辽宁省暴雨时空特征及暴雨气象成因分析

李晨涛

(辽宁省本溪水文局，辽宁 本溪 117000)

辽宁省属于典型的季风气候，处于干旱半干旱过渡地带，与内蒙和西北相连，且受东部山区夹峙地带影响，部分区域气候为大陆季风变化[1]。辽宁地区气候呈现典型的季节变化，夏季日照时间充足，降水十分集中，气候较为干燥，全省不同区域气候因地理位置的不同具有显著的差异性。降水主要集中在夏季，秋冬季降水量较少[2]。辽宁省年降水量在空间上从东南向西北逐步递减，多年平均降水量在300～1300mm之间变幅，降水量高值区域主要位于丹东区域，而辽宁西部地区年降水量低于500mm，属于典型的干旱半干旱地区。辽宁地区年蒸发量和降雨分布具有明显的差异性，年蒸发量在800mm以上的区域主要位于辽宁西部，且从西向东逐步递减变化，辽宁中部蒸发量总体在800～1000mm之间[4-5]。近些年来，辽宁省局地暴雨频发，相关研究成果表明[6-12]辽宁地区短时雨强和暴雨洪水具有紧密的联系，区域暴雨洪水主要由短时强降水形成，且受不同天气系统影响程度较高。因此需要对辽宁省暴雨特征及其暴雨成因进行系统分析，从而为区域洪水预警以及水旱灾害防御措施规划提供重要的参考价值。

1 场次暴雨选取

1.1 场次暴雨

为提高辽宁省暴雨特征分析的代表性，本文按照暴雨序列长度高于30年，且具有区域暴雨代表特征的544个雨量站点，各雨量站点数据系列均按照代表型、可靠性、一致性进行分析，所以暴雨资料均来自辽宁省水文年鉴数据库，在站点选取的基础上，本文按照区域暴雨中心点雨量高于200mm，且连续降雨时段不低于6h，此外考虑暴雨覆盖程度以及暴雨中心与其他雨量站点降水历时同步特征等因素，共选取180场次暴雨进行辽宁省暴雨特征以及成因分析。

1.2 时段最大雨量

统计各雨量站历年10、30、60min，1、3、6、12、24h，及3d时段最大雨量，共收集10、30、60min，1、3、6、12、24h，1、3d时段，总计28366站年的雨量资料。

1.3 资料处理

对系列不全的雨量站进行资料插补，采用的插补方法有：

(1)直接借用邻站资料。该站与邻站距离较近，且同一流域。数值相差不大时，直接借用邻站资料，共123站年。

(2)采用同流域邻站平均值。当该站与邻站已有资料相差不大时，采用相邻各站平均值插补。

(3)采用分钟与小时或小时与日系数插补。有60min而无1h雨量资料或反之的雨量站，采用该站二者之间多年平均系数插补。同样对于有180、360、720、1440min而无3、6、12、24h和1d雨量资料的雨量站也采用多年平均系数插补，共有3913站年。

(4)采用相邻时段平均系数。以上方法都无法实现的雨量站，采用相邻时段平均系数插补。

(5)采用等雨量线插补。当雨量很大时，采用等雨量线插补缺测值。

1.4 确定采用站

本文选取的544处站点分布如图1所示，选用10、30、60min，1、3、6、12、24h，及3d共9个时段参与暴雨统计计算。各时段采用站情况见表1。

图1 确定选用的544个雨量站点分布

表1 采用站情况统计

2 暴雨成因及特性分析

2.1 年内分布特征

结合544个雨量站点选取的场次暴雨数据，对两个暴雨量级下的5—9月份不同月份下暴雨发生频次进行统计分析，分析结果见表2。

从表2中可看出，辽宁省24h暴雨超过200mm的场次暴雨主要集中在7—8月，其中8月份频次较高，而100～200mm暴雨则主要集中在7月份，表明辽宁地区在8月份较容易出现量级较高的暴雨量。经过统计分析，7—8月份发生量级超过200mm的暴雨场次总数占总场次暴雨次数的比例达到62%。

表2 各月份不同量级暴雨分布 单位：次

2.2 暴雨历时特征分析

按照辽宁省水文分区如图2所示，对不同历时下的暴雨场次进行统计分析，分析结果见表3。

图2 辽宁省水文分区

表3 不同历时暴雨场次统计 单位：次

从统计分析结果可看出辽宁地区暴雨历时低于24h的场次数为3场，其他场次暴雨连续历时均高于24h，辽宁地区暴雨连续时间超过24h的概率较高。从暴雨历时的空间分布可看出，暴雨历时超过24h的场次数从东向中部，再向西部逐步减少，东部区域暴雨历时超过24h的场次数达到89次，占总场次数的比例达到49.4%，水文分区II区主要为阜新地区，其暴雨历时超过24h的场次数最低，仅为2次，占总暴雨场次数的比例较低。

2.3 暴雨极值

对不同统计时段下暴雨中心高值区域发生的站点进行时段雨量极值的统计和分析。分析结果见表4。

表4 时段雨量极值统计

从时段雨量极值统计分析结果可看出，经统计辽宁最大10min暴雨量值为65.0mm，为位于辽东地区的宽甸站，从各时段雨量分布总体可看出，暴雨极值主要位于辽宁的东部和南部，也属于辽宁地区的暴雨中心，从各时段暴雨极值发生时段可看出，主要集中在7月20号至8月20号之间，这一时段也为辽宁省暴雨极值高发时段。

2.4 暴雨中心分布

在选取的暴雨站点中，对其暴雨中心分布进行统计分析，统计分析结果见表5。

表5 暴雨中心分布统计结果

从暴雨中心统计分布结果看出，和其时段暴雨极值分布较为相似，暴雨极值分布区域一般也为辽宁省的暴雨中心，一般而言，暴雨中心主要统计其24h雨量值高于200mm的站点，在选取的544个雨量站点中24h雨量值超过200mm的站点数量为283个，占总雨量站点数的比例为52%，从暴雨中心分布可看出，III区的雨量占比数最高达到50.2%，属于辽宁省的暴雨中心，这一区域主要为本溪和丹东地区，II区雨量站点占比数最低，仅为1.4%，这一区域为辽宁西部的阜新地区，尤其是阜新柳河上游。从暴雨中心空间分布可看出，其和暴雨量值分布也具有较为明显的相似性，总体呈现从东南向中部再向西北部逐步递减变化的空间分布。

3 最大3d暴雨均值、Cv空间分布规律

对辽宁地区历史暴雨调查和统计分析的基础上，对历史暴雨中心最大3d暴雨量及Cv值空间分布变化规律进行了分析，分析结果见表6。

表6 暴雨中心与Cv高值区对照表

从分析结果可看出，年最大暴雨均值等值线在空间分布上具有从东往西、从南向北递减的规律，等值线量级变化范围在65～200mm之间。其中：东南部110～200mm；东北部70～110mm；中部平原区70～120mm；西南沿海100～150mm；西北地区65～100mm。全省有2个高值区，一个位于鸭绿江流域蒲石河入河口附近，量级为200mm；另一个在东南沿海小凌河支流六股河附近，量级为150mm。全省等值线最小区出现在西北端，范围在60～65mm。等值线梯度变化较大地区在上述2个高值区，中部平原等值线梯度变化比较缓。年最大3d降雨量的Cv等值线量级在0.40～0.75之间，梯度变化相对均匀。时段雨量的Cv值受特大暴雨影响较大，如果观测到的特大暴雨量明显高于其它雨量观测值，则该时段雨量Cv值较大。

4 场次暴雨气象成因分析

对辽宁省1949年以来典型场次暴雨的主要气象成因进行分析，结果见表7。

表7 辽宁省1949年以来典型暴雨及其气象成因

从辽宁省1949年以来14场典型暴雨情况可看出，西风槽与北部的低压冷锅相遇是辽东南部典型暴雨主要气象成因，西南季风受其环流和印度热带季风综合影响形成西南季风，热带低压受印度季风北抬影响对气流扰动较为明显，北部青藏高原通过南海高压西移综合影响使得低压急流向东北方向快速推进，西风槽与北部的低压冷锅相遇，从而形成影响辽宁东部和南部的区域型暴雨。此外西太平洋热带与东南季风进行相遇后，使得副热带热带高压逐步向北抬升，也通常有台风影响使得热带旋涡活动明显，为西太平洋热带高压的向北抬升创造了有利条件。这种气象条件下东南气旋主要出现在副热带高压的西南侧且较为强盛。东南低压主要出现在低压空气层，大量的暖湿空气逐步向辽宁地区进行输送，当西风槽与北上的台风以及东南低压在辽宁地区进行相遇后，极易形成台风暴雨。这一类型暴雨主要出现在辽宁的东部以及沿海区域。从青藏高原过来的西南和东南季风环流在我国东南进行季风汇合后，低空急流在西南和东南季风环流汇合后逐步向北侧低值进行移动，气旋暴雨在西南和东南季风汇合北上后形成本溪明山区任家堡子、岫岩县李家堡子、丹东毛甸子的典型暴雨。

综上辽宁地区暴雨成因较为复杂，主要受西南槽东移及副高北抬形成的季风环流，再就是台风北上带来的气旋暴雨。辽宁地区暴雨成因天气系统受到北上台风和西风槽季风环流影响程度较大，此外蒙古、江淮、华北气旋以及地面冷锅也是区域短历时暴雨的一些成因。此外辽宁地区局部暴雨天气系统还包括一些副高北抬下东北冷锅以及切变线等天气影响。辽宁地区暴雨水汽输送主要来源于东南黄海以及西南的孟加拉湾，受到不同气旋环流作用影响其形成的暴雨类型也有所不同。

5 主要结论

(1)西风槽与北部的低压冷锅相遇，极易形成辽宁东南部区域性的气旋暴雨，而当西风槽与北上的台风以及东南低压在辽宁地区进行相遇后，极易形成台风暴雨，江淮、华北气旋以及地面冷锅也区域短历时暴雨的主要成因。

(2)辽宁省24h暴雨超过200mm的场次暴雨主要集中在7月和8月，尤其是7月20日至8月20日期间，其中8月份频次明显高于7月份。

(3)年最大暴雨均值等值线在空间分布上具有从东往西、从南向北递减的规律，等值线量级变化范围在65～200mm之间。全省有2个高值区，一个位于鸭绿江流域蒲石河入河口附近，量级为200mm；另一个在东南沿海小凌河支流六股河附近，量级为150mm。