過程，其水汽壓最大和最小值的差繼續(xù)減小。其中最大水汽壓39.2 hPa，最大平均值31.4 hPa，最小水汽壓20.7 hPa，最小平均值26.9 hPa，最大和最小值的差最小為2.0 hPa，平均4.5 hPa。

4 結(jié)論

（1）2008—2018年1 h降雨量≥20 mm和1 h降雨量≥40 mm短時(shí)強(qiáng)降水天氣一般出現(xiàn)在6—8月，7—8月最多。短時(shí)強(qiáng)降水日數(shù)均呈增多趨勢(shì)，且增加趨勢(shì)明顯。近11年的1 h最大雨強(qiáng)71.9 mm，出現(xiàn)在國家站2010年8月1日21：00～22：00。

（2）從近11年的短時(shí)強(qiáng)降水的月變化趨勢(shì)看，7月短時(shí)強(qiáng)降水呈減少趨勢(shì)，5月、6月和8月均呈明顯上升趨勢(shì)。但最近幾年8月上中旬短時(shí)強(qiáng)降水的變化則呈明顯的增加趨勢(shì)。這一結(jié)果再次驗(yàn)證了近幾年濟(jì)陽區(qū)主汛期存在延遲現(xiàn)象。2008—2018年濟(jì)陽區(qū)出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水具有明顯的日變化，午后至晚上是短時(shí)強(qiáng)降水的主要發(fā)生期，53%的短時(shí)強(qiáng)降水集中在北京時(shí)間14：00～21：00，從短時(shí)強(qiáng)降水強(qiáng)度來看，比較強(qiáng)的降水大部分出現(xiàn)在午后。

（3）從空間分布看，位于濟(jì)陽區(qū)中部的國家站出現(xiàn)次數(shù)最多，年平均4.0次，其次是位于西南部的孫耿街道，年平均3.7次，回河街道出現(xiàn)次數(shù)最少。

（4）6月出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水時(shí)水汽壓有明顯的波動(dòng)，7、8月水汽壓普遍增大，但波動(dòng)明顯減小。充足的水汽為降水帶來有利條件，7月和8月是濟(jì)陽區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水最多的時(shí)期。

參考文獻(xiàn)

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責(zé)任編輯：黃艷飛

Study and Analysis on the Characteristics of Short-term Heavy Precipitation Weather Change in Jiyang

WANG Hua et al （Meteorological Bureau of Jiyang District， Jinan， Shandong Province， Jiyang， Shandong 251400）

Abstract By analyzing the precipitation observation data of nine regional and national automatic meteorological observation stations in Jiyang from 2008 to 2018， the temporal and spatial distribution characteristics of short-term heavy precipitation weather were studied， and the annual， monthly， ten-year， daily change characteristics and extreme value changes of short-term heavy precipitation were analyzed. The results showed that： （1）In recent 11 years， the frequency of short-time heavy precipitation showed an increasing trend， and the number of days and stations with short-time heavy precipitation was the largest in 2016 and 2017. （2）1 hour precipitation≥20 mm short-term heavy precipitation generally appears from June to August， with the most precipitation in July， but the change of short-time heavy rainfall in July showed a decreasing trend in the past 11 years; Short-term exceptionally strong precipitation of 1 hour≥40 mm occurs from July to August. （3）The time period of short-term heavy precipitation weather was mostly from the afternoon to the evening， followed by the night， and the least in the morning. （4）From the perspective of spatial distribution， In the past 11 years， jiyang National Station had the most short-time heavy rainfall， followed by Sungeng Street located in the southwest of Jiyang District. （5） The fluctuation of hydropressure in the 24 hours before the occurrence of short-time heavy precipitation was the largest in June， and the difference between the maximum and minimum hydropressure was 12.3 hPa on average， followed by July and August， with an average difference of 4.5 hPa. In August， the water pressure was generally higher but the fluctuation was small， which was also the main reason why August was prone to heavy rain.

Key words Jiyang; Short-term heavy precipitation; Changing trends