两种雨量数据的贵州暴雨天气特征对比分析

吴古会，张艳梅

(贵州省气象台，贵州 贵阳 550002)

1 引言

暴雨作为一种高影响灾害天气，提高其预报准确率一直是气象工作者不懈的努力目标。就贵州而言，由于特殊的地理位置与复杂的地形地貌特征，使暴雨天气预报难上加难，经过多年的积累和探索，贵州已总结了暴雨天气的主要影响系统及不同的环流配置，给预报带来了不少帮助。自2009年贵州加密自动站正常运行以来，雨量监测资料的增加为防灾减灾工作的有效展开提供了重要的参考信息，尤其是出现暴雨(24 h雨量达到50 mm及以上)天气的情况下，更是发挥了极为重要的作用，同时，也发现之前基于县(市)级观测站所做的相关研究结果与加密自动站资料所体现出的实况有一定出入。例如：两要素监测的乡镇出现大暴雨(24 h雨量达到100 mm及以上)，而县级测站降水较小的情况时有发生，而如此强的降水容易引发洪水、滑坡泥石流等次生地质灾害，对社会建设、人民生命财产安全等带来巨大威胁。另一方面，这种情形下对预报的把握性非常小，为了能提供更准确的预报服务，以更大程度减小此类灾害性天气带来的损失，有必要对加密自动站建站以来的数据进行分析整理。

尽管加密自动站建立之初，出现了一些问题数据，但和自动站总站数相比，出现故障的自动站为极少数，且同一自动站连续出现故障的情况较为少见，因此，加密自动站的雨量数据具有相当的代表性和准确性。且随着质量控制方法的改善[1]，该资料的质量得到进一步保障。相应基于加密自动站资料的研究分析越来越多，王佳津等[2]用加密自动站雨量数据对四川区域暴雨过程中的短时强降水进行了时空特征分析，陈朝平等[3]用分钟级雨量数据对暴雨过程进行了研究，盛杰等[4]使用加密站分钟雨量数据分析了3种不同天气系统的强降水过程，王国荣等[5]使用加密自动站数据对北京地区的一次飑线过程进行了分析研究。贵州也有相当多的研究分析是基于加密自动站数据,陈海凤等[6]的研究得出了贵阳市强降水的精细化时空分布特征，姚正兰等[7]用加密自动站降水资料对乡镇干旱评估的指标进行了研究，顾欣等[8]利用该资料对黔东南烤烟种植气候适宜性及精细区划进行了归类分析，石艳等[9]的研究也指出，加密自动站降水资料具有参考价值，这些研究都表明，加密自动站资料在日常的业务工作中发挥了重要的作用。

无论是2010年“6.28”关岭岗乌特大滑坡泥石流，还是2014年“6.04”石阡全区暴洪，都带给人们重大的损失，而且几乎每年都会发生此种类型的灾害，为了更好地践行“防灾减灾 气象先行”理念，有必要不断地对暴雨天气进行研究。本文将结合县(市)测站和加密自动站雨量数据，对贵州暴雨的特征进行对比分析。

2 资料说明

采用2009—2015年县(市)测站和加密自动站24 h雨量数据，日界为北京时20—20时，数据来自贵州省信息中心数据库和cimiss(全国综合气象信息共享平台)。

问题数据选取标准：先筛选出24 h少于10个区域站出现50 mm或100 mm或200 mm降水的日期，再与周围邻近站比较量级，相差3个量级或以上的就视为问题数据。从选出的问题数据来看，会影响暴雨日数的数据主要出现在11月—次年3月，4—10月问题数据相对较少，且同一个站重复出现问题的很少，在统计过程中已剔除对暴雨日数有影响的数据。

暴雨日标准：只要有1站出现24 h降水量≥50 mm或≥100 mm或≥200 mm，则记为1个暴雨日，暴雨日2009年2月28日表示：2月27日20时—28日20时降水量达到标准。

大暴雨日标准：只要有1站出现24 h降水量≥100 mm或≥200 mm，则记为1个大暴雨日。

暴雨过程标准：含加密站资料10县(市)24 h降水量≥50 mm为一次暴雨天气过程，其中，若一个县有2个乡镇，而每个乡镇有2个或以上加密站出现暴雨或以上量级降水，则计该县为暴雨量级(按照贵州省科技与预报处2015年下发的灾害天气考核办法中的标准)。

县(市)级站资料以6县(市)24 h降水量≥50 mm为一次暴雨天气过程。

3 时间分布特征对比

3.1 含加密站和县(市)测站强降水初终日期比较(表1)：

3.1.1 初、终暴雨日 除了2009年和2013年的初暴雨日与县(市)测站的时间一致以外，其余年份的初暴雨日都比县(市)测站的提前一个月左右。含加密站的最早及最迟初暴雨日分别出现在1月9日(2015年)和3月23日(2010年)，而县(市)测站则分别发生在2月19日(2015年)和5月2日(2011年)；含加密站降水多在2月中下旬就出现暴雨，而县(市)测站暴雨则多在3月中下旬以后才出现。而终暴雨日2009年、2010年、2013年和2014年都与县(市)测站的时间基本一致。含加密站的最早及最迟终暴雨日分别出现在11月7日(2014年)和12月15日(2010年、2013年)，而县(市)测站则分别发生在9月23日(2012年)和12月15日(2013年)；含加密站降水大都在11月还出现暴雨，这点与县(市)测站暴雨的结束具有相似的特点。

3.1.2 初、终大暴雨日比较 2009和2011年的初大暴雨日与县(市)测站的时间一致，2015年基本接近，其余年份的初大暴雨日都比县(市)测站的提前50 d左右。含加密站的最早及最迟初大暴雨日分别出现在3月20日(2014年)和4月29日(2012年)，而县(市)测站则分别发生在4月19日(2009年)和5月25日(2014年)；含加密站降水多在4月中下旬就出现大暴雨，而县(市)测站大暴雨则多在5月上中旬才出现。而终大暴雨日2009年和2013年都与县(市)测站的时间基本一致。其余年份含区域站的终大暴雨日都要比县(市)站的推迟1-2个月，含加密站的最早及最迟终大暴雨日分别出现在9月20日(2009年)和12月15日(2010年)，而县(市)测站则分别发生在9月12日(2012年)和9月29日(2014年)；含加密站的大暴雨在10月中下旬还出现，但县(市)测站大暴雨多在9月下旬就结束。

3.1.3 初、终特大暴雨日比较(24 h降水量≥200 mm) 2009—2015年含加密站的降水各年都有特大暴雨发生，最早出现特大暴雨是在5月12日(2012年)，最迟开始出现的是8月29日(2013年)，大多是在6月上旬开始发生；而终特大暴雨日最早和最迟分别是在7月17日(2012年)和10月1日(2015年)，大多是在9月中旬前后结束。县(市)测站特大暴雨较少发生，仅在2014年及2015年有特大暴雨出现。

表1 2009—2015年暴雨、大暴雨和特大暴雨的初、终日期对比Tab.1 The first rainstorm days(FRDs) and the last rainstorm days(LRDs) based on 5 a and 7 a automatic station between 2009 and 2015

3.2 含区域站和县(市)测站暴雨及大暴雨各月分布对比

3.2.1 年暴雨日数对比 从图1看出，包含加密站的各年暴雨日数在72～134 d之间，平均98.6 d，2012年增加至98 d，2013—2015年都在100 d以上；只有县(市)站的各年暴雨日数在36～70 d之间，平均为51.6 d，2014年和2015年暴雨日数最多，含加密站的暴雨日数也相应最多，另外，含加密站的暴雨日数增多还与两要素自动站的数量增加有关。就统计的这7 a降水资料来看，包含加密站后的暴雨日数是基于县(市)站的1.7～2.4倍，除了干旱年份2011年和2013年超过2倍以外，其余各年都在1.7～1.9倍之间。

图1 2009—2015年暴雨日数Fig.1 The rainstorm days based on 5 a and 7 a automatic station between 2009 and 2015

3.2.2 各月暴雨日数对比 含加密站的各月暴雨日数从4月开始迅速增多，至7月、8月达到最多，9月缓慢减少，10月、11月迅速减少；县(市)站从5月开始明显增加，6月最多，7月略有减少，8月以后逐渐减少。从图2可知，平均而言，含加密站的月平均暴雨日数达5 d以上的有7个月，4—10月出现暴雨及以上量级降水都在5 d以上，有5个月的月平均暴雨日数达10 d以上，5—8月都达到15 d及以上，最高为6月与7月达18 d。而县(市)站月平均暴雨日数达5 d以上的只有5个月，只有2个月能达到10 d以上，最多为6月的13 d。从各月暴雨日数占全年的比例来看， 除了冬季(12月—2月)所占比例一致外，其余各季均有差异，春季(3—5月)的不同主要体现在4月，含加密站的暴雨日数所占比例比县(市)站的多2.9%；夏季(6—8月)的差异主要体现在6月，二者相差6.1%；秋季(9—11月)的差异则集中在9月，相差2.6%。若以贵州汛期与非汛期来比较的话，10月—次年2月这一时段暴雨日数所占比例两者一致，主要区别体现在3—9月，含加密站的暴雨日数在主汛期5—9月所占比例比县(市)级站的少4.5%，而3—4月后者所占比例比前者多3.8%。

图2 2009—2015年：各月平均暴雨日数(a);各月暴雨日数占全年总暴雨日百分比(b)Fig.2 a).The monthly mean rainstorm days;b).The monthly rainstorm days accounted for the percentage of rainstorm days in the whole year between 2009 and 2015

3.2.3 年大暴雨日数对比 由图3可以看到，包含加密站的各年大暴雨日数在27～67 d之间，平均43 d；只有县(市)站的各年大暴雨日数在9～24 d之间，平均为14.9 d；就统计的这7 a降水资料来看，包含加密站后的大暴雨日数是基于县(市)站的2.1～3.8倍，除了2015年以外，其余各年均在3倍左右及以上，表明含加密站的大暴雨日数明显比县(市)站的增多。

图3 2009—2015年:各年大暴雨日数(a);各月平均大暴雨日数(b)Fig.3 a).The annual rainstorm days; b).The monthly mean rainstorm days based on 5a and 7a automatic station between 2009 and 2015

3.2.4 各月大暴雨日数对比 由图3b可知，1月和2月无大暴雨发生，含加密站的大暴雨日数从4月开始迅速增多，至6月达到最多，之后缓慢减少，10月迅速减少，这与暴雨日数的时间分布有所不同；县(市)站从5月开始明显增加，6月最多，7月、8月接近，9月略有减少，10月开始至次年3月无大暴雨发生，与暴雨日数的时间分布基本一致。平均而言，含加密站的月平均大暴雨日数4月和10月为1～2 d，5—9月达5 d以上，达到10 d以上的仅有6月，11月至次年3月几乎无大暴雨的发生。而县(市)站月平均大暴雨仅出现在5—9月，且都小于5 d，最高为6月的4.6 d，其余月份有2～3 d会发生大暴雨。从各月大暴雨日数占全年的比例来看， 两者的大暴雨日数各月所占比例基本一致，都主要发生在主汛期5—9月。

从特大暴雨(24 h降雨量≥200 mm)的情况来看(图略)，2009—2015年含加密站的特大暴雨日共有55 d，平均每年发生7～8 d，5—10月均有发生，其中5月共5 d，6月共18 d，7月共9 d，8月共7 d，9月共10 d，10月共1 d，即6月平均每年发生特大暴雨2～3 d，7—9月每年发生1～2 d。县(市)特大暴雨总共发生了6 d，即平均一年不到1 d，发生在6—8月，各月共出现了2次。

4 空间分布特征对比

2009—2015年，从各站24 h降水量≥50 mm的日数分布(图4)可以看出，我省暴雨发生频数呈现出中部以东和以南地区较多，其以西和以北较少的状态。从85县(市)站来看，呈现3个暴雨高频区域，范围最大、强度最强的在贵阳市西部—安顺市—毕节市南部—六盘水市东部—黔西南州大部—黔南州西部这一区域，另外两个高频区分别位于都匀—丹寨—雷山和铜仁市东部—黔东南州东部；发生频数最低的是在遵义市西部和毕节市大部，说明贵州省近7 a的暴雨频数分布与气候态的特征[10]是一致的。含加密站的暴雨频数分布与85县(市)站的基本呈现类似的趋势，有所不同的是，在黔南州的荔波和黔东南州的从江附近多出一个相对高频区。此外，由于加密站的建站时间不一，加之仪器故障、数据传输录入错误等问题的干扰，含加密站的暴雨高频区强度不如县(市)站频繁。

图4 2009—2015年暴雨及以上降水频数分布:85县(市)站(a);包含加密站(b)Fig.4 The frequency of rainstorm between 2009 and 2015 based on a).7a automatic station b).5a automatic station

具体到各月的分布状况，主要分析了暴雨发生相对较多的5—10月，如图5所示，是否含加密站的分布都呈现出一致的特征：4月和10月频数较小(图略)，暴雨主要发生在贵州东部；5月暴雨范围明显扩大，除了铜仁市北部、遵义市北部和毕节市大部以外，其余地区都出现暴雨，频数也增加，安顺市、铜仁市、荔波和榕江周围的高频区开始显现；6月和7月，全省都有暴雨发生，且6月的频数明显增加；到了盛夏8月，贵州东南部暴雨发生频数下降，与该时期这区域受西太平洋副热带高压控制有关；至9月，暴雨发生的范围显著减少。

5 暴雨天气过程对比

从图6可以看出，含加密站的暴雨天气过程和县(市)站的发生次数基本一致，2009—2011年含加密站的次数比县(市)站的少1～2次，2012年开始，前者过程数量和后者一样或比后者多1次，说明用该种方式选取含加密站的暴雨天气过程是具有合理性的。

从各月暴雨过程的分布来看(图7)，二者都主要集中在5—9月，其中，6月最多，平均5～6次，即每周有1次以上暴雨天气过程，5月和7月的频数接近，平均每月3次，8月和9月平均约有2次。12月—次年3月没有暴雨过程发生，4月和10月较少发生，平均2～3 a发生一次，11月在这7 a中仅出现过一次。

在这7 a中，共有116次暴雨过程，只有4次没有伴随大暴雨或以上量级的降水出现，分别发生在2009年的4月、5月各一次，2014年的7月、11月各1次。4月、10月和11月的暴雨过程中24 h降水量≥100 mm出现的站数都在10站以内(含10站)。达到1～10站大暴雨的有22次暴雨过程，多于10站而不超过50站的有70次，多于50站的有20次，且主要出现在6月，其中达到100站及以上的共7次，7月和8月占5次，6月和9月各占1次，最多出现了215站(2014年7月16日)。也就是说116次暴雨过程中有96次的大暴雨站数在0～50站之间。此外，在特大暴雨出现的55日中，有37日都出现在暴雨过程里。

灾害性天气有关暴雨预报的考核中，没有另外定义持续性暴雨过程，若暴雨过程的第二天仍然按照6站和10站作为标准的话，在统计的这7 a中，含加密站的连续性暴雨过程共有21次，即平均每年3次；5—10月均有发生，其中5月和10月各发生1次，6月6次，7月7次，8月4次，9月2次，即主要发生在夏季(6—8月)。县(市)站共有19次持续性暴雨过程，各月的分布情况也与含加密站的基本一致。

图5 2009—2015年5—10月各月暴雨及以上降水频数分布:85县(市)站(a);含加密站(b)Fig.5 The monthly frequency of rainstorm from April to October between 2009 and 2015 based on a).7a automatic station b).5a automatic station

图6 2009—2015年各年暴雨天气过程次数Fig.6 The annual times of the processes of rainstorm based on 5a and 7a automatic station between 2009 and 2015

图7 2009—2015年各月暴雨过程次数Fig.7 The monthly times of the processes of rainstorm based on 5a and 7a automatic station between 2009 and 2015

从两者暴雨天气过程不一致的情况可看出(表2、表3)，这种差异与贵州省加密自动站的总站数发生了变化有关，2009—2015年，总站数从600站→1 500站→1 800站→2 000站到3 100站，随着总站数的增加，2012年7月以后，就没有出现过县站达到暴雨过程而区域站未达到的情形。另外，在处理数据的过程中也发现，数据库和cimiss中的数据录入都存在不完整的情况，这也是导致两者存在差异的原因之一。

表2 含加密站少于10县区的暴雨过程Tab.2 The processes of rainstorm which have less than 10 counties based on 5a automatic station between 2009 and 2015

表3 县(市)级站少于6站的暴雨过程Tab.3 The processes of rainstorm which have less than 6 counties based on 7a automatic station between 2009 and 2015

6 暴雨天气过程形势特征

根据低层冷空气和中高空低涡、槽线、切变线配置情况，将2009—2015年的116次暴雨过程归结为5种类型，即冷锋低槽型暴雨、两高切变及低涡切变型暴雨天气过程、长江横切变型(梅雨锋型)暴雨、南支槽暴雨、台风倒槽型暴雨天气过程，分类标准参考《贵州预报员手册2010版》。在这116次个例中，冷锋低槽型有39次，两高切变及低涡切变型有42次，即冷锋低槽型暴雨与两高切变及低涡切变型暴雨占了较大比例(表4)。

表4 2009—2015年暴雨过程分型Tab.4 The processes of rainstorm patterns between 2009 and 2015

由于含加密站的暴雨天气过程与县(市)站的基本一致，此前基于贵州85个县(市)站有关暴雨形势特征方面的研究结果一样适用。《贵州预报员手册2010版》中已对这5种类型暴雨的天气形势特征作了详细阐述，在此就不作赘述。统计的7 a里二者不一致的仅有4次暴雨个例(表3)，暴雨站数远少于6站的2次过程都发生在7月(2012年7月22日和2015年7月2日)，另外2次过程都有5县(市)站达出现暴雨，分别发生在8月和9月。

粗略分析这4次过程的形势特征(图略)，得知都具有较好的动力配置条件(高空槽+低层切变+地面辐合线或弱冷空气入侵)；水汽也相当充沛，850～500 hPa的比湿都达到贵州盛夏的暴雨指标(850 hPa≥14 g/kg，700 hPa≥10 g/kg，500 hPa≥4 g/kg)；热力不稳定方面条件也较适宜。也就是说，在盛夏季节，由于能量和水汽条件都较有利于发生强降水，当具备一定的动力条件时，可以考虑贵州会发生暴雨天气过程。但因为不一致的个例太少，不能作具体的归纳分型分析，有待数据样本增加之后再作详细分析。

7 结论与讨论

①时间分布方面：含加密站的初暴雨日都比县(市)测站的提前1个月左右，而终暴雨与县(市)测站的时间基本一致；初大暴雨日都比县(市)测站的提前50 d左右，含加密站的终大暴雨日都要比县(市)站的推迟1～2个月；2009—2015年含加密站的降水各年都有特大暴雨发生，县(市)测站特大暴雨较少发生，仅在2014年及2015年有特大暴雨出现。含加密站后的暴雨日数是基于县(市)站的1.7～2.4倍，除了干旱年份2011年和2013年超过2倍以外，其余各年都在1.7～1.9倍之间；大暴雨日数是基于县(市)站的2.1～3.8倍，除了2015年以外，其余各年均在3倍左右及以上。含加密站的各月暴雨日数从4月开始迅速增多，至7月、8月达到最多，9月缓慢减少，10月、11月迅速减少；县(市)站从5月开始明显增加，6月最多，7月略有减少，8月以后逐渐减少；从各月大暴雨日数占全年的比例来看， 两者的大暴雨日数各月所占比例基本一致，都主要发生在主汛期5—9月。

②空间分布方面：含加密站的暴雨频数分布与85县(市)站的基本呈现类似的趋势，有所不同的是，在黔南州的荔波和黔东南州的从江附近多出一个相对高频区。

③含加密站的暴雨天气过程和县(市)站的发生次数基本一致，基于贵州85个县(市)站有关暴雨形势特征方面的研究结果一样适用。

④加密自动站建站以来年份尚少，有关两种数据下暴雨天气过程不一致的情形，需积累更多资料才能作进一步分析。

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