儋州市春季短时强降水特征分析

2023-10-30李春苗汪家楠王明全黄韦珠何栩剑劳奕铸

广东气象 2023年5期

李春苗，汪家楠，王明全，黄韦珠，何栩剑，劳奕铸

（儋州市气象局，海南儋州 571700）

儋州市地处海南岛西北部。春季极端天气频发，短时强降水是极端天气之一。由于春季的降雨量在一年中所占的比例没有夏秋季大，往往未引起大家的关注，此类天气过程具有突发性强、历时短、雨强大、局地性强的特点，常常造成城市积涝、交通受阻。周玉都等［1］研究指出，廊坊市短时强降水比较普遍的共性为存在冷、暖空气的活动与汇合；袁晨等［2］、王国荣等［3］、马素艳等［4］、余欣等［5］对当地的短时强降水时空分布特征进行分析，指出各地的短时强降水时空分布特征不尽相同；韩宁等［6］对短时强降水天气学概念模型以及物理量特征进行分析；周明飞等［7］将短时强降水对流云团分为不同分型进行研究；陈元昭等［8］将天气流型分型和各类流型下关键环境参数的特征结合进行分析；杨慧燕等［9］、曾钦文等［10］、贺发胜等［11］对华南地区的短时强降水进行分析，指出短时强降水有明显的季节变化和日变化。本研究利用2012—2021年儋州市自动站1 h降水量的观测资料，分析儋州春季短时强降水发生的年、月、日变化，以及空间分布特征及影响环流等，争取对今后的儋州地区春季短时强降水预报提供参考。

1 资料与方法

根据《全国短时临近预报业务规定》规定，短时强降水定义为1 h雨量≥20 mm的降水［12］。本研究按此规定：当1 h雨量≥20 mm的降水过程定义为一次短时强降水天气。儋州市于2010年陆续投资建设乡镇区域自动站，由于建成使用时间不一，为了数据的整齐性和完整性，本研究使用2012—2021年儋州市国家基本气象站（59845站）及区域自动站逐小时降水量数据资料（共25个站点）统计儋州市春季短时强降水过程。

为了更详细地统计短时强降水空间分布特征，本研究按地理条件将儋州市分为东、西、南、北、中5个片区，国家基本气象站（59845站）位于东部片区（图1）。

图1 儋州市各站点分布及片区分布

本研究规定：当有一个站点短时强降水时就认为发生一次短时强降水天气过程，同时定义为一个短时强降水日。一天中一个站多次出现短时强降水时，站次累加统计。短时强降水发生的范围按照其出现的站数分为局地短时强降水（出现短时强降水的站数占总站数＜10%）、小范围短时强降水（10%≤出现短时强降水的站数占总站数＜30%）、区域性短时强降水（30%≤出现短时强降水的站数占总站数＜50%）及大范围短时强降水（出现短时强降水的站数占总站数≥50%）［13］。

2 结果与分析

2.1 年变化

从近10年儋州市逐年短时强降水站次距平可以看出，短时强降水发生站次呈“双峰型”特征，其中2012和2013年出现明显的正距平，2014—2017年基本上都是负距平，2018和2019年为正距平，2020—2021年为负距平。

从近10年短时强降水站次年际变化分布（图2）来看，短时强降水出现站次总体上趋于波动减少趋势。特别是2020年短时强降水站次显著下降，是近10年短时强降水站次最少的一年（仅约占总站次的3%），2012年是10年中发生短时强降水站次最多的一年（约占总站次的17%）。

图2 2012—2021年儋州市3—5月≥20 mm／h和≥50 mm／h短时强降水站次年际变化

2012—2021年雨强≥50 mm／h的短时强降水共出现52站次（图2），其中2012年出现雨强≥50 mm／h的站次占总站次的31%，2017和2020年未出现小时雨强≥50 mm短时强降水。近10年3—5月最大雨强为98.5 mm／h，出现在2016年（图略）。虽然2012年出现雨强≥50 mm／h的短时强降水站次最多，但极值未出现在该年份。统计发现，2012年春季短时强降水受南海低压槽型环流影响13次（占总环流型的43%），而2020年春季短时强降水受南海低压槽型环流影响仅2次，这也是造成2012和2020年分别是近10年短时强降水站次最多年份和最少年份的主要原因。因为受南海低压槽影响时，儋州市普遍有降水，基本上为阵性对流降水，从小雨到大暴雨均有可能出现。

2.2 月变化

从儋州市近10年春季短时强降水站次月变化（图略）可以看出，3到5月短时强降水发生站次呈上升趋势，5月出现站次最多，占比64%；3月出现站次最少，仅占总数的6%。这与5月孟加拉湾季风爆发，西南热低压盛行有关。2012—2021年5月份雨强≥50 mm／h的短时强降水共出现32站次，占比62%，雨强极值出现在5月。

2.3 日变化

从日变化（图3）可以看出，短时强降水日变化具有明显的“单峰型”特征。儋州市春季短时强降水主要集中在14：00—20：00（北京时，下同），占出现总站次的83%；峰值出现在17：左右（占出现总站次的21%）；21：00—24：00出现短时强降水的概率几乎为0。另外还可以看出，雨强≥50 mm／h峰值出现在16：00中右（占出现总站次的21%）。这是由于海南岛春季短时强降水主要受西南季风与北方冷空气南下影响，而午后随着热力条件的改善，为短时强降水提供了良好的热力条件，易在午后出现短时强降水天气。

图3 2012—2021年儋州市3—5月≥20 mm、≥50 mm出现短时强降水站次的日变化

2.4 区域分布

从2012—2021年春季短时强降水各范围等级天数占比来看，近10年儋州出现局地短时强降水天数最多（125 d），占春季短时强降水出现总天数60%；其次是小范围短时强降水（71 d），占春季短时强降水总天数34%。区域性短时强降水（7 d）及大范围短时强降水（5 d），仅占春季短时强降水总天数的3%和2%。

2.5 天气环流类型

根据海南地区天气系统过程分类标准，将儋州市短时强降水分成8种天气环流类型：南海低槽型、变暖高压脊型、副高型、西南低压槽型、越南低压槽型、冷空气偏东下型、冷空气偏西下型、热带低压系统型，如图4和表1所示。

表1 2012—2021年3—5月各区域天气影响环流出现天数d

图4 2012—2021年儋州市3—5月出现短时强降水过程的影响天气系统站次占比

1）南海低压槽型。500 hPa上东西向槽控制南海中北部，越南北部至北部湾有低压槽或低压，850 hPa华南沿海往往有切变线存在，盛行东北－东－东南风。

该环流型为占比最大的类型，出现短时强降水站次占总数的24.3%，春季年均出现16.2站次。该类型集中在5月（占95%），3月从未出现。影响区域除西部年均1 d外，其余片区年均约2 d左右。

2）变暖高压脊型。冷高中心出海变形减弱，海南岛处于冷高后部，典型的海南岛低层盛行偏东风。

该环流型为占比第2的类型，占总站次的20.9%，春季年均出现14.0站次。此种类型主要出现在4和5月，4月最多（占51%），3月仅占4%。影响区域主要在东部、南部和中部，其中南部年均2.8 d，西部年均仅0.5 d。

3）副高型。副热带高压控制本岛，海南岛低层也可受反气旋控制。

该环流型占总站次的8.2%，春季年均出现5.5站次，仅发生在5月。影响区域主要在南部和中部，年均日数在1 d以下。

4）西南低压槽型。低涡中心位于贵州附近或一直向南至北部湾附近，海南岛受低槽控制，低层盛行南到西南风。

该环流型占总站次的14.1%，春季年均出现9.4站次。影响时段集中在4和5月，5月最多（占72%），3月仅占1%。影响区域主要在南部（年均2.8 d），西部年均日数仅0.5 d，其余片区年均日数1 d左右。

5）冷空气偏东下型。850 hPa上高压中心从重庆以东地区南下，引导冷空气主要自110°E以东地区影响海南岛。

该环流型占总站次的20.4%，春季年均出现13.6站次，其中4月最多（占46%）。影响区域南部年均2.2 d外，东部1.6 d，其余片区年均约1 d左右。

6）冷空气偏西下型。850 hPa高空图上高压中心从重庆以西地区南下，冷空气主要从110°E以西地区影响海南岛。

该环流占总站次的9.6%，春季年均出现6.4站次，冷空气主力从东经110°E以西地区影响海南岛。影响时段集中在4和5月，3月仅占3%。年均影响天数在0.8 d或以下，西部年均仅影响0.3 d。

7）越南低压槽型。在中南半岛形成的开口向下的低压槽。副热带高压脊控制华南并伸向海南岛，850 hPa盛行东－东南－南风。

该环流型占总站次的2.2%，春季年均出现1.5站次，影响时段集中5月，3和4月均未出现。影响区域主要在东部、南部和中部（年均0.2 d及以下），西部和北部从未出现。

8）热带低压系统型。热带气旋本体或外围环流影响海南岛。

该型仅在5月出现过1站次短时强降水天气过程，即2016年5月27日白马井站（西部）20.7 mm。

2.6 空间分布

从2012—2021年春季各片区短时强降水天数占比（图略）来看，近10年出现短时强降水天数最多的是南部片区（116 d），占春季短时强降水片区总日数的31%；东部（81 d）与中部片区（77 d）相差不大，分别占21%和20%；而西部（40 d）与北部片区（66 d）出现短时强降水天数较少，其中西部片区仅占短时强降水片区总日数的11%。片区春季短时强降水天数分布具有东多西少的特征。

由2012—2021年春季短时强降水天气各站点出现日数空间分布（图5）来看，和庆镇出现天数最多，年平均达5.2 d；而春季短时强降水出现天数最少为三都镇与峨蔓镇，年平均仅0.8 d，短时强降水出现天数最多和最少的站点相差4.4 d。