潮州极端短时强降水时空分布特征及地形作用

丁丽佳，谢汉良，佘元标，凌良新，林嘉慧，徐振樾

（1.潮州市气象局，广东 潮州 5 2 1 0 0 0；2.饶平县气象局，广东 饶平 515700；3.潮州市突发事件预警信息发布中心，广东 潮州 521011）

潮州市地处广东省东南部，南临南海，属南亚热带季风气候区。地势总体北高南低，地貌类型复杂多样，有山地、丘陵和平原，海拔高差约1 400 m，主要山脉有粤闽交界的武夷山系嶂宏山脉支脉和潮梅交界的莲花山系凤凰山脉。春夏季受西风槽、季风、台风等天气系统影响，在地形等因素的作用下，易出现局地强降水天气，造成城市内涝、山洪和山体滑坡等次生灾害，对人民生命财产安全造成严重威胁。2016年8月9日潮州市饶平县浮滨镇出现短时强降水，小时雨量达61.7 mm，导致出现山洪爆发，其下游的青岚地质公园内6名参观者闪避不及被山洪冲走，其中4名死亡的惨重事故。

近年来，不少学者对极端短时强降水的发生和发展进行研究，取得不少成果。例如申莉莉等［1］、刘佩廷等［2］、伍红雨等［3］分别利用国家气象观测站资料对京津冀地区、华中区域、广东省极端短时强降水特征进行分析，结果显示极端短时强降水的日变化明显，而且区域差异显著；陈芳丽 等［4］、黄 先 香 等［5］、钟 雄 炎 等［6］、梁 钟 清等［7］对广东极端强降水个例进行分析，指出地形对极端强降水有增幅作用。以往关于不同地区强降水时空分布特征的研究多为省级或以上区域，且多基于县级观测站点资料，空间分辨率较低，难以刻画复杂地形下强降水的分布特征。广东极端短时强降水的地区差异显著［8］，潮州市地处广东省的东南部，地形复杂，影响天气系统种类多，暴雨山洪內涝等灾害频发，而对其强降水时空分布特征的研究却尚不多见。本研究利用潮州国家及区域自动站资料，分析极端短时强降水时空分布特征，为潮州极端短时强降水的精准预报提供理论支撑，为潮州暴雨洪涝及地质灾害风险防控提供技术参考。

1 资料与方法

1.1 资料及来源

本研究使用2013年以前建成的51个区域观测站及2个国家观测站的逐时降水资料，资料年限为2013—2020年。资料来源于自动气象站月报表。所用站点分布较为均匀，海拔高度4～1 340 m，能较好反映潮州市降水空间分布特征（图1）。

图1 广东省潮州市地形及站点分布

1.2 资料质量控制

依据现行的中华人民共和国气象行业标准《地面气象观测资料质量控制QX／T118-2010》，并参考相关质量控制文献［9-10］，采用以下方法对自动站逐小时降水资料进行质量控制。

（1）界限值检查：超越气候学界限值和区域界限值范围的数据为错误。潮州地区的气候学界限值和区域界限值范围均为0～150 mm／h。

（2）时间一致性检查：当降水量（R）≥1 mm，连续4个及以上时次相等，则相应数据判为错误。

（3）空间一致性检查：当被检站点R＞5 mm时，与邻近（半径10 km）的自动站数据比较，当出现下列情况①或②之一时，则认为被检站该时次数据可疑：①被检站点R＞3倍邻近站降水量；②被检站点R＜1／3邻近站降水量。对于检查出的“可疑”数据利用雷达反射率［11］、预警发布、灾情等实况资料进行甄别，判定降水观测资料是否异常。

1.3 极端短时强降水的定义及统计方法

本研究采用1 h R≥50 mm的标准定义极端短时强降水事件［12］。根据此标准，首先对2013—2020年潮州市各站点的逐时降水资料进行筛选，统计各站点的极端短时强降水次数；再计算出各站点出现极端短时强降水的逐年、逐月、逐时的平均次数；最后计算相应时段全市的出现频次。根据上述标准筛选出的极端短时强降水有1 863次，通过质控，有可疑数据41个，通过甄别，判断其中有3个数据有误，予以剔除，总共得到1 860个数据。

本研究资料的统计分析使用Excel软件、空间分析使用surfer软件进行。

2 结果与分析

2.1 极端短时强降水的时间分布特征1）逐年分布。

2013—2020年潮州市出现极端短时强降水的频次呈波动下降趋势（图2），其中2013年出现频次最多，平均每站达7.3次，2014年有所下降，2015—2016年又明显增加，达到6次左右，2017—2020年明显下降，其中2020年仅1.8次。从图2还可以看出极端短时强降水发生频次多的年份年降水量相对较大，计算极端短时强降水发生频次与年雨量两个序列的相关系数为0.89，通过0.01显著性水平检验，相关显著，表明极端短时强降水发生多寡对潮州市的年降水量有较大影响。

图2 潮州市极端短时强降水频次的年变化

2）逐月分布。

从逐月的极端短时强降水分布情况（图略）看，除1、11月未出现1 h R≥50 mm的极端强降水外，其他月份均出现，多数出现在4—9月，占总次数的96.9%，月分布存在双峰特征，主峰出现在8月份，平均每年每站达1.2次，次峰出现在6月份，为0.8次。

上述分析发现，潮州市的极端短时强降水多发生于汛期，主峰出现的8月份是后汛期台风影响主要时段，说明热带气旋降水对潮州市的极端短时强降水的出现贡献较大。次峰出现的6月份是西南夏季风爆发，热带辐合带北抬影响华南沿海的时段，可见热带辐合带是6月份潮州极端短时强降水的主要天气系统。

3）日变化。

从极端短时强降水的日变化（图3）可以看出，14：00—19：00、22：00—00：00出现的频次较高，在0.2次以上，其中17：00、18：00在0.3次以上；03：00—11：00是少发时段，出现频次少于0.15次；08：00—20：00出现的频次是20：00—08：00的1.4倍。综上可知，潮州市的极端短时强降水多发生在白天段，呈双峰型的日变化特征，主峰出现在午后到傍晚，次峰出现在上半夜到午夜。分析结果与广东小时强降水日变化特征［3］存在差异，广东省日变化为双峰型，主峰是下午到傍晚，次峰在早晨。午后到傍晚时段的热力条件有利于强对流天气的发生，这可能是造成潮州极端短时强降水多发生于午后到傍晚的主要原因，但是上半夜到午夜出现次峰的原因还有待进一步分析。

图3 潮州市极端短时强降水频次的日变化

2.2 极端短时强降水的空间分布特征

2.1节结果显示，潮州极端短时强降水主要出现在4—9月，因此本研究重点分析4—9月的空间分布特征；而极端强降水日变化的空间分布特征方面，将每日按早晨（06：00—08：00）、上午（09：00—11：00）、中午（12：00—14：00）、下午（15：00—17：00）、傍晚（18：00—20：00）、上半夜（21：00—23：00）、午夜（00：00—02：00）、下半夜（03：00—05：00）进行分段，分析各时段内极端短时强降水的空间分布特征。

1）月空间分布。

从各月极端短时强降水的空间分布（图4）上可以看出，4—6月潮州市的极端短时强降水出现频次逐月增加，4月高频中心主要位于中部，5月除了中部外，南部地区也出现分中心，6月份南部沿海发生频次明显增加；7与5月的分布情况接近，但比5月发生频次更高；8月发生频次明显增加，而且除了中部和南部的高频中心外，西北部出现了频次更高的中心，9月高频中心主要位于中部到西北部。

图4 潮州市极端短时强降水空间分布月变化（单位：次）

结合潮州的地形图（图1）可以看出，4—7月极端短时强降水出现频次较高的区域主要位于中部，也即是平原到山区的过渡区域；8—9月分布情况明显不同，在西北部高海拔山区出现了高频中心，表明了8—9月，除了平原到山区的过渡区域外，高海拔山区更是极端短时强降水的高发区。另外前面逐月的时间分布特征分析结果显示6月份的平均发生频次高于9月份，而从空间分布看，9月份的高频中心发生极端短时强降水的频次要高于6月份，说明9月份出现极端短时强降水的局地性更强。

2）日空间分布。

从极端短时强降水空间分布的日变化（图5）可以看出，下半夜到上午（图5c-e）发生的频次较低，主要出现区域是在饶平县的中部和潮安区的西北部；中午起发生频次逐渐增加，且有由中南部逐渐向北传播的趋势，到上半夜至午夜，高频区域主要位于中部偏北海拔较高地区。

图5 潮州市极端短时强降水空间分布日变化（单位：次）

2.3 极端短时强降水空间分布与地形关系

广东省天气预报技术手册中指出，迎风坡、喇叭口地形、河谷、海陆分布等地形效应对降水有增幅作用［13］。分析潮州市短时强降水频次与地形、河流及海陆分布关系，总结出短时强降水高发区的地形或下垫面特征有3种类型。

1）迎风坡地形。

根据第2章分析结果，并结合潮州地形，本研究将潮州迎风坡作用分为3类：东南、西南和东北迎风坡。

（1）东南风迎风坡，主要有两个区域，一个位于饶平县中部的东山镇-汤溪镇-浮山镇-浮滨镇、建饶镇，其西侧为凤凰山脉，东侧为嶂宏山脉，两侧山脉形成了饶平县中部的山谷地形；另一个在潮安区的西部登塘镇附近，其东北侧及西南侧分别为山地，登塘镇位于两山之间的谷地。当该地东南风加强后，气流进入山谷，地形收缩使得气流辐合加强，进而加大气流上升运动，导致降水增大。

（2）西南风迎风坡，主要位于潮安区中北部的文祠镇到万峰林场，其南部为潮汕平原，东北侧为凤凰山脉，当该地西南风加强后，在迎风坡抬升，导致降水增大。

（3）东北风迎风坡，主要位于潮安区西南部的沙溪镇，其西南侧为桑浦山，当边界层出现来自台湾海峡的东北急流时，易在其东北侧抬升，导致降水加剧，且持续时间较长。

2）河谷地形。

河谷地形主要位于潮安区北部赤凤镇。该镇建于韩江沿江两岸的河谷地带，两侧为山区，气流沿韩江而上，由于河道变窄，加之两侧山脉的夹击形成的喇叭口地形，使得气流辐合加强，进一步加大大气上升运动，形成强烈降水。

3）沿海地区。

该类型主要位于饶平县南部沿海乡镇，主要是台风影响形成的强降水。该区域处于海陆交界，当热带气旋在潮州市及其西侧登陆时［14］，饶平沿海有明显的东南风，由于地形抬升使得气流辐合加强，加强了降水强度。

3 结论

1）2013—2020年潮州市出现极端短时强降水的频次呈波动下降趋势，与年雨量有明显正相关关系。

2）汛期（4—9月）是潮州发生极端短时强降水的主要时段，呈双峰型分布，主峰在8月份，次峰在6月份。

3）潮州市极端短时强降水逐时分布呈双峰型，下午到傍晚是主要发生时段，其次是上半夜到午夜。

4）潮州市极端短时强降水的空间分布不均，4—6月潮州市的极端短时强降水出现频次逐月增加，高频中心由中部逐渐扩展到南部；8月发生频次明显增加，出现西北部、中部偏东、西南部多个中心，9月高频中心主要位于中部到西北部。极端短时强降水空间分布的日变化存在中午起发生频次逐渐增加，且有由中南部逐渐向北传播的趋势，到上半夜至午夜，高频区域主要位于中部偏北海拔较高地区。

短时强降水的空间分布与地形关系密切，多产生于迎风坡、河谷和沿海等地形，在精细化网格预报中需加强上述地区各类气象条件综合研判。