汕尾市短历时强降雨的时空分布特征

刘嘉劲，祝剑亦，刘凯业，丁晨晨，李泳泽，吴经纬

（1.汕尾市突发事件预警信息发布中心，广东汕尾 516600；2.汕尾市气象局，广东汕尾 516600；3.连州市突发事件预警信息发布中心，广东连州 513400；4.中国气象科学研究院，北京 100081）

汕尾市地处华南沿海，属亚热带季风气候区，海洋性气候明显。雨量充沛，气候平均（1981—2010年）雨量为1 900～2 500 mm，年雨量最多可达3 728 mm（1997年海丰县）。雨热同季是汕尾市气候特点之一，雨季始于3月下旬到4月上旬，终于10月中旬，每年4—9月汛期，是降雨量最集中的季节，且最易出现短历时强降水。短历时强降水具有局地性强、历时短、雨强大的特点，常伴有强对流天气，易导致城市内涝、交通堵塞、泥石流等次生灾害，甚至会给人民生命财产造成重大伤亡和损失。短历时强降水一直是气象监测、预报预警和气象服务的难点。目前汕尾市气象台预报人员普遍对短历时强降水，特别是局地暴雨的预报经验不足，而充分认识其规律和特征是提高短历时强降水预报准确率的前提。因此，研究汕尾地区短历时强降雨的时空分布及成因，不仅能在格点精细化预报上对汕尾市台预报员有重要的指导意义，还能对局地暴雨预警的发布提供一定的参考。

以往汕尾境内的许多研究多为单次降雨机制的分析，或者分析县区总降雨量年度及季节的变化［1-4］。而近年来，越来越多的学者则对短历时强降雨的特征和规律做了深入的研究［5-11］，蔡晶等［12］、张小雯等［13］分别对广东省短历时强降水的时空分布特征及气候学特征进行了分析；李琛等［14］认为12或24 h的暴雨标准不适用于短历时临近预报，故将研究对象确定为3 h的累积降雨量，并筛选出了103个样本。以上研究表明，对本地短历时强降水的时空分布特征研究十分必要。但之前对短历时强降水进行多样本、长时间序列的研究多针对整个广东省或其它地市，缺乏针对汕尾地区的研究。本研究将利用2013—2018年汕尾市共6年的观测资料，通过制定合理的短历时强降雨标准，对近年来汕尾地区短历时强降雨时空分布特征进行统计分析。

1 资料来源和短历时强降雨标准

本研究中的资料来源是汕尾市3个国家基准站和112个自动观测站2013—2018年1月1日至12月31日的逐小时降水量资料。研究短历时强降雨，必须要先确定短历时强降雨的标准，中国气象局规定：暴雨，一般指连续12 h降雨量30 mm以上，或连续24 h降雨量50 mm以上的降水［15］。以往研究人员分析暴雨时通常利用12 h或24 h标准，但由于汕尾市处于广东省的3大暴雨中心之一［16］，暴雨的局地性和短历时性更为明显，而且暴雨日最强雨峰出现的时段更加集中，短历时强降雨往往在3 h内就可以完成，因此业务人员参考3 h降雨量的实况比较多。同时，也考虑到强降雨的有效性和代表性，所以统计时既不能过多，又不能遗漏。综合考虑以上因素，本研究将研究对象确定为3 h累积降水量，研究时段分为00：00—03：00（北京时，下同）、03：00—06：00、06：00—09：00、09：00—12：00、12：00—15：00、15：00—18：00、18：00—21：00、21：00—00：00，共 8个时间段。当 8个时段中某1个时段有1个站点以上的3 h累积降水量超过50 mm时（达到暴雨橙色预警的标准），将此时间段列为1次短历时强降水。

2 短历时强降雨的时间分布

2.1 年际变化

根据以上的筛选方法，本研究共选出426次短历时强降雨。由图1可见，2013—2018年汕尾短历时强降雨频次总体呈增加趋势，其中2018年最多，共有91次，占总数的21%，2015年最少，为55次，占总数的13%。过去6年的短历时强降雨频次平均为71次，这充分说明汕尾市雨量充沛。

图1 2013—2018年汕尾市短历时强降雨频次

2.2 月际变化

统计汕尾市短历时强降水频次的月际变化（图略），可以看出，汕尾短历时强降水具有明显的季节性，出现频次呈现“双峰型”的特征。汕尾市大部分月份都可能出现短历时强降水，但主要集中在汛期（4—9月份），占短历时总强降水频次的95%（404次），2和11月则没有短历时强降水的出现。6月最多，有111次，占总数的27%；8和5月分别有86和85次，占总数的21%；而11月至次年3月份相对少发生，说明汕尾短历时强降雨最易发生在6月。6月份强降雨多是因为此时处于南海夏季风增强的盛期，此时西南暖湿气流强盛，配合其他斜压性或热带性的天气系统形势，短时强降水出现的次数也随之爆发性增多，7月一般伴随南亚高压北上，处于前汛期和后汛期的转换期，故出现强降雨的概率相对较小，而8月份的降水主要由海上热带天气系统或者局地热对流发展造成。

2.3 日变化

为分析汕尾地区短历时强降水的日变化特征，并找出一天之内各时段最容易发生强降水的区域，统计2013—2018年最容易发生强降水的时段，以及短历时强降雨的累积频次（图2），由图2可以看出，短历时强降雨有明显的日变化，最易出现强降雨的时段为15：00—18：00，有82次；其次是12：00—15：00，而18：00—21：00时段强降水次数则明显偏少，为50次；出现短历时强降水最少的时段为21：00—00：00，仅有 37个样本。因此，汕尾市短历时强降水具有明显的“单峰型”日变化特征，最易出现短历时强降水的时段为下午到傍晚。这种分布可能与汕尾地区的海陆位置和山区地形等下垫面因素有关［2］，午后海风环流配合暖湿气流的输送，形成暖湿不稳定层结，易导致短历时强降水的出现。这与之前认为汕尾地区凌晨时段易出现强降水的结果有区别。

图2 八个时间段短历时强降雨的频次分布

为了解各月份汕尾地区短历时强降水的日变化特征是否都一致，故挑选频次较多的月份（4—10月份），分析2013—2018年各月份短历时强降水累积频次的日变化特征。由图3可见，除6月份外，其余月份的短历时强降水频次都集中在下午到傍晚时段（15：00—18：00）。6月份则在清晨时段（06：00—09：00）最容易出现强降水，这可能与6月份季风爆发，地面偏北陆风与西南海风形成的海风锋在后半夜至清晨时段生成和维持，并在清晨时段达到最强有关。随着上午的海风增强，锋区减弱消失，由其触发的强降水也随之减弱。

图3 各月份短历时强降雨例数的日变化

3 短历时强降雨的空间分布

3.1 短历时强降雨发生概率的定义

按照发生时间不同，本研究把426次短历时强降雨分为8个时段，将不同时段各站发生短历时强降雨的概率定义为F（ɑ，b）。

其中，ɑ为站号；b为时段；T（ɑ，b）为 8个时段短历时强降雨次数中各站3 h降水量超过50 mm的次数；M（b）为各时段短历时强降雨次数。

3.2 不同时段短历时强降雨发生概率的空间分布

图4为根据计算F（ɑ，b）得到不同时段短历时强降雨发生概率的空间分布。

图4 不同时段汕尾市短历时强降雨发生概率（%）的空间分布

从图4可以看出，在一天中最容易发生短历时强降雨的12：00—15：00和 15：00—18：00这 2个时段，短历时强降雨概率大的区域范围较大，主要集中在海丰的中部北部及陆丰市北部，包括莲花山、黄羌、公平水库、平东、城东、大安等地区，发生概率都在10%以上，虽然看起来概率不大，这是因为此时段各地都易有强降水，且概率最高的站点发生次数仍为较小站点的3～6倍，所以还是有较明显的空间分布特征。

00：00—03 ：00时间段发生强降雨的区域局地性较强，海丰北部出现短历时强降水的概率在20%以上，其次在海丰陆丰中部交界处及深汕合作区东南部，概率在13%以上；03：00—06：00时段在市城区东北部最易出现短历时强降雨，其次为海丰南部及陆丰西南部，概率在13%以上；06：00—09：00，出现短历时强降雨的大概率区域集中在海丰县，概率在15%以上；09：00—12：00，海丰、市城区及深汕合作区南部区域出现强降雨的概率较大，在 10%以上；12：00—15：00和15：00—18：00这 2个时段已在 3.2节论述；18：00—21：00最易发生短历时强降雨的区域为海丰北部及陆丰北部地区，发生概率大于10%；21：00—00：00短历时强降雨发生次数最少，降雨较容易出现在海丰北部，出现概率在13%以上。总体而言，汕尾市出现短历时强降雨的概率最大的地区基本与“雨窝”地带一致，大致为莲花山脉东南侧的海丰县大部及陆丰市东北部地区，特别是海丰中北部莲花山脉东南侧是短历时强降雨发生概率最集中的地区；值得注意的是深汕合作区南部沿海一带出现短历时强降雨的概率也较大。另外清晨至上午短历时强降雨多出现在汕尾中南部地区，而午后至夜间多出现在汕尾中北部地区。

4 短历时强降雨与年降水量的关系

对比汕尾城区、海丰、陆丰3个国家站的平均年降雨量与各年份出现的短历时强降水次数（图5），可以看出，除2018年以外，短历时强降雨的次数和年降水量随时间的总体变化较为一致，两者相关性达0.8以上，说明短历时强降雨与年降水量具有很强的相关性。汕尾地区的降水多以暴雨为主，通常一两个局地降雨云团就能达到50 mm以上。在2018年，年降雨量偏少而出现强降雨个例数却为近6年最多，从而可以分析出，2018年多出现短历时强降雨，从灾情数据库的统计来看，2018年有3次过程造成重大灾情，为2014年以来造成经济损失最大的一年。特别是8月底出现的季风低压特大暴雨过程，具有“短时雨势特别猛、持续时间特别长、累积雨量特别大”的特点，陆河县河口镇录得过程累积雨量为 1 062 mm，其日雨量 670.8 mm（30日08：00—31日08：00）也刷新了陆河有气象记录以来的历史极值，陆丰大安农场最大小时雨量达124.6 mm也刷新了汕尾市的气象记录。

图5 2013—2018年短历时强降雨次数及年降水量的变化

5 结论

1）2013—2018 年汕尾短历时强降雨次数总体呈增加趋势，其中2018年最多，2015年最少；短历时强降水有明显月变化，5月份开始次数明显增多，6月最多，可能是因为汕尾6月份季风爆发导致易出现短历时强降水；6月份在清晨时段（06：00—09：00）最容易出现短历时强降水，其余月份的短历时强降水都集中在下午到傍晚时段（15：00—18：00）。总体而言，汕尾地区下午到傍晚时段最易出现短历时强降水。

2）在一天中最容易发生短历时强降雨的是12：00—15：00和 15：00—18：00这 2个时段中，短历时强降雨概率大的区域基本集中在海丰的中部北部及陆丰北部地区。总体而言，汕尾市出现短历时强降雨的概率最大的地区基本与“雨窝”地带一致，大致为莲花山脉东南侧的海丰县大部及陆丰市东北部地区，特别是海丰中北部莲花山脉东南侧是短历时强降雨发生概率最集中的地区。另外清晨至上午短历时强降雨多出现在汕尾中南部地区，而午后至夜间多出现在汕尾中北部地区。

3）除2018年以外，汕尾短历时强降雨与年降水量的相关性达0.8以上，短历时强降雨多的年份降水量也高，两者呈正相关。

需要注意的是，气象站点的空间分布不均可能会对短历时强降水的空间分布统计造成一定影响。另外，本研究统计资料年限偏短，可能存在因天气系统活动（如台风）的年际或年代际变化带来的影响，而对统计结果有较大影响。