李萍云，趙 強，王 楠，屈麗瑋

(陜西省氣象臺，西安 710014)

短時強降水是一種典型的強對流天氣現(xiàn)象，由空氣強烈的垂直運動造成，常伴隨有雷電、大風(fēng)、冰雹等天氣，易造成明顯的城市內(nèi)澇、中小河流水位暴漲、甚至是地質(zhì)災(zāi)害等氣象災(zāi)害及其衍生災(zāi)害，對人民生命財產(chǎn)安全構(gòu)成重大威脅。此類天氣具有歷時短、雨強大、局地性強等特點，很多學(xué)者利用小時降水量資料分析其時間、空間分布特征。如：2012年彭芳[1]等利用貴州區(qū)域84測站1991—2009年汛期(4—9月)逐小時降水資料統(tǒng)計了貴州省短時強降水時空特征；2015年魯俊[2]利用安徽省1995—2010年逐小時降水量數(shù)據(jù)得到了安徽省短時強降水的高分辨率時空分布特征；楊學(xué)斌等[3]利用山東2006—2015年5—9月123個國家級氣象觀測站10年逐小時降水量資料，統(tǒng)計分析了山東短時強降水的時空分布特征。對于陜西短時強降水的時空分布也有研究，2014年蔡新玲等[4]利用1961—2011年陜西省23個氣象站的逐時降水量資料，分析了汛期(5—9月)降水時數(shù)、小時雨強、極端強降水時數(shù)和極端降水強度的時空變化，指出短時強降水時數(shù)和強度具有階段性的特點。此研究優(yōu)點是數(shù)據(jù)序列較長，缺點是站數(shù)較少，代表性相對較差。本文利用陜西省99個國家級氣象站逐小時降水量資料，分析陜西汛期短時強降水(以降雨強度≥20 mm/h為標(biāo)準(zhǔn))時空分布特征，旨在為陜西短時強降水短臨預(yù)警及防災(zāi)減災(zāi)提供參考依據(jù)。

1 資料和方法

參照中國氣象局《全國短時、臨近預(yù)報業(yè)務(wù)規(guī)定》，定義短時強降水為1 h≥20 mm的降水，選取資料為陜西2005—2018年99個國家級氣象臺站小時雨強數(shù)據(jù)，提取大于等于20 mm/h數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。此分析不對災(zāi)害類型進行分類、不對天氣現(xiàn)象種類進行劃分，純粹只對降水現(xiàn)象進行統(tǒng)計。

為方便統(tǒng)計分析，定義：某站1 h降水量大于等于20 mm，記為該站1次短時強降水；以某時段內(nèi)所有站點出現(xiàn)短時強降水次數(shù)的總和(單位為站次)記為短時強降水頻次，以短時強降水頻次分析陜西短時強降水的年、月、日時間變化特征；以某站1 d出現(xiàn)1次及以上短時強降水計該站為1個短時強降水日，以短時強降水日統(tǒng)計分析短時強降水的空間分布特征；以某站某時段內(nèi)小時雨強的最大值記為該站極值雨強(單位mm/h)，以某時段內(nèi)全省所有站點中極值雨強最大值分析陜西極值雨強的年、月、日時間變化特征，以各站極值雨強分析極值雨強的空間分布特征。

2 全省短時強降水的時間變化特征

2.1 短時強降水頻次和極值雨強的年變化

2005—2018年，陜西短時強降水出現(xiàn)頻次共1 668站次，年平均119站次。由圖1可知：陜西短時強降水年發(fā)生頻次維持較為穩(wěn)定的趨勢，每3 a出現(xiàn)一次峰值，2014年最少為71站次，2010年最多為194站次。14 a 間陜西短時強降水極值雨強呈波動變化趨勢，4～5 a為一個峰值，峰值振蕩減小，振蕩范圍為48.6～101.5 mm/h，最大值出現(xiàn)在2006年，最小值出現(xiàn)在2005年。

可見，近14 a陜西短時強降水年累計頻次維持較為穩(wěn)定的趨勢，而極值雨強在振蕩中有減小趨勢。蔡新玲[4]指出：1961—2011年陜西區(qū)域平均降水時數(shù)長期趨勢變化不明顯，而降水強度呈明顯增強趨勢，本文結(jié)論有出入，這是由于本文研究時間范圍短，顯示的特征說明近14 a極值雨強處于減弱階段。印證了極值雨強階段性特征明顯。

圖1 2005—2018年陜西短時強降水年累積頻次和全省極值雨強的年變化曲線

2.2 短時強降水頻次和極值雨強的月變化

陜西短時強降水發(fā)生在5—10月(圖2)，且強降水累積頻次變化呈現(xiàn)明顯單峰型：5月為52站次，6月增大到183站次，7月達到峰值760站次，8月減少為583站次，9月迅速減小為82站次，10月最少，僅2站次。7—8月出現(xiàn)頻次占總頻次的比例高達80.5%。全省極值雨強月變化也呈單峰型：5月為36 mm/h，6月增大到58.5 mm/h，7月繼續(xù)增大到78.7 mm/h，8月達到最大值101.5 mm/h，隨后開始減小。

圖2 2005—2018年陜西短時強降水頻次和全省極值雨強的月變化

可見，陜西短時強降水在7—8月最為活躍，其次是6月、9月。短時強降水累計頻次和全省極值雨強均呈單峰分布。7月出現(xiàn)的強降水累計頻次最多，而8月極值雨強最大。這是因為：7—8月，亞洲大陸受熱低壓控制，位于其東北部的陜西受偏南偏東氣流影響。同期，高空北支西風(fēng)急流北撤減弱，副熱帶高壓西進北抬。副熱帶高壓西側(cè)的偏南暖濕氣流與西北侵入的冷空氣不斷在陜西交匯，且不斷有中小尺度系統(tǒng)發(fā)展，所以短時強降水在7—8月顯著增多[5-6]。8月，副熱帶高壓位置偏西偏北，陜西受副高控制，短時強降水頻次少于7月。然而8月不穩(wěn)定能量和大氣可降水量達到一年中的峰值，當(dāng)有弱冷空氣或中尺度輻合線觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放時，易出現(xiàn)強度更大的短時強降水。

2.3 強降水頻次和極值雨強的日變化

陜西短時強降水日變化趨勢顯示(圖3)：陜西短時強降水頻次和全省極值雨強日變化呈單峰型；對于短時強降水頻次來說，12時發(fā)生頻次最少，總共出現(xiàn)22站次，午后迅速增加，19時達到峰值，124站次，隨后又緩慢減少；極值雨強變化趨勢類似，雨強最小值出現(xiàn)在12時，為36 mm/h，雨強最大值出現(xiàn)在22時，為101.5 mm/h?？梢姡虝r強降水頻次和極值雨強的日變化趨勢較為一致，低值均出現(xiàn)在12時，峰值時間不同，前者在19—00時，后者在22—00時。

圖3 2005—2018年陜西短歷時強降水頻次和最大雨強的日變化特征

陜西短時強降水易發(fā)時段是下午到傍晚，這是因為陜西下墊面差異明顯，下午到傍晚局地?zé)釋α魍?，容易出現(xiàn)短時強降水。陜西降水強度表現(xiàn)為上午雨勢減小，中午降水最少，入夜降雨增強[6]。這可能原因是由于夜間摩擦力減小，超地轉(zhuǎn)低空急流的形成[7]，加強了西南氣流，使得入夜后的雨強增強。

3 短時強降水空間分布特征

3.1 短時強降水年平均日數(shù)和年極值雨強

陜西南北狹長，地處青藏高原東北側(cè)，秦嶺山脈貫穿其中南部，北部為黃土高原，中部為關(guān)中盆地，南部為秦巴山區(qū)。由于下墊面差異較大，短時強降水的空間分布有較大差異。2005—2018年的14 a間，陜西年平均短時強降水日空間分布自南向北呈兩高兩低狀(圖4)，短時強降水日為0.4～2.7 d/a。位于秦嶺以南的陜南地區(qū)，短時強降水日最多，大部地區(qū)超過1.2 d/a，其中商南為全省之冠，為2.7 d/a；關(guān)中盆地是強降水日的低值區(qū)，為0.4～0.8 d/a；位于黃土高原的陜北南部到盆地北部強降水日又復(fù)增多，為0.8～1.6 d/a；位于風(fēng)沙灘地的陜北北部強降水日較少，其中府谷是全省強降水日最少的縣區(qū)，小于0.4 d/a。極值雨強空間分布自南向北呈三高兩低分布：陜南鎮(zhèn)巴、平利為極值雨強大值區(qū)，極值雨量70～90 mm/h；安康北部、寶雞南部為極值雨強低值區(qū)，極值雨量30～50 mm/h；關(guān)中盆地為極值雨強大值區(qū)，50～101.5 mm/h，其中武功為全省極值雨強之最；陜北極值雨強西低東高，陜北東部的吳堡、清澗、延長一帶的極值雨強較大，極值雨量60～70 mm/h；安塞、吳起為極值雨強的低值區(qū)，30～40 mm/h。

圖4 陜西2005—2018年短時強降水空間分布特征(陰影為年平均短時強降水日數(shù)，單位為d/a；等值線為年極值雨強，單位為mm/h)

可見，陜西短時強降水日空間分布不均，陜北北部、關(guān)中中部強降水日最少，陜北南部、關(guān)中北部次之，陜南最大，其中商南為全省之冠。與姚靜[8]短時強降水空間分布結(jié)論相似。全省雨強分布不均，陜北雨強最小，其中西部小于東部；陜南次之；關(guān)中最大。此結(jié)論與李亞麗[9]的陜西短歷時降水極值特征較為一致。說明陜南為全省短時強降水高發(fā)區(qū)，極值雨強可達40～80 mm/h,鎮(zhèn)巴、平利雨強可達90 mm/h。榆林北部特別是西北部短時強降水頻次低，極值雨強小，最大不超過50 mm/h。關(guān)中平原地區(qū)短時強降水頻次低，但極值強，最大可達101.5 mm/h。

3.2 短時強降水月平均日數(shù)和月極值雨強

根據(jù)前文所述，陜西全省短時強降水發(fā)生頻次各月差異較大，而與該地區(qū)強降水密切相關(guān)的環(huán)流形勢如西風(fēng)槽、冷渦、副熱帶高壓的位置等同樣也有較明顯的月差異。因此本文重點關(guān)注短時強降水日空間分布的月際特征。

5月陜西出現(xiàn)短時強降水的站點達39站，占全省總站點的三分之一。這些站點主要位于延安東部、關(guān)中東部、陜南大部(圖略)。這些站出現(xiàn)強降水日較少，平均不到0.1 d/a；空間上呈西少東多、北少南多的分布特點；短時強降水日大值區(qū)主要位于陜南東部，其中商南最多，年平均0.3 d/a。極值雨強范圍20～36 mm/h，發(fā)生強降水的站點平均極值雨強為25.7 mm/h；空間上呈北低南高，西低東高分布特點；超過30 mm/h的區(qū)域主要出現(xiàn)在陜南南部的寧強、漢濱區(qū)、平利縣和陜南東部的商南、丹鳳，最大中心為商南。陜南西部偏南地區(qū)短時強降水日偏少，但極值雨強較大。

6月陜西出現(xiàn)短時強降水的站點超過全省總站點的一半，達76站。這些站點主要位于陜北南部偏西地區(qū)、關(guān)中及陜南(圖5)。短時強降水日較5月有所增加，平均0.17 d/a；空間上呈陜北西部、陜南偏多，陜北東部、關(guān)中偏少的特點；短時強降水日大值區(qū)位于延安西部、陜南，其中志丹、寧強、漢臺區(qū)、佛坪、石泉、平利、山陽短時強降水平均日數(shù)最多，年平均0.3 d。極值雨強范圍20～58.5 mm/h，發(fā)生強降水的站點平均極值雨強30.5 mm/h；該月極值雨強空間分布與強降水日空間分布一致；極值雨強大值區(qū)分別位于延安西北部的志丹、關(guān)中中南部的周至和華陰、漢中南部的寧強、安康南部的紫陽和嵐皋、商洛東部柞水和丹鳳，其中最大中心位于丹鳳。關(guān)中周至和華陰短時強降水日較少但極值雨強較大。

圖5 陜西2005—2018年逐月短時強降水空間分布特征(陰影為月平均短時強降水日，單位為d/a；等值線為月極值雨強，單位為mm/h)

7月全省14 a間僅太白、臨渭區(qū)未出現(xiàn)短時強降水。短時強降水日迅速增多，平均0.55 d/a。強降水日空間分布同年平均強降水日分布特征(圖5)，分布特點為：陜北西部、關(guān)中中部少于陜北東部、關(guān)中北部和陜南，其中陜南最大；最大中心位于鎮(zhèn)巴、平利和商南，多年平均超過1.2 d/a。極值雨強范圍20～78.7 mm/h，發(fā)生強降水的站點平均極值雨強44 mm/h；空間分布呈西低東高的分布特點；超過70 mm/h的區(qū)域主要位于關(guān)中中東部的藍田—華州區(qū)一帶和陜南南部的鎮(zhèn)巴，最大中心位于藍田。關(guān)中中東部的短時強降水日較少但極值雨強較大。

8月全省14 a間僅府谷、吳起2站未出現(xiàn)短時強降水。短時強降水日較7月有所減少，平均0.43 d/a。短時強降水日空間上呈西少東多的分布特點(圖5)；大值區(qū)位于關(guān)中東部的韓城和陜南的佛坪、商南，年平均接近1 d/a。極值雨強范圍23～101.5 mm/h，發(fā)生強降水的站點平均極值雨強47 mm/h；分布呈北部地區(qū)西低東高，中南部地區(qū)中西部偏高的特點；極值雨強大值區(qū)主要位于關(guān)中中部，最大中心位于武功。極值雨強大值區(qū)與強降水日大值區(qū)位置并不對應(yīng)。

9月陜西出現(xiàn)短時強降水的站點接近全省總站點的一半，為48站。短時強降水日繼續(xù)減小，多年站點平均0.12 d/a。空間分布呈北少南多、西多東少的分布特點(圖5)；年平均短時強降水日大值區(qū)位于陜南中西部，最大中心位于南鄭區(qū)和鎮(zhèn)坪，多年平均0.3 d。極值雨強范圍20～52.8 mm/h，發(fā)生強降水的站點平均極值雨強為30 mm/h；空間分布呈西低東高分布；極值雨強大值中心位于陜南東部的山陽。極值雨強最大中心與短時強降水日數(shù)大值中心不對應(yīng)。

10月陜西出現(xiàn)短時強降水的站點僅2站(圖略)，分別位于寶塔區(qū)和南鄭區(qū)。雨強為27.4～29.9 mm/h。

上述分析表明，5—10月陜西各地區(qū)短時強降水日、極值雨強有明顯月際差異，7—8月短時強降水出現(xiàn)的范圍廣，日數(shù)多，強度大；5月、6月和9月范圍、日數(shù)及強度均較小。短時強降水全省大部易出現(xiàn)在7月，黃龍、韓城、佛坪易出現(xiàn)在8月。5—6月極值雨強大值區(qū)與短時強降水日大值區(qū)較為一致。7—9月極值雨強大值區(qū)與短時強降水日大值區(qū)存在較大差異。7—8月最大雨強出現(xiàn)在關(guān)中地區(qū)，其中7月出現(xiàn)在關(guān)中中東部的藍田，8月出現(xiàn)在關(guān)中中西部的武功；5月、6月和9月極值雨強均為與陜南東部的商洛地區(qū)，5月位于商南、6月位于丹鳳、9月位于山陽。

3.3 短時強降水頻次和極值雨強日變化的區(qū)域分布特征

分析發(fā)現(xiàn)，陜西各地短時強降水日變化特征不同，陜北西部和陜北東部、關(guān)中西部和關(guān)中東部差異較大，而陜南各地各不相同，因此在此基礎(chǔ)上利用全省99個國家氣象站數(shù)據(jù)，將陜西落區(qū)分為陜北西部、陜北東部、關(guān)中西部、關(guān)中東部、漢中、安康、商洛等7個區(qū)，分別分析各區(qū)強降水頻次及極值雨強出現(xiàn)頻次的日變化特征，旨在得到不同區(qū)域強降水和極值雨強出現(xiàn)的主要時段。

陜西7個區(qū)短時強降水頻次日變化分布顯示(圖6)：從北到南，短時強降水出現(xiàn)的時間逐漸增多。各區(qū)域出現(xiàn)短時強降水的時段分別為：陜北為15—22時，關(guān)中為16—次日02時，陜南為16—次日09時。各區(qū)域強降水頻次日變化特征不同，陜北西部、關(guān)中西部呈單峰型，峰值分別為15—22時和18—02時。陜北東部、關(guān)中東部雙峰明顯，主峰值時段均出現(xiàn)在15—22時，次峰時段分別出現(xiàn)在03—06時、00—02時。陜南日變化均相對較?。簼h中19—21時、07—09時出現(xiàn)頻次相對較高，09—16時相對較低；安康19—次日02時、03—07時出現(xiàn)頻次相對較高，09—16時相對較低；商洛16—次日00時、01—03時相對較高，03—16時相對較低。各區(qū)域強降水頻次自北向南逐漸增加，這與強降水頻次的空間分布特征相對應(yīng)。

圖6 2005—2018年陜西短時強降水頻次(陰影；單位為站次)和極值雨強出現(xiàn)頻次日變化特征(等值線；單位為站次)

分析陜西各站點極值雨強發(fā)生頻次可知，陜西區(qū)域極值雨強主要出現(xiàn)在17—23時。各區(qū)域又存在一定差別，陜北西部在17—18時，關(guān)中西部在22時左右，關(guān)中東部、漢中、安康、商洛在18—20時。從出現(xiàn)頻次的量級大小可以看出，極值雨強出現(xiàn)頻次最大值是關(guān)中東部和安康的19時，商洛的18時，頻次最大中心達0.25次，說明這些區(qū)域出現(xiàn)極值雨強的時間較為集中；延安東部出現(xiàn)頻次值均小于0.15，說明該區(qū)域出現(xiàn)極值雨強的時間較為分散。

4 結(jié)論與討論

陜西氣候特點和地形變化復(fù)雜，其短時強降水頻次及極值雨強的時空分布也有獨特性，主要結(jié)論如下：

(1)2005—2018年陜西極值雨強呈振蕩減小趨勢；陜西短時強降水在7—8月最為活躍，其次是6月、9月；7月出現(xiàn)的強降水累計頻次最多，而8月極值雨強最大；短時強降水主要發(fā)生在午后到夜間，日變化呈單峰分布，強降水頻次峰值出現(xiàn)在17—00時，但極值雨強易出現(xiàn)在22—00時，低值均出現(xiàn)在12時。

(2)陜南為全省短時強降水高發(fā)區(qū)，極值雨強達40～80 mm/h,鎮(zhèn)巴、平利雨強可達90 mm/h；榆林北部特別是西北部短時強降水日偏少，極值雨強小，最大不超過50 mm/h；關(guān)中平原地區(qū)短時強降水日偏少，但極值強，最大達101.5 mm/h。5—10月陜西各地區(qū)短時強降水日、極值雨強有明顯月際差異，7—8月短時強降水出現(xiàn)的范圍廣，日數(shù)多，強度大，5月、6月和9月范圍、日數(shù)及強度均較小。全省大部短時強降水易出現(xiàn)在7月，黃龍、韓城、佛坪短時強降水易出現(xiàn)在8月。最大雨強7—8月易出現(xiàn)在關(guān)中地區(qū)，5月、6月、9月易出現(xiàn)在陜南東部地區(qū)。

(3)陜西各區(qū)域出現(xiàn)短時強降水時段不同：陜北為15—22時，關(guān)中16—次日02時，陜南16—次日09時。陜西各區(qū)域短時強降水日變化差異明顯：陜北西部、關(guān)中西部呈單峰型，陜北東部、關(guān)中東部雙峰明顯，陜南日變化相對較小。陜西極值雨強主要出現(xiàn)在17—23時，關(guān)中東部、安康極值雨強多出現(xiàn)在19時，商洛極值雨強多出現(xiàn)在18時。