衢州市暴雨时空分布特征分析

王健疆 陈江锋 龚理卿

(衢州市气象局,浙江 衢州 324000)

0 引 言

暴雨是浙江省主要灾害性天气之一,全年均有发生,发生在6月的频率最高。暴雨、大暴雨发生频率地域分布相似,排在前两位的均是衢州和丽水[1]。暴雨灾害是浙江省仅次于台风的第二大气象灾害,其灾害损失占全部气象灾害损失的30.1%。据统计,衢州市是浙江省暴雨洪涝灾害最严重的地区,平均经济损失率1.8%[2]。衢州市地处金衢盆地西半部、钱塘江流域源头,大范围的持续暴雨极易造成内涝、山洪、滑坡、泥石流等次生灾害，并给下游流域防洪带来巨大压力。

气象工作者针对梅汛期暴雨、台风暴雨已进行了诸多研究,曾欣欣等[1]将浙江省梅汛期暴雨天气形势划分为4类。各地预报工作者对历年梅汛期暴雨过程特征及影响系统作了深入分析。张建海等[2]发现雨带位于高空急流右侧和低空急流左侧；高低空急流的水平距离对高低空急流耦合作用有重要影响,进而影响降水强度[3]；西南季风北推位置及其稳定性对梅汛期强降水分布具有决定性作用[4]；影响浙江省的热带气旋对浙西地区风雨影响均较轻[5]；相对于梅汛期浙西南地区洪涝比重达75%以上,台汛期浙西南地区洪涝比重为全省最小[6]。王健疆[7]对衢州12 h时段暴雨进行分析,发现12 h时段暴雨多发生于6月,与浙江省暴雨多发期相对应。吴利强等[8]对衢州气候变化特征进行分析,指出暴雨频次与年降水量正相关。上述针对衢州市暴雨的分析较为粗略,且多基于常规站观测资料,空间尺度大,无法表征小尺度范围内的降水特征。本文利用国家站、自动观测站等资料对衢州市暴雨时空分布特征进行进一步分析。

1 资料方法

采用衢州市5个国家站1973—2017年逐日降水资料及159个自动观测站2013年1月至2017年12月逐日、逐时降水资料,通过归类统计方法分析衢州市年暴雨日、最大日雨量的空间分布、暴雨的连续性、月际变化、日变化等特征。

对衢州市衢州、江山、龙游、常山和开化5个国家站1973—2017年逐年暴雨日数进行平均,对年暴雨日进行线性拟合,计算其相应的线性倾向率,采用小波分析方法探索年暴雨日变化的时间结构及其周期变化规律。

2 结果与分析

2.1 衢州市暴雨空间分布特征

2.1.1 暴雨频次空间分布特征

利用衢州市159个自动观测站2013—2017年逐日降水资料,分析各站暴雨、大暴雨日发现，衢州市各地年平均暴雨日数差异大,总体上北部暴雨日多于南部、西部多于东部。年暴雨日最多的为柯城区七里乡10.6 d,其次为衢江区灰坪10.2 d、开化县钱江源10.0 d,其他年暴雨日达8 d以上的区域分布较为分散,主要集中在衢江北部、柯城北部、开化西北部及衢江东南部与龙游交界处,江山、龙游两地区年平均暴雨日数相对较少,大部分地区在6 d以下。年平均大暴雨日数各地分布不均,大暴雨多发区与暴雨频发区具有一定的重合性。开化西北部、柯城和衢江两区北部为大暴雨多发地,衢江东南部大暴雨多发地范围比暴雨频发区大,在龙游东南部也出现大暴雨多发区域,龙游中部和江山大部仍为低频区,大暴雨发生次数最多的为柯城七里乡和衢江石屏村两个站点,年平均大暴雨日为2 d。从衢州市5个国家站1973—2017年历年降水资料分析来看,年暴雨日地域分布与上述基本相同,自西向东逐渐减少,最多为开化,年平均暴雨日为6.1 d,其次分别为常山5.9 d,江山5.7 d,衢州5.4 d,最少为龙游5.1 d。

2.1.2 日最大降水量空间分布

在1973—2017年期间,衢州市5个国家站未出现特大暴雨级别降水,最大日降水量为开化站212.3 mm,出现在2011年6月15日；其次为衢州站日最大降水量206 mm,出现在2011年6月19日。从2013—2017年衢州市各站最大日雨量来看,全市范围内未出现日雨量250 mm以上的降水,日降水大值区主要位于常山南部至龙游南部一线和开化西北部区域,全市各站均出现暴雨以上量级降水；除龙游和江山境内少数站点外,其他地区最大日雨量均超过100 mm,最大的为柯城区华墅乡,最大日雨量为233.7 mm。

2.2 衢州市暴雨时间分布特征

2.2.1 年代际变化特征

由图1a可见,1973—2017年衢州市历年暴雨次数起伏较大,总体呈增多趋势,但增多不明显(r=0.124

图1 衢州市1973—2017年历年暴雨次数变化(a.演变及趋势、b.小波变换、c.小波方差)

2.2.2 月变化特征

在1973—2017年期间,除1月外，其他各月5个国家站均出现暴雨,一年内最早出现于1月14日(1998年,龙游),最迟发生于12月18日(2002年,开化)。如图2a所示,暴雨集中于4—7月,占总数的77.1%,各月暴雨发生站次基本以6月为峰值呈正态分布,最少的为1月份,仅3站次暴雨。在2013—2017年期间,衢州市境内(图2b)逐月暴雨总站次分布与1973—2017年期间5个国家站逐月暴雨站次分布基本一致,以6月为峰值向两边迅速递减。近5 a各站1月份均未出现暴雨,其他月份均有暴雨发生,年均6月出现暴雨近450站次,与衢州市梅汛期强降水时段相对应。而8月出现暴雨站次多于7月,与5个国家站逐月暴雨站次近45 a分布略有区别,表明8月暴雨落区更易出现在乡镇自动站所在区域。另外,近5 a 9月暴雨站次80%以上出现在2016年,影响系统为台风。

图2 a.衢州5个国家站1973—2017年逐月暴雨总结次变化序列图、b.衢州159个自动观测站2013—2017年逐月暴雨总站次变化序列图

2.2.3 暴雨持续性

在1973—2017年期间,衢州5个国家站发生的暴雨多为单日暴雨,在连续性暴雨中持续天数以2 d居多,少数达3～4 d。连续性暴雨过程在3—12月均有发上,最早发生在3月(2010年3月5—6日),最迟发生于12月(1994年12月10—11日)。单站暴雨最长持续时间为4 d,连续3 d及以上连续性暴雨天气过程均出现在6月或7月。以区域内一站或以上站次出现暴雨为一个暴雨日,则1973—2017年全市共出现72次连续性暴雨,多为持续2 d,共计59次。持续3～4 d 12次,最长的为2011年6月12—16日,持续长达5 d。

2.2.4 短时强降水易发时段

提取2013—2017年衢州159个站小时雨量≥20 mm、≥30 mm、≥50 mm的降水资料,统计发现≥20 mm短时强降水除1月以外各月均有发生,强度以20～30 mm/h居多,占短时强降水总次数的75.6%,≥50 mm/h的短时强降水不足总次数的2%。短时强降水各月发生频次有所不同(图3a),主要集中于5—8月,与衢州地区暴雨发生时间一致,≥20 mm/h和≥30 mm/h短时强降水最多出现在6月,≥50 mm/h短时强降水最多发生在8月,极端小时强降水为101.7 mm/h,出现在2014年8月16日18—19时。

短时强降水在各时次出现频率也不相同(图3b),各量级短时强降水频发时段基本在13—19时,50 mm/h以下短时强降水日变化较为相似,除午后到傍晚的频发时段外,在08时前后及04—05时也相对易发。50 mm/h以上短时强降水极易出现在傍晚前后,在10时也易出现。从逐月来看(图3c),2月短时强降水均发生在上午时段；3月频发时段为午后到傍晚；4月多发于05—08时,其次为23时前后；5月呈现多个峰值,频发时段为14—16时、19—21时,凌晨至早晨也为短时强降水易发时段；6月频发时段为08—09时和13—15时,此外02—03时也易发短时强降水；7月频发时段集中在午后到傍晚,最多时段为17—18时；8月频发时段集中在14—21时,另外在09时有一小高峰；9月频发时段为14—20时；10月短时强降水主要发生在14—17时；11月主要出现在11—14时,其他时段基本无短时强降水；12月仅出现一次20 mm/h以上的降水。

图3 短时强降水发生频次图(a.月变化、b.日变化、c.各月频发时次)

3 结 语

衢州市暴雨区域分布极为不均,各地年暴雨频次最多相差8.6 d,暴雨频发区域主要位于衢江、柯城两区北部及开化西北部地区。

(1)全市年暴雨频次分布总体呈北多南少、西多东少分布,大暴雨频发区与暴雨频发区有一定重合性,东南部强降水更易趋于大暴雨量级。

(2)衢州市各站均未出现特大暴雨量级降水,最大日雨量大值区主要在全市中部及开化北部一带。

(3)从年代际变化来看,衢州市年暴雨频次具有一定的周期性变化,1990年之前基本维持10 a的周期,之后振荡周期有减小趋势,至2000年之后其周期基本在6 a。

(4)暴雨多为单日暴雨,在持续暴雨中以2 d居多,全市暴雨过程最长持续时间为5 d。

(5)衢州地区易出现20 mm/h以上的短时强降水,多发于6—8月,出现集中时段为午后至傍晚。