朔州市短时强降水时空分布

2024-01-16徐卫丽等

新农民 2023年34期

徐卫丽等

刘瑞兰贾晓霞杜佩德田粉平

摘要：利用朔州市1971—2020年6个国家级观测站逐小时降水资料，分析朔州市短时强降水发生频次的空间分布，年际变化特征，以及月、日发生次数分布和历史极值，结果表明：朔州市短时强降水日呈西南-东北带状分布，北部、西部山区为高发生区，盆地平川区为少发生区。强降水次数年际变化有线性上升趋势，0.27次·10a-1；20世纪80、90年代连片强降水过程较多，最近10年强降水次数增多，但基本是单站出现。月分布主要发生在5～9月份，呈单峰分布，7～8月份最多，占总次数的84%。日变化北京时间14：00～18：00为高时段，上午为少发时段。强降水有开始日提前和结束日退后的趋势，雨强极值大部分出现在20世纪90年代和最近10年。

关键词：国家级观测站；短时强降水；时空分布；雨强极值朔州市夏季暴雨，特别是短历时暴雨（短时强降水）常形成洪涝灾害，不仅引起严重的水土流失，破坏土壤结构，导致农业减产，还对厂矿、公路、铁路、交通运输，以及人民生命财产带来巨大损失[1]。随着社会经济不断发展，城市化进程不断推进，社会、经济、人口要素日益密集，短历时强降水造成的洪涝灾害也日益严重[2]。例如，2012年7月21日，北京特大暴雨过程，该过程在短时间内造成市区严重内涝，郊区山洪暴发，给社会运行和人民生命财产造成巨大损失。2021年，河南郑州“7.20”特大暴雨，郑州市16～17时小时雨量达201.9 mm，刷新历史极值，地铁5号线04502次列车因极端降水遭遇涝水灌入，失电迫停，致14人死亡。2023年8月7日凌晨，朔州城区短时强降水，致立交桥下积水深度达1.8 m，误驶入轿车被淹没，1人溺亡。短时强降水的研究一直是国内外气象学者的研究重点之一，同时也是难点之一[3-4]，为提高对短时强降水形成的洪涝灾害及其防控的认识，增强灾害减灾的有效性和针对性，不少学者对短时强降水的时空分布和气候特征进行了分析，殷水清等[5]利用海河流域的逐时降水资料对海河流域的逐时降水研究表明：短时强降水的频次和强度都呈增加趋势，充分认识和理解短历时暴雨洪涝灾害的时空分布特征及影响，分析其成因，对防灾减灾规划、保护人民生命财产安全具有重要的现实意義[6]。我国不同地区极端强降水和降水日变化特征存在明显的地域性[7-9]，关于本区域短时强降水气候特征的研究目前还是空白，近年来随着市、县各级政府不断加强防灾减灾能力建设，对气象预报预警有精准细致的需求，本文通过研究朔州市6个国家级测站降水观测数据，得出强降水时空分布和年代变化，有助于市政府城市规划、道路设施布局、山区山洪泥石流灾害治理做决策依据。

1 短时强降水定义和资料的选取统计

统计分析使用资料为1971—2020年间5～9月份朔州市6个国家级观测站降水日资料，以20时（北京时下同）为日界，降水量统计时间分辨率为1h，资料来自山西省气象信息中心，资料经过质检，质量和完整性高。根据中国气象局《全国短时临近预报业务规定》[10]，结合本地降水气候特征，本文“短时强降水”定义为1 h降水量≥20 mm的降水，国家级测站1d中出现1次短时强降水，则记该测站为1个强降水日，多次出现，累计统计；1 d中有1个或以上测站出现强降水，记为1次强降水；相邻2站或以上，同时或先后出现强降水，记为1次区域性强降水。

2 分析结果

2.1 朔州市地理概况和短时强降水日空间分布

朔州市地处我国北方黄土高原，地形起伏较大，西部和南部是山区，中部和东北部为大同盆地西南端的平川区（图1）。境内海拔在970～2 335 m，西部是吕梁山脉最北段的洪涛山、管涔山，南部是恒山的西段，组成西部和南部海拔1300 m以上的丘陵山区。丘陵山区包括右玉、平鲁两县、朔城区的西部和南部、怀仁县西部、山阴县西北部和南、应县的南部，面积占全市面积的64.3%。

统计朔州市1971—2020年5～9月份6个国家级测站短时强降水日数，具有明显地理特征（图2），等值线呈东北-西南带状分布，西部为高发区，中部、东部为低发区。强降水日数首先从平川区向西北、东南山区递增，高发区在北端右玉县35d。其次为平鲁区28d，朔城区24d，怀仁市20d，中部盆地山阴、应县最少18d，全市平均23.8d，单站年平均0.36d·a-1-0.70d·a-1，

这对多山丘沟壑的地区来说是个低概率高影响气象事件。

▲代表6个国家级观测站

2.2 月分布特征

朔州市短时强降水50年总计出现143d，5～9月份都有出现，月发生次数呈单峰分布，5月份、9月份出现最少分别为2d、8d，6月次之12d，短时强降水日主要集中在7、8月份分别为70d、51d，占总日数的85%（图3）。7月下旬，日平均气温达到年内最高，大气热力不稳定增强，强对流天气显著增多，7、8月旬平均强降水日20d，这一旬就出现了28d。7月21日或22日是“大暑”节气，本地出现降水的概率非常高，要特别关注这个时间段的雨强。

2.3 日变化

朔州市6区县日间短时强降水出现时间统计，呈双峰型分布（图4），强峰为午后14：00～19：00，

15：00-16：00发生次数最多，19：00后明显下降，

20：00～21：00出现的强降水是当日午后对流天气过程降水造成的；夜间强降水（弱峰）出现在00：00～08：00，

小时分布起伏不大；上午为少发时段，09：00～10：00没有出现过强降水。1d中按20：00～08：00定义为夜间，6个国家级观测站5～6月份、9月份夜间降水雨强小，小时雨量没有超过20 mm。夜间强降水均出现在7、8月份；山阴县、朔城区与西部山区夜间强降水占比无太大差别，占该站的30%左右，东部应县、怀仁夜间强降水仅占20%以下。1个强降水日（1次强降水过程）平川区仅有1个时次降水量≥20 mm，50年中山区县有4次强降水过程出现了2个时次强降水，山区由于海拔落差大，地形汇聚作用，强降水形成的短时洪水危害更大。

年际变化及年代际线性趋势

2.4 年际变化趋势及年代际特点

1d中有1站以上出现强降水，记为1次强降水。1971—2020年朔州市短时强降水次数时间序列如图5，其中有6年没出现强降水，2017年最多有7次，70年代中后期、1990—2000年期间和2000-2010年期间相对较少，50年间总共出现119次，年平均2.4次/6站。年际序列与强降水次数相关性及线性趋势分析，相关系数0.22，两者相关性达90%，显著相关，年强降水次数呈线性增加趋势，0.27次·10a-1。

50年间119次强降水天气，绝大多数过程只有1站出现强降水，区域性强降水只有12次，占总次数的10%。20世纪80年代到90年代前期，区域性短历时暴雨较多，最多达3站，1991年有11个强降水日，仅有6次强降水过程；最近10a强降水次数在增多，2017年就有7次，但没有出现区域性强降水，强降水局地性更强，这客观上增加了强降水预警、落区预报难度。

2.5 短时强降水极值

朔州全市6个国家级观测站1971—2021年间，各站短时强降水最大雨强朔城区50.3 m·h-1（2005.7.30），其他依次为山阴49.1 mm·h-1（2017.7.21），右玉县48.7 mm·h-1（2016.7.24），怀仁40.2 mm·h-1（1992.7.10），平鲁38.0 mm·h-1（1991.7.18），应县37.5 mm·h-1（1993.6.18）都出现在一日中15：00～20：00间。雨强极值大部分出现在20世纪90年代和最近10年（2022年8月13日右玉县白头里乡72.0 mm·h-1又刷新了历史数据）。朔州市短时强降水最早出现在5月27日（2004年右玉县），最晚结束于9月21日（2017年应县）；强降水开始时间年代际变化提早1d·10a-1，结束日推迟2d·10a-1，与本地平均气温以0.285℃·10a-1 [11]结论一致。

3 结论

（1）50年间降水资料统计，朔州市短时强降水日数具有明显的地理分布特征，山区出现最多，平川区最少，全市平均23.8d，单站年平均0.36d·a-1～0.70d·a-1，对本地来说是个低概率高影响气象事件。

（2）5～9月份，都有短时强降水发生，但主要集中在7～8月份，占总日数的85%，特别是7月下旬出现的概率最高，要特别关注“大暑”节气的降水。一日之中14：00～18：00为高发生时段，上午出现的概率最低；7～8月份夜间也会出现强降水，中西部比东部两县出现的日数多10%。

（3）年强降水次数变化明显，但总体呈线性增加趋势，0.27次·10a-1。一次强降水过程绝大多数只有

1站出现，20世纪80年代～90年代前期，区域性短强降水较多，最近10a年均为单站出现，但年强降水次数在增多，强降水局地性更强，这客观上增加了强降水落区预报预警难度。

（4）各站强降水极值大部分出现在20世纪90年代和最近10年，最大雨强50.3 mm·h-1，该值2022年又被刷新；年代际分析强降水开始出现日期在提早，结束日在推后。

参考文献

[1] 白绍烈，秦祥亭，赵世文，等.朔州市农业气候资料分析及利用[M].北京：气象出版社，2000.

[2] 吴绍洪，尹云鹤.极端事件对人类系统的影响[J].气候变化研究进展，2012，8（2）：99-102.

[3] 李建，宇如聪，孙澈.从小时尺度考察中国中东部极端降水的持续性和季节特征[J].气象学报，2012，71（4）：652-659.

[4] 俞小鼎，周小剛，王秀明.雷暴与强对流临近预报技术进展[J].气象学报，2012，70（2）：311-337.

[5] 殷水清，高歌，李维京，等.1961～2004年淮河流域夏季逐时降水变化趋势[J].中国科学：地球科学，2012，42（2）：256-266.