近40年甘肅地區(qū)小時(shí)強(qiáng)降水時(shí)空分布特征分析

鄭 新，宋 媛，崔 宇

（1.蘭州氣象局，甘肅 蘭州 730020；2.甘肅省氣象局，甘肅 蘭州 730000）

1 引言

1 h內(nèi)大量級(jí)的降水很容易造成山體滑坡、泥石流等重大地質(zhì)災(zāi)害。目前，氣象上通用將1 h降水量≥20 mm作為短時(shí)強(qiáng)降水的量級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。近些年，許多學(xué)者對(duì)不同地區(qū)的小時(shí)強(qiáng)降水特征進(jìn)行了分析研究，蘇錦蘭等[1]基于云南全省小時(shí)降水，對(duì)全年范圍內(nèi)的降水總體特征、降水日變化、降水事件貢獻(xiàn)、極端降水分布的區(qū)域差異做了詳細(xì)分析，獲得了云南地區(qū)小時(shí)降水特性及空間差異；楊春等[2]從降水比率、強(qiáng)降水占比、強(qiáng)降水頻次、強(qiáng)降水事件、極大強(qiáng)降水及極端強(qiáng)降水閾值等方面分析了重慶小時(shí)降水的時(shí)空分布特征。甘肅特殊的地形導(dǎo)致其暴雨具有明顯的對(duì)流性特征，因此，研究小時(shí)降水的時(shí)空分布特征，把握其發(fā)生規(guī)律，有利于甘肅暴雨、短強(qiáng)等災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的提高，對(duì)甘肅防災(zāi)減災(zāi)工作的開展具有重要意義。

本研究利用1981—2020年甘肅省國(guó)家站4—9月小時(shí)降水資料對(duì)小時(shí)強(qiáng)降水頻次、強(qiáng)度和極值的時(shí)空分布特征進(jìn)行了全面的分析，以期進(jìn)一步認(rèn)識(shí)甘肅地區(qū)小時(shí)時(shí)間尺度降水及強(qiáng)降水的規(guī)律。

2 小時(shí)強(qiáng)降水對(duì)總降水的貢獻(xiàn)率

圍繞甘肅地區(qū)1981—2020年4—9月小時(shí)強(qiáng)降水的降水量和降水頻次對(duì)總降水量和降水頻次貢獻(xiàn)率進(jìn)行分析，結(jié)果表明：降水量貢獻(xiàn)率（圖1a）和降水頻次貢獻(xiàn)率（圖1b）在空間分布上基本一致，降水頻次貢獻(xiàn)率不到0.3%，但是降水量的貢獻(xiàn)大值區(qū)接近7.0%，說明小時(shí)強(qiáng)降水出現(xiàn)的頻次雖然不高，但是降水強(qiáng)度大，對(duì)總降水的貢獻(xiàn)較大。小時(shí)強(qiáng)降水在隴南地區(qū)東南部、隴東、甘南高原及甘岷山區(qū)最容易出現(xiàn)，降水量貢獻(xiàn)率達(dá)3%以上，其次是隴中地區(qū)，最小為河西地區(qū)，降水量貢獻(xiàn)率不足0.5%。造成隴南和隴東地區(qū)小時(shí)強(qiáng)降水的降水量和降水頻次對(duì)總降水量和降水頻次貢獻(xiàn)率較大的原因主要是這些地區(qū)多為河谷地區(qū)，地勢(shì)也是西北高東南低，有利于暖濕氣流向西北推進(jìn)，同時(shí)該地區(qū)河谷為喇叭口地形，使氣流輻合上升得以加強(qiáng)，容易形成小時(shí)強(qiáng)降水[3-4]。太子山地區(qū)貢獻(xiàn)率高的主要原因是地形落差很大，水汽在該處被抬升[5]。而甘南高原雖然地形落差大，但是由于海拔較高，不容易產(chǎn)生強(qiáng)對(duì)流天氣，所以貢獻(xiàn)率相對(duì)較小。

圖1 甘肅省1981—2020年小時(shí)強(qiáng)降水降水量（a）和降水頻次（b）對(duì)總降水量和降水頻次貢獻(xiàn)率（單位：%）

3 小時(shí)強(qiáng)降水的空間分布特征

3.1 年累計(jì)小時(shí)強(qiáng)降水極值及頻次的空間分布特征

從年累計(jì)小時(shí)降水極值（圖2a）來看，整體分布呈現(xiàn)一高一低的分布特征，隴中及以南地區(qū)為高值區(qū)，隴中以西地區(qū)為低值區(qū)，40 mm/h以上的降水極值均出現(xiàn)在強(qiáng)降水頻次高值區(qū)。從平均降水頻次（圖2b）來看，整體分布呈現(xiàn)一高一低（河?xùn)|高河西低）的分布特征，主要存在3個(gè)高頻次中心，分別為甘岷山區(qū)、隴南地區(qū)東南部及隴東地區(qū)北部。年累計(jì)小時(shí)強(qiáng)降水極值及頻次的空間分布特征與年降水的空間分布基本一致，其原因也類似。

圖2 甘肅省1981—2020年小時(shí)降水極值（a）及小時(shí)強(qiáng)降水頻次（b）分布

3.2 不同月份的小時(shí)強(qiáng)降水極值及頻次的空間分布特征

不同月份的小時(shí)強(qiáng)降水極值及頻次的空間分布表明（圖3），小時(shí)強(qiáng)降水頻次主要出現(xiàn)在7—8月，尤其是甘南高原、甘岷山區(qū)、隴南東南部及隴東地區(qū)。4月、9月小時(shí)強(qiáng)降水頻次全省基本未發(fā)生，僅在隴南個(gè)別地區(qū)發(fā)生。5月小時(shí)強(qiáng)降水逐漸增多，6月強(qiáng)降水主要出現(xiàn)在隴南地區(qū)東南部至隴東地區(qū)東北部一帶。從小時(shí)降水最大雨強(qiáng)來看，7—8月最大雨強(qiáng)最強(qiáng)，主要出現(xiàn)在甘南高原、甘岷山區(qū)、隴南東南部及隴東地區(qū)。其次是6月，主要出現(xiàn)在隴南地區(qū)及隴東地區(qū)南部和甘岷山區(qū)，4月和9月僅在隴南零星地區(qū)出現(xiàn)20 mm/h強(qiáng)降水，主要原因?yàn)?—8月受東亞夏季風(fēng)影響，河?xùn)|地區(qū)水汽較為充沛，伊朗高原、蒙古低壓等影響北方冷空氣活動(dòng)頻繁，容易在河?xùn)|地區(qū)發(fā)生對(duì)流，同時(shí)受地形影響，在甘南高原、甘岷山區(qū)、隴南東南部及隴東地區(qū)容易形成小時(shí)強(qiáng)降水高值區(qū)[6]。

圖3 甘肅省1981—2020年4—9月逐月小時(shí)降水極值（a,c,e,g,i,k）及小時(shí)強(qiáng)降水頻次（b,d,f,h,j,l）分布

3.3 不同時(shí)次小時(shí)強(qiáng)降水極值及頻次的空間分布特征

從小時(shí)強(qiáng)降水出現(xiàn)頻次和最大雨強(qiáng)的空間分布的日變化來看，17～24時(shí)為強(qiáng)降水出現(xiàn)的活躍期，超過30%的區(qū)域均出現(xiàn)過強(qiáng)降水，最強(qiáng)時(shí)次為20時(shí)，超過18%的站點(diǎn)出現(xiàn)20 mm/h以上的強(qiáng)降水。08時(shí)為強(qiáng)降水不活躍期，僅不足3%的站點(diǎn)出現(xiàn)強(qiáng)降水。小時(shí)強(qiáng)降水出現(xiàn)頻次的空間分布差異較大，17～18時(shí)在甘南高原容易出現(xiàn)分散性強(qiáng)降水，19～21時(shí)在太子山及甘岷山區(qū)容易出現(xiàn)強(qiáng)降水，20～24時(shí)在隴東地區(qū)中部容易出現(xiàn)強(qiáng)降水，21～04時(shí)在隴南地區(qū)東南部容易出現(xiàn)強(qiáng)降水。

4 小時(shí)強(qiáng)降水的時(shí)間分布特征

4.1 小時(shí)強(qiáng)降水極值及頻次的年變化特征

對(duì)甘肅省1981—2020年不同小時(shí)降水極值及區(qū)域小時(shí)強(qiáng)降水頻次年變化進(jìn)行分析，結(jié)果表明：小時(shí)降水極值年際波動(dòng)變化并不顯著，小時(shí)強(qiáng)降水頻次在近10年有增加趨勢(shì)，尤其在2013年以后明顯增多，見圖4。

圖4 甘肅省1981—2020年不同區(qū)域小時(shí)降水極值（a）及小時(shí)強(qiáng)降水頻次（b）年變化

4.2 小時(shí)強(qiáng)降水極值及頻次的月變化特征

從甘肅省1981—2020年4—9月不同區(qū)域（河西、隴中、隴南、隴東及甘南高原地區(qū)）小時(shí)強(qiáng)降水頻次及小時(shí)降水極值月變化來看，小時(shí)最大雨強(qiáng)呈單峰型（圖5a），在7—8月出現(xiàn)極端強(qiáng)降水概率最大。7月隴中地區(qū)與隴東地區(qū)極端雨強(qiáng)相差不大，8月極端強(qiáng)降水主要出現(xiàn)在隴南地區(qū)。河西地區(qū)最小，未出現(xiàn)40 mm以上的極端雨強(qiáng)。從強(qiáng)降水頻次來看（圖5b），強(qiáng)降水主要集中在7—8月，呈單峰型分布，甘南地區(qū)峰值主要出現(xiàn)在7月，其余地區(qū)峰值出現(xiàn)在8月，整體上來說，隴東地區(qū)全年強(qiáng)降水頻次最高，其次為隴南地區(qū)。

圖5 甘肅省1981—2020年4—9月不同區(qū)域小時(shí)降水極值（a）及小時(shí)強(qiáng)降水頻次（b）月變化

4.3 小時(shí)強(qiáng)降水極值及頻次的日變化特征

對(duì)甘肅省1981—2020年4—9月不同區(qū)域小時(shí)強(qiáng)降水頻次及小時(shí)降水極值日變化特征進(jìn)行分析。首先，從小時(shí)最大雨強(qiáng)來看（圖6a），極端降水呈多峰分布，峰值多出現(xiàn)在午后至夜間，在凌晨至上午時(shí)段出現(xiàn)強(qiáng)降水的頻次較少，但小時(shí)最大雨強(qiáng)較強(qiáng)。其次，從出現(xiàn)頻次日變化可以看出（圖6b），甘肅省不同區(qū)域小時(shí)強(qiáng)降水頻次日變化特征存在差異，河西地區(qū)明顯低于其余地區(qū)，17～23時(shí)是各區(qū)域小時(shí)強(qiáng)降水頻次的高值時(shí)段，河西地區(qū)峰值主要出現(xiàn)在19時(shí)，隴中地區(qū)和甘南地區(qū)峰值主要出現(xiàn)在20時(shí)，隴南地區(qū)主要出現(xiàn)在21時(shí)，隴東地區(qū)在20～24時(shí)和17時(shí)出現(xiàn)2個(gè)峰值。此外，河西地區(qū)強(qiáng)降水頻次明顯偏小，隴南和隴東地區(qū)降水頻次峰值大于其余地區(qū)。

圖6 甘肅省1981—2020年不同區(qū)域多年平均小時(shí)降水極值（a）及小時(shí)強(qiáng)降水頻次（b）日變化

5 小結(jié)

本研究利用1981—2020年甘肅省國(guó)家站4—9月小時(shí)降水資料分析了甘肅暖季小時(shí)強(qiáng)降水的時(shí)空分布特征，得到如下結(jié)論：

（1）小時(shí)強(qiáng)降水降水頻次貢獻(xiàn)率不到0.3%，但是降水量貢獻(xiàn)大值區(qū)接近7.0%，說明小時(shí)強(qiáng)降水出現(xiàn)的頻次雖然不高，但是降水強(qiáng)度大，對(duì)總降水的貢獻(xiàn)較大，且地形是影響貢獻(xiàn)率的主要因素。

（2）年累計(jì)小時(shí)強(qiáng)降水極值及頻次的空間分布整體呈現(xiàn)河?xùn)|高河西低的特征，甘岷山區(qū)、隴南地區(qū)東南部及隴東地區(qū)北部是3個(gè)強(qiáng)降水高頻次中心，40 mm/h以上的降水極值也均出現(xiàn)在這些地方。不同月的小時(shí)強(qiáng)降水極值及頻次的空間分布與年累計(jì)結(jié)果一致。

（3）小時(shí)降水極值年際波動(dòng)變化并不顯著，小時(shí)強(qiáng)降水頻次在近10年有增加趨勢(shì)，尤其在2013年以后明顯增多。

（4）受東亞夏季風(fēng)和地形的共同影響，7—8月小時(shí)強(qiáng)降水頻次最高，雨強(qiáng)最大；整體上來說，隴東地區(qū)全年強(qiáng)降水頻次最高，其次為隴南地區(qū)。

（5）小時(shí)最大雨強(qiáng)的日變化特征成多峰分布，峰值多出現(xiàn)在午后至夜間，在凌晨至上午時(shí)段出現(xiàn)強(qiáng)降水的頻次較少，但小時(shí)最大雨強(qiáng)較強(qiáng)，且17～24時(shí)是甘肅各區(qū)域強(qiáng)降水出現(xiàn)的活躍期。此外，河西地區(qū)強(qiáng)降水頻次明顯偏小，隴南和隴東地區(qū)降水頻次峰值大于其他地區(qū)。