2013—2018年福州地區(qū)短時暴雨特征分析

張美花 張煒月

(福建省閩侯縣氣象局，福建 福州 350100)

0 引言

近年來，氣候變暖造成最直接威脅就是極端氣候災(zāi)害增多，如局地強降水災(zāi)害加重[1-2]。福州位于福建省東南沿海，屬于亞熱帶海洋性季風氣候，短時暴雨造成的洪澇時有發(fā)生。例如2016年“尼伯特”臺風暴雨短時雨強大，7月9日6～14時福州地區(qū)共有6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)累積降雨量超過250mm，永泰縣紅星鄉(xiāng)3小時累積雨量達254mm。短時暴雨造成永泰大樟溪支流清涼溪流域、閩清梅溪流域、閩侯木源溪流域發(fā)生百年一遇或超百年一遇特大洪澇，閩清、永泰、閩侯等縣部分城鎮(zhèn)遭受洪水侵淹、人員傷亡，全市直接經(jīng)濟損失約70.6億元。由此可見，短時暴雨洪澇嚴重威脅社會經(jīng)濟發(fā)展和人民生命財產(chǎn)安全，是當前政府部門防汛工作重點，也是氣象部門預(yù)報預(yù)警服務(wù)工作的重點、難點。

目前國內(nèi)外許多專家學者都對各地短時暴雨做了研究[3-6]。陳香[3]指出，暴雨洪澇災(zāi)害既是一種突發(fā)性災(zāi)害，又具有持續(xù)性的危害，選擇指標時既要考慮降水的總量，又要體現(xiàn)降水的突發(fā)強度；肖光梁等[4]指出，短時暴雨相對于暴雨而言，突發(fā)性更強，災(zāi)害更大。研究還表明，各地短時暴雨在時空分布上地域特征性明顯，產(chǎn)生的影響天氣系統(tǒng)也有很大不同。鄭穎青等[7]做了福州市短時強降水分析，目前未有關(guān)于福州地區(qū)短時暴雨方面的研究。因此本文擬通過統(tǒng)計分析福州地區(qū)短時暴雨時空分布及影響天氣類型特征，從中找出規(guī)律，以期提高福州地區(qū)短時暴雨預(yù)報預(yù)警服務(wù)能力。

1 短時暴雨標準與資料

福建省短時臨近天氣業(yè)務(wù)規(guī)定，每個縣(市、區(qū))有1個國家自動站或3個區(qū)域自動站預(yù)報未來2小時內(nèi)將出現(xiàn)1小時≥50mm或預(yù)報與實況累計3小時≥100mm時，需制作短時強天氣報告。當1小時累積降水量達到50mm或3小時累積雨量達到100mm，預(yù)報員必須通過短信平臺向政府及相關(guān)部門發(fā)布強降水預(yù)警信息。根據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)定，本文選擇1小時≥50mm和3小時≥100mm兩種標準對短時暴雨過程進行統(tǒng)計分析。

選取福州地區(qū)2013—2018年315個自動觀測站1～12月逐時降水資料，先對降水數(shù)據(jù)進行質(zhì)量控制，去除異值，以保證降水數(shù)據(jù)準確性、連續(xù)性。規(guī)定≥1個以上自動觀測站累積雨量達到標準算一次天氣過程，一個站點同一過程多次達到標準只取一次。統(tǒng)計得到福州地區(qū)2013—2018年累積雨量1小時≥50mm短時暴雨過程154次，741站次；3小時≥100mm短時暴雨過程52次，338站次。

2 結(jié)果分析

2.1 短時暴雨空間分布

采用福州地區(qū)2013—2018年315個自動觀測站出現(xiàn)短時暴雨站次進行空間分布特征分析(圖1)。福州地區(qū)1小時≥50mm短時暴雨全區(qū)各縣市都會出現(xiàn)，沿海縣市明顯少于內(nèi)陸縣市，福州地區(qū)西部、北部多于東部、南部。高值區(qū)分別出現(xiàn)在晉安區(qū)北部、永泰縣西南部、閩侯縣西南部與永泰縣東北部交界處(圖1a)。福州地區(qū)3小時≥100mm短時暴雨也是沿海縣市少于內(nèi)陸縣市，高值區(qū)為連江縣北部、閩侯縣西南部與永泰縣東北部交界處、永泰縣西南部(圖1b)。

(a) 1小時≥50mm的頻數(shù)

(b) 3小時≥100mm的頻數(shù) 圖1 2013—2018年福州地區(qū)短時暴雨空間分布頻數(shù)

統(tǒng)計分析可得，福州地區(qū)1小時≥50mm和3小時≥100mm短時暴雨在空間分布上比較相似，都是內(nèi)陸縣市多于沿海縣市，在空間分布上表現(xiàn)出明顯的地域局地性特征。高值區(qū)都出現(xiàn)在海拔較高山區(qū)，這可能與地形的強迫抬升作用使得降水強度增強有關(guān)。目前國內(nèi)外許多專家都在這方面做了研究，孫繼松[8]指出，暴雨中心多發(fā)生在山脈的迎風坡，這是由于迎風坡的氣流動力抬升，產(chǎn)生氣旋式渦度，引發(fā)低層氣旋式輻合，形成了對流強降水。樓小風等[9]指出，在地形坡度較大時,會產(chǎn)生較強的上升氣流,從而使系統(tǒng)對流發(fā)展旺盛,產(chǎn)生較大的降水和較強的回波。福州地區(qū)屬亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，地勢西北高，東南低，夏半年主要受來自海洋濕潤而溫暖的熱帶或海洋氣團控制，常刮南風[10]，當暖濕氣流從南向北遇山脈爬升時增強降水強度，就易形成福州地區(qū)短時暴雨中心，這與專家們的研究結(jié)論基本一致。

2.2 短時暴雨時間分布特征

分析得福州地區(qū)2月份和12月份未出現(xiàn)短時暴雨。1小時≥50mm短時暴雨月份分布呈“雙峰型”，主峰出現(xiàn)在8月份,次峰在6月份。1月、3月各1次，4月頻數(shù)開始增多，10月明顯下降(圖2a)；3小時≥100mm短時暴雨月份分布呈“單峰型”，主峰出現(xiàn)在9月份，4月份開始逐漸增多,10月明顯減少(2次),11月1次(圖2b)。

從圖2可看出，福州地區(qū)短時暴雨5—9月出現(xiàn)次數(shù)最多，這與5—9月是福州地區(qū)汛期相一致。峰值出現(xiàn)在8月和9月可能與受熱帶氣旋影響有關(guān)。

(a) 1小時≥50mm的頻數(shù)

(b) 3小時≥100mm的頻數(shù) 圖2 2013—2018年福州地區(qū)短時暴雨月際分布頻數(shù)

2.3 影響天氣類型

2.3.1 主要影響天氣類型

用常規(guī)天氣資料分析2013—2018年間影響福州地區(qū)短時暴雨天氣類型特征。1小時≥50mm過程154次，高空槽切變影響88次，占57%；熱帶氣旋影響32次，占21%，其中登陸福建省12次，未登陸福建外圍影響20次；副高邊緣不穩(wěn)定系統(tǒng)影響27次，占17%；其他(偏東氣流、西南氣流、南風輻合等，下同)類型影響7次，占5%(圖3a)。3小時≥100mm過程52次，高空槽切變影響23次，占44%；熱帶氣旋影響20次，占38%，其中登陸福建省9次，未登陸福建外圍影響11次；副高邊緣不穩(wěn)定系統(tǒng)影響8次，占16%；其他影響1次，占2%(圖3b)。

(a) 1小時≥50mm天氣類型頻數(shù)

(b) 3小時≥100mm天氣類型頻數(shù) 圖3 2013—2018年福州地區(qū)短時暴雨天氣類型分布頻數(shù)

從圖3可見，福州地區(qū)短時暴雨主要影響天氣類型有高空槽切變、熱帶氣旋、副高邊緣不穩(wěn)定系統(tǒng)等。高空槽切變是主要影響天氣類型，熱帶氣旋影響次之。

2.3.2 天氣類型影響特征

暴雨危害除降水強度外，與其影響范圍也有密切關(guān)系。中央氣象臺指出，在業(yè)務(wù)實踐中區(qū)域性暴雨常因其降雨強度極強，可能造成區(qū)域性的嚴重暴雨洪澇災(zāi)害。福建省短時臨近天氣業(yè)務(wù)規(guī)定，區(qū)域性對地市一般指涉及本行政區(qū)1/3縣市(市、區(qū))及以上范圍，縣(市、區(qū))有1個國家自動站或3個區(qū)域自動站出現(xiàn)時算一次區(qū)域性過程。

根據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)定，福州地區(qū)2013—2018年1小時≥50mm暴雨高空槽切變影響有88次，出現(xiàn)區(qū)域性暴雨13次；登陸福建熱帶氣旋影響有12次，出現(xiàn)區(qū)域性暴雨7次；未登陸福建熱帶氣旋外圍影響20次，出現(xiàn)區(qū)域性暴雨4次；副高邊緣不穩(wěn)定系統(tǒng)影響27次，出現(xiàn)區(qū)域性暴雨7次；其他系統(tǒng)影響7次，未出現(xiàn)區(qū)域性暴雨過程(圖4a)。3小時≥100mm暴雨高空槽切變影響有23次，出現(xiàn)區(qū)域性暴雨3次；登陸熱帶氣旋影響9次，出現(xiàn)區(qū)域性暴雨8次；副高邊緣不穩(wěn)定系統(tǒng)影響8次，出現(xiàn)區(qū)域性暴雨2次；未登陸福建熱帶氣旋和其他系統(tǒng)影響都未出現(xiàn)區(qū)域性暴雨(圖4b)。

(a) 1小時≥50mm出現(xiàn)概率

(b) 3小時≥100mm出現(xiàn)概率 圖4 2013—2018年福州地區(qū)不同天氣類型出現(xiàn)區(qū)域性暴雨概率

從圖4看出，其他系統(tǒng)影響福州地區(qū)未出現(xiàn)1小時≥50mm和3小時≥100mm區(qū)域性暴雨。登陸福建熱帶氣旋影響福州地區(qū)出現(xiàn)1小時≥50mm區(qū)域性暴雨的概率為58%，出現(xiàn)3小時≥100mm區(qū)域性暴雨的概率為89%。未登陸福建熱帶氣旋外圍影響福州地區(qū)出現(xiàn)1小時≥50mm區(qū)域性暴雨的概率僅20%，未出現(xiàn)3小時≥100mm區(qū)域性暴雨。高空槽切變和副高邊緣不穩(wěn)定系統(tǒng)影響出現(xiàn)區(qū)域性暴雨的概率都低于30%。

3 結(jié)論

①福州地區(qū)1小時≥50mm和3小時≥100mm短時暴雨在空間上分布比較相似，福州所有地區(qū)都可能出現(xiàn)短時暴雨過程，沿海縣市明顯少于內(nèi)陸縣市，福州地區(qū)西部、北部多于東部、南部。在空間分布特征上表現(xiàn)出明顯的地域局地性，高值區(qū)都出現(xiàn)在平坦地向高海拔山區(qū)爬升地帶，高值區(qū)為晉安區(qū)北部、連江縣北部、永泰縣西南、閩侯縣西南與永泰縣東北交界處。

②福州地區(qū)12月和2月未出現(xiàn)短時暴雨，1小時≥50mm短時暴雨月份分布呈“雙峰型”,主峰出現(xiàn)在8月份,次峰在6月；3小時≥100mm短時暴雨月份分布呈“單峰型”，主峰出現(xiàn)在9月份。

③福州地區(qū)短時暴雨主要影響天氣類型有高空槽切變、熱帶氣旋、副高邊緣不穩(wěn)定系統(tǒng)等。登陸福建熱帶氣旋影響時出現(xiàn)1小時≥50mm區(qū)域性暴雨的概率為58%，出現(xiàn)3小時≥100mm區(qū)域性暴雨的概率為89%；未登陸福建熱帶氣旋影響福州地區(qū)出現(xiàn)1小時≥50mm區(qū)域性暴雨的概率僅20%，未出現(xiàn)3小時≥100mm區(qū)域性暴雨；高空槽切變和副高邊緣不穩(wěn)定系統(tǒng)影響福州地區(qū)出現(xiàn)區(qū)域性暴雨的概率都低于30%。