基于区域自动站的宁波地区短时强降水特征分析

水旭琼 林陈爽

摘要 利用2013—2022年228个自动站逐小时降水观测资料，对宁波地区短时强降水时空分布特征进行研究分析。结果表明：（1）宁波地区短时强降水/极端短时强降水频次占比均存在明显的年际变化。（2）宁波地区短时强降水月际分布总体呈现单峰型，峰值出现在8—9月，从日变化来看，14：00～19：00是短时强降水高发时段；极端短时强降水月变化和日变化特征与短时强降水总体相似，但分布更为集中。（3）宁波地区短时强降水和极端短时强降水空间分布特征存在显著差异，象山地区和中心城区是强降水高发区域，且为平均雨强和极端雨强中心，是需要重点关注的预报服务区域。西部山区是全市短时强降水概率最高的区域，但出现极端短时强降水的概率相对较低。

关键词 小时雨量；短时强降水；极端短时强降水；时空分布特征

中图分类号：P426.6 文献标识码： 文章编号：2095–3305（2023）07–0219-04

随着气候变化，短历时强降水已成为宁波地区的主要灾害性天气之一，极易引发山洪、小流域洪水、滑坡、城市内涝等极端灾害和衍生灾害，给本地区国民经济尤其是生产生活带来了诸多不利影响。近年来，针对分析短时强降水发生的成因和大尺度环流背景，高低空急流与短时强降水的关系等在国内已有不少研究，但短时强降水突发性强、空间尺度小，致使其一直是临近预报预警的一大难题，研究一个地区短时强降水的时空分布特征有利于深入认识该地区相关灾害时空演变特征，从而提高预报准确率和增加预报提前量[1-3]。

目前，已有不少学者研究了短时强降水时空分布特征，取得了较多的成果。卢伟萍等[4]对广西地区的短时强降水时空分布特征进行分析，指出该地区短时强降水发生范围广，极值区集中，发生频次整体呈年际上升趋势。吕劲文等[5]对2012—2016年6—9月浙江省午后短时强降水的时空分布进行分析，探讨其发生的环流背景及局地热力条件、地形辐合等触发因子的特点。杨诗芳等[6]分析了杭州短时强降水的发生规律，表明该地区短时强降水雨量极值大多出现在台汛期，也有少数在梅汛期，一年中发生短时强降水的月份为4—10月，主要发生在6—9月，7、8月为高峰期。

通过对2013—2022年宁波地区出现的短时强降水和极端短时强降水事件进行研究，从时空分布、雨强和极值等方面对短时强降水进行统计分析，为宁波地区短时强降水精细化预报奠定基础，为有效防灾减灾提供科学依据。

1 资料与方法

1.1 区域概况及资料来源

宁波市地势呈西南高、东北低（图1a）。西南部为低山丘陵区，有西南—东北走向的四明山脉，分布于余姚、海曙、奉化，最高海拔高度达800 m以上；南部地区天台山支脉由宁海西南入境，经象山港展延成南部诸山；东北部和中部为宁绍冲积平原的甬江流域平原，地势平坦。

本研究所用逐小时降水观测数据来源于浙江省气象信息中心，数据经过质量控制。考虑到资料的完整性和连续性，选取宁波地区数据完整率达到90%以上的站点，共228个观测站参与统计分析，其空间分布见图1b。需要指出的是，本研究所用资料为整点降水资料，会导致部分滚动60 min雨量超过20.0 mm/h的短时强降水因被划分到2个小时段而无法被识别，从而本研究统计的短时强降水频次略低于实际发生频次。

1.2 短时强降水的定义及统计方法

短时强降水是指短时间内降水强度较大，其降水量达到或者超过某一量级的天气现象。参照气办发〔2017〕32号文件《短时临近天气业务规定》，将短时强降水定义为≥20.0 mm/h，为了分析短时强降水的极端性，参考俞小鼎[7]将极端短时强降水定义为≤50.0 mm/h。

分别统计短时强降水和极端短时强降水的频次（频次占比）、平均雨强、极端雨强等指标，分析宁波地区短时强降水的时空分布特征。

2 结果与分析

2.1 时间分布特征

2.1.1 年际变化 2013—2022年宁波地区短时强降水共出现15 329站次，逐年波动较大。图2a表明，2017和2020年占比相对最小，分别为6.2%和6.4%，2015和2021年占比相对较大，分别达12.3%和13.9%，最大年份约为最小年份的2.2倍。极端短時强降水共出现783次，逐年波动较短时强降水更为显著，极端短时强降水2013年占比最大，为20.3%，其次为2021年13.0%，占比较小的年份有2017、2020、2022年，均不足5%，最大年份约为最小年份的4.4倍。大部分年份短时强降水和极端短时强降水具有同步变化趋势，但个别年份两者差异明显，如2013、2022年。

结合逐年雨强箱线图（图2b）分析可知，大部分年份25%分位接近23.0 mm/h，除2013年和2018年外，75%分位很少超过34.0 mm/h，即雨强主要集中在23.0～34.0 mm/h。年平均雨强均在30.0 mm/h左右，最大2013年32.5 mm/h，最小2021年28.1 mm/h。除2015、2017、2020、2022年的雨强没有超过100.0 mm/h外，其余年份均出现超过100.0 mm/h，其中2018年最多，有7次。

2.1.2 月变化和日变化 通过对图3宁波全市站点短时强降水频率月变化和日变化分布分析，从月变化柱状图来看，冬季12月至翌年2月出现短时强降水的概率较低；从4月开始短时强降水出现频率逐渐增高，主要集中在6—10月，占全年92.4%，峰值出现在8—9月，约占全年总频次的51.7%。从日变化柱状图来看，短时强降水任意时段皆可能出现，其中午后到傍晚15：00～19：00是高发时段，但日变化特征在不同月份存在一定差异。4—6月日变化相对平缓，并呈弱双峰特征，峰值出现在18：00～20：00，08：00～09：00存在次峰值。7—9月日变化特征最明显，主要呈单峰型，峰值出现在15：00～19：00，该时段副热带高压强盛，午后到傍晚热力和不稳定条件好，易触发强对流天气有关[8-9]。10月峰值出现在04：00～06：00，秋季强对流天气逐渐减弱，强降水主要由台风导致，由于台风强降水样本相对较少，因此10月降水日变化峰值可能带有一定随机性。

分析图4宁波全市站点极端短时强降水频率月变化和日变化分布可以发现，极端短时强降水月变化和日变化相对于短时强降水特征更为显著。从月变化柱状图来看，极端短时强降水4—11月均有发生，但主要集中在7—10月（年频次超过100次），占全年94%，月际分布总体呈现单峰型，峰值出现在8—9月，约占全年总频次的62.3%。由此可见宁波地区极端短时强降水事件主要由夏季午后强对流和台风导致。从日变化柱状图来看，极端短时强降水频率日变化特征与短时强降水特征总体相似，任意时段皆可出现，但集中度更高。8月的日变化特征最明显，主要集中在14：00～19：00，其中16：00～17：00尤为突出。10月06：00～09：00存在另一个峰值，主要集中在08：00。由于宁波属于沿海地区，因此，海陆风环流对极端短时强降水的增幅作用不可忽视。

2.2 空间分布特征

从宁波市短时强降水年平均次数空间分布（图5a）可见，全市的短时强降水空间分布不均匀，概率较高区域为四明山区、宁海山区、象山等地，年平均次数超过8次的有50个站点，最高频次为象山新桥站达12.9次/年，其次余姚丁家畈10.9次/年。地形对短时强降水形成有一定的促进作用，孟英杰等[10]研究表明：地形抬升对暴雨的作用十分重要，可使水汽凝结加强、降水强度加大，在有利的大尺度环流背景下能够触发不稳定能量释放，激发中尺度强降水天气。此外，中心城区也是短时强降水的易发区域，蔡奕萍等[11]研究表明：城市作用对稳定滞缓的降水系统有阻碍效应，导致城区的降水强度增大。廖镜彪等[12]也指出城市化进程加快后，城市的极端降水天气呈明显增加的趋势，这可能是由于城市建筑物高低不一，其粗糙程度比附近郊区大，这不仅会引起湍流，还对稳定滞缓的降水系统有阻碍效应，使其移动速度减慢，在城区支流的时间增加，从而导致城区的降水强度增大，降水时间的延长。

根据宁波市极端强降水年平均次数空間分布（图5b）来看，西部山区极端强降水年频次明显较小，极端短时强降水高频次中心相对分散。北仑西部—鄞州东部—象山一线相对多发，年平均次数多于1次的有2个站点，分别是象山新桥1.2次/年和鄞州塘溪1.0次/年。此外，中心城区、奉化城区、慈溪等区域也是极端短时强降水相对高发区域。

图6表明，宁波地区短时强降水平均雨强和极端雨强空间分布特征比较相近。象山地区短时强降水平均雨强和极端雨强均表现为雨强高值区，其他地区则表现为城区和平原雨强明显高于西部山区。极端雨强超过100.0 mm/h的站点有14个，主要分布在象山、鄞州、余姚北部，最强出现在象山麦地山，为180.8 mm/h。

总体而言，象山中部地区短时强降水和极端短时强降水出现频率均较高，且为平均雨强和极端雨强中心，究其原因可能与台风活动密切相关。其次为中心城区以及慈溪奉化等地的平原区域，短时强降水和极端短时强降水出现频率相对较高，该区域为宁波地区主要人口居住地，是需要重点关注的强降水预报服务区域。西部山区是全市短时强降水概率最高的区域，但出现极端短时强降水的概率相对较低，因此需要重点关注雨强在20.0～50.0 mm/h之间的持续性短时强降雨。

3 结论

利用2013—2022年宁波市的228个自动站逐小时降水观测资料，对宁波地区短时强降水的时空分布特征进行研究分析。结果表明：

（1）宁波地区短时强降水和极端短时强降水频次逐年波动较大，短时强降水（极端短时强降水）频次最高年份约为最低年份的2.2倍（4.4倍），大部分年份的短时强降水和极端短时强降水具有同步变化趋势，但个别年份两者存在显著差异。短时强降水小时雨强主要集中在23.0～34.0 mm/h之间，年平均雨强年际变化不大，均在30.0 mm/h左右，极端雨强年际变化明显，2018年出现100.0 mm/h雨强次数最多，最强达到180.8 mm/h。

（2）短时强降水主要集中在6—10月，占全年92.4%，峰值出现在8—9月，约占全年总频次的51.7%；短时强降水任意时段皆可能出现，其中15：00～19：00是高发时段。极端短时强降水的月变化和日变化特征与短时强降水总体相似，但分布更为集中，7—9月14：00～19：00极端短时强降水频次约占总频次的41.3%。8—9月正值台汛期，午后强对流和台风是造成短时强降水和极端短时强降水的主要天气系统。

（3）宁波地区的短时强降水和极端短时强降水空间分布不均匀。短时强降水概率较高区域为四明山区、宁海山区、象山等地，此外中心城区也是短时强降水易发区域，说明山区地形、城市热岛效应对短时强降水的形成有一定促进作用。而极端短时强降水中心主要分布在象山地区和主城区，四明山区到宁海山区则不易出现极端短时强降水，象山地区极端短时强降水主要是由台风影响造成的，主城区极端短时强降水则与午后强对流降水密切相关。因此，象山地区和中心城区是强降水高发区域，且为平均雨强和极端雨强中心，是需要重点关注的预报服务区域。西部山区是全市短时强降水概率最高的区域，但出现极端短时强降水的概率相对较低，需要重点防范雨强在20.0～50.0 mm/h之间的持续性降雨。

参考文献

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Analysis of Short-term Heavy Rainfall Characteristics Based on Regional Automatic Stations in Ningbo Area

Shui Xu-qiong et al（Ningbo Jiangbei Meteorological Bureau， Ningbo， Zhejiang 315000）

Abstract Using hourly precipitation observation data from 228 automatic stations from 2013 to 2022， analyzed the spatiotemporal distribution characteristics of short-term heavy precipitation in the Ningbo area. The results indicated that： （1） there was a significant interannual variation in the frequency ratio of short-term heavy precipitation/extreme short-term heavy precipitation in the Ningbo region. （2） The monthly distribution of short-term heavy precipitation in the Ningbo area generally presents a single peak pattern， with the peak appearing from August to September. From daily changes， 14：00 to 19：00 were the periods of high occurrence of short-term heavy precipitation; The monthly and daily variation characteristics of extreme short-term heavy precipitation were similar to those of short-term heavy precipitation， but their distribution is more concentrated. （3） There was a significant difference in the spatial distribution characteristics of short-term heavy precipitation and extreme short-term heavy precipitation in the Ningbo region. The Xiangshan region and the central urban area were areas with high incidence of heavy precipitation， and were centers of average and extreme rain intensity， making them important forecasting service areas that need to be focused on. The western mountainous area has the highest probability of short-term heavy Probability of precipitation in the city， but the probability of extreme short-term heavy precipitation is relatively low.

Key words Hourly rainfall; Short-term heavy rainfall; Extreme short-term heavy rainfall; Temporal and spatial distribution characteristics