李思玲，曾欽文，林宏建，吳嘉研，鐘東良

（1.龍川縣氣象局，廣東龍川 517300；2.東源縣氣象局，廣東東源 517500；3.河源市氣象局，廣東河源 517000）

由暴雨引發(fā)的城市內(nèi)澇、山洪、山體滑坡等災(zāi)害影響巨大，給社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人民生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)重大損失。長(zhǎng)期以來(lái)，對(duì)華南暴雨的研究已有較多成果，翟志宏等［1］、覃艷秋等［2］分別對(duì)華南區(qū)域不同類(lèi)型暴雨氣候特征進(jìn)行了分析。廣東省內(nèi)對(duì)前后汛期暴雨的研究也有很多，包括對(duì)暴雨的時(shí)空分布特征［3－5］、環(huán)流形勢(shì)［6－8］、后汛期暴雨主要類(lèi)型［9－11］等，其中段?；ǖ龋?2］、曾欽文等［13］分別對(duì)河源秋季暴雨特征、河源暴雨日數(shù)進(jìn)行了研究。河源地處廣東省東北部、東江中上游，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，降水充沛，降水集中期為4—9月的汛期，且時(shí)空分布不均，暴雨洪澇、季節(jié)性干旱常有發(fā)生。如2019年6月9—13日，河源市出現(xiàn)持續(xù)性強(qiáng)降水過(guò)程，造成嚴(yán)重的山洪、城鄉(xiāng)積澇和地質(zhì)災(zāi)害，全市過(guò)程平均降雨量為229.9 mm，多個(gè)氣象站出現(xiàn)大暴雨以上的降水，過(guò)程最大日雨量出現(xiàn)在10日連平上坪鎮(zhèn)299.5 mm，遭受?chē)?yán)重的洪水災(zāi)害。以往研究成果大部分著重對(duì)暴雨日數(shù)、暴雨量的研究，但對(duì)汛期暴雨強(qiáng)度的分布、環(huán)流形勢(shì)發(fā)生頻率的分析較少，本研究利用1965—2018年河源地區(qū)5個(gè)國(guó)家基本自動(dòng)站、2009—2018年20個(gè)區(qū)域自動(dòng)站4—9月逐日降水資料，重點(diǎn)對(duì)河源地區(qū)汛期暴雨日數(shù)和強(qiáng)度的時(shí)空分布、影響的環(huán)流類(lèi)型發(fā)生頻率進(jìn)行分析，進(jìn)一步探討暴雨的分布特點(diǎn)，為暴雨預(yù)報(bào)、防災(zāi)減災(zāi)等提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

本研究利用1965—2018年河源地區(qū)5個(gè)國(guó)家氣象站4—9月逐日降水資料，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析方法分析近54年河源地區(qū)汛期暴雨的時(shí)空分布特征，并用Morlet小波［14］分析汛期暴雨的周期變化規(guī)律。

針對(duì)暴雨的強(qiáng)度和落區(qū)，由于區(qū)域自動(dòng)站建設(shè)時(shí)間較遲，本研究選取河源地區(qū)2009—2018年較有代表性的區(qū)域自動(dòng)站4—9月逐日降水資料，進(jìn)行精細(xì)化汛期暴雨強(qiáng)度的落區(qū)分析。另外，本研究還采用Surfer繪制河源地區(qū)汛期暴雨特征空間分布圖。

根據(jù)華南汛期定義為4—9月，其中前汛期4—6月、后汛期7—9月。暴雨日的定義為20：00—20：00（北京時(shí)，下同）24 h內(nèi)測(cè)站雨量超過(guò)50.0mm的日數(shù)；暴雨強(qiáng)度定義為暴雨時(shí)總降雨量與暴雨日數(shù)之比。

2 汛期暴雨的氣候特征

2.1 空間分布

從1965—2018年河源地區(qū)汛期暴雨面雨量的空間分布（圖略）可以看出，河源地區(qū)的汛期暴雨空間分布呈現(xiàn)“西南多、東北少”的特點(diǎn)，即以源城一帶為暴雨頻發(fā)中心，逐漸向東北方向遞減，其中，源城中心汛期暴雨量為每10年599.4 mm，和平汛期暴雨量最少，為每10年336.9 mm。

2.2 精細(xì)化汛期暴雨空間分布

由于河源地區(qū)國(guó)家氣象站分布較稀疏，本研究還選取2009—2018年河源地區(qū)20個(gè)區(qū)域自動(dòng)站的逐日降水資料，站點(diǎn)選取更為密集，數(shù)據(jù)更具代表性，空間分布更加精細(xì)化。

圖1a為2009—2018年河源地區(qū)汛期暴雨的平均暴雨日數(shù)空間分布，從圖1a可知，河源平均暴雨日數(shù)基本呈現(xiàn)“西南多、東北少”的分布特點(diǎn)，即自西向東逐漸遞減，中南部暴雨發(fā)生天數(shù)也明顯較北部地區(qū)多。平均暴雨日數(shù)的最高值區(qū)出現(xiàn)在源城中心附近，為7 d，次高值為紫金東南角的蘇區(qū)、南嶺一帶為6.6 d；最少暴雨日數(shù)位于連平與和平北部一帶，最少值為3 d左右。另外龍川中部的暴雨日數(shù)比南部和北部的暴雨日數(shù)略多。

圖1b為2009—2018年河源地區(qū)汛期暴雨強(qiáng)度空間分布，從圖1b可知，汛期暴雨強(qiáng)度呈現(xiàn)“北強(qiáng)南弱、西強(qiáng)東弱”的趨勢(shì)分布，中北部暴雨強(qiáng)度普遍比南部紫金地區(qū)強(qiáng)，且中北部暴雨強(qiáng)度自西向東逐漸減弱，其中，東源西南角的新回龍一帶汛期暴雨強(qiáng)度最強(qiáng)，最大值達(dá)86.6 mm／d，其次為紫金東南角蘇區(qū)一帶為86.3 mm／d；而暴雨強(qiáng)度的小值區(qū)由紫金中部向東北延伸至龍川南部，均值約為67.5 mm／d。另外，在紫金東南角一帶，暴雨日數(shù)及暴雨強(qiáng)度均為一個(gè)高值區(qū)，這與紫金的地形相關(guān)，在紫金東南角一帶地區(qū)為紫金縣海拔最高的山區(qū)地形，由于地形的抬升作用，對(duì)強(qiáng)對(duì)流及暴雨的發(fā)生都有明顯的影響［15］。

圖1 2009—2018年河源地區(qū)汛期暴雨日數(shù)（單位：d）（a）和暴雨強(qiáng)度（單位：mm／d）（b）精細(xì)化分布

2.3 月際變化

由河源地區(qū)汛期的平均暴雨日數(shù)（圖略）可以看出，汛期平均暴雨日各月均在2.5 d以上，呈單峰結(jié)構(gòu)分布，前汛期逐漸遞增，6月暴雨日數(shù)最多，為4.2 d，后汛期暴雨日數(shù)基本持平，7月最少，為2.6 d。另外，前汛期暴雨日數(shù)明顯比后汛期暴雨日數(shù)多，這與前汛期冷暖空氣活躍交匯引發(fā)降水以及南海夏季風(fēng)爆發(fā)導(dǎo)致暴雨發(fā)生，而后汛期主要影響系統(tǒng)為熱帶氣旋、熱帶輻合帶、東風(fēng)波等熱帶系統(tǒng)［15］。

2.4 年際和年代際變化

對(duì)河源地區(qū)汛期暴雨發(fā)生次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得知，近54年汛期暴雨總?cè)諗?shù)為864 d，年平均16.0 d，其中前汛期暴雨日數(shù)535 d，占整個(gè)汛期暴雨日數(shù)的61.9%，后汛期334 d，由此也可以看出，河源地區(qū)前汛期的暴雨降水對(duì)整個(gè)汛期的降水貢獻(xiàn)率比后汛期大；暴雨日數(shù)出現(xiàn)最多的年份為1993年的29 d，最少為7 d，發(fā)生在1969和2009年。

從汛期暴雨日數(shù)變化趨勢(shì)（圖2a）可以看出，近54年來(lái)河源地區(qū)汛期暴雨日數(shù)以0.078 d／年的速率減少，趨勢(shì)系數(shù)為0.238，未通過(guò)α＝0.05的顯著性檢驗(yàn)，說(shuō)明減幅不明顯。從多項(xiàng)式趨勢(shì)可知，20世紀(jì)60年代至70年代初，暴雨日數(shù)處于偏少期，但呈增加趨勢(shì)，20世紀(jì)70年代中后期至21世紀(jì)00年代末，暴雨日數(shù)處于偏多期，但呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)，21世紀(jì)10年代至今暴雨日數(shù)處于偏少期，且下降趨勢(shì)較為明顯。

河源地區(qū)汛期平均暴雨強(qiáng)度（圖2b）為75.9 mm／d，最多的年份1969年，為97.2 mm／d，最少為64.1 mm／d，出現(xiàn)在2014年。汛期平均暴雨強(qiáng)度以0.095 mm／（d·年）的速率減弱，趨勢(shì)系數(shù)為0.198，未通過(guò)α＝0.05的顯著性檢驗(yàn)，減弱趨勢(shì)不明顯。20世紀(jì)60年代至末期，暴雨強(qiáng)度處于偏強(qiáng)期，70年代至21世紀(jì)初呈波動(dòng)趨勢(shì)略有減弱，2005—2015年暴雨強(qiáng)度偏強(qiáng)，2015年后暴雨強(qiáng)度減弱，且減弱趨勢(shì)明顯。

圖2 1965—2018年河源地區(qū)汛期暴雨日數(shù)（a）和暴雨強(qiáng)度（b）年際變化

3 周期分析

本研究采用Morlet小波分析河源汛期暴雨不同時(shí)間尺度的周期震蕩特征。從暴雨日數(shù)的小波分析（圖略）可以看出，河源地區(qū)汛期暴雨日數(shù)存在3～4、7～10、20～27和45年以上的年際變化特征，以及15～20年左右的年代際變化特征。20世紀(jì)60年代至70年代末，暴雨日數(shù)以3年震蕩周期為主，次周期為8～10年。20世紀(jì)80年代至21世紀(jì)初，主周期為4年，其次為8～10、20～27和45年以上。21世紀(jì)至今，較明顯的周期震蕩為7～9年。另外，由整體小波功率譜（圖略）可見(jiàn)，小波功率峰值對(duì)應(yīng)信號(hào)波動(dòng)的主要周期有4個(gè)，第1個(gè)主周期為3～4年，其次為7～10、20～27和45年以上。

由1965—2018年河源地區(qū)汛期暴雨強(qiáng)度的Morlet小波分析（圖略）可知，河源汛期暴雨強(qiáng)度存在4～5、13和20年左右的周期震蕩規(guī)律，其中，4～5年的周期在20世紀(jì)60年代至90年代、21世紀(jì)00年代末至今震蕩明顯；而1965—2018年都存在13年的周期震蕩，高值中心分別出現(xiàn)在1967、1980、1992和2006年，結(jié)合2016年后仍未閉合的中心可知，在未來(lái)2～3年內(nèi)，河源暴雨強(qiáng)度將處于一個(gè)強(qiáng)度偏強(qiáng)時(shí)期。從方差圖上也可以看出，小波方差對(duì)應(yīng)3個(gè)主周期，第1個(gè)主周期為13年，其次為4和20年左右。

4 河源汛期暴雨環(huán)流分型

汛期持續(xù)性暴雨過(guò)程一般伴隨著中高緯和低緯均有低槽活動(dòng)［15］。通過(guò)對(duì)河源地區(qū)近50年汛期暴雨過(guò)程500 hPa的位勢(shì)高度和渦度場(chǎng)以及其影響的主要系統(tǒng)進(jìn)行分析，總結(jié)出影響河源汛期暴雨的5種主要環(huán)流類(lèi)型，即東亞槽底型、中緯西風(fēng)槽型、南支槽型、西南低渦型和臺(tái)風(fēng)低壓型。

4.1 東亞槽底型

東亞槽底型暴雨占汛期持續(xù)性暴雨的9.4%。500 hPa中高緯表現(xiàn)為“兩槽一脊”，兩槽分別位于巴爾喀什湖附近和東亞沿海地區(qū)，脊區(qū)一般位于貝加爾湖到蒙古一帶，或形成阻塞高壓，其中東亞大槽主要位于110°E以東沿海，槽底可至江南或華南地區(qū)。850 hPa華南上空是盛行的西南季風(fēng)，為廣東地區(qū)持續(xù)輸送暖濕氣流，切變線一般在23°N—30°N附近維持。高空槽、切變線與西南急流的相互配合，為河源地區(qū)汛期暴雨的形成提供了有利條件。

4.2 中緯西風(fēng)槽型

中緯西風(fēng)槽型暴雨占汛期持續(xù)性暴雨的18.7%，主要發(fā)生在4—7月，5月出現(xiàn)次數(shù)最多。西風(fēng)槽帶來(lái)的冷空氣強(qiáng)度偏弱，甚至無(wú)明顯冷空氣影響，呈現(xiàn)出暖區(qū)暴雨的特征。例如，2007年6月13—14日500 hPa青藏高原東側(cè)有短波槽從長(zhǎng)波系統(tǒng)中分裂東移下滑影響河源；700 hPa表現(xiàn)為強(qiáng)盛的西南季風(fēng)，且存在槽東移；850 hPa暖式切變線維持在河源北部，河源大部受切變南側(cè)西南風(fēng)場(chǎng)控制，期間出現(xiàn)大面積暴雨天氣。西南風(fēng)急流為暴雨的發(fā)生提供充足水汽，因此西南風(fēng)速大小為西風(fēng)槽暴雨預(yù)報(bào)的重要參考指標(biāo)（圖3）。

圖3 2007年6月14日08：00 500 hPa（a）、700 hPa（b）、850 hPa（c）高度場(chǎng)（等值線，單位：dagpm）和風(fēng)場(chǎng)（風(fēng)向桿，填色區(qū)≥8 m／s）

4.3 南支槽型

南支槽型暴雨為河源汛期暴雨的主要影響類(lèi)型，占汛期持續(xù)性暴雨的40.6%，主要出現(xiàn)在前汛期，以4和5月居多。環(huán)流特征表現(xiàn)為500 hPa孟加拉灣附近有較為深厚的南支槽，槽前西南氣流一直延伸到華南地區(qū)，廣東位于南支槽槽前，西南氣流強(qiáng)盛，也稱(chēng)孟灣槽；700 hPa一般配合有低槽活動(dòng)或受強(qiáng)勁的西南氣流影響；850 hPa有切變線南壓；地面有鋒面低槽影響。此類(lèi)暴雨常常發(fā)生在500、700 hPa槽前的西南風(fēng)風(fēng)速大值區(qū)、850 hPa切變線南側(cè)，因此，西南風(fēng)速大值區(qū)與切變線位置是預(yù)報(bào)暴雨落區(qū)和強(qiáng)度時(shí)必須考慮的條件。

4.4 西南低渦型

西南低渦型暴雨較少，僅占汛期持續(xù)性暴雨的3.1%。500和850 hPa西南地區(qū)均有閉合的氣旋式環(huán)流東移或東南移動(dòng)影響華南，地面北部灣至兩廣交界配合有低渦活動(dòng)。例如，2008年6月12—13日受西南低渦和強(qiáng)盛西南氣流影響，河源市出現(xiàn)暴雨到大暴雨降水，最大降水量出現(xiàn)在河源連平縣135.5 mm。

4.5 臺(tái)風(fēng)低壓型

河源地區(qū)后汛期暴雨主要與熱帶系統(tǒng)有關(guān)，且與臺(tái)風(fēng)登陸廣東有著密切聯(lián)系。臺(tái)風(fēng)低壓型暴雨占汛期暴雨的20.7%，主要出現(xiàn)在7—9月。受熱帶低值系統(tǒng)影響出現(xiàn)暴雨降水，主要出現(xiàn)在后汛期，但不同登陸點(diǎn)以及臺(tái)風(fēng)的移動(dòng)路徑對(duì)暴雨落區(qū)有較大影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)，影響河源暴雨的臺(tái)風(fēng)路徑主要有4種類(lèi)型：粵東沿海到福建交界登陸后東北走向、粵東沿海到福建交界登陸后偏北或西北走向、珠三角沿岸登陸后偏北或東北走向以及珠三角以西到粵西沿岸登陸后偏西北走向，其中前3類(lèi)占了河源臺(tái)風(fēng)低壓型暴雨的60% ～70%。例如，后汛期典型的臺(tái)風(fēng)低壓影響，2013年第11號(hào)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“尤特”登陸廣東陽(yáng)江，500、850 hPa均受其外圍環(huán)流影響，8月16—17日河源出現(xiàn)暴雨到大暴雨降水。

5 結(jié)論

1）河源地區(qū)汛期暴雨空間分布呈現(xiàn)“西南多、東北少”的特點(diǎn)。從精細(xì)化分布看，汛期暴雨日數(shù)呈自西向東逐漸遞減特征，其中，中南部暴雨發(fā)生日數(shù)較北部地區(qū)明顯偏多；暴雨強(qiáng)度呈現(xiàn)“北強(qiáng)南弱、西強(qiáng)東弱”的趨勢(shì)分布，中北部暴雨強(qiáng)度普遍比南部強(qiáng)，且中北部暴雨強(qiáng)度自西向東逐漸減弱。

2）河源地區(qū)汛期平均暴雨日數(shù)為16.0 d，前汛期暴雨日數(shù)比后汛期多；汛期暴雨日數(shù)及暴雨強(qiáng)度均呈逐漸下降的趨勢(shì)，但均未通過(guò)α＝0.05的顯著性檢驗(yàn)，下降趨勢(shì)不明顯。

3）小波分析表明，河源地區(qū)汛期暴雨日數(shù)存在3～4、7～10、20～27和45年以上的周期震蕩，其中3～4年為主周期；暴雨強(qiáng)度存在4～5、13和20年左右的周期震蕩規(guī)律，主周期為13年左右，且在未來(lái)2～3年內(nèi)，河源暴雨強(qiáng)度將處于一個(gè)強(qiáng)度偏強(qiáng)時(shí)期。

4）影響河源汛期暴雨主要有5種環(huán)流類(lèi)型，即東亞槽底型、中緯西風(fēng)槽型、南支槽型、西南低渦型和臺(tái)風(fēng)低壓型。前汛期的主要影響類(lèi)型為中緯西風(fēng)槽型和南支槽型，分別占汛期暴雨的18.7%、40.6%；后汛期主要為臺(tái)風(fēng)低壓型暴雨，占20.7%，但不同登陸地點(diǎn)及臺(tái)風(fēng)移動(dòng)路徑對(duì)河源暴雨影響程度不同。