闽侯县短时强降水特征及其预报指标研究

陈偌怡?张美花?曹茜

摘 要：采用闽侯地区2013—2022年17个自动站（含高新区）的逐时降水资料及ERA5再分析资料，对闽侯地区1 h≥30 mm短时强降水的时空分布特征和预报变量进行分析，结果表明：（1）闽侯短时强降水次数最多的月份为6—9月，主峰值在9月，次峰值在6月；短时强降水主要集中在14：00～19：00，17：00为峰值；（2）闽侯南部片区短时强降水年平均次数最多，中部片区最少；（3）850、925 hPa比湿及K指数与降水强度呈正相关，CAPE对对流性降水有指示意义，对于台风系统影响降水的指示性不强。

关键词：短时强降水；时空分布；物理量特征

中图分类号：P426.6 文献标志码：B文章编号：2095–3305（2024）01–0-03

短时强降水是指短时间内降水强度大，降水量达到或超过某一量值的天气现象，其特点是局地性强、雨强大，会引发泥石流、山体滑坡等次生灾害。如今各行各业对降水的预报预警需求日渐增长，而对于强降水落区及时效预报一直是预报服务的难点及重点[1-3]。现已有不少对极端降水的研究，伍红雨等[4]研究了广东地区极端降水特征；王囝囝[5]等分析了大连地区短时强降水天气特征，并根据特征将短时降水分为4种类型分别总结强降水发生前的环境物理量参数特征。但目前对縣级短时强降水的研究还较少，而短时强降水基本较分散，经常是局地性的短时强降水会造成灾害发生[6]。闽侯地区夏季强降水多发，降水强度大、局地性明显且空间分布不均，闽侯北部多为山区，是地质灾害频发区，短时强降水易引发泥石流、山体滑坡。因此，对闽侯地区短时降水时空特征及降水前的指标变化特征进行研究，对提高临近预报准确率，减少强降水灾害具有重大意义。

1 资料与方法

根据最新制定的闽侯地区短时临近强天气服务制度规定，当30 min累计降水量达到30 mm以上时，必须向防汛部门进行电话直通服务。结合实际业务服务需求及成灾可能性，此次研究将小时降水量≥30 mm的降水定义为短时强降水，若自动站出现降水量≥30 mm/h则为1次短时强降水过程，一个站点1 d中多次出现短时强降水过程时次数累计统计。由于所用资料为整点小时资料，部分滑动小时降水量≥30 mm的数据未能被统计出，因此此次研究的样本数要低于实际。

选取闽侯地区内2013—2022年1—12月逐时降水资料，由于闽侯地区自动站建站时间差异大，且部分自动站早年小时数据资料不稳定，为保证研究所用数据资料具有完整性及代表性，最终选取17个气象观测站（包含高新区）。再分析数据选取ERA5再分析小时数据资料，数据分辨率为0.25°×0.25°。

2 短时强降水的时间分布特征

2.1 短时强降水的月变化

统计闽侯地区自动站短时强降水次数的月变化（图1）可看出闽侯地区短时强降水频次并不均匀，有明显的季节性。短时强降水次数最多的为6—9月，约占全年短时强降水频次的80.2%，并呈现出“双峰型”特征，6、9月出现了2次短时强降水频次峰值。这一结果主要因为6月受西南暖湿气流明显增强的影响，再加上气温升高，导致对流运动增多，短时强降水发生频繁；7月副热带高压开始西伸北抬，闽侯大部分时间处于副热带高压的控制下，午后的不稳定对流运动减少，所以短时强降水频次有所减少；8月起热带低值系统及东风波活动频繁，副热带高压强度不稳定，闽侯地区开始经常处于副高边缘区域，再加上热力条件转好，午后局地热对流运动增加，受热带低值系统及午后局地对流运动的影响，8—9月再次出现短时强降水频次峰值。

2.2 短时强降水的日变化

统计闽侯地区自动站短时强降水次数的日变化（图1），闽侯地区短时强降水时段主要集中在14：00～19：00，占比约为53.4%，整体趋势呈现出“单峰型”的特征，17：00为“峰顶”达到55次，该时段因为午后地表温度趋于上升，热力条件及不稳定条件好，容易产生对流性降水；夜间至清晨时段气温降低，对流性强降水次数减少，统计的夜间短时强降水次数中多为热带天气系统影响所产生的稳定系统性降水。

3 短时强降水的空间分布特征

3.1 空间分布情况

由于闽侯地区属于“月牙形”地形（图2），南北纬跨度大，为了更好体现短时强降水的空间分布特征，将闽侯地区划分为南部、中部及北部3个片区进行研究（表1）。由于此次研究的自动站整体呈现出南多北少的趋势，为了能体现出更具代表性的短时强降水频次分布，将各片区内站点出现短时强降水的年平均次数除以各片区内站点数，得出平均次数[7]。

由于闽侯地区短时强降水集中在汛期（4—9月），所以此次主要针对汛期期间短时强降水的时空分布进行分析，统计闽侯地区2013—2022年4—9月降水频次并进行处理，得出闽侯各片区短时强降水年平均次数，南部片区短时强降水年平均次数最多，北部地区其次，中部片区年平均降水次数最少（表2）。

3.2 地形影响因素

闽侯地区短时强降水次数呈现出南北多、中部少与闽侯地形有密切关系。闽侯南部临近东海，夏季福建台风多发，受台风外围的偏东或偏南气流影响，经常为南部乡镇带来充足水汽及动力条件，产生短时强降水；福建中部地区夏季受冷空气南下与副热带高压北部边缘的共同影响易产生切变，闽侯北部乡镇多处于切变南侧偏南急流，良好的水汽条件与动力条件也使北部乡镇多发短时强降水天气。

4 短时强降水过程物理量分析

物理量参数是短时强降水预报中重要的指标，

选取2016年4月24日、9月11日和2022年8月2日3次过程进行物理量分析，分别是区域性短时强降水、台风系统外围影响短时强降水过程和单站短时强降水，代表了短时强降水的3种经典类型[9-10]。田付友等[11]在研究中提到，与水汽及热力条件相关的物理量对强降水的指示意义最好，因此此次研究选取925 hPa比湿、850 hPa比湿、K指数和对流有效位能4个物理量，观察其数值变化。

3个过程发生时物理量特征如下（表3、4、5），结果表明：（1）850 hPa比湿与925 hPa比湿与降水强度呈正相关，小时雨强在30 mm以上的降水850 hPa比湿在12.00 g/kg；925 hPa比湿在14.00 g/kg，当强降水过程接近结束时925 hPa比湿会有所下降。对于单站短时强降水925 hPa比湿的效果更好，8月2日过程中15：00的小时降水量达到100 mm以上，925 hPa比湿也达到19.27 g/kg；（2）强降水过程中K指数在32 ℃以上，该物理量与降水强度呈正相关，小时雨强100 mm以上的降水过程中K指数可达35 ℃；（3）CAPE对对流性降水的预报效果较好，在强降水前CAPE会迅速升高，台风系统造成的降水与CAPE相关性不大。

5 结论与讨论

采用闽侯地区2013—2022年17个自动站（含高新区）的逐时降水资料及ERA5再分析资料，对闽侯地区1 h≥30 mm短时强降水的时空分布特征和预报变量进行分析，结果表明：

（1）闽侯短时强降水次数最多的月份为6—9月，约占全年短时强降水频次的80.2%，且分布呈“双峰型”特征，主峰值在9月，次峰值在6月；短时强降水主要集中在14：00～19：00，占比约53.4%，整体趋势呈现出了“单峰型”的特征，17：00为“峰顶”达到55次。

（2）闽侯南部片区短时强降水年平均次数最多，北部地区其次，中部片区年平均降水次数最少。

（3）850、925 hPa比湿及K指数与降水强度呈正相关，CAPE对于对流性降水有指示意义，对于台风系统影响降水的指示性不强。

此次研究运用了自动站数据资料与ERA5数据对闽侯县短时强降水进行统计分析，得出了闽侯县短时强降水时空分布特征及典型强降水时的物理量变化，但由于此次所使用的区域站点较少、年限较短，且ERA5为分辨率0.25°×0.25°的格点数据，对于乡镇级别范围的局地性降水分析来说，分辨率仍有所不足。因此，要想更细致地了解短时强降水的发生发展机理，还需在日常预报中多使用雷达、加密自动站等高分辨率数据，不断积累对于短时强降水过程的预报经验。

参考文献

[1] 蔡晶，李怀宇，钱嘉星，等.广东短时强降水的时空分布特征[J].广东气象，2019，41（6）：5-9.

[2] 郝莹，姚叶青，郑媛媛，等.短时强降水的多尺度分析及临近预警[J].气象，2012，38（8）：903-912.

[3] 俞佩.浙江省短时强降水的时空分布特征[J].气象与环境研究，2022.27（3）：397-407.

[4] 伍红雨，李芷卉，李文媛，等.基于区域自动气象站的广东极端强降水特征分析[J].气象，2020，46（6）：801-812.

[5] 王囝囝，黄振，邹善勇，等.大连地区短时强降水天气特征及预报指标研究[J].气象与环境学报，2016，32（4）：32-38.

[6] 郑颖青，姚林塔，林金凎，等.福州市短时强降水分析[J]. 海峡科学，2018，140（8）：14-16，22.

[7] 蔡奕萍，尹淑娴，姜晓岑，等.基于区域自动站的东莞极端短时强降水特征[J].广东气象，2022，44（4）：6-10.

[8] 黄金颖，张志超，张虹，等.天津市蓟州区短时强降水特征及预报指标研究[J].天津科技，2022，49（8）：31-36.

[9] 樊李苗，俞小鼎.中國短时强对流天气的若干环境参数特征分析[J].高原气象，2013，32（1）：156-165.

[10] 周后福，邱明燕，张爱民，等.基于稳定度和能量指标作强对流的短时预报指标分析[J].高原气象，2006，25（4）：716 -722.

[11] 田付友，郑永光，张涛，等.短时强降水诊断物理量敏感性的点对面检验[J].应用气象学报，2015，26（4）：385-396.