濟源市短歷時強降水氣候變化特征及雨型分析

胡玉梅，衛 科，張鵬飛

（河南省濟源市氣象局，河南 濟源 454650）

濟源市地處豫西北，境內80%以上的面積為山區丘陵，受地形影響，夏秋季經常出現具有典型山區氣候特征的短歷時強降水。因此，本文利用濟源國家氣象站1985～2014年共30年的連續降雨資料，遴選并分析實際降雨過程，確定濟源市暴雨雨型，以期為城市暴雨徑流控制設施的設計提供依據。

1 資料、統計方法

1.1 資料

資料來源于濟源市國家級氣象觀測站，年限從1985年1月1日至2014年12月31日共30年逐分鐘降水資料中提取5、10、15、20、30、45、60、90、120、150、180分鐘11歷時的降水資料，每年每個歷時選取最大雨量記錄。

1.2 統計方法

從全年的降水自記紙或每分鐘降水量數據文件中，挑取本年內11個時段最大降水量及相應開始時間；各時段年最大降水量及相應開始時間，只有當1440分鐘降水量＞10.0毫米時才挑取；各時段最大降水量從年內各月降水量自記紙或每分鐘降水量數據滑動挑取，且不受日、月界的限制（但不跨年挑取）；各時段年最大降水量出現兩次或以上相同時，開始時間欄記錄出現次數；雨量大而降雨歷時不足時，將降雨歷時按零雨量外延至降雨歷時。

2 短歷時強降水的演變趨勢分析

2.1 短歷時強降水的極值分布

由極值分布特征分析（表略），降水量分別達大雨(25毫米)、暴雨（50毫米）、大暴雨（100毫米）標準的短歷時強降水時間分別出現在15分鐘、60分鐘和180分鐘，其中1988年、1991年、2012年為短歷時強降水高值年，1989年、2002年、2009年為短歷時強降水的低值年。

2.2 短歷時強降水的年際變化

在本文的研究過程中重點分析對排水標準中最為關注的5分鐘、30分鐘、60分鐘、120分鐘、180分鐘年最大雨強變化規律。

從濟源市近30年短歷時5分鐘最大雨量圖看出，5分鐘歷時年際間差異較大，呈波動趨勢，變化傾向率為0.0336毫米/年，變化幅度在3.2～16.2毫米。20世紀90年代為5分鐘歷時雨強相對減小，2011年以后5分鐘強降水呈增加趨勢，為偏高時期，5分鐘歷時近30年均值為8.7毫米，2012年為高值年，雨量達16.2毫米。

濟源市30分鐘歷時最大雨強同5分鐘年最大雨強趨勢相似，也存在著明顯的年際差異，變化傾向率0.0654毫米/年，變化幅度在7.9～43.6毫米。1991～1992年、2001～2002年、2004～2005年以及2011～2013年為30分鐘雨強最大時段。上世紀90年代中期為30分鐘歷時雨強相對較小時段。

濟源市60分鐘歷時最大雨強也存在著明顯的年際差異，變化傾向率0.1509毫米/年，變化幅度在13.2～51.7毫米。1987～1988年、1991～1992年、2000～2001年、2003～2005年以及2011～2013年為60分鐘雨強最大時段。1993～1999年為60分鐘歷時雨強相對較小時段。120分鐘歷時最大雨強在1988年最大，而在1989年達到最低值。變化傾向率0.2827毫米/年，變化幅度在13.2～96.8毫米。同120分鐘歷時最大雨強相似，最大值出現在1988年，而在1989年達到最低值。2000年后增幅較大，變化傾向率0.3762毫米/年，變化幅度在15.6～107.5毫米。綜上，濟源市近30年短歷時強降水呈波動變化規律，變化傾向率均為增加趨勢，傾向率增幅最大是180分鐘歷時，其次為120分鐘和60分鐘。

2.3 短歷時強降水的月際變化

統計入選樣本的月際變化，7月份頻率最高，5～1440分鐘不同歷時發生在7月的平均次數16.7次，其次為8月和6月，平均次數分別在6.8次和3.9次。9月份45分鐘、60分鐘、90分鐘歷時沒有出現，而5～30分鐘歷時和120、180、240分鐘均只出現了一次，5月和10月份只是在240分鐘、360分鐘、540分鐘和720分鐘、1440分鐘歷時出現。綜上說明，7月份是濟源短時強降水的高發期，8月和6月次之，再次即為9月份，5月和10月天氣系統相對穩定，降水強度較為平緩，多為層狀云降水，出現暴雨次數相對較少。

圖1 5分鐘歷時最大降水量變化趨勢（毫米）

圖2 30分鐘歷時最大降水量變化趨勢（毫米）

圖3 60分鐘歷時最大降水量變化趨勢（毫米）

圖4 120分鐘歷時最大降水量變化趨勢（毫米）

圖5 180分鐘歷時最大降水量變化趨勢（毫米）

圖6 濟源氣象觀測站各歷時強降水樣本月份頻率分布（%）

3 結論

本文主要使用濟源市國家氣象觀測站1985～2014年共30年的逐分鐘降雨過程資料，分別利用P&C法推求確定濟源市歷時30、60、120分鐘以5分鐘為單位時段的設計暴雨雨型，結論如下。

濟源市短歷時極值降水呈波動變化，變化傾向率均為增加趨勢，傾向率增幅最大是180分鐘歷時，其次為120分鐘和60分鐘。7月份是濟源短歷時強降水的高發期，8月和6月次之，5月和10月天氣系統相對穩定，出現暴雨次數較少。濟源市年內降水分布的不均性和濟源市的地形密切相關，降水的空間分布與境內山脈地形走向較為吻合；雨強大致均勻的降雨（第4類）所占比例較小。歷時減小時均為單峰雨型，歷時增加時，多為雙峰雨型或多峰雨型，峰值一般出現在前部和中部。不論單峰雨型還是雙峰雨型，最大峰值均出現在1/2分位之前，基本具有“速度快、高強度、持續短”的特點。因此當短歷時暴雨發生時，水利、水文、住建、防洪等部門應在第一時間做好排水排澇準備。