辽宁省近70年短历时暴雨时空变化及气象成因分析

(辽宁省鞍山水文局，辽宁 鞍山 114100)

辽宁省夏季暴雨是区域山洪、中小河流洪水灾害频发的主要影响因素[1]。辽宁省由于地理位置、气候条件的综合影响，夏季暴雨具有历时短、强度大的特点[2]。研究表明区域暴雨洪水与短历时强降水息息相关，历时短、强度大的局部暴雨是形成区域洪水的主要因素，且其气象成因较为复杂。因此，研究区域短历时暴雨时空变化特征及气象成因，对于短历时暴雨预警预报、人民生命财产安全防护及防洪治涝总体部署具有重要意义。当前，对于辽宁省暴雨变化特征取得了一定的研究成果[3-10]。冯玉[11]结合辽宁省日降水数据，对全省暴雨时空分布特征及重现期的概率分布进行了研究，结果表明辽宁省在1957—2015年间暴雨强度、暴雨贡献率呈缓慢减小的趋势，在1960—1980年暴雨日数有明显下降趋势。郭国洋等[12]结合辽宁省22个气象台站1960—2012年共53年的逐日降水数据对辽宁省每年各站暴雨量、暴雨日数、暴雨强度以及贡献率进行了分析，结果表明辽宁省暴雨的空间分布极不均匀，总的趋势是由东南向西北减少,表现为东多西少,南多北少。张亮亮等[13]基于辽宁省23个气象站近50年降雨数据对辽宁省大雨与暴雨时空变化特征进行了分析，结果表明辽宁省大雨强度在20世纪60年代中后期和21世纪初主要呈现增大趋势,中间时段以减少趋势为主。李岚等[14]利用辽宁省54个气象观测站1980—2009年的常规地面观测资料,采用统计学方法分析了辽宁省暴雨的气候特征，结果表明辽宁省年平均降水量自西北向东南方向逐渐增多,西北部地区在400～500mm之间,东南部地区则多达800～1050mm。以上研究成果均表明辽宁省暴雨时空特征发生了较为明显的变化，但各研究成果对辽宁省暴雨时空演变规律的研究还存在不足，首先是分析的降雨站点数量不足，其次是对单个站点的研究成果较多，存在以点代面的局限，缺少对整个面雨量的分析研究。为此本文结合辽宁省544个气象站点数据，通过空间插值方法对辽宁省面暴雨特征进行分析。

1 研究数据

1.1 代表站点

按照水文资料完整性、可靠性、一致性的原则，选取辽宁省544个降水站点的暴雨实测数据进行分析，代表雨量站分布见图1。

图1 代表雨量站分布

1.2 场次暴雨

为使选取的暴雨数据具有代表性，本文从辽宁省544个降水站点的降雨量摘录数据中，按照暴雨中心雨量高于200mm、降雨间隔时段低于6h、暴雨中心覆盖范围内雨量大于30mm的雨量站点降雨历时具有同步性为原则，选取162场典型暴雨对辽宁省短历时暴雨时空变化特征进行分析。

1.3 时段最大雨量

本文中暴雨历时分析采用6个统计时段，分别为最大10min、最大30min、最大60min、最大3h、最大6h、最大24h的雨量。若雨量站点降雨量摘录有以上时段数据则直接采用，若无以上时段，则按滑动方法进行最短值的计算。

2 暴雨成因分析

对辽宁省近70年典型暴雨的情况进行分析，分析结果见表1。辽宁省夏季暴雨天气系统受西南和东南季风环流以及两个环流的汇合带影响。

表1 辽宁省近70年典型暴雨

西南季风环流与印度热带辐合带相互作用，形成来自印度洋的西南季风。当印度季风偏北时，热带低压扰动比较活跃。在南海高压的西北侧与青藏高原东北方向的低涡之间形成西南低压急流，低涡北上与西风槽结合，诱发了南来的气旋暴雨。

东南季风环流与西太平洋热带辐合带相互作用。当热带辐合带向北推进时，往往伴随有台风等热带涡旋群活动，促使西太平洋副热带高压西伸北进。在副高的西南侧出现强盛的东南季风气旋，在低层表现为东南低空急流，向北方输送大量丰沛的暖湿空气，当北上台风及其东南低空急流与西风槽在辽宁省相遇时，形成台风雨。

季风汇合带，由西南季风与东南季风气流在青藏高原东麓到我国大陆东部汇合而成。在季风汇合带的低空急流伴随其左侧的低值系统北上，与西南槽结合形成气旋暴雨。

总之，辽宁省暴雨环流形势的特点由西风槽东移，副高北上，再由台风登陆偏北综合导致。在上述环流形势背景下，辽宁省暴雨天气系统影响因素较为复杂，一般为强度较大的西风槽和北上台风，以及与这两个天气系统相关的华北、江淮气旋和地面冷锋。此外副高北抬导致的东北冷涡、切变也常常是局部暴雨形成的主要天气系统。

辽宁省西南方印度洋的孟加拉湾以及东南方太平洋的黄海是两个主要的水汽来源，有时受两股气流耦合作用，造成不同区域出现短历时暴雨。

3 暴雨时间特征分析

3.1 暴雨年内分布特征

结合气象部门暴雨分类标准，对选取的辽宁省162场典型暴雨进行不同月份各量级暴雨频次分布的统计分析，分析结果见表2。

表2 不同月份辽宁省各量级暴雨频次的分布

由表2可知，在162场暴雨中，发生大暴雨60场、特大暴雨102场。暴雨发生时间集中在7月、8月，有143场，占总暴雨场次的90%。

3.2 历时、雨量分布特征

对各水文分区(见图2)162场暴雨降雨历时T进行统计分析，分析结果见表3。由表3可看出，在选取的162场典型暴雨中，降雨时段低于24h的只有3场，辽宁省暴雨时段高于24h的频次较高。对各暴雨时段占总雨量的比例进行了统计，统计结果见表4。由表4可看出，3日雨量占据的比例最高，为95.21%，1h的比例最低，为18.31%。

图2 辽宁省水文分区

表3 各统计历时发生的暴雨频次

表4 场次暴雨时段雨量分配

3.3 暴雨极值

对不同统计时段暴雨分布进行了统计，见表5。由表5可看出，不同时段暴雨极值主要集中在辽宁省的东部，尤其是丹东地区，该区域属于辽宁省暴雨易发区。对24h暴雨量高于200m的站点分布进行了统计，见表6。由表6可看出，544个降水站点中有284个降水站点24h暴雨量高于200mm，其中水文分区Ⅲ区站点占全省总数的50%，属于暴雨中心雨量最多的区域；水文分区Ⅱ区雨量站点最少，只占全省总数的2%。

表5 时段雨量极值统计

表6 24h雨量大于200mm的雨量站分布

4 暴雨空间特征分析

结合辽宁省544个降水站点的暴雨资料集，采用地理空间插值方法统计分析了辽宁省最大10min、最大30min、最大60min、最大1h、最大3h、最大6h、最大24h的暴雨时空变化特征，见图3，并按市统计了不同地区暴雨发生的频次，结果见表7。

图3 不同降雨时段下辽宁省暴雨空间变化特征

辽宁省近70年短历时暴雨空间变化特征具有一定的规律性，暴雨中心区域主要位于东部山区、中部平原及沿海西部区域，从东南向西北逐步减少，东南部属于暴雨大值分布区域。丹东地区最大24h暴雨量最大，可达300mm以上。北部的抚顺、沈阳以及西部大部分区域短历时暴雨值较低，最大24h暴雨量低于200mm。由图3、表6可以看出，随着时段的增加，暴雨中心点空间变化较为固定，在选用站中，24h雨量超过200mm的雨量站有284个，暴雨中心雨量值高于200mm的站点大部分在水文分区III区，占总站数的比例达到50%，水文分区Ⅱ区站点数只占全省总数的2%，站点最少。经过统计分析，辽宁省发生短历时超标准暴雨次数平均为每年0～5次，主要呈现2个变化周期，分别为3～6年以及14～16年。超标准短历时暴雨空间分布总体呈从东南向西北逐步减少趋势，丹东属于全省的暴雨中心，辽北一带暴雨次数较少，东南部地区在8月发生暴雨的频次较高。

5 结 语

本文结合辽宁省544个雨量站点近70年的暴雨资料，从时间和空间尺度对全省暴雨时空变化特征进行深入分析，并对其暴雨影响的天气系统进行剖析，研究成果对于辽宁省洪涝灾害防御规划具有重要意义。辽宁省暴雨中心主要位于东部山区、中部平原及西部沿海区域，建议加强以上地区防洪能力建设，保障防洪安全，此外辽西地区短历时强降水主要集中在7月，而东南部主要集中在8月，因此建议加强防御辽西7月及东南部8月短时强降水可能引发的山洪灾害。