云南短时强降水时空分布特征分析*

李华宏, 胡 娟，闵 颖，王 曼

(1.云南省气象台，云南 昆明 650034；2.云南省气象科学研究所，云南 昆明 650034)

云南短时强降水时空分布特征分析*

李华宏1, 胡 娟1，闵 颖1，王 曼2

(1.云南省气象台，云南 昆明 650034；2.云南省气象科学研究所，云南 昆明 650034)

利用云南1981-2015年125个测站逐时降水观测资料，分析了云南短时强降水时空分布特征。结果表明：云南境内的短时强降水发生频率空间分布极不均匀，自东南向西北呈迅速递减趋势。南部和东部边缘的短时强降水特征最为突出，西北部特别是怒江北部区域尽管年降水量较大，但短时强降水特征并不明显。云南大部地区的短时强降水主要发生在5-10月份，其中7、8月份达到高发峰值。但不同区域之间存在一定的差异，滇东南、滇西南区域短时强降水出现的时间比较早(3月)、结束的时间也较晚(11月)。短时强降水还具有明显的日变化特征，傍晚至夜间为高发时段。其中，滇东北区域短时强降水在前半夜时段为高发期、滇西南区域在后半夜短时段为高发期。云南境内的短时强降水频次线性变化、年代际变化趋势不明显，但年际差异较大。呈现出1997年后为上升趋势，2006年后转为下降趋势，2013年至今为上升趋势的特点。

短时强降水；空间分布；日内变化；云南

短时强降水由于其具有历时短、强度大等特点，可以在短时间内迅速形成暴洪，引发滑坡、泥石流、城市内涝等灾害，常常造成重大经济损失和人员伤亡。另一方面，由于其突发性强、时空尺度较小，一直是气象预报业务的难点[1-2]。与我国东部大多地区相比，云南暴雨范围、日雨量总体偏小，但短时强降水的特征却非常明显[3-4]。例如2008年7月2日凌晨，昆明出现特大暴雨，12 h累计雨量达113.2 mm，仅04:00的1 h雨量达到51.3 mm,短时强降水引发了严重的城市内涝，许多参加中考的考生无法按时到达考场，昆明机场临时关闭，造成极大的社会影响。因此，加强短时强降水特征和发生机理研究具有非常重要的现实意义。

近年来，国内外的学者们为了深化对区域性短时强降水演变规律的认识开展了许多研究工作。随着观测资料的丰富，研究内容也从年、季气候特征逐渐向日变化特征深入。Harold对美国地区3h时间尺度以内的强降水过程分析表明，短时强降水的分布与美国地区暴洪的分布关系密切，逐小时降水资料对评估暴洪发生的气候概率很有帮助[5]。Chen利用逐小时降水观测资料对台湾地区的强降水事件进行了统计分析，结果表明山区的迎风坡是暴雨过程的高发区[6]。符娇兰[7]、姚莉等[8]分别对我国雨日和1h雨强的时空分布特征进行了研究，指出西南地区和华南地区小时雨强的日变化最为明显。王夫常等[9-11]对西南地区的降水日变化特征进行了统计分析，指出西南地区总体存在“夜雨”特征和午后次峰值，但区域差异非常明显。总体而言，对一个区域短时强降水时空分布特征的深入研究有助于科学认识相关灾害的时空演变规律[12-13]，为防范相关灾害提供可靠的决策依据。目前针对云南区域的降水特征统计分析研究主要集中在雨日、长时间累计雨量的特征分析及气候变化[14-18]。而针对降水特征的日内变化及短时强降水时空分布特征的研究较为缺乏。因此本文将进行短时强降水时空分布及日内变化规律分析研究，旨在为这类灾害性天气的预报、预警提供技术支撑。

1 资料和方法

所使用的资料为1981年1月1日至2015年12月31日云南境内125个地面测站逐时降水自记观测、逐日累计降水量资料。短时强降水是指短时间内降水强度较大，其降水量达到或超过某一量值的天气现象，按照现行的气象业务标准取20 mm/h作为临界值进行短时强降水频次、空间分布等特征统计。日雨量是指前1 d 20时至当日20时累计雨量，某小时雨量为前一整点到该小时整点的累计雨量，所有资料观测时间均使用北京时间。从资料收集情况看，参与统计测站的逐时降水资料在冬半年有少部分缺测，主要分布在滇东北、滇中东部、滇西北边缘地区。由于云南每年的11月至次年4月为干季，降水量很少(仅占全年的5%～15%)，而且滇东北、滇中东部、滇西北边缘地区在冬半年的降水多以小雨或降雪天气出现，发生短时强降水天气的概率非常小，因此逐时降水资料缺测对统计数据的影响较小，统计结果总体可靠。

2 短时强降水频次时空分布

2.1 空间分布特征

分析云南境内的短时强降水多年平均频次空间分布(图1a)可以看出，短时强降水发生频率最高的区域位于云南南部，其次是东部边缘地区。其中位于南部边缘的江城是全省的最大值中心，年均发生短时强降水11.5次。另外河口、金平站年均发生短时强降水分别为11.3、11.1次。云南境内的年平均短时强降水事件自东南向西北呈迅速递减趋势，云南中部大多数站点为3次左右，滇西北区域则普遍低于1次。仅仅只有处于丽江东部的华坪出现了相对大值中心，达到5.6次。与多年平均年降水量空间分布(图1b)对比可以发现，云南年平均短时强降水频次空间分布与年降水量总体特征相似，即南部区域发生频率高，年降水量也很大，西北部的德钦很少出现短时强降水事件，年降水量也较小。但局部地区也存在明显差异：云南西部边缘是年降水量的次大值中心，但却是全省短时强降水的低值中心。如贡山站的年降水量近1 800 mm,但短时强降水发生的频次比中部年降水量不到1 000 mm的楚雄还要少得多，每年平均不到1次。由此反映出云南西部特别是怒江流域的降水以持续性降水为主，短时强降水特征不明显。云南南部和东部边缘的短时强降水特征则较为突出。

2.2 逐月分布特征

鉴于云南境内短时强降水频次空间分布极不均匀的现状，为了更为详细地揭示不同区域的短时强降水时间分布特征，综合考虑云南不同区域主要强降水影响系统差异及预报业务中传统的气候分区经验，将云南划分为滇东北、滇东南、滇中、滇西北、滇西南五个区域(图2)进行短时强降水逐月、逐时等分布特征对比分析。

图1 短时强降水年平均次数和年平均降水量空间分布

图2 云南省分区统计站点分布图

分析多年平均短时强降水频次逐月分布图(图3)可以看出：云南境内的短时强降水主要发生在5-10月份，其次是4月和11月，其它月份发生的频次较少。这一特征与云南雨季的时间分布趋势一致。其中每年的7-8月份为全省大部地区高发峰值，与云南主汛期时段同步(图3a)。但不同区域短时强降水的具体发生时段还是有一定的差异：滇东北区域短时强降水频次逐月分布与全省趋势总体一致，只是短时强降水更加集中出现在5至10月份，7月份达到峰值(图3b)。滇东南区域短时强降水出现的月份较早，4月份就有一定数量的短时强降水发生。高峰期为6-8月，时间较长但峰值不突出(图3c)。滇中区域与滇东南区域类似，只是短时强降水出现的时间较晚，5月份才有少量出现(图3d)。滇西北区域短时强降水事件的频次最少且出现的月份较晚、结束较早，主要集中出现在6至9月份。其他时段尽管降水量比较大，如2至4月份的“桃花汛”，但主要以持续性降水为主，短时强降水特征不明显(图3e)。滇西南区域短时强降水特征频次最高且出现的月份较早、结束较晚，5至10月份为高发期，在8月份达到峰值。11月至次年的4月份也会有少量的短时强降水出现(图3f)。

2.3 日内分布特征

从全省降水量和短时强降水频次的逐时分布(图4a)可以看出：云南境内的短时强降水主要出现在17时至次日08时期间，波峰出现在17时、20时和08时；09时至16时则为明显的低谷期，波谷出现在11时。这充分反映了云南傍晚至夜里对流性天气多发的气候特征。对比分析降水量与短时强降水日内变化曲线还可以看出，两者的变化趋势基本相似，在09时至16时期间同样存在明显的少雨时段、17时出现峰值，说明短时强降水对各地区的雨量贡献还是比较大的。但降雨量逐时分布曲线在03时至08时附近的降水峰值表现得更明显，说明在凌晨时段属于云南多雨时段，其它

图4 年平均降雨量和短时强降水频次日内变化

小量级的降水也比较容易发生。对比不同区域短时强降水逐时演变图发现，不同区域的降水出现时间有较大差异。滇东北区域在17时至次日02时为短时强降水高发区间，03时至09时有一定数量的短时强降水出现，但呈明显减弱趋势。短时强降水的高发期主要是前半夜，其余大部分时段均为相对低谷期(图4b)。滇东南区域在15时明显增多，午后对流发展较早，17时和08时的峰值更为明显，傍晚和早晨短时强降水天气多发的特征明显(图4c)。滇中区域短时强降水的峰值出现在20时，17时、02时、08时为次峰值(图4d)。滇西北区域短时强降水的峰值出现在19时和08时，10时至15时为宽广的低谷区，峰值不突出、波谷也不明显(图4e)。滇西南区域短时强降水的峰值出现在17时、04时和08时，03时至08时期间为明显高发期。傍晚和后半夜短时强降水天气多发的特征更为突出(图4f)。

3 短时强降水极值时空分布

从短时强降水极大值空间分布图(图5a)看，云南境内的短时强降水极大值在云南中部以东以南地区普遍在60 mm以上，其中楚雄在2003年6月17日02时出现了全省最大的小时降水极值153 mm。其次是勐腊127 mm、江城113 mm。在云南西部除了位于丽江东部的宁蒗站出现了79 mm的降水极值中心外，大部分地区极大值降水低于60 mm,西北部的维西等站极大值均在40 mm以下。从降水极值出现的时间分布(图5b)看，不同区域出现极大值降水的时间差异较大，云南南部边缘短时强降水极值主要出现在08时附近，东北部主要出现在后半夜期间，西北部边缘区域则主要出现在傍晚至前半夜；东部、中部、西部等地区，除了符合多在傍晚至夜里发生的特点外，没有明显的区域分布规律。

图5 短时强降水极大值和出现时间空间分布

4 短时强降水频次变化趋势

运用一元线性回归模型分析云南全省及各区域短时强降水频次在1981-2015年期间的变化趋势，结果表明：全省的短时强降水频次呈现弱的上升趋势，滇东北区域呈下降趋势、滇西南呈上升趋势。但全省及各区域逐年短时强降水频次的线性趋势都没有通过信度水平为0.05的显著性检验，线性变化趋势不明显(图略)。

运用累积距平法分析云南全省及各区域短时强降水频次在1981-2015年期间的变化趋势发现：全省及各区域短时强降水频次年代际变化不明显，但年际差异较大。全省短时强降水频次在1997年后呈上升趋势，2006年后呈下降趋势，2013年至今为上升趋势(图6a)。滇东北、滇东南、滇西北区域短时强降水频次在前期波动较多、趋势不明显，在后期总体呈现出2006年后为下降趋势，2013年以后为上升趋势。并且滇东北(图6b)和滇西北(图6c)区域通过了信度水平为0.05的显著性检验。滇中区域短时强降水频次在1993年至2004年间都为上升趋势，2004年后呈下降趋势，2013年至今为上升趋势(图略)。滇西南区域在1985年后呈波动下降趋势，1998年后整体呈现上升趋势(图略)。

图6 短时强降水频次距平和累积距平逐年分布

5 结果与讨论

(1)云南境内的短时强降水发生频率空间分布极不均匀，自东南向西北呈迅速递减趋势。短时强降水发生频率最高的区域位于云南南部，江城、河口是全省短时强降水的大值中心。云南西北部区域短时强降水发生频率最低，尽管怒江北部为年降水量大值中心，但短时强降水特征并不明显。

(2)从逐月分布看，云南大部地区的短时强降水主要发生在5-10月份。但不同区域之间存在一定的差异：滇东南、滇西南区域短时强降水出现的时间比较早，3月就有一定数量的短时强降水出现，结束的时间偏晚，11月份也有可能出现。滇东北、滇中、滇西北区域则出现的时段相对集中，11-4月份期间几乎不可能发生短时强降水。

(3)从日内分布看，云南境内的短时强降水具有在傍晚至夜里多发的特征，11时附近为明显低谷期。不同区域间短时强降水日内变化特征存在一定差异，滇东北区域短时强降水在前半夜高发、滇西南区域在后半夜高发的特征更为突出。

(4)短时强降水极大值中心主要分布在云南中部及以南地区，楚雄、勐腊、江城均出现了100mm以上的极大值。极大值的出现时段符合在傍晚至夜里发生的特点，但具体发生时间局地性比较强，没有明显的区域分布规律。

(5)云南境内短时强降水频次的线性变化、年代际变化趋势不明显，但年际差异较大。总体呈现出1997年后为上升趋势，2006年后转为下降趋势，2013年至今为上升趋势的特点。

由于云南境内短时强降水频次空间分布极不均匀，不同站点的短时强降水事件时间演变也存在差异，通过气候分区研究不同区域短时强降水特征对深入了解云南强降水精细化特征有很好的帮助。但本研究中的气候分区更多是借鉴了云南气象前辈们积累下来的分区方法，带有一定经验成分，对分析结论有一定的影响。在今后研究中将尝试更为客观的分区方法。另外，本研究为了突出分析短时强降水的日内变化气候特征及长时间演变趋势，鉴于观测资料长度参差不齐，仅仅使用了县级台站逐时观测资料，在后续的机理研究中将引入乡镇站逐时观测资料来进行区域性短时强降水预报指标分析。

[1] Doswell Ⅲ C A．Flash flood forecasting: An ingredients-based methodology[J]．Wea Forecasting，1996,11:560-581．

[2] ZHAI P M，ZHANG X B，WAN H，et al．Trends in total precipitation and frequency of daily precipitation extremes over China[J]．J Climate,2005,18(7):1096-1107．

[3] 解明恩, 程建刚, 范波．云南气象灾害的时空分布规律[J]．自然灾害学报, 2004, 13(5):40-47．

[4] 许美玲，尹丽云，金少华，等．云南突发性特大暴雨过程成因分析[J]．高原气象，2013,32(4):1062-1073．

[5] Harold E Brooks，David J Stensrud．Climatology of heavy rain events in the United States from hourly precipitation observation [J]．Mon Wea Rev，2000,128(4):1194-1201．

[6] CHEN C S，CHEN Y L，LIU C L，et al．Statistics of heavy rainfall occurrences in Taiwan[J]．Wea Forecasting，2007,22:981-1002．

[7] 符娇兰，林祥，钱维宏．中国夏季分级雨日的时空特征[J]．热带气象学报，2008,24(4):367-373．

[8] 姚莉，李小泉，张立梅．我国1小时雨强的时空分布特征[J]．气象，2009,35(2):80-86．

[9] 王夫常，宇如聪，陈昊明，等．我国西南部降水日变化特征分析[J]．暴雨灾害，2011,30(2):117-121．

[10]唐红玉，顾建峰，张焕，等．西南地区降水日变化特征分析[J]．高原气象，2011,30(2):376-384．

[11]彭芳，吴古会，杜小玲．贵州省汛期短时降水时空特征分析[J]．气象，2012,38(3):307-313．

[12]李建，宇如聪，王建捷．北京市夏季降水时日变化特征[J]．科学通报，2008,53(7):829-832．

[13]王国荣，王令．北京地区夏季短时强降水时空分布特征[J]．暴雨灾害，2013,32(3):276-279．

[14]彭贵芬，刘瑜．云南各量级雨日的气候特征及变化[J]．高原气象，2009,28(1):214-219．

[15]郭荣芬，肖子牛，陈小华，等．两次西行热带气旋影响云南降水对比分析[J]．应用气象学报，2010,21(3):317-328．

[16]符传博，吴涧，丹利．近50年云南省雨日及降水量的气候变化[J]．高原气象，2011,30(4):1027-1033．

[17]张琪，李跃清．近48年西南地区降水量和雨日的气候变化特征[J]．高原气象，2014,33(2):372-383．

[18]徐舒扬，周德丽，苗绍慧，等．台风“威马逊”造成云南强降水灾害天气分析[J]．灾害学，2016,31(4):229-234．

The Analysis of Short-time Heavy Rainfall Spatio-temporalCharacteristics in Yunnan

LI Huahong1, HU Juan1, MIN Ying1and Wang Man2

(1.MeteorologicalObservatoryofYunanProvince,Kunming650034,China;2.YunnanInstituteofMeteorology,Kunming650034,China)

Basedonthehourlyprecipitationdataof125weatherstationsinYunanProvincefrom1981to2015,thespatio-temporalcharacteristicsofshort-timeheavyrainfallareinvestigated.Theresultsindicatethatthemeanannualfrequencyofshort-timeheavyrainfallisnothomogeneousdistributioninYunan,itshowsadroptrendfromsoutheastregiontonorthwestregion.Asthecentersofmeanannualprecipitation,thereareobvioustorrentialraincharacteristicsintheeastregionandsouthverge,butitisdistinctnessinthenorthregionofNujiang.Theshort-timeheavyrainfallcommonlyhappensbetweenMayandOctober,furthermorethereisahighestfrequencyinJulyandAugust.ButitmaybehappensearlyinMarchanddisappearslateinNovemberinwestandsouthregion.Ontheotherhandthefrequencyofshort-timeheavyrainfallshowsaparticularhourlychangeline,whichalwaysgetsapeakatevenfallandnight.Thereisanespecialperiodthattheshort-timeheavyrainfallcontinuallyoccurs,itisfromnightfalltomidnightinthenortheastregion,andlatterhalfofthenightinthesouthwestregion.Thelinearvariationandinterdecadalvariationtrendofshort-timeheavyrainfallfrequencyarenotobviousinYunan,buttheinterannualvariationtrendisnoticeable,whichshowsauptrendfrom1997,turntoadowntrendat2006,andthenturntoauptrendat2013.

short-timeheavyrainfall;spatialdistribution;hourlychange;YunanProvince

2016-11-16

2017-01-11

国家自然科学基金项目(41565004)；云南省科技惠民专项(2016RA096)

李华宏(1978-)，男，云南寻甸人，博士，主要从事中尺度数值模式应用、强降水预报预警技术研究. E-mail:lihuahong08@163.com

10.3969/j.issn.1000-811X.2017.03.011.]

X43；P466；S161.6

A

1000-811X(2017)03-0057-06

10.3969/j.issn.1000-811X.2017.03.011

李华宏, 胡娟，闵颖，等. 云南短时强降水时空分布特征分析[J]. 灾害学，2017，32(3)：57-62. [LI Huahong, HU Juan, MIN Ying,et al. The Analysis of Short-time Hheavy Rainfall Spatio-temporal Characteristics in Yunnan[J]. Journal of Catastrophology，2017，32(3)：57-62.