佛山短時強降水時空特征及主要影響系統(tǒng)

程銀琳，何秋蕊，陳辰，麥文強，羅環(huán)

摘要：利用佛山市152個自動氣象觀測站2012—2020年降水資料，根據(jù)強降水范圍和性質(zhì)，研究 佛山市短時強降水的時空分布特征，并分析主要影響系統(tǒng)。結(jié)果表明：（1）短時強降水發(fā)生頻次整 體呈上升趨勢，不同范圍、不同性質(zhì)的短時強降水時空差異性較大。局地性、區(qū)域性、突發(fā)型短時強 降水主要發(fā)生在4—9月，全市性、增長型短時強降水主要發(fā)生在3—10月，持續(xù)型短時強降水5—6月發(fā)生頻次最高。（2）從日變化來看，局地性、區(qū)域性呈單峰特征，全市性呈多峰特征，突發(fā)型、增 長型呈雙峰特征，持續(xù)型較平穩(wěn)，06—09時略高，局地性、全市性和增長型短時強降水中分位值日 變化較小，區(qū)域性、增長型和持續(xù)型短時強降水中分位值的日變化較大。（3）極大值出現(xiàn)的時間段 也不相同，最大值的短時強降水是一次增長型的區(qū)域性過程。（4）空間分布上，局地性短時強降水 在佛山西南部和北部發(fā)生的頻次較高，全市性短時強降水發(fā)生頻次的分布與之相反，而區(qū)域性短時 強降水在西南部發(fā)生頻次較低，增長型短時強降水發(fā)生頻次高于突發(fā)型短時強降水，持續(xù)型短時強 降水發(fā)生頻次最低。（5）影響系統(tǒng)占比最大的分別是局地性、突發(fā)型短時強降水為副熱帶高壓邊 緣，區(qū)域性、持續(xù)型、增長型短時強降水為熱帶系統(tǒng)，全市性短時強降水為西風(fēng)槽，而西南低渦在各 類中占比均最小。

關(guān)鍵詞：短時強降水;頻次；時空分布；影響系統(tǒng)

中圖分類號：P466 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-3599（2023）04-0084-08

DOI：10.19513/j.cnki.issn2096-3599.2023.04.009

Spatio-temporal characteristics of short-time heavy precipitation and its main synoptic systems in Foshan

CHENG Yinlin12， HE Qiurui23， CHEN Chen2， MAI Wenqiang12， LUO Huan2

（1. Foshan Emergency Early Warning Release Center，F(xiàn)oshan 528315， China ； 2. Foshan Meteorological Bureau，F(xiàn)oshan 528315，China ； 3. Foshan Tornado Research Center，F(xiàn)oshan 528315，China）

Abstract ： Based on the precipitation data of 152 automatic meteorological observation stations in Foshan from 2012 to 2020， the spatial and temporal distribution characteristics of short-time heavy precipitation in Foshan are studied according to the range and property of heavy precipitation， and the main synoptic systems are analyzed. The results are listed as follows. （1） The frequency of short-time heavy precipitation is on the rise as a whole， and the spatial and temporal differences of short-time heavy precipitation with different ranges and properties are large. The local type， regional type， and abrupt type of short-time heavy precipitation mainly occur from April to September， the citywide type and growth type mainly occur from March to October， and the frequency of continuous type is the highest from May to June. （2） From the perspective of diurnal variation， the local type and regional type have unimodal characteristics， the citywide type has multimodal characteristics， the abrupt type and growth type are bimodal， and the continuous type is relatively stable and slightly higher from 06：00 to 09：00. The diurnal variations of the median values of the local type， citywide type， and growth type are small， while those of the regional type， growth type， and continuous type are large. （3） The periods of the maximum values are different， and the short-time heavy precipitation with the maximum value is a regional process of growth type. （4） In terms of spatial distribution， the frequency of local type is higher in the southwest and north of Foshan， while the frequency of citywide type is opposite. The frequency of regional type is lower in the southwest， the frequency of growth type is higher than that of abrupt type， and the frequency of continuous type is the lowest. （ 5） The edge of subtropical high is the synoptic system of the largest proportion for the local type and abrupt type， tropical system for the regional type， continuous type， growth type， and westerly trough for the citywide type， while the southwest vortex has the smallest proportion in all types.

Keywords ： short-time heavy precipitation; frequency; spatial and temporal distribution; synoptic system

引言

暴雨，特別是短歷時的大暴雨常造成洪澇和城 市漬澇，對人民的生命財產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。研 究短時強降水的時空特征，對做好短時強降水的預(yù) 警預(yù)報工作有著重要的作用。我國很多專家學(xué)者對 不同省市的短時強降水時空分布特征和影響降水的 天氣系統(tǒng)進行了研究。陳炯等[1]研究發(fā)現(xiàn)我國短 時強降水發(fā)生頻率最高的區(qū)域為華南，其次為云南 南部、四川盆地、貴州南部、江西和長江下游等地。 孫喜艷等[2]研究廣東短時強降水的特征發(fā)現(xiàn)5月 是高發(fā)期，其次是6月和8月，每日13—19時是小 時強降水出現(xiàn)的集中時間段，16時出現(xiàn)小時強降水 次數(shù)最多，小時強降水多出現(xiàn)在粵西云霧山、粵東蓮 花山山脈南側(cè)、清遠(yuǎn)南部和珠江口等地區(qū)，跟山脈走 向基本一致。陳鵬等[3]研究云南短時強降水的特 征發(fā)現(xiàn)年降水量自西北向南增加，雨強自北向南增 強，夜雨量多于晝雨量。蘇錦蘭等[4]研究重慶短時 強降水特征發(fā)現(xiàn)，短時強降水主要集中在6—8月，7 月為峰值期，日內(nèi)短時強降水主高峰在凌晨到早間 （00—08時），峰值在03—05時，次高峰在15—18 時，主高峰峰值明顯強于次高峰。肖蕾等[5]研究貴 州短時強降水特征發(fā)現(xiàn)，短時強降水的年際變化在 高發(fā)區(qū)離散度較大，在貴州西北部低發(fā)區(qū)離散度較 小，月際變化曲線呈單峰型，5—8月是降水高發(fā)時 段，6月達到峰值，日變化的時間曲線呈單峰型，21

時一次日07時為高發(fā)時段，中午12時前后出現(xiàn)較 少。呂勁文等[6]研究6—9月浙江午后短時強降水 特征發(fā)現(xiàn)，7、8月短時強降水相對多發(fā)，均具有明顯 的熱對流性質(zhì)，同時邊界層的弱輻合、城市熱島效應(yīng) 和山區(qū)地形作用對短時強降水落區(qū)均有影響。趙海 軍等[7]研究山東短時強降水發(fā)現(xiàn)短時強降水集中 出現(xiàn)在6月中旬—8月下旬，又以8月上旬最多，日 變化顯著，呈現(xiàn)典型雙峰特征，主要集中在午后至傍 晚，其次是后半夜，6月中旬一8月下旬傍晚和后半 夜發(fā)生短時強降水的可能性大。對影響降水的天氣 系統(tǒng)研究也很廣泛，陳秋萍等[8]研究了登陸福建熱 帶氣旋短時強降水特征;王楠喻等[9]、高榮珍等[10] 研究了臺風(fēng)個例對山東地區(qū)強降水的影響;張凱靜 等[11]發(fā)現(xiàn)青島產(chǎn)生短時強降水的天氣系統(tǒng)可分為 6種類型，即西風(fēng)槽型、橫槽型、冷渦型、熱帶低值系 統(tǒng)型、西北氣流型、切變線型，其中西風(fēng)槽型出現(xiàn)次 數(shù)最多;陳訓(xùn)來等[12]發(fā)現(xiàn)深圳短時強降水的大尺度 環(huán)流有西風(fēng)槽型、西風(fēng)型、高壓型、副熱帶高壓（以 下簡稱“副高”）邊緣型、東風(fēng)型和熱帶氣旋型，以西 風(fēng)槽型和高壓型為主。

劉思晨等[13]利用1996—2017年佛山3個國家 級氣象觀測站的數(shù)據(jù)對佛山短時強降水進行研究發(fā) 現(xiàn)，短時強降水天氣集中在4—9月，前汛期短時強 降水次數(shù)與后汛期年際變化無一致性。但是僅用國 家級氣象觀測站來分析強降水的變化具有局限性， 所以利用2012—2020年佛山152個自動氣象觀測站的逐小時觀測數(shù)據(jù)研究佛山短時強降水的時空分 布特征，并分析其主要影響系統(tǒng)，更加全面細(xì)致地揭 示佛山短時強降水的演變規(guī)律，對提升佛山短時強 降水的監(jiān)測和預(yù)警預(yù)報能力具有一定的積極意義。

1資料與方法

佛山的自動氣象觀測站是2003年開始陸陸續(xù) 續(xù)建設(shè)的目前共有255個自動氣象觀測站考慮到 數(shù)據(jù)的質(zhì)量和連續(xù)性，本研究選用2012—2020年佛 山152個自動氣象觀測站的逐小時觀測數(shù)據(jù)。

短時強降水是指在短時間內(nèi)出現(xiàn)的很強的降水 事件，我國天氣預(yù)報業(yè)務(wù)中一般指1 h雨量大于或 等于20.0 mm的降水事件[14]。1 d中1個自動氣象 觀測站出現(xiàn)1 h的短時強降水計為1個頻次，1 d中 1個自動氣象觀測站多次出現(xiàn)短時強降水時頻次累 加統(tǒng)計。根據(jù)出現(xiàn)短時強降水范圍（站次）分為局 地性短時強降水（出現(xiàn)短時強降水的站次比小于或 等于10%（ 15個站））、區(qū)域性短時強降水（出現(xiàn)短 時強降水的站次比大于10%但小于或等于30%（46 個站））和全市性短時強降水（出現(xiàn)短時強降水的站 次比大于30%）3種類型，分析不同范圍短時強降水 的時空變化特征。上海和廣州將短時強降水的時間 演變雨型劃分為突發(fā)型、增長型和持續(xù)型（表1），研 究發(fā)現(xiàn)：上海突發(fā)型短時強降水顯著增加，增長型呈 下降趨勢，持續(xù)型的趨勢不明顯;廣州突發(fā)型和增長 型短時強降水發(fā)生頻次呈明顯上升趨勢，而持續(xù)型 短時強降水發(fā)生頻次變化不明顯[15-16]。本文按照 上海標(biāo)準(zhǔn)，分析佛山不同雨型短時強降水的時空變 化特征。

2短時強降水的時空分布特征

2.1短時強降水的時間分布特征

2.1.1 短時強降水的年變化特征

統(tǒng)計佛山短時強降水發(fā)生的頻次（圖1），發(fā)現(xiàn)2012—2020年佛山短時強降水發(fā)生的頻次整體呈 上升趨勢，上升幅度緩慢。其中2015年發(fā)生短時 強降水的頻次最多，為2 524次;2017年最少，為1 662次。由逐年的最大小時雨量來看，最大小時 雨量呈上升趨勢，其中最大值出現(xiàn)在2020年，為120.4 mm。

由圖1可以看到：（1）全市性短時強降水發(fā)生 的頻次大于區(qū)域性短時強降水發(fā)生的頻次， 發(fā)生頻 次最低的是局地性短時強降水。其中全市性短時強 降水發(fā)生頻次為773次（2017年）～ 1 336次（2015 年），區(qū)域性短時強降水發(fā)生頻次為449次（2017 年）～817次（2015年），局地性短時強降水發(fā)生頻次 為312次（2020年）～565次（2019年）。由逐年發(fā) 生的頻次來看，全市性和局地性短時強降水呈增長 趨勢，區(qū)域性短時強降水呈下降趨勢。（2）增長型 短時強降水發(fā)生頻次大于突發(fā)型短時強降水發(fā)生頻 次，持續(xù)型短時強降水發(fā)生頻次最低。其中增長型 短時強降水發(fā)生頻次為770次（2017年）～ 1 164次 （2015年），持續(xù)型短時強降水發(fā)生頻次為165次 （2017年）～639次（2018年），突發(fā)型短時強降水發(fā) 生頻次為608次（2018年）～931次（2016年）。由 逐年發(fā)生頻次來看，增長型和持續(xù)型短時強降水呈 增長趨勢，突發(fā)型短時強降水呈下降趨勢。

2.1.2短時強降水的月變化特征

分析佛山短時強降水的月變化特征（圖2），可 以發(fā)現(xiàn)不同范圍和不同性質(zhì)的短時強降水月變化特 征和廣東短時強降水的月變化特征基本一致，主要 集中在4—9月，之后迅速減少，12月沒有短時強降 水發(fā)生。具體來看，局地性短時強降水和區(qū)域性短 時強降水主要發(fā)生在4—9月，其中局地性短時強降 水7月發(fā)生的頻次最高，為765次，區(qū)域性短時強降 水8月發(fā)生的頻次最高，為1 278次，主要原因為7 月副咼北跳，廣東受副咼控制，多炎熱酷暑天氣，系 統(tǒng)性對流活動減少，多出現(xiàn)局地性雷雨[17] ，8月是 熱帶氣旋登陸或影響廣東最多的月份[18]，因此短時 強降水次數(shù)再次增多；全市性短時強降水主要發(fā)生 在3—10月，5月發(fā)生的頻次最咼，最咼達到2 525 次。突發(fā)型短時強降水主要發(fā)生在4—9月，5月發(fā) 生的頻次最高，為1 613次;增長型短時強降水發(fā)生 在3—10月，5月發(fā)生的頻次最咼，為1 988次；持續(xù) 型短時強降水5、6月發(fā)生的頻次最高，分別為607次和683次，其次是8月和10月，發(fā)生的頻次超過 風(fēng)爆發(fā)，廣東短時強降水次數(shù)爆發(fā)性增多，是全年中250次，其余月份發(fā)生的頻次均較低。5月，西南季 短時強降水發(fā)生最頻繁的時期[15]。

2.1.3短時強降水的日變化特征

研究廣東短時強降水日變化特征發(fā)現(xiàn)，8月的日 變化呈雙峰結(jié)構(gòu)，其余月份日變化均呈現(xiàn)單峰結(jié) 構(gòu)[2]。全年汛期（4—9月）平均來看，13—19時是短 時強降水出現(xiàn)的集中時間段，平均16時出現(xiàn)強降水 次數(shù)最多，表明廣東午后的強降水明顯。

統(tǒng)計佛山短時強降水發(fā)生頻次的日變化特征 （圖3）發(fā)現(xiàn)，不同范圍和不同性質(zhì)的短時強降水日 變化特征不盡相同，但變化趨勢與廣東短時強降水 的日變化特征基本一致。局地性短時強降水和區(qū)域 性短時強降水呈單峰特征，降水主要集中在13—20時;全市性短時強降水呈多峰特征，峰值區(qū)為05— 09時、12—14時、16—18時和19—22時。突發(fā)型 短時強降水和增長型短時強降水的日變化呈雙峰特 征，降水主要集中在13—20時，次要時段為05—09 時;持續(xù)型短時強降水日變化較為平穩(wěn)，但在06— 09時發(fā)生的頻次略高于其他時間。

由降雨量的分位數(shù)圖（圖4）來看，局地性短時 強降水中分位值日變化較小，中分位值最大出現(xiàn)在 22時，短時強降水極大值在凌晨和午后較大，最大 值出現(xiàn)在04時，為94.3 mm，其次為17時，為 90.6 mm;區(qū)域性短時強降水午后到凌晨的中分位值較大中分位值最大出現(xiàn)在23時短時強降水極 大值變化較為平穩(wěn)，最大值出現(xiàn)在20時，為120.4 mm；全市性短時強降水中分位值日變化較 小，短時強降水極大值早晨到下午比較大，最大值出 現(xiàn)在17時，為110.9 mm。突發(fā)型短時強降水中分 位值的日變化較大，12時的中分位值最大，短時強 降水極大值在早晨和傍晚比較大，最大值出現(xiàn)在16 時，為96.6 mm ；增長型短時強降水的中分位值白天 變化較小，短時強降水極大值大部分時次在80.0 mm 以上，最大值出現(xiàn)在20時，為120.4 mm；持續(xù)型短 時強降水的中分位值夜間大于白天，短時強降水極 大值下午較大，最大值出現(xiàn)在17時，為110.9 mm。

結(jié)合不同范圍和不同性質(zhì)的短時強降水分析發(fā) 現(xiàn)：局地性短時強降水中突發(fā)型占比最多，達到 54.91%，持續(xù)型占比最少，為3.70% ；區(qū)域性短時強 降水中突發(fā)型和增長型占比接近，分別為44.59%和 45.81%；全市性短時強降水中增長型占比最多，達到50.78%，突發(fā)型和持續(xù)型分別為28. 11%和 21.11%。2020年5月16日，受高空槽影響，佛山出 現(xiàn)了近年來短時強降水的最大值，為120.4 mm，是一次增長型的區(qū)域性過程。

2.2短時強降水的空間分布特征

圖5為佛山短時強降水發(fā)生頻次的空間分布 圖，整體來看，全市性短時強降水發(fā)生頻次高于區(qū)域 性短時強降水，局地性短時強降水發(fā)生頻次最低。 其中局地性短時強降水在佛山西南部和北部發(fā)生的 頻次較高，約40次，這可能與佛山的地形有關(guān)，佛山 的山脈主要分布在西南部和北部；區(qū)域性短時強降 水在西南部發(fā)生頻次較低，為20?30次，其余地區(qū) 發(fā)生頻次較高；全市性短時強降水發(fā)生頻次明顯與 局地性短時強降水發(fā)生頻次的分布相反，佛山西部和北部短時強降水發(fā)生頻次明顯低于其他地區(qū)。

增長型短時強降水發(fā)生頻次高于突發(fā)型短時強降 水，持續(xù)型短時強降水發(fā)生頻次最低，其中突發(fā)型和持 續(xù)型短時強降水發(fā)生頻次分布較為均勻。突發(fā)型短時 強降水發(fā)生頻次分布在40?60次，持續(xù)型短時強降水 發(fā)生頻次在25次以下;增長型短時強降水在佛山西南 部發(fā)生頻次較低，其余地區(qū)發(fā)生頻次較高。

值得注意的是，根據(jù)不同范圍和不同類型短時 強降水發(fā)生頻次的分布來看，佛山東北部短時強降 水的發(fā)生頻次均較高。

3主要影響系統(tǒng)

影響廣東的主要天氣系統(tǒng)較多：冬半年主要天 氣系統(tǒng)有蒙古高壓、南支西風(fēng)槽、低空急流、華南靜 止鋒、切變線、南海高壓;夏半年主要天氣系統(tǒng)有西 太平洋副高、南亞高壓、熱帶氣旋、南海季風(fēng)低壓、西 南低渦、熱帶輻合帶、赤道反氣旋、東風(fēng)波、南海中層氣旋[18]。根據(jù)主要影響系統(tǒng)，將給佛山帶來短時強 降水的天氣系統(tǒng)分為6類。第一類主要影響系統(tǒng)為 副高，短時強降水主要發(fā)生在副高邊緣;第二類為冷 鋒;第三類為西風(fēng)槽，配合切變線等系統(tǒng);第四類為 偏南氣流（無明顯擾動），包含西南氣流、東南氣流 等;第五類為熱帶系統(tǒng)，包含熱帶輻合帶、東風(fēng)波、熱 帶氣旋等;第六類為西南低渦，包含部分風(fēng)場閉合但是等壓線沒有閉合的低壓。

統(tǒng)計2012—2020年上述天氣系統(tǒng)帶來的短時強 降水所占比例（圖6）發(fā)現(xiàn)，局地性短時強降水有 26.40%發(fā)生在副高邊緣，占比最高，其次是熱帶系統(tǒng) 和偏南氣流影響，所以局地性短時強降水在7月發(fā)生 頻次較高，且降雨集中在午后地勢比較高的地方;區(qū) 域性短時強降水多發(fā)生在熱帶系統(tǒng)影響時，發(fā)生頻次 在8、9月較高，其次是西風(fēng)槽和偏南氣流;全市性短 時強降水發(fā)生比例最多的是受西風(fēng)槽的影響，一般有 切變線和冷空氣配合，自北向南影響佛山，多發(fā)生在 前汛期，其次是冷鋒，占比為24.75%。突發(fā)型短時強降水在副高邊緣影響時發(fā)生比例最高，達到23.23%， 其次是熱帶系統(tǒng)和偏南氣流，和局地性短時強降水一 樣，易發(fā)生在午后，但前后汛期發(fā)生頻次均較高;增長 型短時強降水在偏南氣流和熱帶系統(tǒng)影響下出現(xiàn)的 比例幾乎相同，分別為21.63%和21.90%，在前后汛期 發(fā)生的頻次均較高;持續(xù)型短時強降水主要是由熱帶 系統(tǒng)引起的，所占比例達到22.67%，其次是西風(fēng)槽和 偏南氣流，但由發(fā)生頻次可以看到，5、6月比較多，所 以從持續(xù)時間來看，在西南季風(fēng)的影響下，短時強降 水持續(xù)的時間更長。無論是按照發(fā)生范圍，還是降水 性質(zhì)，主要影響系統(tǒng)為西南低渦的比例均最小。

4結(jié)論

（1）2012—2020年佛山短時強降水發(fā)生頻次整 體呈上升趨勢，2015年發(fā)生短時強降水的頻次最 多，2017年最少，短時強降水降雨量最大值為120.4 mm。就降水范圍而言，發(fā)生頻次全市性最 多，區(qū)域性次之，局地性最少;就時間演變而言，增長 型最大，突發(fā)型次之，持續(xù)型最少。

（2）由月變化來看，局地性短時強降水和區(qū)域 性短時強降水主要發(fā)生在4—9月，全市性短時強降 水主要發(fā)生在3—10月；突發(fā)型短時強降水主要發(fā) 生在4—9月，增長型短時強降水發(fā)生在3—10月，持續(xù)型短時強降水5、6月發(fā)生的頻次最高。

（3）由日變化來看，局地性、區(qū)域性短時強降水 呈單峰特征，全市性短時強降水呈多峰特征，突發(fā) 型、增長型短時強降水呈雙峰特征，持續(xù)型短時強降 水較平穩(wěn)，06—09時略高;局地性、全市性和增長型 短時強降水中分位值日變化較小，區(qū)域性、突發(fā)型和 持續(xù)型短時強降水中分位值的日變化較大;局地性 短時強降水中突發(fā)型占比最多，區(qū)域性短時強降水 中突發(fā)型和增長型占比接近，全市性短時強降水中 增長型占比最多，極大值出現(xiàn)的時間段也不相同，最 大值的短時強降水是一次增長型的區(qū)域性過程。

（4）由空間分布來看，佛山東北部短時強降水的發(fā)生頻次均較高，局地性短時強降水在佛山西南 部和北部發(fā)生頻次較高，全市性短時強降水發(fā)生頻 次明顯與局地性短時強降水發(fā)生頻次的分布相反， 區(qū)域性短時強降水在西南部發(fā)生頻次較低；不同類 型短時強降水發(fā)生頻次空間分布較為均勻，但增長 型短時強降水發(fā)生頻次高于突發(fā)型短時強降水， 持 續(xù)型短時強降水發(fā)生頻次最低。

（5）由給佛山帶來短時強降水的天氣系統(tǒng)占比 來看，西南低渦影響的占比最小，局地性短時強降水 副高邊緣影響占比最大，區(qū)域性短時強降水熱帶系 統(tǒng)影響占比最大，全市性短時強降水西風(fēng)槽的影響 占比最大；突發(fā)型短時強降水副高邊緣影響占比最 大，增長型短時強降水在偏南氣流和熱帶系統(tǒng)影響 下出現(xiàn)的占比幾乎相同，持續(xù)型短時強降水熱帶系 統(tǒng)影響占比最大。

參考文獻：

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