济阳区短时强降水天气变化特征研究分析

王华　鲁亓　王光辉

摘要 通过分析济阳区2008—2018年9处区域和国家级自动气象观测站降水观测资料，研究短时强降水天气的时间和空间分布特征，分析短时强降水年、月、旬、日变化特征、极值变化等。结果表明：（1）近11年来，短时降水出现次数呈增多趋势，2016年和2017年出现短时强降水的日数和站次数最多。（2）1 h降水量≥20 mm短时强降水一般出现在6—8月，7月最多，但是11年来7月短时强降水变化呈减少趋势;1 h降水量≥40 mm的短时特强降水都发生在7—8月。（3）出现短时强降水天气的时段以午后至傍晚居多，夜间次之，上午最少。（4）从空间分布看，11年来出现短时强降水最多的是济阳国家站，其次是位于济阳区西南方位的孙耿街道。（5）出现短时强降水时前24 h水汽压波动6月最大，最大和最小水汽压差值平均12.3 hPa，7月次之，8月最小，平均差值仅为4.5 hPa。8月水汽压普遍较高但变化波动小，这也是8月容易出现暴雨的主要原因。

关键词 济阳;短时强降水;变化趋势

中图分类号：P458.121.1 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2022）04–0088–03

近年来，短时强降水频繁发生，强降水出现的时间、落区和强度是预报中的一大难点，如何提高短时强降水的预报准确率成为短时预报中亟待解决的问题。利用2008—2018年济阳区域站和国家级自动气象观测站降水观测资料，分析研究短时强降水天气发生的时间和地理分布特征，研究短时强降水出现的时间、落区和强度，为济阳短时强降水预报提供参考依据。

1 资料来源

所有气象观测数据来自济阳区气象局，2008—2018年的济阳区域站和国家级自动气象站降水观测资料。

2 研究方法

采用线性统计法估算济阳区短时强降水气候变化趋势，趋势变化用一元线性回归方程表示：y=ax+b，式中x表示年份;a表示气候倾向率，称为该要素趋势变化率，用最小二乘法求得。主要用于定量描述气候序列的趋势变化特征，正数为增多，负数为减少[1]。

累积距平法是一种常用的判断序列变化趋势的方法，通过累积距平法绘制累积距平曲线，根据曲线的变化分析气象要素的具体变化过程，判断气象要素的阶段性变化，并判断出发生突变的大致时间：对序列xt，某一时段t的累积距平表示为：

式中x为多年平均值，xi为某时刻的降水雨，曲线上升表明该时段处于相对多降水期，反之则为相对少降水期，并且曲线趋势发生变化极可能是气象要素发生突变的结果[2]。

3 短时强降水时间变化特征

3.1 短时强降水年变化特征分析

通过分析2008—2018年常规观测资料和自动站降水观测资料，1 h降水量≥20 mm短时强降水11年共出现114站次，年平均为10.4站次[3]。短时强降水年变化趋势为：y = 0.4x +7.9636，由此可见，11年短时降水出现次数呈增多趋势，每10 a增加4次，增加趋势明显。由表1可知，2016年和2017年出现1 h降水量≥20 mm短时强降水的站次数最多，均为14次，涵盖共8个站。2011年和2014年出现的日数最少，均为7次。2010年短时强水的出现比较集中，9次中有8次出现在8月。

由表2可知，1 h降水量≥40 mm的短时强降水出现年份最多的是2017年。近11 a小时最大雨强为71.9 mm，出现在国家站2010年8月1日21：00～22：00。其次是孙耿街道2012年8月18日一次过程，17：00～18：00的小时降水量达到69.1 mm。

3.2 逐月变化特征分析

无论从2008—2018年1 h降雨量超过20 mm的短时强降水累计发生频次的分布情況，还是l h降雨量超过40 mm累计发生频次的分布情况来看，短时强降水各月分布特征，7—8月为短时强降水活跃期，其中7月最为活跃，其次为8月，9月后济阳短时强降水频次基本没有，5月后频次增加尤为明显，7月达到顶峰。从近11 a的变化趋势看，7月短时强降水呈减少趋势，5月、6月和8月呈明显增加趋势。其中8月增加趋势最明显，每10年增加2.6 d。而7月则以0.9 d/10 a的趋势减少，减少趋势不明显。

通过分析得知，济阳区主汛期存在延迟现象，由7月下旬至8月上旬延迟至8月上中旬。7—8月易出现范围较大的短时强降水。由短时强降水比较集中的6—8月逐年变化趋势图可知，6月变化波动较大（图1）;7月出现2个峰值和2个谷值，其中2个峰值分别在2013年和2017年，谷值分别为2010年和2014年（图2）;8月峰值为2010年，谷值分别为2013、2014年，且2010年7月的谷值恰好为8月的峰值（图3）。

3.3 逐日变化特征分析

济阳区短时强降水具有明显的日变化，午后至晚上是1 h降雨量≥20 mm短时强降水的主要发生时段，53%的短时强降水集中在北京时间14：00～21：00，其中15：00出现次数最多，共出现15次;其次是14：00、19：00;上午至中午时段是短时强降水发生较少的阶段，一天中最少的时段是北京时间22：00，11 a来仅出现过2次（图4）。主要是因为短时强降水以对流性降水为主，夏季最高温度一般出现在15：00后，即午后到前半夜是大气热力条件最有利于强对流出现的时段。从短时强降水强度来看，比较强的降水大部分出现在午后，1 h降雨量≥40 mm的短时强降水在上午至中午时段出现次数为0（图5）。

综上所述，短时强降水日变化特征差异较大，这种规律与大气环流调整紧密相关，6—8月，夏季风向北推进，南方水汽向北输送，水汽和热力条件有利于短时强降水的产生。由于大气环流的渐变因素，热力因素变化随纬度升高，影响减弱。但边界层的升温和升湿极易导致大气在垂直方向上的不稳定，造成对流性降水，这种对流以高低空不稳定最为明显，一般情况下，这种不稳定最易出现在日最高气温前后，因此，这种变化规律可作为短时强降水日变化预报的参考依据。

3.4 短時强降水的空间分布特征分析

2008—2018年济阳区1 h降雨量≥20 mm的短时强降水全区10个观测站年平均日数均在2次以上，位于济阳区中东部的国家站次数最多，11年共出现44次，年平均日数4.0次，其次是位于济阳区西南部孙耿镇，年平均日数3.7次;东北部曲堤年平均日数3.0次;出现最少的位于济阳区中部的回河街道，年平均日数2.0次。

3.5 出现短时强降水水汽压变化

降水是由空气中的水汽冷凝而产生。因此，在其他条件相同的情况下，空气中的水汽越多，降水必然越多。进一步分析2008—2018年山东济阳短时强降水前24 h水汽压变化特征。2008—2018年6月济阳国家站共出现5次短时强降水过程，出现短时强降水时前24 h水汽压基本呈逐渐上升的趋势，其中最大水汽压32.6 hPa，最大平均值28.3 hPa，最小水汽压10.4 hPa，最小值平均16.0 hPa，最大和最小水汽压的差值大部分在10 hPa以上，差值平均为12.3 hPa。最大差值出现在2009年6月27日，差值为16.3 hPa。

7月济阳国家站共出现13次短时强降水过程，最大水汽压38.6 hPa，最大平均值32.4 hPa，最小水汽压18.8 hPa，最小平均值26.0 hPa，最大水汽压和最小水汽压差值均在10 hPa以下，差值最小4.9 hPa，平均为6.4 hPa。7月水汽压普遍增大，短时强降水过程明显增多。

8月出现13次短时强降水过程，其水汽压最大和最小值的差继续减小。其中最大水汽压39.2 hPa，最大平均值31.4 hPa，最小水汽压20.7 hPa，最小平均值26.9 hPa，最大和最小值的差最小为2.0 hPa，平均4.5 hPa。

4 结论

（1）2008—2018年1 h降雨量≥20 mm和1 h降雨量≥40 mm短时强降水天气一般出现在6—8月，7—8月最多。短时强降水日数均呈增多趋势，且增加趋势明显。近11年的1 h最大雨强71.9 mm，出现在国家站2010年8月1日21：00～22：00。

（2）从近11年的短时强降水的月变化趋势看，7月短时强降水呈减少趋势，5月、6月和8月均呈明显上升趋势。但最近几年8月上中旬短时强降水的变化则呈明显的增加趋势。这一结果再次验证了近几年济阳区主汛期存在延迟现象。2008—2018年济阳区出现短时强降水具有明显的日变化，午后至晚上是短时强降水的主要发生期，53%的短时强降水集中在北京时间14：00～21：00，从短时强降水强度来看，比较强的降水大部分出现在午后。

（3）从空间分布看，位于济阳区中部的国家站出现次数最多，年平均4.0次，其次是位于西南部的孙耿街道，年平均3.7次，回河街道出现次数最少。

（4）6月出现短时强降水时水汽压有明显的波动，7、8月水汽压普遍增大，但波动明显减小。充足的水汽为降水带来有利条件，7月和8月是济阳区短时强降水最多的时期。

参考文献

[1] 杨学斌，代玉田，等. 2006—2015年山东短时强降水时空分布特征[J].海洋气象学报，2018，38（2）：103-108.

[2] 高帆，尹承美，蔡哲，等.济南市重大短时强降水过程特征分析[J].海洋气象学报，39（2）：131-141.

[3] 赵海军，曹洁，潘玲，等.2007-2019年山东省短时强降水时空分布特征[J].海洋气象学报，41（4）：149-155.

责任编辑：黄艳飞

Study and Analysis on the Characteristics of Short-term Heavy Precipitation Weather Change in Jiyang

WANG Hua et al （Meteorological Bureau of Jiyang District， Jinan， Shandong Province， Jiyang， Shandong 251400）

Abstract By analyzing the precipitation observation data of nine regional and national automatic meteorological observation stations in Jiyang from 2008 to 2018， the temporal and spatial distribution characteristics of short-term heavy precipitation weather were studied， and the annual， monthly， ten-year， daily change characteristics and extreme value changes of short-term heavy precipitation were analyzed. The results showed that： （1）In recent 11 years， the frequency of short-time heavy precipitation showed an increasing trend， and the number of days and stations with short-time heavy precipitation was the largest in 2016 and 2017. （2）1 hour precipitation≥20 mm short-term heavy precipitation generally appears from June to August， with the most precipitation in July， but the change of short-time heavy rainfall in July showed a decreasing trend in the past 11 years; Short-term exceptionally strong precipitation of 1 hour≥40 mm occurs from July to August. （3）The time period of short-term heavy precipitation weather was mostly from the afternoon to the evening， followed by the night， and the least in the morning. （4）From the perspective of spatial distribution， In the past 11 years， jiyang National Station had the most short-time heavy rainfall， followed by Sungeng Street located in the southwest of Jiyang District. （5） The fluctuation of hydropressure in the 24 hours before the occurrence of short-time heavy precipitation was the largest in June， and the difference between the maximum and minimum hydropressure was 12.3 hPa on average， followed by July and August， with an average difference of 4.5 hPa. In August， the water pressure was generally higher but the fluctuation was small， which was also the main reason why August was prone to heavy rain.

Key words Jiyang; Short-term heavy precipitation; Changing trends