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上海地區(qū)暴雨預(yù)警評估及不同天氣型暴雨預(yù)警差異分析

2022-08-17 04:45周偉東韓寧戴建華陳浩岳彩軍張瑞怡
暴雨災(zāi)害 2022年4期
關(guān)鍵詞:上海地區(qū)命中率橙色

周偉東,韓寧,戴建華,陳浩,岳彩軍,張瑞怡

(1.上海市氣象服務(wù)中心,上海 200030;2.上海中心氣象臺,上海 200030;3.上海海洋中心氣象臺,上海 200030)

引言

暴雨是我國主要的災(zāi)害天氣之一,多產(chǎn)生于臺風(fēng)、鋒面、低渦、局地強(qiáng)對流等天氣系統(tǒng)中。低空急流為暴雨產(chǎn)生提供有利的動力和熱力條件(Chen et al.,1998),暖濕空氣的抬升作用是產(chǎn)生暴雨的重要動力學(xué)機(jī)制(羅亞麗等,2020)。西太平洋副熱帶高壓季節(jié)性北抬,西南季風(fēng)與北方冷空氣交匯并長時(shí)間維持,形成持續(xù)性暴雨(丁一匯,1993)。青藏高原通過動力和熱力作用改變周邊大氣環(huán)流和天氣系統(tǒng),影響中國暴雨(葉篤正等,1977)。另外,熱帶氣旋也是產(chǎn)生大暴雨的重要天氣系統(tǒng)。1975年8月臺風(fēng)“妮娜”引起的“75.8”河南特大暴雨,林莊地區(qū)24 h降水量達(dá)到1 063 mm,成為中國大陸上最強(qiáng)臺風(fēng)降水記錄(陶詩言,1980)。

研究表明,中國暴雨雨量和雨日的線性趨勢從東南沿海向西北內(nèi)陸呈明顯“增—減—增”的空間分布格局,并呈現(xiàn)出東南沿海增長快,內(nèi)陸地區(qū)相對慢的變化特征(李瑩等,2017)。大暴雨、特大暴雨在各季節(jié)均表現(xiàn)為顯著增加的趨勢,暴雨和大暴雨均存在明顯年代際躍變,這種躍變在暴雨、大暴雨頻發(fā)的區(qū)域增幅更為顯著(周晶等,2018)。江淮地區(qū)梅雨期降水的日變化具有雙峰結(jié)構(gòu),峰值分別出現(xiàn)在夜間至清晨和下午(Luo et al.,2013),其中夜間和清晨的暴雨與邊界層低空急流關(guān)系非常密切(Luo and Chen,2015)。局地渦旋對暴雨強(qiáng)度產(chǎn)生重大影響(何躍等,2019),城市化改變了風(fēng)場,甚至改變了天氣系統(tǒng)本身,進(jìn)而改變了濕度平流,最終影響城市降水的落區(qū)和強(qiáng)度,且風(fēng)速越大,影響越明顯(岳彩軍等,2019)。此外,較強(qiáng)的城市效應(yīng)與長三角城市群下午短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生頻次升高有關(guān)(Jiang et al.,2020)。強(qiáng)對流發(fā)生開始時(shí)間主要在中午到傍晚,除與熱島效應(yīng)有關(guān)外,與水陸環(huán)流也存在一定的聯(lián)系(漆梁波等,2005)。

上海地區(qū)暴雨天氣以靜止鋒雨帶及副高邊緣強(qiáng)對流型為大多數(shù),這兩種天氣產(chǎn)生的暴雨次數(shù)占總次數(shù)的六成以上(漆梁波等,2005)。暴雨日數(shù)在中心城區(qū)和浦東較多(史軍等,2015),反映出明顯的城市雨島特征,在水汽充沛的東部沿海和城市化水平較高的中心城區(qū)相對容易出現(xiàn)極端雨強(qiáng)(李海宏和吳吉東,2018)。覆蓋范圍廣、持續(xù)時(shí)間長和強(qiáng)度大的暴雨均可造成城市積水,交通受阻,給人民生命財(cái)產(chǎn)和社會經(jīng)濟(jì)帶來損害。特大暴雨往往形成城市積澇和農(nóng)田漬澇等多種次生災(zāi)害(漆梁波等,2005)。暴雨對道路擁堵產(chǎn)生影響,早晚高峰時(shí)擁堵道路數(shù)量超出往常水平最高可達(dá)150%(易嘉偉等,2020)。2013年9月13日,上海地區(qū)出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水和雷雨大風(fēng),浦東地區(qū)小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)到124 mm·h-1,過程雨量為150.1 mm,崇明、浦東、中心城區(qū)和松江先后出現(xiàn)了8~10級雷雨大風(fēng),最大陣風(fēng)12級。浦東及中心城區(qū)80多條段道路短時(shí)積水20~50 cm,晚高峰交通癱瘓,2條地鐵線路因暴雨發(fā)生故障(漆梁波等,2005)。

對上海地區(qū)暴雨分布特征、暴雨成因、暴雨影響等方面已有較多的研究,并取得了一些研究成果(史軍等,2016;徐偉等,2019;傅新姝等,2020;賀芳芳和趙兵科,2009;Liang and Ding,2017)。值得注意的是,已有研究中暴雨的定義不統(tǒng)一,與現(xiàn)有暴雨預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)聯(lián)性不強(qiáng),在暴雨預(yù)警業(yè)務(wù)應(yīng)用上存在一定的難度;同時(shí)缺乏對上海地區(qū)暴雨預(yù)警的統(tǒng)計(jì)分析,在暴雨預(yù)警時(shí)效性等方面的研究也不多見。眾所周知,及時(shí)有效的氣象預(yù)警可以為災(zāi)害防御提供更多的準(zhǔn)備時(shí)間,從而降低自然災(zāi)害對人民生產(chǎn)、生活的影響。鑒于此,本文基于上海地區(qū)高密度自動觀測站的逐小時(shí)降水資料,利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法,對上海地區(qū)10余年暴雨的時(shí)空分布特征和近5 a暴雨預(yù)警信號的發(fā)布情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析,在分析暴雨預(yù)警發(fā)布命中率和預(yù)警時(shí)效的基礎(chǔ)上,對不同天氣形勢下暴雨預(yù)警時(shí)效的差異進(jìn)行了研究。以期為上海城市雨洪管理、城市排水防澇基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及提高暴雨災(zāi)害防御能力提供一定依據(jù)。

1 資料和方法

1.1 資料

采用2010年1月—2020年12月上海地區(qū)79個(gè)自動氣象站逐小時(shí)降水資料和2016年1月—2020年12月上海地區(qū)9個(gè)區(qū)和市級暴雨各級別預(yù)警信號發(fā)布資料。由于2019年4月上海市修訂了暴雨預(yù)警標(biāo)準(zhǔn),暴雨預(yù)警評估時(shí)只使用了新標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行后的資料。在統(tǒng)計(jì)10多年暴雨時(shí)空分布特征時(shí),挑取了國家基本站、國家一般站、省級骨干站和省級考核站中資料完整可靠、空間分布相對均勻的41個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析;在預(yù)警時(shí)效檢驗(yàn)時(shí),為確保檢驗(yàn)結(jié)論的客觀性,使用了上海地區(qū)79個(gè)自動站的資料。逐小時(shí)降水資料來自上海市氣象信息技術(shù)支持中心,預(yù)警信號相關(guān)數(shù)據(jù)來自上海市預(yù)警發(fā)布中心。

1.2 方法

根據(jù)2019年4月上海市政府發(fā)布的《上海市氣象災(zāi)害預(yù)警信號發(fā)布與傳播規(guī)定》及上海市氣象局修訂的《上海市氣象災(zāi)害預(yù)警信號及防御指南》中暴雨預(yù)警定義,區(qū)分1 h雨量標(biāo)準(zhǔn)的暴雨(以下簡稱1 h暴雨)和6 h雨量標(biāo)準(zhǔn)的暴雨(以下簡稱6 h暴雨)進(jìn)行暴雨時(shí)空特征分析和預(yù)警時(shí)效檢驗(yàn),不同級別暴雨標(biāo)準(zhǔn)見表1。文中未明確等級的暴雨是指達(dá)到藍(lán)色標(biāo)準(zhǔn)的暴雨。

表1 不同級別暴雨預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)(單位:mm)Table 1 Rainstorm warning standards at different levels(unit:mm)

區(qū)級和市級暴雨預(yù)警如果在發(fā)布時(shí)段內(nèi)對應(yīng)區(qū)域自動站雨量達(dá)到預(yù)警標(biāo)準(zhǔn),則定義此次預(yù)警命中,無自動站達(dá)到預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)則定義為預(yù)警空報(bào)。當(dāng)各區(qū)出現(xiàn)自動站雨量達(dá)到預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)而未發(fā)布對應(yīng)級別或高于對應(yīng)級別的預(yù)警,則定于該級別預(yù)警漏報(bào)。當(dāng)中心城區(qū)自動氣象站點(diǎn)雨量達(dá)到預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)而未發(fā)布對應(yīng)級別或高于對應(yīng)級別的預(yù)警,或有2個(gè)區(qū)自動站達(dá)到預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)而對應(yīng)各區(qū)均未發(fā)布對應(yīng)級別或高于對應(yīng)級別的預(yù)警時(shí),定義為市級預(yù)警漏報(bào)。暴雨預(yù)警命中率定義為預(yù)警命中次數(shù)與預(yù)警命中次數(shù)、漏報(bào)次數(shù)之和的百分比,見公式(1)??請?bào)率定義為預(yù)警空報(bào)次數(shù)與預(yù)警命中次數(shù)、空報(bào)次數(shù)之和的百分比,見公式(2)。預(yù)警時(shí)效定義為各等級預(yù)警提前時(shí)間總和除以預(yù)警命中次數(shù)、空報(bào)次數(shù)、漏報(bào)次數(shù)之和,見公式(3)

式(1)、式(2)和式(3)分別為命中率、空報(bào)率、預(yù)警時(shí)效的計(jì)算公式,其中PODk為命中率,F(xiàn)ARk為空報(bào)率,Tk為預(yù)警時(shí)效,NAk為預(yù)警命中次數(shù),NBk為空報(bào)次數(shù),NCk為漏報(bào)次數(shù),∑Ck為第K級預(yù)警信號的提前時(shí)間總和,K為暴雨預(yù)警信號級別,分1~4級,分別代表暴雨藍(lán)色、黃色、橙色、紅色預(yù)警信號。

在統(tǒng)計(jì)暴雨預(yù)警時(shí)效時(shí),出現(xiàn)預(yù)警漏報(bào)或預(yù)警空報(bào)定義預(yù)警時(shí)效為0,預(yù)警信號正確時(shí),定義預(yù)警時(shí)效為達(dá)到預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間減去預(yù)警發(fā)布的時(shí)間。在對不同天氣類型下產(chǎn)生暴雨的預(yù)警時(shí)效進(jìn)行評估時(shí),按照暴雨過程進(jìn)行統(tǒng)計(jì);如一次暴雨過程出現(xiàn)多個(gè)等級標(biāo)準(zhǔn)的暴雨則分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì),多個(gè)郊區(qū)相同時(shí)段出現(xiàn)同一等級的暴雨過程,則按一次過程計(jì)算;預(yù)警評估時(shí)首先對市級預(yù)警進(jìn)行評估,對于未達(dá)到市級預(yù)警發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)的暴雨過程,則對出現(xiàn)暴雨的郊區(qū)預(yù)警進(jìn)行評估。

本文中的區(qū)級預(yù)警是指由閔行、寶山、嘉定、崇明、金山、青浦、松江、奉賢、浦東氣象臺發(fā)布的預(yù)警,市級預(yù)警是指由上海中心氣象臺發(fā)布的全市預(yù)警。本文中的中心城區(qū)指黃浦、徐匯、長寧、靜安、普陀、虹口、楊浦共7個(gè)區(qū)。

2 結(jié)果與分析

2.1 上海地區(qū)暴雨的時(shí)空特征

2.1.1 暴雨頻次時(shí)間特征

上海地區(qū)1 h暴雨的頻次每年平均為34.0站次(圖1),其中2015年最少(19站次),2017年最多(51站次)。其他年份的暴雨頻次變化幅度較小,暴雨頻次每年在31~38站次之間。6 h暴雨的頻次明顯多于1 h暴雨的頻次,平均每年為85.1站次,其中2020年最多(123站次),2011年最少(52站次)。從變化趨勢上看,1 h暴雨的變化趨勢不明顯,而6 h暴雨有增加的趨勢,平均每年增加5.0站次,相關(guān)性通過了0.01的顯著性檢驗(yàn)。

圖1 2010—2020年上海地區(qū)1 h雨量標(biāo)準(zhǔn)和6 h雨量標(biāo)準(zhǔn)的暴雨頻次變化Fig.1 Changes of rainstorm frequency with 1h and 6 h rainfall standard in Shanghai from 2010 to 2020

從不同級別的暴雨頻次上看(圖2),1 h雨量達(dá)到暴雨藍(lán)色標(biāo)準(zhǔn)的暴雨頻次在2015年出現(xiàn)最小值,2017年出現(xiàn)最大值,橙色和紅色標(biāo)準(zhǔn)的暴雨頻次在2014年以后有所增加。6 h雨量達(dá)到暴雨藍(lán)色標(biāo)準(zhǔn)的暴雨頻次在2018年以后明顯增多,其中2020年達(dá)到最大值103站次,其他級別的暴雨頻次變化不明顯。

圖2 2010—2020年上海地區(qū)1 h雨量標(biāo)準(zhǔn)(a)和6 h雨量標(biāo)準(zhǔn)(b)的各級別暴雨頻次變化Fig.2 Changes of rainstorm frequency at different levels of 1 h rainfall standard(a)and 6 h rainfall standard(b)in Shanghai from 2010 to 2020

上海地區(qū)各月1 h和6 h暴雨頻次的變化特征表明(圖3),暴雨主要出現(xiàn)在6—9月,占總次數(shù)的92%。不管是1 h還是6 h的暴雨出現(xiàn)最多的月份均為8月,這與8月上海處于臺風(fēng)季,降水相對比較集中有關(guān)。6月是上海的梅雨季節(jié),暴雨頻次也相對較多。從圖3上還可以看出,7月份1 h和6 h的暴雨頻次出現(xiàn)了較大的差異,1 h暴雨出現(xiàn)相對大值,而6 h暴雨則出現(xiàn)低谷。7月,上海地區(qū)出梅后進(jìn)入伏旱,持續(xù)時(shí)間較長的暴雨相對較少,副高控制下的短時(shí)暴雨仍時(shí)有發(fā)生,這可能是造成1 h和6 h暴雨頻次變化特征出現(xiàn)較大差異的可能原因。

圖3 2010—2020年上海地區(qū)各月1 h雨量標(biāo)準(zhǔn)和6 h雨量標(biāo)準(zhǔn)暴雨頻次分布Fig.3 The distribution of rainstorm frequency with 1 h and 6 h rainfall standard in Shanghai from 2010 to 2020

從暴雨的日變化特征來看(圖4),1 h暴雨頻次與6 h暴雨頻次的變化特征存在較大的差異。從圖4還可以看出,1 h暴雨頻次波動較大,最大值出現(xiàn)在16時(shí),最小值則出現(xiàn)在22時(shí)。6 h暴雨頻次呈現(xiàn)單峰型特征,22時(shí)出現(xiàn)最小值,之后平緩上升,09時(shí)出現(xiàn)最大值,上午是暴雨頻次相對集中的時(shí)段。以上分析說明午后局地?zé)釋α餍纬傻谋┯暌话愠掷m(xù)時(shí)間相對較短,而持續(xù)時(shí)間較長的暴雨多出現(xiàn)在上午。

圖4 2010—2020年上海地區(qū)1 h雨量標(biāo)準(zhǔn)和6 h雨量標(biāo)準(zhǔn)暴雨頻次日變化Fig.4 Diurnal variation of rainstorm frequency with 1 h and 6 h standard in Shanghai from 2010 to 2020

2.1.2 暴雨頻次的空間特征

從1 h和6 h暴雨頻次的空間分布來看(圖5),中心城區(qū)和浦東靠近黃浦江地區(qū)存在大值中心,其中1 h暴雨頻次最大值為19次,6 h暴雨頻次最大值為34次,這可能與城市熱島效應(yīng)密切相關(guān)(李海宏和吳吉東,2018)。同時(shí)崇明中北部、浦東東南部、奉賢南部地區(qū)也有較大值存在,這些區(qū)域靠近長江口和杭州灣,是水陸交界區(qū)域,暴雨頻次與水陸環(huán)流存在一定的聯(lián)系(漆梁波等,2005)。

圖5 2010—2020年上海地區(qū)1 h雨量標(biāo)準(zhǔn)(a)和6 h雨量標(biāo)準(zhǔn)(b)暴雨頻次的空間分布Fig.5 Spatial distribution of rainstorm frequency with(a)1 h rainfall standard and(b)6 h rainfall standard in Shanghai from 2010 to 2020

從暴雨出現(xiàn)站點(diǎn)百分比的累積頻率上看(圖6),6 h暴雨單站(占總站數(shù)的2.4%)出現(xiàn)的頻率為34.6%,出現(xiàn)2站的累積頻率已超過五成,達(dá)到了52.4%,3站的累積頻率為60.8%,11站(占總站數(shù)的26.8%)的累積頻率超過90%。但也有全市范圍的暴雨出現(xiàn),2013年10月8日,上海出現(xiàn)了統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)最大范圍的暴雨,6 h暴雨出現(xiàn)的站點(diǎn)數(shù)為40站,占總站數(shù)的97.6%。2012年8月8日,6 h暴雨出現(xiàn)29站,占總站數(shù)的70.7%。1 h暴雨局地性更強(qiáng),單站暴雨出現(xiàn)的頻率為45.2%,出現(xiàn)2站的累積頻率為69.2%,6站(占總站數(shù)的14.6%)出現(xiàn)暴雨的累積頻率已超過90%。2017年9月25日,1 h暴雨全市出現(xiàn)了14站,占總站數(shù)的34.1%。上述統(tǒng)計(jì)分析表明,上海地區(qū)暴雨的局地特征非常明顯。

圖6 2010—2020年上海地區(qū)1 h雨量標(biāo)準(zhǔn)和6 h雨量標(biāo)準(zhǔn)暴雨出現(xiàn)站點(diǎn)百分比的累計(jì)頻率Fig.6 Cumulative frequency of station percentage with 1 h and 6 h rainstorm standard in Shanghai from 2010 to 2020

2.2 上海地區(qū)暴雨預(yù)警評估

2.2.1 暴雨預(yù)警信號的發(fā)布特征

2016—2020年上海地區(qū)共發(fā)布暴雨預(yù)警信號1 165次,其中暴雨黃色預(yù)警信號發(fā)布頻次最多(626次),占總次數(shù)的53.7%,藍(lán)色次之(436次),占總次數(shù)的37.4%,橙色最少(103次),占總次數(shù)的8.8%。5年內(nèi)上海地區(qū)未發(fā)布過暴雨紅色預(yù)警信號。從預(yù)警信號發(fā)布頻次的月變化來看(圖7),暴雨預(yù)警信號主要發(fā)生在6—8月,占全年總數(shù)的88.0%,其中8月最多,占全年的28.9%。1月、2月、11月、12月則未發(fā)布過暴雨預(yù)警。從不同級別預(yù)警信號各月發(fā)布頻次來看,黃色和橙色預(yù)警信號8月最多,藍(lán)色預(yù)警6月最多。7月份,除黃色預(yù)警比6月略有增加外,其他預(yù)警均比6月有明顯下降。

圖7 2016—2020年上海地區(qū)逐月各級別暴雨預(yù)警發(fā)布頻次Fig.7 Monthly frequency of rainstorm warning at all levels in Shanghai from 2016 to 2020

從暴雨預(yù)警信號發(fā)布時(shí)間(指預(yù)警信號發(fā)布的開始時(shí)間,下同)的日變化可以看出(圖8),預(yù)警信號發(fā)布時(shí)間呈現(xiàn)雙峰型變化特征,第一峰值出現(xiàn)在中午12∶00(北京時(shí),下同),第二峰值出現(xiàn)在早晨06∶00。12∶00—17∶00預(yù)警信號發(fā)布相對集中,該時(shí)段的發(fā)布頻次占總次數(shù)的38.1%,其中12∶00發(fā)布的頻次最多(93次),15∶00次之(85次)。暴雨預(yù)警信號發(fā)布時(shí)間最少的時(shí)段為23∶00。藍(lán)色預(yù)警信號發(fā)布時(shí)間在06∶00、12∶00、19∶00都出現(xiàn)了較大值,04∶00則出現(xiàn)最小值。暴雨黃色預(yù)警信號發(fā)布時(shí)間表現(xiàn)為單峰型特征,峰值出現(xiàn)在17∶00。橙色預(yù)警信號發(fā)布時(shí)間多出現(xiàn)在05∶00。

圖8 2016—2020年上海地區(qū)暴雨各級別預(yù)警信號發(fā)布頻次的日變化Fig.8 Diurnal variation of frequency of rainstorm warning signals at all levels in Shanghai from 2016 to 2020

從預(yù)警信號持續(xù)時(shí)間來看(表2),各級別預(yù)警信號平均持續(xù)時(shí)間為5.9 h,其中藍(lán)色預(yù)警持續(xù)時(shí)間最長(7.2 h),黃色次之(5.4 h),橙色最短(3.9 h)。從各區(qū)不同級別預(yù)警的持續(xù)時(shí)間上看,松江藍(lán)色預(yù)警持續(xù)時(shí)間最長(8.1 h),青浦黃色預(yù)警信號持續(xù)時(shí)間最長(6.4 h),金山橙色預(yù)警持續(xù)時(shí)間最長(7.5 h)。

表2 2016—2020年上海各區(qū)及市級各級別暴雨預(yù)警持續(xù)時(shí)間(單位:h)Table 2 The duration of rainstorm warning(unit:h)in Shanghai from 2016 to 2020

2.2.2 暴雨預(yù)警頻次評估

2019—2020年上海地區(qū)各區(qū)及市級共發(fā)布暴雨預(yù)警474次,其中浦東發(fā)布頻次最多(56次),松江發(fā)布頻次最少(37次)。市級暴雨預(yù)警共發(fā)布54次。上海地區(qū)暴雨預(yù)警命中率平均為82.4%(表3),在暴雨不同級別的預(yù)警中,暴雨藍(lán)色預(yù)警命中率最高(87.9%),其次是暴雨黃色預(yù)警(75.6%),暴雨橙色預(yù)警命中率最低(57.9%)。統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi),市級及各區(qū)均未發(fā)布暴雨紅色預(yù)警。在全市的暴雨預(yù)警中,市級暴雨預(yù)警命中率為88.6%,閔行的暴雨預(yù)警命中率最高(100.0%),浦東的暴雨預(yù)警命中率最低(66.7%)。在各區(qū)不同級別的暴雨預(yù)警中,閔行的暴雨藍(lán)色、暴雨黃色、暴雨橙色預(yù)警命中率均為100.0%;松江的暴雨藍(lán)色命中率為100.0%,寶山、崇明、青浦暴雨黃色預(yù)警命中率為100.0%;金山暴雨橙色預(yù)警的命中率為100%。暴雨藍(lán)色預(yù)警命中率浦東最低(70.0%),暴雨黃色預(yù)警命中率金山最低(0.0%),暴雨橙色預(yù)警命中率嘉定和松江最低(33.3%)。

表3 2019—2020年上海地區(qū)暴雨預(yù)警命中率(單位:%)Table 3 The hit rate of rainstorm warning(unit:%)in Shanghai from 2019 to 2020

全市暴雨預(yù)警空報(bào)率平均為63.9%(表4),其中暴雨藍(lán)色、暴雨黃色、暴雨橙色預(yù)警空報(bào)率分別為65.4%、62.6%、38.9%。市級預(yù)警的空報(bào)率為26.4%,其中暴雨藍(lán)色預(yù)警空報(bào)率為25.6%,黃色預(yù)警空報(bào)率為33.3%,橙色預(yù)警空報(bào)率為0.0%,均明顯好于各區(qū)預(yù)警空報(bào)率。在各區(qū)暴雨預(yù)警空報(bào)率中,青浦最高為84.6%,松江最低為54.1%。暴雨藍(lán)色預(yù)警空報(bào)率松江最低(58.1%),青浦最高(82.9%);暴雨黃色預(yù)警空報(bào)率松江最低(40.0%),金山最高(100.0%);暴雨橙色預(yù)警空報(bào)率嘉定、崇明、金山、松江、奉賢最低(0.0%),寶山、青浦最高(100.0%)。

表4 2019—2020年上海地區(qū)暴雨預(yù)警空報(bào)率(單位:%)Table 4 The null rate of rainstorm warning(unit:%)in Shanghai from 2019 to 2020

以上分析可知,市級和各區(qū)暴雨預(yù)警命中率均較高,除浦東外,市級和各區(qū)暴雨預(yù)警的命中率均超過70%。但各區(qū)暴雨預(yù)警的空報(bào)次數(shù)相對較多,空報(bào)率均超過了50%,其中金山、青浦暴雨預(yù)警空報(bào)率超過了80%。另外,要特別關(guān)注高級別暴雨出現(xiàn)的可能性,加強(qiáng)氣象監(jiān)測和預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)。

2.2.3 暴雨預(yù)警時(shí)效評估

從暴雨的預(yù)警時(shí)效上看,上海地區(qū)暴雨預(yù)警時(shí)效平均為1.3 h,其中暴雨藍(lán)色預(yù)警的時(shí)效為1.2 h,暴雨黃色的預(yù)警時(shí)效為1.7 h,暴雨橙色預(yù)警的時(shí)效為0.9 h。

從各區(qū)暴雨預(yù)警時(shí)效來看(圖略),松江的預(yù)警時(shí)效最長(2.2 h),嘉定的預(yù)警時(shí)效最短(0.6 h),其他各區(qū)的預(yù)警時(shí)效在0.7~1.6 h之間。各區(qū)不同級別的預(yù)警時(shí)效存在明顯差異,暴雨藍(lán)色預(yù)警的時(shí)效浦東最長(1.7 h),其次是松江(1.6 h),嘉定預(yù)警時(shí)效最短(0.6 h)。暴雨黃色預(yù)警時(shí)效松江最長(6.0 h),金山最短(0.0 h)。暴雨橙色預(yù)警時(shí)效金山最長(6.9 h),寶山、青浦最短(0.0 h)。市級預(yù)警中,暴雨藍(lán)色預(yù)警時(shí)效為2.3 h,黃色預(yù)警時(shí)效為2.7 h,橙色預(yù)警時(shí)效為0.8 h。

暴雨預(yù)警時(shí)效評估表明,多區(qū)平均預(yù)警時(shí)效小于1.0 h,特別是高級別預(yù)警,多區(qū)存在暴雨實(shí)況出現(xiàn)后再發(fā)布預(yù)警或未發(fā)布預(yù)警的情況,導(dǎo)致預(yù)警時(shí)效為0.0 h。所以在暴雨預(yù)警發(fā)布的過程中,不僅要盡量提高預(yù)警的命中率,同時(shí)還要延長預(yù)警的時(shí)效,便于為相關(guān)部門提供更多的暴雨災(zāi)害防御準(zhǔn)備的時(shí)間,以減輕暴雨對人們生產(chǎn)生活的影響。

2.3 不同天氣形勢下暴雨預(yù)警時(shí)效差異

2019—2020年上海地區(qū)共出現(xiàn)不同級別的暴雨過程54次,按照漆梁波等(2005)對上海地區(qū)暴雨的天氣形勢分型,梅雨靜止鋒、副高邊緣強(qiáng)對流、臺風(fēng)等是影響上海地區(qū)暴雨的主要天氣類型(表5)。其中靜止鋒雨帶型暴雨出現(xiàn)最多為20次,其次是臺風(fēng)本體或外圍螺旋雨帶型9次、副高邊緣強(qiáng)對流型8次,江淮氣旋型出現(xiàn)了5次。臺風(fēng)倒槽型、暖式切變線(暖區(qū)輻合線)型、低槽冷鋒型暴雨相對較少,另外還有其它類型的暴雨出現(xiàn)了6次。

表5 2019—2020年上海地區(qū)不同天氣類型暴雨發(fā)生頻次(單位:次)和平均預(yù)警時(shí)效(單位:h)Table 5 Frequencies(unit:time)and average warning time(unit:h)of rainstorm occurrence with different weather types in Shanghai from 2019 to 2020

對以上不同天氣類型產(chǎn)生的暴雨進(jìn)行預(yù)警時(shí)效的評估,結(jié)果表明,不同天氣類型下的暴雨預(yù)警時(shí)效差異較大,預(yù)警時(shí)效在0.5~2.8 h之間。暖式切變線(暖區(qū)輻合線)型暴雨的預(yù)警時(shí)效最長,為2.8 h,副高邊緣強(qiáng)對流型、臺風(fēng)倒槽型和江淮氣旋型暴雨預(yù)警時(shí)效均不足1.0 h,其中副高邊緣強(qiáng)對流型暴雨預(yù)警時(shí)效僅有0.5 h。盛夏季節(jié)的副高邊緣暴雨往往具有局地突發(fā)性特征,預(yù)報(bào)預(yù)警難度較大,預(yù)警時(shí)效在各種類型中也是最短的。對于強(qiáng)的臺風(fēng)倒槽型暴雨,往往是在有利的大尺度天氣背景下產(chǎn)生的中小尺度對流性降水,加之具有遠(yuǎn)距離性,在預(yù)警上同樣具有較高難度。江淮氣旋型暴雨,盡管天氣系統(tǒng)相對明確,但具體強(qiáng)度、移動路徑、冷暖區(qū)內(nèi)氣象要素的預(yù)測偏差對暴雨的發(fā)生帶來不確定性,其預(yù)警時(shí)效也只有0.9 h。其它類型暴雨預(yù)警時(shí)效在1.0~2.4 h之間。

按照天氣過程統(tǒng)計(jì),2019—2020年共有18次不同級別暴雨出現(xiàn)預(yù)警漏發(fā),其中臺風(fēng)本體或外圍螺旋雨帶型有6次,靜止鋒雨帶型有4次,副高邊緣型、臺風(fēng)倒槽型、江淮氣旋型分別有2次,其它類型有2次(表略)。從不同級別預(yù)警的漏發(fā)情況(表6)來看,暴雨紅色預(yù)警漏發(fā)2次,其中1次為靜止鋒雨帶型,1次為臺風(fēng)本體或外圍螺旋雨帶型。在漏發(fā)的橙色預(yù)警中,臺風(fēng)相關(guān)類型有5次,占比超過了80%。漏發(fā)的黃色預(yù)警中,臺風(fēng)本體或外圍螺旋雨帶型占比也達(dá)到一半,說明臺風(fēng)相關(guān)類型是暴雨預(yù)警漏發(fā)的主要天氣類型,需要特別關(guān)注。同時(shí)靜止鋒雨帶型是除臺風(fēng)本體或外圍螺旋雨帶型以外四個(gè)等級預(yù)警均出現(xiàn)過漏發(fā)的天氣類型,對于梅雨期內(nèi)強(qiáng)降水也需要加強(qiáng)監(jiān)測預(yù)警。

表6 2019—2020年上海地區(qū)不同天氣類型暴雨各級別預(yù)警漏發(fā)頻次(單位:次)Table 6 Missing frequencies of early warning(unit:time)of different types of rainstorm in Shanghai from 2019 to 2020

上述分析可知,上海地區(qū)暴雨主要受梅雨靜止鋒、副高邊緣強(qiáng)對流、臺風(fēng)等天氣類型的影響,不同天氣形勢下暴雨預(yù)警時(shí)效存在較大差異,副高邊緣強(qiáng)對流型、臺風(fēng)倒槽型和江淮氣旋型暴雨預(yù)警時(shí)效相對較短,臺風(fēng)本體或外圍螺旋雨帶型暴雨預(yù)警較易漏發(fā)。

3 結(jié)論與討論

本文基于2010—2020年上海地區(qū)79個(gè)自動氣象觀測站逐小時(shí)觀測資料和2016—2020年暴雨預(yù)警信號發(fā)布資料,采用趨勢分析、累積頻率等統(tǒng)計(jì)方法,對上海地區(qū)暴雨的時(shí)空分布特征、暴雨預(yù)警信號發(fā)布情況、不同天氣形勢下暴雨預(yù)警時(shí)效的差異等進(jìn)行了研究,得到如下結(jié)論:

(1)2010—2020年上海地區(qū)41個(gè)自動氣象站中出現(xiàn)1 h暴雨平均為34.0站次,出現(xiàn)6 h暴雨平均為85.1站次。6 h暴雨呈現(xiàn)顯著上升趨勢,其中暴雨藍(lán)色上升趨勢最為明顯。上海地區(qū)暴雨主要出現(xiàn)在6—9月,7月份6 h暴雨出現(xiàn)了明顯的低谷,而1 h暴雨較6月仍有所增加,顯示出7月副高控制下局地多短時(shí)暴雨的特征。6 h暴雨日變化呈現(xiàn)單峰型特征,上午是暴雨相對集中的時(shí)段。1 h暴雨頻次波動較大,最大值出現(xiàn)在16時(shí)。說明午后暴雨一般持續(xù)時(shí)間相對較短,而持續(xù)時(shí)間較長的暴雨多出現(xiàn)在上午。

(2)上海地區(qū)暴雨的局地特征非常明顯。暴雨出現(xiàn)站點(diǎn)百分比的累積頻率表明,6 h暴雨單站(占總站數(shù)的2.4%)出現(xiàn)的頻率為34.6%,出現(xiàn)2站的累積頻率已超過五成。1 h暴雨局地性更強(qiáng),單站暴雨出現(xiàn)的頻率為45.2%,6站出現(xiàn)暴雨的累積頻率已超過90%。從1 h和6 h暴雨頻次的空間分布來看,中心城區(qū)和浦東靠近黃浦江地區(qū)存在大值中心,這可能與城市熱島效應(yīng)密切相關(guān)。

(3)2016—2020年上海地區(qū)共發(fā)布暴雨預(yù)警信號1 165次,其中暴雨黃色預(yù)警信號發(fā)布頻次最多,藍(lán)色次之,橙色最少。暴雨預(yù)警信號主要出現(xiàn)在6—8月,占全年總數(shù)的88.0%。從暴雨預(yù)警信號發(fā)布時(shí)間的日變化可以看出,預(yù)警信號發(fā)布時(shí)間呈現(xiàn)雙峰型變化特征,第一峰值出現(xiàn)在中午12:00,以12:00—17:00預(yù)警信號發(fā)布相對集中,其次是早晨06:00。從預(yù)警信號持續(xù)時(shí)間來看,各級別預(yù)警信號發(fā)布持續(xù)時(shí)間平均為5.9 h,其中藍(lán)色預(yù)警持續(xù)時(shí)間最長(7.2 h),黃色次之(5.4 h),橙色最短(3.9 h)。

(4)上海地區(qū)暴雨預(yù)警命中率平均為82.4%,在暴雨不同級別的預(yù)警中,暴雨藍(lán)色預(yù)警命中率為87.9%,暴雨黃色預(yù)警命中率為75.6%,暴雨橙色預(yù)警命中率為57.9%。從暴雨的預(yù)警時(shí)效上看,上海地區(qū)暴雨預(yù)警時(shí)效平均為1.3 h,其中暴雨藍(lán)色預(yù)警的時(shí)效為1.2 h,暴雨黃色的預(yù)警時(shí)效為1.7 h,暴雨橙色預(yù)警的時(shí)效為0.9 h。

(5)上海地區(qū)暴雨主要受梅雨靜止鋒、副高邊緣強(qiáng)對流、臺風(fēng)等天氣類型的影響,其中靜止鋒雨帶型暴雨出現(xiàn)最多,其次是臺風(fēng)本體或外圍螺旋雨帶型。不同天氣形勢下暴雨預(yù)警時(shí)效存在較大差異,副高邊緣強(qiáng)對流型、臺風(fēng)倒槽型和江淮氣旋型暴雨預(yù)警時(shí)效均不足1.0 h,其中副高邊緣強(qiáng)對流型暴雨預(yù)警時(shí)效僅有0.5 h。臺風(fēng)本體或外圍螺旋雨帶型暴雨預(yù)警較易漏發(fā),需要特別關(guān)注。

本文在統(tǒng)計(jì)上海地區(qū)暴雨時(shí)空分布特征的基礎(chǔ)上,對暴雨預(yù)警發(fā)布情況、不同天氣類型暴雨預(yù)警時(shí)效的差異等進(jìn)行了研究,得到了一些有用的結(jié)論,可為氣象部門暴雨預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)提供參考。但由于資料的精細(xì)化程度等影響,在預(yù)警時(shí)效統(tǒng)計(jì)等方面可能還存在一定的偏差,今后將繼續(xù)收集詳盡的資料進(jìn)行更為深入的研究。

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