深圳市“龙舟水”的时空特征及致灾风险分析

2023-10-30王明洁徐婷王书欣王蕊张舒婷张蕾

广东气象 2023年5期

王明洁，徐婷，王书欣，2，王蕊，2，张舒婷，张蕾

（1.深圳市气象局，广东深圳 518040；2.深圳市国家气候观象台，广东深圳 518040）

每年4—6月是东亚地区冬夏季风转换季节，西太平洋副热带高压北移，夏季风活跃，将洋面上暖湿空气向华南输送，而冷空气虽然逐渐减弱，但仍频繁影响华南，冷暖空气交汇，导致了华南前汛期多雨季［1－3］。南海夏季风爆发后，5月下旬到6月中旬华南会出现强而集中的降雨高峰期，因正处于端午前后，俗称“龙舟水”［4－5］。如果恰与天文大潮或风暴潮叠加，江河排水速度下降，甚至发生海水倒灌，造成洪涝以及山洪、泥石流和山体滑坡等地质灾害，如2008年广东遭遇了史上最强的“龙舟水”，诱发了严重洪涝和泥石流、塌方等灾害，造成重大经济损失［6－7］。对于广东“龙舟水”，专家学者从气候特征、变化规律、异常成因等方面开展了深入研究［8－11］。伍红雨等［12］分析了近55年广东“龙舟水”异常特征及成因，发现广东“龙舟水”变化趋势不明显，但有显著的年际和年代际变化，降水异常多年与对流层副热带西风急流和中层极涡偏强、西太副热带高压偏弱偏东、南海北部至华南偏南气流偏强密切相关；王娟怀等［13］分析发现，全球气候变暖背景下，广东“龙舟水”呈雨量雨日增多、雨强增强的新特点；梁晓媛等［11］发现广州“龙舟水”雨量整体呈上升趋势，存在7～9年的周期变化；胡娅敏等［10］开展了近49年华南“龙舟水”降水分型工作，发现华南“龙舟水”有东南沿海型、北部型和西南沿海型3种优势降水型。

深圳地处华南沿海，人口密度大、城市生命线基础设施体系庞大，城市脆弱性高，“龙舟水”期间易出现持续强降雨和极端降雨，致灾风险极高，因此“龙舟水”预警预报服务一直是深圳市气象局决策服务的关注重点。本研究利用长序列的国家基本气象站资料和高时空分辨率的区域自动气象站观测资料，基于精细到街道的降雨致灾阈值指标，开展深圳市“龙舟水”降雨时空分布特征及强降雨致灾风险分析，以期为“龙舟水”期间强降水影响预报和风险预警的开展提供依据。

1 资料说明

本研究中“龙舟水”时段指5月21日至6月20日，资料统计时段5月20日20：00至6月20日20：00（北京时，下同）。使用资料包括“龙舟水”时段1953—2021年深圳市国家基本气象站日降水量资料；2011—2020年83个区域自动气象站逐分钟、逐时、逐日降水资料和74个街道代表站逐分钟降水资料。为保证资料一致性和可靠性，选取的区域自动站和街道代表站数据均已进行质量控制，剔除明显错误数据。

2 结果与分析

2.1 “龙舟水”时间变化

1）年际变化。

图1a为1953—2021年深圳市国家基本气象站“龙舟水”雨量年际变化曲线，由图1a可知，深圳近30年“龙舟水”平均雨量为345.7 mm，约占年总雨量（1 932.9 mm）17.9%。“龙舟水”雨量年际差异极大，2008年最多996.4 mm是2014年最少（55.5 mm）的18倍、是30年平均雨量的2.9倍。69年来深圳“龙舟水”雨量总体呈略减少的趋势，大致每10年减少8 mm，这与伍红雨等［12］的研究一致。采用累计雨量距平1.0倍标准差划分“龙舟水”异常年，如图1b所示，深圳“龙舟水”异常多年有8年：2008、1957、1959、1993、1966、2001、1976和1956年，20世纪50年代最多；异常少年8年：2014、1988、1981、2004、1961、2010、2012和1980年，21世纪10年代最多。

由1953—2021年“龙舟水”雨日变化（图略）可知，深圳“龙舟水”平均雨日18.5 d，近69年“龙舟水”雨日呈减少趋势，尤其2011—2020年平均雨日减少15.4 d。为了解“龙舟水”雨强的变化，以“龙舟水”期间深圳市国家基本气象站总雨量与雨日比代表当年龙舟水雨强。由图2雨强的变化曲线可知，69年来深圳“龙舟水”平均雨强为18.5 mm，总体变化不明显，但存在明显年代际变化特征：20世纪50年代雨强最强22.8 mm／d；进入60年代，雨强明显减小（15.8 mm／d），60—80年代处于偏小阶段，80年代最小为14.8 mm／d；90年代增大至18.7 mm／d；2000年以来至今处于较强阶段，为20.5 mm／d左右。

图2 1953—2021年深圳龙舟水雨强的逐年变化

图3显示了2011—2020年83个代表站“龙舟水”1、3、24 h雨量极值的年变化，1 h雨量极值无明显变化，维持在100 mm左右，但3和24 h极值自2016年起明显增强，近5年3和24 h极值分别在165和280 mm以上，进一步说明2000年以来雨强增强，这与王娟怀等［13］研究一致。

图3 2011—2020年深圳龙舟水期间逐年降雨极值变化

2）降雨集中期。

图4为1953—2021年5—6月深圳市国家基本气象站平均雨量变化曲线，由图4可知，近69年深圳“龙舟水”期间日平均雨量为11.2 mm，雨量呈“前少后多”的特点。5月19日平均日雨量为9mm，20日陡升至12.5mm，而6月18日为12.2 mm，19日突然降至6.8 mm，“龙舟水”降雨呈明显的波动特征。“龙舟水”期间存在明显的降雨集中期，主要出现在5月20—21、27日，6月6—14、16—18日，其中6月6—14日是“龙舟水”最集中的时段。

图4 1953—2021年5—6月深圳逐日平均雨量变化

2.2 “龙舟水”空间差异性分析

1）总雨量空间分布。

为了解“龙舟水”降雨空间差异，统计了2011—2020年83个代表站“龙舟水”平均累计雨量（图5）。由图5可知，深圳“龙舟水”降雨空间差异性大，全市最多雨量439.3 mm是最少的2倍（219.7 mm）。降雨呈东多西少分布：大鹏新区南澳－大鹏－葵涌街道雨量最多，400 mm以上；宝安、光明、南山最少，230～300 mm；其他区域300～400 mm。从行政区看，大鹏新区平均雨量最多396.8 mm；其次是盐田、坪山、龙岗、罗湖、福田、龙华区300～360 mm；南山、宝安、光明区250～300 mm，南山最少258.2 mm。

图5 2011—2020年深圳“龙舟水”平均雨量空间分布（单位：mm）

2）降雨极值空间分布。

为了解“龙舟水”降雨强度空间差异，统计了2011—2020年83个代表站1、3、24 h降雨极值（图6），可以看出3个历时最大雨量空间分布基本一致，东南最大，呈东南、西北向中部减小趋势。

图6 深圳“龙舟水”不同历时最大雨量空间分布（单位：mm）

由图6a可知，1 h极值普遍超过50 mm，约40%站点超过70 mm。大鹏（南澳、葵涌）、坪山（龙田）、盐田（盐田、梅沙）、福田（梅林）雨强最大90～120 mm，全市最大124.8 mm；宝安（石岩、福海）、光明（公明）、南山（桃源）、福田（香蜜湖）、龙岗中西部、坪山（坑梓）、盐田（沙头角）、大鹏（大鹏）次之70～90 mm；其他区域50～70 mm。

由图6b可知，各站3 h降雨极值普遍70 mm以上，约50%超过100 mm。空间区域性更明显：3 h强降水落区在大鹏（南澳、葵涌）、坪山（龙田）、盐田（盐田）雨量150～220 mm，全市最大224.5 mm；宝安（西乡、石岩、新桥）、光明（光明、公明）、南山（招商）、福田（南园、梅林）、龙岗（平湖、园山、龙城、龙岗、坪地）、坪山（马峦、坪山、坑梓）、盐田（梅沙）、大鹏（大鹏道）次之100～150 mm；其他区域70～100 mm。

由图6c可知，24 h雨量极值均超过100 mm，约20%超过250 mm。24 h雨量极值空间差异性进一步大，全市最大463.0 mm，最小119.5 mm。24 h强降水集中在大鹏（南澳－大鹏）、盐田（盐田）雨量300～450 mm，全市最大463 mm；宝安（福永、福海、新桥、松岗）、光明（光明）、龙华（观湖、观澜）、福田（福保）、罗湖（清水河、桂园、东湖、笋岗、黄贝）、龙岗（布吉、平湖、龙城、龙岗、坪地）、坪山（坪山、龙田、坑梓）、盐田（梅沙、沙头角）、大鹏（葵涌）次之200～300 mm；其他区域100～200 mm。

上述分析发现，深圳“龙舟水”短时雨强大，1、3 h雨量极值普遍超过50和100 mm，分别达到暴雨橙色和红色预警信号发布标准。大鹏新区－盐田是极端短时强降水和持续性强降水叠加区。

2.3 基于各街道阈值指标的致灾风险分析

为提高城市防灾减灾救灾能力，深圳市应急局和气象局开展了灾害性天气风险研究，确定了精细到街道的降雨致灾阈值。基于2022版各街道30 min、1 h、3 h积涝降雨阈值，统计各街道指标站各类阈值出现频次，分析各街道“龙舟水”积涝风险，为“龙舟水”影响预报和风险预警提供依据。

1）基于30 min降雨阈值的致灾风险。

由“龙舟水”各街道30 min降雨致涝风险频次可知，30 min短历时强降雨积涝风险呈内陆高沿海低的特征：积涝高风险区在宝安（燕罗、松岗、新安）、光明（光明、公明）、龙华、福田（沙头、莲花）、龙岗（平湖－坂田－布吉－南湾、龙城－龙岗）及坪山（坪山、坑梓），出现频次15～30次，其中龙华区大浪街道风险最高，33次（3～4次／年）；大鹏、盐田因30 min短历时强降水致涝风险最低，出现频次普遍在5次以下（0.5次／年）；其他区域在10次左右（约1次／年）。

2）基于1 h降雨阈值的致灾风险。

由各街道1 h降雨致涝风险频次可知，1 h强降水致涝风险与30 min强降水空间分布基本一致，亦呈由北向南内陆向沿海降低的特征，但出现频次较30 min短历时强降水少。强降水积涝高风险区主要位于宝安（燕罗、石岩）、光明（光明、公明）、龙华（大浪、龙华）、福田（沙头）、南山（南山）、龙岗（布吉、平湖、龙城、龙岗）及坪山（坑梓街道），出现频次10～20次，其中龙华大浪和福田沙头街道风险最高，达18次（约2次／年）；而大鹏、盐田、罗湖、福田东部、南山北部、宝安南部1 h强降水致涝风险最低，为3～4次（0.3～0.4次／年）；其他区域5～10次（0.5～1次／年）。

3）基于3 h降雨阈值的致灾风险

由各街道3 h降雨致涝风险频次可知，3 h强降水致涝风险明显低于30 min和1 h，高风险区仍在宝安（燕罗、石岩）、光明（光明）、福田（沙头、华富）、罗湖（东湖）、龙岗（布吉、平湖、横岗、龙城、龙岗、坪地）、坪山（坪山）及大鹏（葵涌），出现频次5～10次；福田（沙头、华富）和龙岗区龙岗街道风险最高10次（1次／年）；宝安（松岗、沙井）、南山、福田（华强北、香蜜湖、园岭、福保）、罗湖、盐田、坪山（马峦、石井）致涝风险最低0～1次；其他区域2～5次。

综上所述，深圳“龙舟水”强降雨致灾高风险区集中在北部和中部：宝安（燕罗、松岗、石岩）、光明（光明、公明）、龙华、龙岗（平湖－坂田－布吉－南湾、龙城－龙岗）及坪山（坪山、坑梓）。大鹏和盐田区虽是短时强降雨和持续降雨叠加区，但因地形原因致灾风险却最低。