建德地區短時強降水時空分布特征分析

張桂珍 楊煥強 朱耀福 趙莉莉 羅曉亮

（1建德市氣象局，浙江建德 311600；2杭州市氣象局，浙江杭州 310000）

短時強降水是短時間內降水發生兇猛、強度大、變化劇烈的一種天氣現象，是夏季浙江省自然災害中主要的災害性天氣之一。其極易造成山體滑坡、小流域山洪、城鄉內澇等災害，尤其是局地對流性短時強降水，因預報難度大、發展過程劇烈而具有較大的危害性。近年來，各地學者從暴雨的環流特征、影響系統及時空分布和災害危險等方面對短時暴雨進行了研究[1-4]，但針對空間分布的研究還不夠精細。研究區域短時強降水的時空分布特征，找出區域內短時強降水的高發地和高發期，對于開展當地防災減災工作有重要意義。區域自動氣象站網的高密度建設，為更好地研究短時強降水的落區及形成影響提供了條件。本文基于建德市2010—2020年高密度的區域自動氣象站雨量資料，對建德區域短時強降水的精細化時空分布特征進行研究，為預測短時暴雨氣象災害重點防范區域和時段提供參考。

1 資料與方法

建德地處浙西丘陵山地與金衢盆地毗連處，屬錢塘江凹槽帶。其山嶺屬于天目山、千里崗和龍門山系，海拔超過1 000 m的山峰有12座，主要分布在西北和東南區域。山脈大致呈東北—西南走向，整個地勢為西北和東南高、中間低，有“八山一水一分田”的地貌特征（圖1）。

年降水總量選用51個區域自動站2012—2020年降水量資料（圖2）；短時強降水時間分布選用建站較早的31個區域自動站2010—2020年逐時降水數據資料；短時強降水空間分布選用55個區域自動站2015—2020年逐時降水數據資料。短時強降水（即短時暴雨）定義：1 h降水量≥20 mm的降水算一次短時強降水過程，空間分布統計連續數小時的降水算一次短時強降水過程，中間間隔超過1 h、小時降水量<20 mm的降水算另一次短時強降水過程。

2 結果與分析

2.1 建德地區降水總量分布特征

統計分析建德區域51個自動站2012—2020年的降水總量數據，發現該地區的雨帶呈西南部和東北部偏多、中部次之、其他地區偏少的分布。2個大值降雨帶，一個在西南部大同、李家鎮一帶，另一個在乾譚鎮的西北部和東北部區域。

2.2 短時強降水時間分布特征

分析建德市2010—2020年31個區域自動站短時強降水次數的時序分布情況（圖3）發現：短時強降水主要集中在每天的14：00—21：00，這一時段占強降水總數的50%，其中：短時強降水最容易出現的時間為18：00，高達120次；短時強降水出現次數較少的時段為 3：00—12：00，占總數的 29.6%，以 3：00出現次數最少（僅33次）。以上說明午后傍晚至前半夜時段是該地區強降水多發時段，這與大氣層結每日的熱力變化特征相吻合。由于太陽輻射，午后地面溫度升至最高，大氣層結趨于熱力不穩定狀態，當有一定水汽和抬升條件時易觸發對流天氣[5]。為了解大值降雨帶短時強降水的時間分布，選取西南地區大值降雨帶中心沙敦頭村站、江頭村站和北部大值降雨帶中心大珠村站、大溪邊村站進行單站強降水次數日變化分析，發現大值降雨帶中心點沙墩頭村站和江頭村站短時強降水主要發生在午后至傍晚，與圖3分析結果類似。大溪邊村站出現次數較多的時間段為傍晚至前半夜；大珠村站出現次數多的有多個時段，包括傍晚至前半夜和早晨前后時段。

進一步對短時強降水的月際變化規律進行統計分析（圖4），發現在這10年中，短時強降水發生次數基本以6月為峰值呈正態分布，主要集中在5—9月，占比達到87.6%。其中：6月出現次數最多，占比達28.8%；7月、8月出現次數次之；冬季（12月至翌年2月）僅出現過3次短時強降水，暴雨在冬季很少出現。一年當中6—8月的降水量最多，特別是6月中上旬到7月初建德市進入梅汛期，期間出現短時強降水的概率明顯比其他時期高。

圖5是短時強降水4—9月逐月時序變化情況。可以看出，4月強降水主要出現在下午（16：00—18：00）和夜里（23：00、2：00）。5 月中較大的 2 個峰值出現在早晨前后（7：00—9：00）、傍晚（17：00—20：00）。6 月呈現多個峰值，對應時段為 1：00—6：00、9：00—12：00、17：00—19：00。 有學者研究發現，梅雨期間副高和中緯度變性高壓在夜間增強，梅雨鋒低槽在夜間變深、變窄，低槽兩側的西南暖濕氣流和偏北氣流加強，使得雨區低層輻合鋒生現象增強，容易觸發出中尺度性質的降水天氣系統[6]。7月頻發時段主要集中在15：00—23：00，最多時段峰值出現在傍晚前后（16：00—20：00）。8 月、9 月頻發時段類似，主要集中在午后、傍晚至前半夜，即14：00—21：00。夏季短時強降水以對流性降水為主，白天近地面空氣受熱強烈膨脹，大氣層結處于不穩定狀態，同時西太平洋副熱帶高壓西伸北抬，源源不斷地輸入西南暖濕氣流，熱力、水汽條件都有利于強對流天氣發生。

2.3 短時強降水空間分布特征

從短時強降水次數空間分布情況（圖6）可以看出，短時強降水出現次數大值區出現在西南部和東北部山地，小值區出現在地勢相對較低的中西部、東部區域。這與年降水總量區域分布圖2基本一致。建德西南部和北部區域都屬于山地、丘陵地形，地形對降水形成有一定的促進作用。在暖濕氣流移行過程中，遇到山脈阻擋易引起氣流強迫抬升，造成低層輻合加強、垂直速度增強，有利于不穩定能量積累和水汽的輻合[7]。孟英杰等[8]研究表明，地形抬升對暴雨的作用十分重要，可使水汽凝結加強、降水強度加大，在有利的大尺度環流背景下能夠觸發不穩定能量釋放，激發中尺度強降水天氣。山地地表由于海拔高度的差異造成各部分受熱不均勻，也容易產生局地熱對流，引發短時強降水。

進一步分析短時強降水次數逐月的空間分布規律（圖7）發現：從5月開始，短時強降水主要出現在西南部地區；6月進入梅汛期，全市短時強降水出現次數明顯多余其他月份，中部、東北部地區也較高頻次地出現短時強降水；進入7月，中部地區短時強降水次數明顯減少，東北部、北部山地短時強降水次數明顯增多，此時梅雨期結束，臺風暴雨和局地熱對流產生的降水增多；8月，短時強降水主要集中在西南部和北部山地；9月，大部分地區短時強降水迅速減少，只有在西南部和西北部地區還有相對頻數較多的大值中心。總的來看，浙西南建德地區短時強降水存在比較明顯的季節性變化，6月梅汛期出現次數最多，7月、8月盛夏期局地熱對流引發的短時強降水較多。

2.4 短時強降水的影響系統

梅雨鋒、西風帶低槽、副高邊緣西南風急流、熱帶氣旋、局地強對流等都是影響杭州地區短時強降水的天氣系統[9-10]。梅汛期間，印緬槽穩定少動[11]，西南低空急流源源不斷帶來暖濕氣流，在梅雨準靜止鋒上常不斷形成中尺度雨團，使得局地的降水強度增強而產生短時強降水。西風帶低槽也是影響建德地區短時強降水最常見的系統之一，高空槽東移南壓過程中會帶來冷空氣，與低層暖濕氣流交匯，極易觸發短時強降水天氣。盛夏熱帶氣旋活躍，其登陸浙江沿海之后一般向西北或北向運動，對浙西地區風雨影響較輕[12]。7—8月副熱帶高壓邊緣局地的熱對流頻發，此時氣溫較高、熱力條件非常好，容易形成不穩定的大氣層結。一旦不穩定層結被抬升觸發，就會激發強對流天氣而產生強降水。

3 結論

建德地區雨帶呈西南部、東北部偏多，中部次之，其他地區偏少分布。2個大值降雨帶，一個在西南部大同鎮、李家鎮一帶，另一個在乾潭鎮的西北部和東北部區域。短時強降水有月、日變化特征。其發生次數基本以6月為峰值呈正態分布，主要集中在5—9月，占比達到87.6%。其中，6月出現次數最多，7月、8月出現次數次之。短時強降水日變化主要集中在每日的14：00—21：00，這一時段強降水占總數的50%，其中最容易出現的時間為18：00，出現次數較少的時段為 3：00—12：00，以 3：00 出現次數最少（33次）。說明建德地區短時強降水多發生在午后、傍晚至前半夜時段。短時強降水空間分布存在比較明顯的季節性變化。從5月開始，建德西南地區短時暴雨次數開始明顯增多，這可能與西南暖濕氣流的輸送路徑和山地地形有關。6月進入梅汛期，各地短時暴雨次數明顯增多，有多個降雨峰值中心。最大峰值中心出現在新安江收費站、梅城鎮望山村、春江源村和下涯鎮大洲村站一帶，李家鎮黃瓏村、航頭鎮東門村站一帶次之。7—8月盛夏時期，短時強降水主要由副熱帶高壓邊緣及局地強對流天氣造成，其峰值中心主要出現在西南部李家鎮、大同鎮與衢州交界地帶和乾潭鎮北部、東北部與桐廬縣交界地帶。9月短時強降水次數開始明顯減少，相對大值區出現在西南部李家鎮和楊村橋鎮西北角一帶。短時強降水的天氣系統有高空低槽、梅雨準靜止鋒、副高邊緣低空急流、熱帶氣旋、局地強對流等。