织金县短时强降水时空分布特征分析

2022-07-08施倩雯柯莉萍赵庭飞

气象水文海洋仪器 2022年2期

施倩雯，柯莉萍，聂祥，杨洋，赵庭飞

(1.贵州省织金县气象局，织金 552100；2.贵州省威宁县气象局，威宁 553100；3.贵州省毕节市气象局，毕节 522400)

0 引言

短时强降水作为一种具有明显局地性和突发性的天气现象，往往会引起山洪、滑坡、泥石流等次生灾害，对人民生活、农业生产等造成较大影响。2016-07-19-2016-07-20，华北出现极端强降水天气，短时强降水特征明显，河北、河南等地小时雨强达50～100 mm，局地达100 mm以上，最大小时雨强为河北赞皇县石岩139.7 mm，造成河北部分地区受灾严重[1]。因此短时强降水天气过程的准确预报对于气象防灾减灾工作有着重要意义，又因其发展迅速，局地性强的特点，一直是众多气象工作者的研究重点[2-4]。陈炯等基于1991-2009年4—9月国家基本基准气象站逐时降水资料，发现大陆短时强降水月际分布与东亚夏季风活动密切相关，日变化表现为明显的三峰型，且不同下垫面区域短时强降水峰值时段、持续时间显著不同[5]；毛冬艳等分析发现西南地区短时强降水主要集中在4-10月，且贵州东南部为3个强降水高发区之一，主要以30 mm/h以上的小时降水强度为主，且具有明显的夜发性[6，7]；肖蕾等通过对贵州短时强降水作时空分析发现贵州短时强降水空间分布与地形特征密切相关，整体呈现南多北少、东多西少的分布特征，雨强也整体表现为南强北弱的分布特征[8]；石艳等在证明区域站资料具有参考价值的基础上，进一步分析贵州省短时强降水特征及其与因灾死亡人员发生的关联性，发现暴雨区域主要集中在贵州省的西南部、东北部及东南部，且以西南部暴雨区域范围最大。同时其研究结果表明织金县属于西南部暴雨区域范围，且织金县桂果镇、黑土乡、珠藏镇属致灾(人员死亡)强降雨易发乡镇[9-11]。

织金县地处乌江上游支流六冲河与三岔河交汇处的三角地带，属亚热带高原季风温润气候，是“黔中经济区”的重要组成部分和“毕水兴能源资源富集区”的规划区域，也是毕节试验区连接黔中经济区、滇中经济区和黔北经济协作区的重要节点。同时，织金作为贵州省西南部暴雨集中区的一部分[12-15]，每年都受到强降水引发的洪涝、山体滑坡、泥石流等次生灾害带来的不同程度的影响，而短时强降水的预报难度为该县气象防灾减灾工作带来一定困难。文章通过对织金县短时强降水时空分布特征进行研究分析，为掌握其降水特征、做好预报分析提供一定参考依据。

1 数据来源与处理

为保证区域站资料的数据完整性及代表性，文章选取2010—2020年4-10月包括织金县国家基本气象站在内的26个站点逐小时降水数据作为研究对象。短时强降水以中央气象台业务规定作为标准：1个站点1 h降雨量大于20 mm，记为1次；1个站点多个时次达到标准，或多个站点同个时次达到标准，累加统计。为更好地分析短时强降水时空分布特征，文章参考肖蕾等的标准，将短时强降水分为20 mm≤R1h<40 mm、40 mm≤R1h<60 mm、60 mm≤R1h<80 mm、R1h≥80 mm 4个等级。

2 结果与分析

2.1 空间分布特征

由短时强降水频次空间分布可知，2010-2020年织金县累计发生短时强降水1827站次，平均70次/站，发生频次最多为珠藏111次、最少为八步33次，其空间分布整体表现为中南部高值区、北部低值区，且在中南部高值区存在3个高频中心，分别位于阿弓、珠藏以及猫场、实兴、牛场3个乡镇交界处，均大于90次/站；由平均降水强度空间分布可知，2010-2020年织金县短时强降水平均降水强度为26.5～33.9 mm/h，空间分布整体表现为中部降水强度整体大于四周，且在三甲、桂果一带表现为降水强度高值区，在该县东北部边缘一带存在降水强度低值区；最大降水强度在43.9～135 mm/h，空间分布与平均降水强度表现较为一致。值得注意的是，短时强降水高频中心与降水强度高值中心表现并不一致，但在东北边缘一带均表现为一致的低值区。

图1给出了20 mm≤R1 h<40 mm等级降水量占总降水量百分比的空间分布图，由图可知，织金县东北部短时强降水少发区以及降水强度低值中心主要以20～40 mm/h等级降水为主，占总降水量80%以上，而降水强度高值中心(三甲、桂果一带)则表现为20～40 mm/h等级降水占比不高，尚未达到60%，与降水平均强度、最大强度空间分布有一定的一致性，表明该县≥40 mm/h等级的短时强降水对降水强度大值区贡献较大，对短时强降水频发中心贡献较小。

图1 20 mm≤R1h<40 mm等级降水量占总降水量百分比空间分布(单位：%)

2.2 时间分布特征

2.2.1 年际变化特征

图2给出了织金县短时强降水发生站次和平均强度年际变化曲线，由图可知，该县短时强降水发生站次在88(2013年)～254站次(2019年)，平均强度在28.4(2010年)～34.2 mm/h(2013年)，整体呈上下波动状态，没有明显的变化趋势。

图2 短时强降水发生站次和平均强度年际变化

2.2.2 月际变化特征

图3给出了2010—2020年4-10月织金县短时强降水发生站次和平均强度月际变化，由图可知，该县短时强降水发生站次月际变化呈明显单峰型，最大值为6月574站次，最小值为10月58站次，且6月、7月为短时强降水高发期，占比达55%。与之相比，平均降水强度只在6月表现为降水强度大值区，为31.9 mm/h，在4月和10月表现为降水较弱月份，分别为27 mm/h、27.2 mm/h，其余月份强度未表现出明显的变化趋势。结合各等级短时强降水站次月际分布(图4a)可以看出20 mm≤R1h<40 mm、40 mm≤R1h<60 mm、60 mm≤R1h<80 mm等级降水量发生站次与短时强降水发生总站次与月际分布较为一致，均表现为明显的单峰型，且6月均为短时强降水发生最为频繁时期，其中20 mm≤R1h<40 mm、40 mm≤R1h<60 mm均以7月为次高峰期，以10月为发生短时强降水最少时期，60 mm≤R1h<80 mm则以5月为发生次高峰期，4月和10月均无该等级短时强降水产生，而R1h≥80 mm则只发生在6月、7月和9月，其中9月只发生1次，7月为发生最频繁时期。图4(b)给出了各等级短时强降水降水量占总降水量百分比逐月分布，由图可以看出，20 mm≤R1h<40 mm、40 mm≤R1h<60 mm两个等级的趋势变化呈反向，但均以20 mm≤R1h<40 mm等级降水量占比最高，最小为6月68%，4月和10月占比均超过90%，40 mm≤R1h<60 mm、60 mm≤R1h<80 mm、R1h≥80 mm占比则分别以8月、5月、7月最高，占比分别为22.7%、9.3%、3.1%。进一步说明了织金县短时强降水月际分布结构：除R1h≥80 mm等级外，其余各等级均以6月为短时强降水高发期，且各月短时强降水降水量占比均与强度等级成反比。

图3 短时强降水发生站次和平均强度月际变化

图4 各等级短时强降水站次(a)和各等级降水量占总降水量百分比(b)逐月分布

2.2.3 日变化特征

通过分析该县短时强降水发生站次和平均强度日变化曲线可知，织金县短时强降水发生频次同月际分布相同表现为明显的单峰型，在00：00达到顶峰，为193站次，22：00—04：00共计7个时次为短时强降水频发期，各时次均超过100站次，累计发生1132站次，占总站次62%。00：00后，发生站次逐时下降，在11：00达到最低值，仅仅只有7站次，08：00-20：00，13个时次累计发生短时强降水420站次，占比仅为23%，尚未达到短时强降水频发期发生站次的一半，说明该县降水以夜间为主，20：00以后为主要降水时段，至22：00达到降水发生频繁期。相比较而言，平均雨强日变化特征表现较弱，存在3个明显峰值：21：00、23：00及8：00，分别为32.6 mm/h、32.9 mm/h、33.5 mm/h，但能明显看出夜间平均降水强度明显大于白天，21：00-08：00平均降水强度为31.2 mm/h，09：00-20：00平均降水强度为27.7 mm/h，进一步说明该县短时强降水夜雨特征。

结合各等级短时强降水站次日变化曲线可以看出20 mm≤R1h<40mm等级短时强降水日变化与总站次日变化趋势几乎完全一致，均表现为明显的单峰型，最大值依旧出现在00：00，为160站次，最小值依旧出现在11：00，为7站次；40 mm≤R1h<60mm等级短时强降水日变化与总站次变化趋势较为相似，但其最大值出现在23：00，且在08：00存在一个小高峰；而对于R1h≥60 mm等级的短时强降水则主要出现在晚21：00至凌晨06：00，累计站次达51站次，其余时次仅出现5站次。从各等级降水量占总降水量百分比日变化曲线可以看出20 mm≤R1h<40 mm等级降水量夜间(20：00-08：00)多在70%左右呈波动起伏状态，在07：00达到一个小峰值，占比达86%，随即又在08：00达到一个最低值，占比仅为59%，而在白天时段(11：00-19：00)，该等级降水量占比除在18：00为74%以外，其余时次均大于80%，在11：00-13：00更是达到了100%。这进一步表明织金县短时强降水多出现在夜间时段，且夜间降水强度明显高于白天，此外值得注意的是，08：00虽然降水发生不算频繁，但其40 mm/h以上降水占比为41%，为所有时次中最大值，且以40 mm≤R1h<60 mm等级短时强降水为主。