遼寧省近70年短歷時暴雨時空變化及氣象成因分析

(遼寧省鞍山水文局，遼寧 鞍山 114100)

遼寧省夏季暴雨是區域山洪、中小河流洪水災害頻發的主要影響因素[1]。遼寧省由于地理位置、氣候條件的綜合影響，夏季暴雨具有歷時短、強度大的特點[2]。研究表明區域暴雨洪水與短歷時強降水息息相關，歷時短、強度大的局部暴雨是形成區域洪水的主要因素，且其氣象成因較為復雜。因此，研究區域短歷時暴雨時空變化特征及氣象成因，對于短歷時暴雨預警預報、人民生命財產安全防護及防洪治澇總體部署具有重要意義。當前，對于遼寧省暴雨變化特征取得了一定的研究成果[3-10]。馮玉[11]結合遼寧省日降水數據，對全省暴雨時空分布特征及重現期的概率分布進行了研究，結果表明遼寧省在1957—2015年間暴雨強度、暴雨貢獻率呈緩慢減小的趨勢，在1960—1980年暴雨日數有明顯下降趨勢。郭國洋等[12]結合遼寧省22個氣象臺站1960—2012年共53年的逐日降水數據對遼寧省每年各站暴雨量、暴雨日數、暴雨強度以及貢獻率進行了分析，結果表明遼寧省暴雨的空間分布極不均勻，總的趨勢是由東南向西北減少,表現為東多西少,南多北少。張亮亮等[13]基于遼寧省23個氣象站近50年降雨數據對遼寧省大雨與暴雨時空變化特征進行了分析，結果表明遼寧省大雨強度在20世紀60年代中后期和21世紀初主要呈現增大趨勢,中間時段以減少趨勢為主。李嵐等[14]利用遼寧省54個氣象觀測站1980—2009年的常規地面觀測資料,采用統計學方法分析了遼寧省暴雨的氣候特征，結果表明遼寧省年平均降水量自西北向東南方向逐漸增多,西北部地區在400～500mm之間,東南部地區則多達800～1050mm。以上研究成果均表明遼寧省暴雨時空特征發生了較為明顯的變化，但各研究成果對遼寧省暴雨時空演變規律的研究還存在不足，首先是分析的降雨站點數量不足，其次是對單個站點的研究成果較多，存在以點代面的局限，缺少對整個面雨量的分析研究。為此本文結合遼寧省544個氣象站點數據，通過空間插值方法對遼寧省面暴雨特征進行分析。

1 研究數據

1.1 代表站點

按照水文資料完整性、可靠性、一致性的原則，選取遼寧省544個降水站點的暴雨實測數據進行分析，代表雨量站分布見圖1。

圖1 代表雨量站分布

1.2 場次暴雨

為使選取的暴雨數據具有代表性，本文從遼寧省544個降水站點的降雨量摘錄數據中，按照暴雨中心雨量高于200mm、降雨間隔時段低于6h、暴雨中心覆蓋范圍內雨量大于30mm的雨量站點降雨歷時具有同步性為原則，選取162場典型暴雨對遼寧省短歷時暴雨時空變化特征進行分析。

1.3 時段最大雨量

本文中暴雨歷時分析采用6個統計時段，分別為最大10min、最大30min、最大60min、最大3h、最大6h、最大24h的雨量。若雨量站點降雨量摘錄有以上時段數據則直接采用，若無以上時段，則按滑動方法進行最短值的計算。

2 暴雨成因分析

對遼寧省近70年典型暴雨的情況進行分析，分析結果見表1。遼寧省夏季暴雨天氣系統受西南和東南季風環流以及兩個環流的匯合帶影響。

表1 遼寧省近70年典型暴雨

西南季風環流與印度熱帶輻合帶相互作用，形成來自印度洋的西南季風。當印度季風偏北時，熱帶低壓擾動比較活躍。在南海高壓的西北側與青藏高原東北方向的低渦之間形成西南低壓急流，低渦北上與西風槽結合，誘發了南來的氣旋暴雨。

東南季風環流與西太平洋熱帶輻合帶相互作用。當熱帶輻合帶向北推進時，往往伴隨有臺風等熱帶渦旋群活動，促使西太平洋副熱帶高壓西伸北進。在副高的西南側出現強盛的東南季風氣旋，在低層表現為東南低空急流，向北方輸送大量豐沛的暖濕空氣，當北上臺風及其東南低空急流與西風槽在遼寧省相遇時，形成臺風雨。

季風匯合帶，由西南季風與東南季風氣流在青藏高原東麓到我國大陸東部匯合而成。在季風匯合帶的低空急流伴隨其左側的低值系統北上，與西南槽結合形成氣旋暴雨。

總之，遼寧省暴雨環流形勢的特點由西風槽東移，副高北上，再由臺風登陸偏北綜合導致。在上述環流形勢背景下，遼寧省暴雨天氣系統影響因素較為復雜，一般為強度較大的西風槽和北上臺風，以及與這兩個天氣系統相關的華北、江淮氣旋和地面冷鋒。此外副高北抬導致的東北冷渦、切變也常常是局部暴雨形成的主要天氣系統。

遼寧省西南方印度洋的孟加拉灣以及東南方太平洋的黃海是兩個主要的水汽來源，有時受兩股氣流耦合作用，造成不同區域出現短歷時暴雨。

3 暴雨時間特征分析

3.1 暴雨年內分布特征

結合氣象部門暴雨分類標準，對選取的遼寧省162場典型暴雨進行不同月份各量級暴雨頻次分布的統計分析，分析結果見表2。

表2 不同月份遼寧省各量級暴雨頻次的分布

由表2可知，在162場暴雨中，發生大暴雨60場、特大暴雨102場。暴雨發生時間集中在7月、8月，有143場，占總暴雨場次的90%。

3.2 歷時、雨量分布特征

對各水文分區(見圖2)162場暴雨降雨歷時T進行統計分析，分析結果見表3。由表3可看出，在選取的162場典型暴雨中，降雨時段低于24h的只有3場，遼寧省暴雨時段高于24h的頻次較高。對各暴雨時段占總雨量的比例進行了統計，統計結果見表4。由表4可看出，3日雨量占據的比例最高，為95.21%，1h的比例最低，為18.31%。

圖2 遼寧省水文分區

表3 各統計歷時發生的暴雨頻次

表4 場次暴雨時段雨量分配

3.3 暴雨極值

對不同統計時段暴雨分布進行了統計，見表5。由表5可看出，不同時段暴雨極值主要集中在遼寧省的東部，尤其是丹東地區，該區域屬于遼寧省暴雨易發區。對24h暴雨量高于200m的站點分布進行了統計，見表6。由表6可看出，544個降水站點中有284個降水站點24h暴雨量高于200mm，其中水文分區Ⅲ區站點占全省總數的50%，屬于暴雨中心雨量最多的區域；水文分區Ⅱ區雨量站點最少，只占全省總數的2%。

表5 時段雨量極值統計

表6 24h雨量大于200mm的雨量站分布

4 暴雨空間特征分析

結合遼寧省544個降水站點的暴雨資料集，采用地理空間插值方法統計分析了遼寧省最大10min、最大30min、最大60min、最大1h、最大3h、最大6h、最大24h的暴雨時空變化特征，見圖3，并按市統計了不同地區暴雨發生的頻次，結果見表7。

圖3 不同降雨時段下遼寧省暴雨空間變化特征

遼寧省近70年短歷時暴雨空間變化特征具有一定的規律性，暴雨中心區域主要位于東部山區、中部平原及沿海西部區域，從東南向西北逐步減少，東南部屬于暴雨大值分布區域。丹東地區最大24h暴雨量最大，可達300mm以上。北部的撫順、沈陽以及西部大部分區域短歷時暴雨值較低，最大24h暴雨量低于200mm。由圖3、表6可以看出，隨著時段的增加，暴雨中心點空間變化較為固定，在選用站中，24h雨量超過200mm的雨量站有284個，暴雨中心雨量值高于200mm的站點大部分在水文分區III區，占總站數的比例達到50%，水文分區Ⅱ區站點數只占全省總數的2%，站點最少。經過統計分析，遼寧省發生短歷時超標準暴雨次數平均為每年0～5次，主要呈現2個變化周期，分別為3～6年以及14～16年。超標準短歷時暴雨空間分布總體呈從東南向西北逐步減少趨勢，丹東屬于全省的暴雨中心，遼北一帶暴雨次數較少，東南部地區在8月發生暴雨的頻次較高。

5 結 語

本文結合遼寧省544個雨量站點近70年的暴雨資料，從時間和空間尺度對全省暴雨時空變化特征進行深入分析，并對其暴雨影響的天氣系統進行剖析，研究成果對于遼寧省洪澇災害防御規劃具有重要意義。遼寧省暴雨中心主要位于東部山區、中部平原及西部沿海區域，建議加強以上地區防洪能力建設，保障防洪安全，此外遼西地區短歷時強降水主要集中在7月，而東南部主要集中在8月，因此建議加強防御遼西7月及東南部8月短時強降水可能引發的山洪災害。