2017—2021年海南岛汛期短时降水时空分布特征*

石 娟 郑 艳 蒋贤玲

(1.海南省气象台，海南 海口 570203;2.海南省南海气象防灾减灾重点实验室，海南 海口 570203)

海南岛地处热带北缘，雨量丰富、雨季长，为我国南方多雨地区，同时也是我国气象灾害影响较为严重的地区之一，短时强降水是海南岛主要的气象灾害之一。发生在海南岛的短时强降水，以局部、小范围的短时强降水居多，易造成城市内涝。例如2017年5月15日下午发生在海口市区的局地性短时强降水，小时极端雨强达到了111.8mm/h,持续时间短，主要降水时间段在16∶00—18∶00，造成海口城市内涝严重，城市交通近乎瘫痪，严重影响人民生活。因此，有必要对海南岛短时强降水特征进行研究。

许多国内学者开展了短时强降水的相关研究。毛冬艳等[1]对西南地区短时强降水的气候特征进行了分析，结果表明西南地区的短时强降水主要集中在4—10月的夜间，短时强降水频次逐年增加，强度增强。王婧羽等[2]分析了河南省雨季短时强降水的时空分布特点，揭示了河南省的短时强降水集中在7—8月，与副热带高压脊线的北跳较为一致。杨慧燕等[3]研究发现，南方地区短时强降水5月降雨频率最高，短时强降水有较强的局地性。孟丽霞等[4]对甘肃省短时强降水的时空特征进行了统计，表明甘肃省短时强降水主要发生在午后至前半夜。汪方等[5]利用淮河流域日降水量资料，分析得到淮河流域短时强降水呈增加趋势。赵庆云等[6]利用日降水资料，分析了西北地区暴雨的时空变化特征，表明西北地区暴雨出现次数由东南向西北减少，年际变化较大。刘运策等[7]分析了珠江三角洲地区由海风锋触发形成的强对流天气过程，得到海风锋与西南季风波动配置是强对流天气短期和短时预报的较好预报指标。陈炯等[8]对中国暖季短时强降水分布和日变化特征进行了分析，指出我国短时强降水发生频率最高的地区在华南，其中海南岛的局地降水强度可达180mm/h。徐慧燕等[9]分析了浙江丽水地区短时强降水时空分布和成因，结果表明丽水的短时强降水峰值在6月和8月，与热带天气系统有关。姚莉等[10]对我国1小时雨强的时空分布特征进行了分析，得到我国的1小时雨强高值区主要出现在东南沿海一带，最高达到100～150mm/h。唐红玉等[11]分析了西南地区逐月、逐日和逐时的降水频率和降水比率，结果表明，西南地区降水在某个时间段集中，与其夏季多短时强对流天气有关。短时强降水往往和暴雨密切相关。杨薇等[12]对海南岛冬季暴雨的分布和环流形势进行了分析，结果表明海南岛冬季暴雨近年来频次增多，暴雨日数自西向东递增。冯文等[13]研究了海南岛秋季暴雨的特点，发现海南岛汛期降水双峰结构不明显，降水分布形态和华南其他地区存在差异性。

本文拟采用海南岛地面2017—2021年4—9月加密自动站观测资料，分析该地区汛期不同时间段短时强降水的分布规律，并分区对其代表站日变化特征进行统计，得到海南岛汛期短时强降水特征，进一步提高对该类天气的天气规律认识，为提升预报员短时强降水预报能力打好基础。

1 资料与方法

本文使用的资料为2017—2021年海南岛440个地面加密自动观测站(图1)汛期(4—9月)降水资料，经过海南岛气象信息中心严格的质量控制，其时间分辨率为1h。

图1 海南岛自动站分布图

2 海南岛汛期短时强降水时空分布

本文所定义的短时强降水站点次数,每个站点出现≥20mm/h的雨量记为1个站次，一日当中如果该站点有2h(连续或间断)出现了20mm/h以上的降水，则记为2个站次，依此类推；所包含的站次指的是海南岛440个自动站，每个站点任一小时内出现20mm/h的降水记为1个站次(下同)。

2.1 空间分布

图2给出了2017—2021年短时强降水站次空间分布，由图2分析得出，短时强降水的空间分布总体呈现北多、南少特征，在海南岛西北部地区有1个短时强降水高发区(Ⅰ区)，多数站点次数在80～100次，中部的琼中和东部的琼海有1个次高发区(Ⅱ区)，有少数站点次数在80～100次，其余地区是短时强降水低发区，站点频次大多在30～40次。这是因为造成海南岛西北部地区短时强降水的系统较多，比如当副热带高压主体控制南海北部地区及海南岛时,位于其西部边缘的海南岛可能出现对流性降水，夏季盛行的海陆风辐合造成的降水也多发生在海南岛西北部地区。在秋季，海南岛位于南海辐合带北侧和北方冷高压南侧的偏东气流中，由于五指山的阻挡和抬升，在万宁—琼中一带地区易发生短时强降水。

图2 2017—2021年短时强降水空间分布

为了进一步了解不同月份短时强降水的空间分布特征，对各月的短时强降水特征进行了统计分析，空间分布如图3所示。由图3可以看出，4月份短时强降水次数较少，西部和南部地区只有0～4次;5月，海南岛北部、中部和东部地区的短时强降水明显增多，6月，南部的三亚、保亭、陵水等地区的短时强降水的站次开始增多，各站点站次在6～15站次之间波动，7月、8月，全岛短时强降水次数明显增多，并且出现了2个主要的短时强降水多发中心，一是北部的海口、临高、澄迈一带，二是东部的琼海、万宁一带，各站点短时强降水站次可达20～25次。9月，海南岛各地区短时强降水站次分布均匀，各站点普遍站次在6～15站次之间，东部的琼海和南部的保亭地区有少数站点短时强降水的站次在15次以上。

图3 2017—2021年海南岛各月短时强降水次数

2.2 时间分布

2.2.1 汛期短时强降水站次时间分布特征

统计2017—2021年海南岛汛期短时强降水站次年际变化，如图4所示，短时强降水逐年站次在4862～6928站次，其中2020年站次较少，2018年和2021年站次分别为6928次和6081次，年均站次5865站次。从2017—2021年海南岛各月出现短时强降水站点次数来看，海南岛短时强降水各月站次在254～1397站次，占比(短时强降水单月站次与汛期总月数短时强降水站次的比值)在5%～28%波动，集中的时间段主要是5月和8月，分布高达1383站和1397站，说明5月、8月发生短时强降水天气时，影响区域范围较大；其次是7月和9月，分别为746站和822站，4月最少，为254站。

(a)2017—2021年海南岛汛期短时强降水逐年站次变化 (b)2017—2021年海南岛汛期短时强降水逐月站次变化

从2017—2021年海南岛汛期短时强降水年均短时强降水日分布来看(图5)，短时强降水的时间段呈现明显的单峰结构，主要时间段在14—19时，这是因为午后海南岛西北部海岸和大尺度陆风(偏西风)同向，受大尺度陆风的强迫，西北部形成了更强的海风入侵形式(即形成强的海风锋)，有利于当地出现短时强降水等强对流天气，之后，受大尺度下沉气流的抑制，局地辐合消失[14]，降水随之减弱。从各月份一日中出现短时强降水站次来看， 7月、8月、9月短时强降水站次最多，01∶00—09∶00短时强降水的频次比其他月份多。

图5 2017—2021年海南岛汛期短时强降水年均短时强降水日分布

2.2.2 汛期短时强降水雨强时间分布特征

统计2017—2021年海南岛各测站出现的短时强降水资料，对各测站短时强降水的逐时数据采用概率密度统计分析方法，由图6可见，4月份强降水峰值区主峰在13∶00—17∶00(北京时，下同)，次峰在凌晨05∶00—06∶00;5月强降水峰值区主峰在14∶00—19∶00，4月和6月强降水量级偏小，箱线图平均值分别为30.54mm/h和31.17mm/h， 7—9月的强降水峰值区在15∶00—18∶00时，与短时强降水的站次日分布规律基本一致。从海南岛年平均小时雨强逐月变化箱线图可以看出，5月和9月的平均雨强比其他月份偏大。5月和9月的平均雨强箱线图平均值分别是32.83mm/h和32.98mm/h(图7)。

图6 2017—2021年海南岛各月小时雨强日变化特征

图7 2017—2021年海南岛年均小时雨强逐月变化箱线图

2.2.3 汛期短时强降水高频次地区时间分布特征

由前文分析可知，Ⅰ区和Ⅱ区分别为海南岛汛期短时强降水的频发区，因此本文选取Ⅰ区的海口和Ⅱ区的琼海作为代表站，统计了其2017—2021年4—9月短时强降水的年均站次和1h极大雨强，和前文得出的结论基本一致，5月和8月是短时强降水的活跃期，海口地区比万宁地区短时强降水站次更多。海口的极大小时雨强在5月、6月和8月比东部的琼海强度大，分别为106.5mm/h、65.1mm/h和 91mm/h(图8)。

(a)2017—2021年海口、万宁地区短时强降水年均站次 (b)1h极大雨强时间分布(柱状)

3 结论

基于2017—2021年海南岛地面自动站逐小时降水数据，从年变化，月变化和日变化三个方面，对岛内短时强降水的时空分布特征进行了分析，结论如下：

①短时强降水的空间分布总体呈现北多、南少特征，高发区在海南岛西北部的海口、临高、澄迈、儋州、白沙、定安地区，多数站点汛期短时强降水次数在80～100次，中部的琼中和东部的琼海地区次之，其余地区是短时强降水低发区，汛期短时强降水站点次数在30～40次。

②海南岛汛期的短时强降水年际变化明显，2020年站次较少，2018年和2021年站次分别为6928次和6081次，年均站次5865站次；高发期在5月和8月，分别为1383站次和1397站次。

③汛期短时强降水的小时雨强各月分布不均，5月和9月的量级比其他月份偏大。5月的短时强降水主水汽通量散度8时为正值，14时转为负值，这是此二型上午少有短时强降雨，而午后短时强降雨迅速发展的原因之一。而西南气流型8时和14时底层水汽通量散度都为负值，所以相对而言西南气流型上午就出现了一定比例的强降雨，午后发生率的增长也比较平缓。