樂(lè)山地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水時(shí)空分布及變化特征研究

鄒檳駿 , 呂曉莉 , 王 筱 , 江 南 , 陳 貝

（1.四川省樂(lè)山市氣象局， 樂(lè)山 614000；2.四川省雅安市氣象局，雅安 625000）

引言

隨著全球氣候變暖的加劇，強(qiáng)降水事件也呈現(xiàn)出向極端化發(fā)展的趨勢(shì)[1]。20世紀(jì)以來(lái)，全球降水量和極端降水有增加趨勢(shì)，尤其在北半球中高緯度地區(qū)，極端降水頻率和強(qiáng)度顯著增加[2]。多項(xiàng)研究[3-10]表明，我國(guó)西南地區(qū)夏季降水總天數(shù)呈減少趨勢(shì)，四川盆地大部分地區(qū)累計(jì)降水量呈減少趨勢(shì)，但小時(shí)降水量卻越來(lái)越大，盆地中部是極端降水的頻發(fā)區(qū)。短時(shí)強(qiáng)降水是短時(shí)間內(nèi)造成滑坡、泥石流、中小河流洪水及山洪等災(zāi)害的主要災(zāi)害性天氣，具有持續(xù)時(shí)間短、強(qiáng)度大、突發(fā)性強(qiáng)、可預(yù)測(cè)性低的特點(diǎn)，對(duì)生命財(cái)產(chǎn)安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展帶來(lái)諸多不利影響，特別是近年來(lái)在大力推進(jìn)的暴雨、山洪及地質(zhì)災(zāi)害防御工作中，越發(fā)凸顯出短時(shí)強(qiáng)降水分布的重要性[11-13]。如2012年“7.21”北京強(qiáng)降水事件，小時(shí)降雨量超過(guò)70 mm的站數(shù)多達(dá)20個(gè)，降水最大值為100.3 mm，短時(shí)雨強(qiáng)大，城區(qū)形成大面積積水，經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)百億元[14]。

樂(lè)山位于四川盆地西南部，西藏高原的東南外緣，其特殊的地理位置和復(fù)雜的地形，使其成為我國(guó)西部一個(gè)比較穩(wěn)定的雨量高值中心，全市大部分地區(qū)年降雨量在1000 mm以上，境內(nèi)峨眉山市為全市乃至全省的多雨中心，峨眉山金頂年降雨量可達(dá)1600 mm以上。2020年“8.11～8.18”樂(lè)山地區(qū)發(fā)生連續(xù)強(qiáng)降水事件，全市11～18日累計(jì)雨量超過(guò)250 mm的站點(diǎn)多達(dá)187個(gè)，累計(jì)雨量最大為625.8 mm，最大小時(shí)雨強(qiáng)為85.0 mm，暴雨落區(qū)多次重疊，加之三江上游同時(shí)出現(xiàn)持續(xù)性強(qiáng)降雨，導(dǎo)致樂(lè)山青衣江出現(xiàn)百年一遇洪水，岷江出現(xiàn)50年一遇洪水，過(guò)程造成全市72.9萬(wàn)人受災(zāi)，直接經(jīng)濟(jì)損失216.2億元。樂(lè)山作為世界歷史文化旅游圣地，在短時(shí)強(qiáng)降水事件呈現(xiàn)出向極端化發(fā)展的趨勢(shì)下，加強(qiáng)區(qū)域降水氣候特征研究，特別是短時(shí)強(qiáng)降水等極端天氣變化特征的研究很有必要。本文利用樂(lè)山地區(qū)2013～2020年145個(gè)區(qū)域自動(dòng)站和國(guó)家站逐小時(shí)降水觀測(cè)資料，深入細(xì)致分析短時(shí)強(qiáng)降水時(shí)空分布及變化趨勢(shì)特征，在此基礎(chǔ)上輔以數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）地理信息，繪制了樂(lè)山地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水的精細(xì)化分布圖，進(jìn)而探討短時(shí)強(qiáng)降水落區(qū)與地形的關(guān)系，以期為進(jìn)一步認(rèn)識(shí)樂(lè)山地區(qū)降水氣候特征、提高短時(shí)強(qiáng)降水預(yù)報(bào)預(yù)警水平、有效應(yīng)對(duì)區(qū)域氣候變化及其影響、增強(qiáng)旅游氣象服務(wù)能力以及保障地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供科技支撐。

1 資料與方法

由于區(qū)域站為無(wú)人值守觀測(cè)站，數(shù)據(jù)可靠性相對(duì)較低，以盡可能利用一切可用數(shù)據(jù)為前提，對(duì)全市所有自動(dòng)站逐時(shí)降水觀測(cè)資料的完整性、準(zhǔn)確性和可靠性進(jìn)行評(píng)估，根據(jù)降水連續(xù)性和強(qiáng)度差異對(duì)降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行異值剔除，通過(guò)降水極值檢測(cè)、時(shí)間和空間一致性檢驗(yàn)等質(zhì)控方法對(duì)逐時(shí)降水資料進(jìn)行質(zhì)控診斷，最終形成9個(gè)國(guó)家氣象站和136個(gè)區(qū)域氣象站2013～2020年逐小時(shí)降水觀測(cè)資料集，利用該數(shù)據(jù)集對(duì)樂(lè)山地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水時(shí)空分布及變化特征進(jìn)行精細(xì)化分析。該資料由全國(guó)綜合氣象信息共享系統(tǒng)（CIMISS）的統(tǒng)一服務(wù)接口獲得，時(shí)間均為北京時(shí)，樂(lè)山地區(qū)地形特征和自動(dòng)氣象站分布見圖1。地理信息數(shù)據(jù)為樂(lè)山地區(qū)1:25000 DEM數(shù)據(jù)，利用ArcGIS軟件的Spatial Analysis模塊提取坡向、坡度、經(jīng)度、緯度數(shù)據(jù)。

圖1 站點(diǎn)分布

中國(guó)氣象局2017年發(fā)布的《短時(shí)臨近天氣業(yè)務(wù)規(guī)定》（氣辦發(fā)〔2017〕32號(hào)）中，將短時(shí)強(qiáng)降水定義為1 h降水量≥20 mm的降水。本文所研究的短時(shí)強(qiáng)降水頻次為單站小時(shí)雨量≥20 mm以上的降水發(fā)生次數(shù)，平均值為單站或區(qū)域內(nèi)各站點(diǎn)小時(shí)雨量≥20 mm以上降水總量除以總頻次，極值為各站點(diǎn)發(fā)生的小時(shí)雨量最大值。

采用一次線性趨勢(shì)擬合研究變化趨勢(shì)[15]，具體公式如下：

式中：a1=dYt/dt，a0為常數(shù)。定義氣候傾向率b=a1×10。當(dāng)b＞0時(shí)，說(shuō)明氣候要素隨時(shí)間t呈上升趨勢(shì)；b＜0時(shí)，說(shuō)明氣候要素隨時(shí)間t呈下降趨勢(shì)。R是氣象要素時(shí)間序列與自然數(shù)數(shù)列之間的相關(guān)系數(shù)，它是反映兩個(gè)變量間是否存在相關(guān)以及這種相關(guān)關(guān)系密切程度的統(tǒng)計(jì)量。根據(jù)顯著性水平，這里選取0.1、0.05、0.01、0.001共4種信度進(jìn)行檢驗(yàn)。

普通克里金插值（OK Kriging）法基于廣義線性回歸，不僅考慮了樣本點(diǎn)與插值點(diǎn)位置的相關(guān)關(guān)系，同時(shí)還利用半變異理論模型得到樣本點(diǎn)與插值點(diǎn)之間的空間相關(guān)關(guān)系，是在有限區(qū)域內(nèi)對(duì)區(qū)域化變量進(jìn)行無(wú)偏優(yōu)化的一種方法[16]，它通過(guò)引進(jìn)以距離為自變量的變差函數(shù)來(lái)計(jì)算權(quán)值，變差函數(shù)同時(shí)可以反映變量的空間結(jié)構(gòu)和隨機(jī)分布特性，克服了反距離權(quán)重（Inverse Distance Weighted，IDW）插值結(jié)果的不穩(wěn)定性，且OK Kriging法對(duì)受大氣平流作用影響的氣象要素插值較為有效。變異系數(shù)（Cv）能夠表征變量的空間離散程度，一般認(rèn)為Cv＜0.1為弱變異性，0.1≤Cv≤1.0為中等變異性，Cv＞1.0為強(qiáng)變異性。

2 短時(shí)強(qiáng)降水時(shí)間變化特征

2.1 年變化特征

2013～2020 年樂(lè)山地區(qū)145個(gè)站發(fā)生短時(shí)強(qiáng)降水單站總次數(shù)達(dá)6778次，全市單站年平均頻次為5.8次（表1）。金口河2013年、2015年和2016年單站發(fā)生短時(shí)強(qiáng)降水頻次最少，單站年平均頻次不足1次。峨眉2018年發(fā)生短時(shí)強(qiáng)降水最多，單站年平均頻次達(dá)17.3次。就整個(gè)樂(lè)山地區(qū)而言，2015年短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生頻次最少，單站平均頻次為2.6次；2018年降水異常偏多，短時(shí)強(qiáng)降水、暴雨事件創(chuàng)歷史之最，平均單站短時(shí)強(qiáng)降水頻次達(dá)10.7次。從各區(qū)、市、縣短時(shí)強(qiáng)降水年平均頻次看，金口河年平均頻次最少（1.4次），峨邊、井研、馬邊、犍為、市中區(qū)、五通、沐川、沙灣、峨眉和夾江依次增多，夾江短時(shí)強(qiáng)降水年平均頻次為全市最多（8.1次）。全市短時(shí)強(qiáng)降水分布差異較大，年均頻次最多的夾江約為金口河的6倍，且從各區(qū)縣短時(shí)強(qiáng)降水年頻次和極值趨勢(shì)來(lái)看，樂(lè)山地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水頻次和極端值均存在兩級(jí)分化的特點(diǎn)。

如圖2所示，2013～2020年樂(lè)山地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水單站年平均頻次呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，以4.95次/10 a的速率遞增，遞增率為8.6%，相關(guān)系數(shù)0.49，未通過(guò)0.1水平的顯著性檢驗(yàn)。從短時(shí)強(qiáng)降水年均頻次的特征量統(tǒng)計(jì)結(jié)果得出，樂(lè)山地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水單站年平均頻次為5.8次，標(biāo)準(zhǔn)差平均為2.31，變異系數(shù)平均為0.40，呈中等程度變異，表明樂(lè)山地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水頻次存在一定的變率。

圖2 樂(lè)山地區(qū)單站短時(shí)強(qiáng)降水年平均頻次變化趨勢(shì)

2013～2020 年樂(lè)山地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水年極值主要集中在市中區(qū)、沐川、沙灣、峨眉和夾江，以?shī)A江出現(xiàn)的年份偏多，2020年8月24日01時(shí)在夾江木城永興10隊(duì)出現(xiàn)小時(shí)降水量最大值（130.3 mm）。如圖3所示，短時(shí)強(qiáng)降水年極值呈弱增加的趨勢(shì)，增速為68.35 mm/10 a，遞增率為6.7%，相關(guān)系數(shù)0.74，通過(guò)0.05水平的顯著性檢驗(yàn)；樂(lè)山地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水年平均值（強(qiáng)度）較為穩(wěn)定，數(shù)值介于29.5～33.1 mm/h，線性變化趨勢(shì)不明顯。從樂(lè)山地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水年極值和年平均值（強(qiáng)度）的特征量統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知：年極值平均為102.2 mm/h，標(biāo)準(zhǔn)差平均為21.15，變異系數(shù)平均為0.21，呈中等程度變異，表明年極值存在一定的變率；年平均值（強(qiáng)度）為31.3 mm/次，標(biāo)準(zhǔn)差平均為1.06，變異系數(shù)平均為0.03，呈弱變異?？偟膩?lái)說(shuō)，2013～2020年樂(lè)山地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水頻次和極值各站點(diǎn)雖有顯著差異，且頻次和極值呈增加趨勢(shì)，但整個(gè)樂(lè)山地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水年平均值（強(qiáng)度）較為穩(wěn)定，變率不大。

圖3 樂(lè)山地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水年極值和年平均值變化趨勢(shì)

2.2 月、旬變化特征

樂(lè)山地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水最早出現(xiàn)在3月26日，最晚可至10月27日。短時(shí)強(qiáng)降水在3～10月均有發(fā)生，11月～次年2月無(wú)短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生。8月發(fā)生頻次最多，達(dá)400次；3月最少，僅為2.3次。如圖4所示，短時(shí)強(qiáng)降水頻次月分布呈單峰型特征，集中發(fā)生在7～8月，達(dá)658.4次，占全年的77.7%；最大小時(shí)雨強(qiáng)月分布呈雙峰型特征，8月為主峰值（130.3 mm/h），6月為次峰值（126.2 mm/h），其中 5～8 月均在 100 mm/h以上；短時(shí)強(qiáng)降水強(qiáng)度的月分布也呈雙峰型特征，5月強(qiáng)度最大（33.8 mm/h），8 月次之（31.7 mm/h），其中5～9月短時(shí)強(qiáng)降水強(qiáng)度均在30 mm/h以上。盡管短時(shí)強(qiáng)降水頻次集中出現(xiàn)在7～8月，但3～4月最大雨強(qiáng)仍分別達(dá)到49.3 mm/h和64.4 mm/h。因此，在3～4月剛?cè)胙磿r(shí)便需對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣提高警惕。

圖4 樂(lè)山地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水頻次、強(qiáng)度和極值逐月分布

由于樂(lè)山地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生頻次集中在7～8月，因此，進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)了該時(shí)段的逐旬分布（圖5）。如圖所示，短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)段主要集中在7月下旬～8月上旬，7月上旬發(fā)生短時(shí)強(qiáng)降水站次最少，7月中旬次之，8月上旬發(fā)生頻次最高。7月下旬～8月上旬發(fā)生的短時(shí)強(qiáng)降水頻次占這2個(gè)月總量的49.8%，這正好驗(yàn)證了“七下八上”多雨時(shí)段的說(shuō)法。整體來(lái)看，除7月上中旬短時(shí)強(qiáng)降水站次偏少外，其余時(shí)段的比重均較大，是樂(lè)山地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水預(yù)報(bào)需要重點(diǎn)關(guān)注的時(shí)段。

圖5 樂(lè)山地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水頻次7～8月逐旬分布

2.3 日變化特征

從2013～2020年樂(lè)山地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生頻次、強(qiáng)度和極值的逐時(shí)分布（圖6）可知，發(fā)生頻次日變化呈單峰單谷結(jié)構(gòu)，在01時(shí)達(dá)到最大值（678站次），之后隨著時(shí)間變化逐漸減少，于16時(shí)達(dá)最小值（63站次），然后又逐漸增加，午夜時(shí)分短時(shí)強(qiáng)降水頻次又回到最大值。夜間發(fā)生頻次明顯大于白天，夜雨特征突出，與西南地區(qū)降水日變化特征一致[17-20]。短時(shí)強(qiáng)降水頻次從谷值到峰值的增長(zhǎng)速率明顯大于從峰值到谷值的衰減速率。本節(jié)以峰、谷值出現(xiàn)的時(shí)間為界，把降水量分為01～16時(shí)衰減和16時(shí)～次日01時(shí)增長(zhǎng)兩個(gè)時(shí)段，討論其變化趨勢(shì)。分析表明，短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生頻次日變化衰減、增長(zhǎng)變化均十分明顯，都通過(guò)了0.001水平的顯著性檢驗(yàn)，且增長(zhǎng)速率明顯大于衰減速率（表2）。

表2 樂(lè)山地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水頻次分時(shí)段變化特征

圖6 樂(lè)山地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水逐時(shí)分布

樂(lè)山地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水主要集中出現(xiàn)在20時(shí)～次日05時(shí)，平均頻次在503站次以上，01時(shí)達(dá)最大（678站次），其中22時(shí)～次日04時(shí)是高發(fā)時(shí)段。短時(shí)強(qiáng)降水最大小時(shí)雨強(qiáng)峰值主要出現(xiàn)在夜間和下午，是災(zāi)害發(fā)生的主要時(shí)段，01時(shí)達(dá)最大（130.3 mm/h）。需要注意的是，雖然13時(shí)和16時(shí)短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生頻次較少，但其最大小時(shí)雨強(qiáng)明顯偏大，分別達(dá)126.2 mm/h和113.4 mm/h，僅次于夜間峰值，故而也應(yīng)當(dāng)引起預(yù)報(bào)員的重視。

3 短時(shí)強(qiáng)降水空間變化特征

為宏觀描述樂(lè)山地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水頻次、強(qiáng)度和極值的空間分布特征，本節(jié)利用ArcGIS軟件，以站點(diǎn)氣象數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，輔以經(jīng)度、緯度、高程等地理信息，計(jì)算各站點(diǎn)短時(shí)強(qiáng)降水頻次、強(qiáng)度、極值與經(jīng)度、緯度、海拔之間的殘差，構(gòu)建統(tǒng)計(jì)模型，利用空間分析中柵格運(yùn)算獲得樂(lè)山地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水頻次、強(qiáng)度和極值的空間分布（圖7）。

如圖所示，短時(shí)強(qiáng)降水頻次空間分布不均，與地形關(guān)系密切，總體呈西南部和東北部少、西北部-中部-東南部多的特征，各地短時(shí)強(qiáng)降水年平均頻次差異較大；高值中心主要分布在夾江、峨眉、市中區(qū)、五通、沙灣和沐川一線江河流域的河谷地帶，單站短時(shí)強(qiáng)降水年均頻次高于8次；低值中心主要分布在西南部的金口河、峨邊和馬邊的山區(qū)地帶、東北部的井研和犍為的丘陵地區(qū)，單站短時(shí)強(qiáng)降水年均頻次低于5次（圖7a）。短時(shí)強(qiáng)降水強(qiáng)度分布呈東北部強(qiáng)、西南部弱的特征，高值區(qū)主要分布在夾江、峨眉、井研、市中區(qū)、五通、沙灣和沐川一線江河流域的河谷地帶，低值區(qū)主要位于馬邊、峨邊、金口河的西南山區(qū)（圖7b）。短時(shí)強(qiáng)降水極值分布總體呈東北部強(qiáng)、西南部弱的特征，大值中心主要位于夾江、峨眉、市中區(qū)、五通、沙灣和沐川一線江河流域的河谷地帶，小時(shí)極值在70 mm/h以上；低值中心主要位于馬邊、峨邊、金口河的山區(qū)，極值在50 mm/h以下（圖7c）?？傮w上看，樂(lè)山地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水年均頻次、強(qiáng)度和極值分布較為一致，大值區(qū)主要分布在夾江、峨眉、市中區(qū)、五通、沙灣和沐川一線江河流域的河谷地帶，低值區(qū)主要位于馬邊、峨邊、金口河的西南山區(qū)。

圖7 樂(lè)山地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水頻次（a）、強(qiáng)度（b）和極值（c）空間分布

4 短時(shí)強(qiáng)降水與地形的關(guān)系

根據(jù)上節(jié)研究可知，樂(lè)山地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水與地理位置、地形之間存在一定的關(guān)系。因此，以樂(lè)山地區(qū)145個(gè)站點(diǎn)短時(shí)強(qiáng)降水年平均頻次為目標(biāo)變量，以經(jīng)度、緯度和海拔高度等地理位置因素為解釋變量，探討這些因素對(duì)短時(shí)強(qiáng)降水的影響。

4.1 短時(shí)強(qiáng)降水頻次隨地形因子變化特征

根據(jù)相關(guān)分析可知，樂(lè)山地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水頻次隨經(jīng)度自西往東（102°50′～104°30′E）整體呈增加趨勢(shì)，相關(guān)系數(shù)為0.126，未通過(guò)0.1水平的顯著性檢驗(yàn)（表3）。分段來(lái)看，從山區(qū)到河谷（102°50′～103°40′E）這一過(guò)渡段短時(shí)強(qiáng)降水頻次呈顯著的增加趨勢(shì)，相關(guān)系數(shù)為0.830，通過(guò)0.001水平的顯著性檢驗(yàn)；從河谷到丘陵山區(qū)（103°40′～104°30′E）這一過(guò)渡段短時(shí)強(qiáng)降水頻次呈減少趨勢(shì)，相關(guān)系數(shù)為0.498，通過(guò)0.001水平的顯著性檢驗(yàn)（表4）。

表4 樂(lè)山地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水頻次隨經(jīng)度、海拔高度分段變化特征統(tǒng)計(jì)量

樂(lè)山地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水頻次隨緯度自南往北（28°25′～30°20′N）整體呈增加趨勢(shì)，以 0.18 次/度的速率遞增，遞增率為3.0%，相關(guān)系數(shù)為0.337，通過(guò)0.001水平的顯著性檢驗(yàn)，表明短時(shí)強(qiáng)降水頻次自南向北增加趨勢(shì)非常顯著，這與樂(lè)山西南高、東北低的地形特征有密切關(guān)系（表3）。

表3 樂(lè)山地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水頻次隨地形因子變化特征統(tǒng)計(jì)量

樂(lè)山地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水頻次隨海拔高度（300～2000 m）整體呈減少趨勢(shì)，相關(guān)系數(shù)為0.143，通過(guò)0.1水平的顯著性檢驗(yàn)，表明短時(shí)強(qiáng)降水頻次隨海拔升高而明顯減少（表3）。分段來(lái)看，短時(shí)強(qiáng)降水頻次在海拔300～1000 m隨高度升高而增加，相關(guān)系數(shù)為0.067，未通過(guò)0.1水平的顯著性檢驗(yàn)；短時(shí)強(qiáng)降水頻次在海拔1000～2000 m隨高度增加而顯著減少，相關(guān)系數(shù)為0.754，通過(guò)0.001水平的顯著性檢驗(yàn)，表明短時(shí)強(qiáng)降水頻次在這一高度段隨海拔升高而顯著減少（表4）。

4.2 地形對(duì)樂(lè)山地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水的影響

廖菲等[21]詳細(xì)分析了地形的動(dòng)力、熱力效應(yīng)引起的降水和云物理變化，得到迎風(fēng)坡、背風(fēng)坡、山谷風(fēng)等地形效應(yīng)產(chǎn)生大降水的原理。根據(jù)這一理論，結(jié)合前文分析，將樂(lè)山地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水頻次與地形、河流及城鎮(zhèn)分布進(jìn)行對(duì)比，總結(jié)出短時(shí)強(qiáng)降水高發(fā)區(qū)的4種地形或下墊面特征：

（1）山谷喇叭口地形：主要位于樂(lè)山地區(qū)西北部的夾江、峨眉一帶，為東北-西南向邛崍山系和西北-東南向峨嵋山形成中尺度喇叭口地形，中低層西南暖濕氣流流入喇叭口后，遇兩側(cè)高山阻擋會(huì)突然收縮，在山前堆積，水平輻合明顯加大，空氣輻合強(qiáng)迫抬升，進(jìn)而加大積云對(duì)流作用，導(dǎo)致短時(shí)強(qiáng)降水頻次偏多[22-25]。山谷喇叭口地形對(duì)降水的貢獻(xiàn)，是短時(shí)強(qiáng)降水高發(fā)區(qū)主要集中在夾江-峨眉一帶的主要原因之一。

（2）狹管效應(yīng)地形：樂(lè)山地處四川盆地西南部，盆地中部成都平原東側(cè)龍泉山脈橫亙其間，由此樂(lè)山地區(qū)北部在邛崍山脈和龍泉山脈之間，皆為東北-西南走向。兩山之間形成狹長(zhǎng)山間管道，氣流由開闊地帶流入山谷時(shí)，由于空氣無(wú)法大量堆積，加速穿境而過(guò)，強(qiáng)風(fēng)常造成亂流渦旋和升降氣流，增強(qiáng)垂直運(yùn)動(dòng)，有利于形成地形降水。

（3）岷江流域的河谷地區(qū)：主要位于岷江-大渡河-青衣江流域的河谷地帶，山谷風(fēng)環(huán)流是造成樂(lè)山地區(qū)多夜雨的主要原因，白天晴朗，能量快速增加，加之河谷地帶本身豐富的水汽，夜間山頂降溫較快，山谷降溫較慢，冷空氣沿山坡流向河谷，在河谷輻合上升，形成強(qiáng)對(duì)流，進(jìn)而產(chǎn)生降水，導(dǎo)致低洼河谷地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水頻次偏多。

（4）城市熱島效應(yīng)：主要對(duì)應(yīng)市中區(qū)、峨眉市、沙灣區(qū)、五通橋區(qū)等城市建筑與人口密集地，城市熱島效應(yīng)顯著。在夏季晴空天氣下，中午前后的城市熱力強(qiáng)迫有利于城市中尺度低空風(fēng)場(chǎng)輻合線形成，并使城區(qū)中心邊界層風(fēng)場(chǎng)的垂直切變加強(qiáng)，易產(chǎn)生持續(xù)的對(duì)流性短時(shí)強(qiáng)降水[26]。

綜上所述，地形效應(yīng)在樂(lè)山地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水中發(fā)揮的作用不容忽視。對(duì)比樂(lè)山地區(qū)地形和短時(shí)強(qiáng)降水次數(shù)的空間分布可知，短時(shí)強(qiáng)降水集中區(qū)域在喇叭口地形處，有非常明顯地形的抬升和匯流作用，同時(shí)相對(duì)西風(fēng)系統(tǒng)有明顯背風(fēng)坡作用，相對(duì)東風(fēng)系統(tǒng)有明顯迎風(fēng)坡作用。夾江、峨眉的小地形狹管效應(yīng)和山谷風(fēng)也非常明顯，這一區(qū)域短時(shí)強(qiáng)降水也比較集中。

5 結(jié)論與討論

本文選取2013～2020年樂(lè)山地區(qū)9個(gè)國(guó)家自動(dòng)站和136個(gè)區(qū)域自動(dòng)站逐小時(shí)降水資料，系統(tǒng)分析了該地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水的時(shí)空演變特征，探討了短時(shí)強(qiáng)降水與地形因子的關(guān)系，得到如下主要結(jié)論：

（1）2013～2020年樂(lè)山地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水年均頻次和極值均呈增加趨勢(shì)，強(qiáng)度較為穩(wěn)定，變率不大。

（2）2013～2020 年樂(lè)山地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水在 3～10月均有發(fā)生，頻次月分布呈現(xiàn)出單峰型的特征，集中發(fā)生在7～8月，占全年的77.7%，7月下旬～8月上旬的發(fā)生頻次又占7～8月總量的49.8%。短時(shí)強(qiáng)降水頻次日變化呈單峰單谷結(jié)構(gòu)，22時(shí)～次日04時(shí)是高發(fā)時(shí)段。

（3）樂(lè)山地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水空間分布差異較大，存在兩級(jí)分化的特點(diǎn)，與地形關(guān)系密切，總體呈西南部和東北部少、西北部-中部-東南部多的分布特征。

（4）受海拔高度、風(fēng)向以及山脈、河谷等地形因素影響，樂(lè)山地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水高發(fā)區(qū)可分為山谷喇叭口地形、狹管效應(yīng)地形、岷江流域的河谷地形和城市熱島效應(yīng)共4種類型。

目前，樂(lè)山高寒山區(qū)除了峨眉山氣象站外，在海拔2000 m以上還無(wú)氣象觀測(cè)站，導(dǎo)致利用觀測(cè)分析方法研究地形降水特征十分困難，對(duì)于降水機(jī)制以及氣候垂直響應(yīng)特征的進(jìn)一步研究更是難上加難。因此，研究只能從稀疏的現(xiàn)有臺(tái)站資料得到關(guān)于地形對(duì)降水影響的初步結(jié)論。2021年開始，樂(lè)山地區(qū)氣象部門已經(jīng)著手開展高寒山區(qū)氣象觀測(cè)站的選址建設(shè)工作，相信在不久的將來(lái)，隨著觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)的拓展、觀測(cè)手段的不斷提高和計(jì)算方法的改進(jìn)，能夠更進(jìn)一步地認(rèn)識(shí)樂(lè)山地區(qū)降水氣候垂直響應(yīng)特征及與地形的關(guān)系。