甘南州2000—2020年短时强降水的时空分布特征

摘 要：研究采用2000—2020年甘南藏族自治州国家级气象台站及区域自动气象站降水资料，分析甘南州短时强降水时空变化规律及强降水天气特征。结果表明，2000—2020年甘南州发生较多次短时强降水，＜20 mm/h的短时强降水站次占总站次的74.21%。各个量级的短时强降水约有80%发生在15：00至翌日07：00，并且午夜前后为＜20、20～25和25～30 mm/h的短时强降水活动期。8月中旬短时强降水频次占总频次的35.21%，＜20、20～25 mm/h的短时强降水是其年际变化的主要特征。甘南州短时强降水空间分布不均匀，东部多、西部少，南部多、北部少。大多数气象站最大降雨强度在20～25 mm/h，每小时降雨强度极值发生在8月中旬。

关键词：甘南藏族自治州；短时强降水；时空分布；特征分析

中图分类号：P426.6 文献标志码：B 文章编号：2095–3305（2024）11–0-03

短时强降水是一种短时间内降水强度较大的天气现象，其降雨量达到或超过某一量值，具有突发性强、破坏力大、降水时间集中、局地性强等特点[1]。甘南藏族自治州（以下简称甘南州）处于青藏高原向黄土高原过渡区，地形地貌复杂，生态环境脆弱，局地突发性短时强降水易引发山洪、泥石流、城市内涝等次生灾害，给经济社会造成严重影响[2]。例如，2010年8月7日20：00至8日06：00，甘南州舟曲县发生特大暴雨，舟曲县东山站降雨96.3 mm，单小时降雨77.3 mm，造成堰塞湖积水，导致县城积水。根据舟曲县县政府提供的信息，此次特大山洪泥石流共受灾2个乡镇，13个乡镇（6个重灾村）。超过490人失踪，1 500人死亡，66人受伤。

甘南州短时强降水过程局地性强、突发性强，可能与常伴随高空冷空气南移的气候特点有关[3]。因此，认识并预报甘南州地区短时强降水时空变化规律，对该地区防灾减灾工作有着重要意义。刘菲凡等[4]对京津冀地区短时强降水过程的环境物理量进行了分析，发现短时强降水需要较高的气温和非稳态能量。江帆等[5]分析了珠三角汛期短时强降水时空分布，结果表明，季风爆发后，珠三角短时强降水频率与低层水汽通量的相关性明显升高，珠三角沿海地区夜间—早晨短时强降水增多与中低层风场结构改变造成的动力强迫有关。当前，甘南州降水研究多集中在个例上，缺乏基于小时观测资料的系统性研究。为减少强降水可能带来的损失，提高对短时强降水现象认识和预测能力，利用2000—2020年夏季甘南州国家台站和自动气象站小时降水数据，对甘南州短期强降水时空分布进行研究，揭示其时空变化规律，并结合再分析数据对其进行数值模拟，为甘南州短期强降水预测、防灾减灾提供科学依据。

1 资料与方法

1.1 资料

基于2000—2020年6—8月甘南州国家级气象台站及区域自动气象站降水数据，结合风云二号气象卫星云图数据、高空站高空观测数据等多源遥感数据，对甘南州地区夏季短时强降水特点、出现频率、空间分布等分析，并对其进行分类。

1. 2 方法

根据DB62/T 2755—2017甘肃省地方标准，甘南州降雨量＞20 mm/h即为短时强降水。从当天00：00至翌日00：00，若某天某一自动气象站出现短时强降水，则这一天的时间是1 h。若在同一天内，同一自动气象站发生多次短时强降水，则累积统计。同一日甘南州地区所有自动气象站记录的短时强降水站次的数量记为该日短时强降水总站次。

2 结果分析

2.1 短时强降水多时间尺度变化特征

分析2000—2020年甘南州短时强降水站次昼夜变化特点，发现该地区短时强降水具有双峰分布的时序特征。15：00至翌日07：00短时强降水发生频次较高。＜20、20～25 mm/h的短时强降水峰值集中在19：00～23：00，25～30 mm/h的短时强降水峰值集中在19：00～21：00，＞30 mm/h短时强降水总体出现频次较少，峰值一般出现在23：00。总的来说，甘南州地区短时强降水夜间发生频次较高，随着白天到来，发生频次大幅下降，11：00～13：00达到最低。这一现象与甘南州夜间多短时强降水的现象相吻合。研究结果显示，甘南州午夜前后为＜20、20～25和25～30 mm/h的短时强降水活动期。而＞30 mm/h的短时强降水最不活跃时段为早晨，占比＜4%。约有80%的短时强降水发生在17：00至翌日07：00，而07：00～15：00的短时强降水比例显著下降，表明甘南州短时强降水多集中在下午至午夜。

分析2000—2020年甘南州6—8月短时强降水月份变化特点，甘南州短时强降水月变化具有明显的单峰特征。短时强降雨多发生于8月，6月和7月频次下降，其中，8月中旬短时强降水频次最高，占总频次的35.21%；7月下旬和8月上旬次之，分别占总频次的24.36%和22.14%。在8月，＜20、20～25和25～30 mm/h

的短时强降水频次分别为71.23%、74.31%和76.85%，＞30 mm/h的短时强降水在8月发生频次高达84.73%，

同样，＞50 mm/h极端强降水只出现在8月。这与周俊菊等[6]的甘南高原暴雨多发生在夏季的研究结果一致。不同点在于甘南州8月是短时强降水多发期，8月中旬是短时强降水频次最高点。从整体上看，各尺度短时强降水月变化规律有较大差别，但超过70%出现在8月，这为短期强降水预测与预警提供了依据。

图1是2000—2020年甘南州短时强降水频次的年度变化特点，2000—2020年甘南州短时强降水存在着明显的非均匀性，其中，2016—2020年平均站次达到763次左右。在过去20年间，2007年出现频率最低，只有45站次，而2018年短时强降水发生站次最高，达到314站次，是2007年的6倍。＜20、20～25和25～

30 mm/h的短时强降水年变化规律相似。而＞30 mm/h短时强降水年平均只有5.3站次，其中，2020年短时强降水发生10站次，2010年为0站次。在甘南州，＜20、20～25 mm/h短时强降水是其年际变化的主要特征。根据旷兰等[7]的研究表明，西风带系统强度变化和高原天气系统的环流调整是造成短时强降水年际变化的重要因素；东风扰动带来的水汽输送和副热带高压位置及强度变化，共同影响着大气中水分分布和天气系统的活动。这些因素通过影响大气环流和水汽输送，进而影响降水分布和强度，导致甘南州短时强降水年际变化。

对2000—2020年甘南州的降水强度进行分析可知，甘南州短时强降水出现站次随降雨强度增大而明显降低，其中，＜20、20～25、25～30、＞30 mm/h的短时强降水站次分别占总站次的74.21%、16.78%、5.29%和3.72%。而且各站点短时强降水过程的极值与降水站次的相关系数不大，不具有良好的相关关系。2018年8月13日甘南州共发生25站次短时强降水，其中，95.37%的短时强降水在20～25 mm/h，最大值只有35.67 mm/h。

2. 2 短时强降水空间尺度变化特征

根据2000—2020年甘南州短时强降水空间分布箱线图（图2），甘南州东部和东南过渡区是短时强降水发生年频次最大的区域。东南区域舟曲县和迭部县、东北区域的卓尼县短时强降水年发生站次最高，2000—2020年间年均发生站次分别为122次和74站次。短时强降水发生站次最低的是西北部的夏河县。针对不同地区自动气象站数目差异，对各个区域多个站点短时强降水数据进行汇总和分析，求出每一地区出现频率的最大值、中位数、极小值，结果表明，东南地区短时强降水发生站次的空间变率最高，并且最高和最低频率的站点都在该地区，东北地区次之，中部、西北和西南地区空间变率最低。各区域发生频次的平均值由高到低依次为东南部的47次、东北部的42次、中部的39次、西南部的37次和西北部34次。

从图2b看出，甘南州各区域短时强降水的平均强度由大到小依次为东南部的31.21 mm/h、东北部的30.42 mm/h、中部的29.36 mm/h、西南部的28.44 mm/h

和西北部的28.13 mm/h，区域之间的差异相对较小。这种分布特点与各地气候条件、地形特征和大气环流等因素密切相关[8-13]。甘南州东南部以山地为主，山坡陡峭，沟谷深切，形成典型的“V”型河谷，这种地形特征使得在暴雨情况下，河流流速快，对地表侵蚀作用强，进一步加剧该地区降水丰富现象；而西南部地区虽然也有一定短时强降水事件，但频率和强度相对较低；西北部地区由于气候干燥，水汽条件不足，因此，短时强降水频率和强度均最低。

2000—2020年甘南州短时强降水的平均频次为672站次，其中，2015年为843站次，2007年为289站次；且20年内总体呈小幅上升趋势。通过对各分区强度的年际变率分析可知，各区域短时强降水的平均频次都有一定上升，其中，以东南部最为显著。从整体上看，甘南州短时强降水的增多主要取决于发生频次的改变，而强度改变对其的影响不大。甘南州短时强降水月平均强度有很大变化，其中，6月上旬的峰值为42站次，随后逐渐上升，8月中旬峰值为943站次，8月下旬有所下降，为857站次。通过对各分区强度的月变化进行分析，在3个月中，东南部、东北部和中部的短时强降水发生站次最大，这与甘南州短时强降水发生频次的月变化一致。入汛后，影响青藏高原的高压位置偏北，导致其西侧的偏南气流较强，从而将孟加拉湾水汽不断地输送至甘南州上空，与北方冷空气频繁交汇，造成甘南州降水量偏多。

3 结论与讨论

（1）2000—2020年，甘南州发生较多次短时强降水，年平均发生672站次，并随着降水强度增加呈现出指数下降趋势。＜20、20～25、25～30、＞30 mm/h的短时强降水站次分别占总站次的74.21%、16.78%、5.29%和3.72%。

（2）甘南州短时强降水具有双峰分布，各个量级的短时强降水均发生在15：00至翌日07：00，约有80%的短时强降水都发生在该时段。不同强度的短时强降水活动期也存在差异，午夜前后为＜20、20～25、25～

30 mm/h的短时强降水活动期。年平均降水量季节变化均为单峰，以8月中旬短时强降水频次最高，占总频次的35.21%；7月下旬和8月上旬分别占总频次的24.36%和22.14%。年平均频数分布不均匀，＜20、20～25 mm/h的短时强降水是其年际变化的主要特征。

（3）甘南州短时强降水在空间上分布不均匀，东部多、西部少，南部多、北部少。大多数气象站最大降雨强度在20～25 mm/h，每小时降雨强度极值发生在8月中旬。各区域短时强降水平均强度由大到小依次为东南部的31.21 mm/h、东北部的30.42 mm/h、中部的29.36 mm/h、西南部的28.44 mm/h和西北部的28.13 mm/h，差异相对较小。

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