林珠應(yīng) 辛 欣 黃 欣 林麗萱

(1.福州市長(zhǎng)樂(lè)區(qū)氣象局，福建 福州 350200；2.寧波市鄞州區(qū)氣象局，浙江 寧波 315000)

福建是我國(guó)暴雨高頻區(qū)之一，常因暴雨導(dǎo)致嚴(yán)重洪澇、泥石流、滑坡和城市內(nèi)澇等災(zāi)害發(fā)生[1-5]。在不同天氣系統(tǒng)影響下，暴雨的觸發(fā)機(jī)制不同，強(qiáng)降水的持續(xù)時(shí)間、強(qiáng)度、落區(qū)都存在差異[6-8]。福建省位于我國(guó)東南沿海，西面環(huán)山，東面靠海，處于中緯度西風(fēng)帶和熱帶東風(fēng)帶之間，暴雨成因復(fù)雜[9]。本文著重分析福建省多年暴雨日數(shù)的時(shí)空分布特征，同時(shí)分析暴雨日數(shù)偏多時(shí)的環(huán)流形勢(shì)特征，為福建省暴雨預(yù)報(bào)提供思路。

1 資料和方法

1.1 研究資料

資料選取福建省67個(gè)臺(tái)站1981—2015 年共35a 的暴雨日數(shù)據(jù)(其站點(diǎn)空間分布如圖3a所示)，以及歐洲中心(ECMWF)ERA-Interim逐月再分析資料(0.5°× 0.5°)的高空探測(cè)逐日資料。另外將24h降水量為50mm或以上的雨稱為“暴雨”，按其降水強(qiáng)度大小又分為三個(gè)等級(jí)，即50～99.9mm稱“暴雨”,100～200mm以下為“大暴雨”，200mm以上稱“特大暴雨”[10]。

1.2 研究方法

整理統(tǒng)計(jì)臺(tái)站暴雨日數(shù)據(jù)資料，在消除臺(tái)站遷移、經(jīng)過(guò)均一性檢查和嚴(yán)格質(zhì)量控制基礎(chǔ)上，分析福建省多年暴雨日數(shù)時(shí)空分布特征。采用合成分析方法，將福建暴雨日數(shù)作全省區(qū)域平均，標(biāo)準(zhǔn)化后時(shí)間系數(shù)中大于0.85倍標(biāo)準(zhǔn)差作為暴雨日數(shù)異常偏多年(有6a，分別是1990年、1992年、2000年、2005年、2006年和2014年)，低于-0.85倍標(biāo)準(zhǔn)差作為暴雨日數(shù)異常偏少年(有7a，分別是1982年、1987年、1991年、1993年、2003年、2004年和2011年)，并分別合成異常偏多偏少年的環(huán)流場(chǎng)，進(jìn)而探討相聯(lián)系的環(huán)流形勢(shì)。

2 暴雨日數(shù)分布特征

2.1 暴雨日數(shù)月變化

福建省暴雨在全年都有發(fā)生，主要出現(xiàn)在5～9月。從35a月平均暴雨日數(shù)來(lái)看(圖1a)，1月最少，從1月開(kāi)始逐漸增加，6月達(dá)全年最多(為66天)，7月略有下降，8月又再次增加，9月起逐漸減少；春夏兩季偏多，秋季次之，冬季偏少。而從大暴雨日數(shù)各月分布情況(圖1b)可以發(fā)現(xiàn)，冬季(12月、1月和2月)大暴雨鮮有發(fā)生，3月開(kāi)始逐漸增多；其分布情況與月平均暴雨日數(shù)相類似，6月達(dá)到全年峰值，平均每年大暴雨日數(shù)達(dá)到15次左右。特大暴雨只發(fā)生在4～10月(圖1c)，從4月起，特大暴雨日數(shù)逐月增加，于8月達(dá)到峰值，隨著秋冬季的到來(lái)則逐漸減少。綜上所述，福建省暴雨主要集中在5～6月的雨季以及7～9月的臺(tái)風(fēng)季，秋冬季節(jié)的暴雨日數(shù)則相對(duì)偏少。

(a)暴雨日數(shù)分布

2.2 暴雨日數(shù)年(代)際變化

為了進(jìn)一步探討福建省暴雨日數(shù)年(代)際變化，對(duì)逐年暴雨日數(shù)進(jìn)行了7點(diǎn)滑動(dòng)平均(圖2)，表明福建省暴雨、大暴雨、特大暴雨日數(shù)均具有顯著的年際、年代際變化特征。近35a平均每年全省各臺(tái)站累計(jì)暴雨日數(shù)為309天(圖2a)。從暴雨日數(shù)變化趨勢(shì)來(lái)看，上世紀(jì)80年代到90年代中期，全省暴雨日數(shù)呈現(xiàn)緩慢增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，90年代后期到2000年，暴雨日數(shù)逐年顯著增加，并在2000年達(dá)到峰值，全省累計(jì)434天暴雨。2000年以后暴雨日數(shù)略微下降，暴雨日數(shù)上下起伏較頻繁且波動(dòng)振幅較大(2003年為最小值，185天；2006年達(dá)到最大值，477天)。

從圖2b可見(jiàn)，全省平均每年發(fā)生大暴雨日數(shù)為57天。上世紀(jì)80年代，全省大暴雨日數(shù)較往年平均顯著偏少，1987年全年大暴雨日數(shù)為近35a最小值， 21天。1987—2006年，逐年大暴雨日數(shù)開(kāi)始呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，2006年達(dá)到峰值，116天。2006年以后，暴雨日數(shù)開(kāi)始逐年減少，2011年以后再次增加，但是變化起伏并不是很明顯。

全省平均每年發(fā)生特大暴雨日數(shù)為1.6天(圖2c)。上世紀(jì)80年代,全省特大暴雨日數(shù)偏少，90年代特大暴雨日數(shù)開(kāi)始增加，到2005年達(dá)到峰值(7天)。2005年以后，全省特大暴雨日數(shù)呈現(xiàn)下滑趨勢(shì)，一直到2015年開(kāi)始有所增加。

綜上，上世紀(jì)80年代福建省暴雨、大暴雨及特大暴雨日數(shù)總體偏少，且逐年變化并不明顯。20世紀(jì)90年代-21世紀(jì)初始，福建省暴雨、大暴雨及特大暴雨日數(shù)均呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，逐年變化也較為明顯。2005-2006年，全省暴雨、大暴雨及特大暴雨日數(shù)達(dá)到歷年最大，2006年后期又開(kāi)始回落。

(a)暴雨日數(shù)變化

2.3 暴雨日數(shù)空間分布

統(tǒng)計(jì)1981—2015年福建省各市縣暴雨日數(shù)據(jù)，得到全省年平均暴雨日數(shù)為4.6天，大暴雨日數(shù)0.85天，特大暴雨日數(shù)0.02天。暴雨日數(shù)分布(圖3b)較多的地區(qū)是閩西北南平，三明、閩南漳州一帶以及閩東北(寧德)一帶，內(nèi)陸地區(qū)暴雨日數(shù)較沿海地區(qū)會(huì)偏多一點(diǎn)，在閩中東部(福州、莆田)等地分布略微偏少。大暴雨日數(shù)(圖3c)主要分布在沿海及閩西北(南平)地區(qū)，內(nèi)陸較沿海地區(qū)分布較少。特大暴雨(圖3d)主要集中在閩東北(寧德)等地，其余地區(qū)分布較少。暴雨的分布不均與福建地區(qū)地形等因素息息相關(guān)(圖3a)，閩西、閩中兩大山帶對(duì)暴雨中心形成，提供了有利的地形動(dòng)力條件。閩西北暴雨頻發(fā)主要是雨季鋒面所致，而東部沿海地區(qū)除了雨季鋒面系統(tǒng)影響外與臺(tái)風(fēng)也有密切關(guān)系[9]。

圖3 1981—2015年福建省67個(gè)臺(tái)站(a)、暴雨日數(shù)(b)、大暴雨日數(shù)(c)、特大暴雨日數(shù)(d)空間分布圖

3 暴雨環(huán)流形勢(shì)分析

福建省暴雨主要集中在春、夏兩季，也就是3～9月居多。對(duì)暴雨時(shí)間序列和200hPa緯向風(fēng)場(chǎng)做異常合成分析(本文合成結(jié)果為正異常-負(fù)異常事件，見(jiàn)圖4a)：當(dāng)福建省暴雨日數(shù)顯著偏多的時(shí)候，副熱帶西風(fēng)急流南壓，急流主體偏南(打點(diǎn)區(qū)域通過(guò)90%顯著性檢驗(yàn))。福建省位于高空急流入口區(qū)南側(cè)，高空緯向風(fēng)速加快，由于受到急流影響，急流南側(cè)高空輻散加強(qiáng)，進(jìn)而南側(cè)出現(xiàn)上升氣流。低層大氣會(huì)隨之發(fā)生質(zhì)量調(diào)整，產(chǎn)生與高層相反的輻合區(qū)和氣流，從而產(chǎn)生對(duì)產(chǎn)生暴雨有利的環(huán)流形勢(shì)。因此，西風(fēng)急流南壓，高空輻散加強(qiáng)對(duì)福建省暴雨日數(shù)增多有一定的影響，杜銀等[11]也有相類似的結(jié)論，急流主體偏南，造成我國(guó)東部“南澇北旱”的降水格局。

暴雨時(shí)間序列和500hPa高度場(chǎng)的合成分析結(jié)果見(jiàn)圖4b。當(dāng)福建省暴雨日數(shù)顯著偏多的時(shí)候，中高緯度地區(qū)由南向北呈現(xiàn)“低高低”的大環(huán)流形勢(shì)，高壓中心主要位于白令海峽一帶，在其以南太平洋上為低壓。在大陸上，我國(guó)西北部?jī)?nèi)陸地區(qū)基本為高壓區(qū)域，在福建省上空則被較為顯著的低壓環(huán)流所控制。結(jié)合850hPa高度場(chǎng)(圖4c)來(lái)看，其分布與500hPa高度場(chǎng)相類似，中高緯地區(qū)呈現(xiàn)“負(fù)正負(fù)”的環(huán)流形勢(shì)，且福建省被低壓環(huán)流所控制。配合700hPa風(fēng)場(chǎng)的合成結(jié)果(圖4c)，白令海峽一帶為顯著反氣旋性渦旋，相對(duì)應(yīng)的，在太平洋160°E以東的洋面上為顯著的氣旋性渦旋中心。福建至臺(tái)灣島一帶為較明顯的氣旋性渦旋輻合中心，渦旋東部偏東氣流將西太平洋水汽源不斷向福建輸送，水汽充足，為暴雨的產(chǎn)生提供必要的水汽條件。

圖4 福建省暴雨異常時(shí)期合成的200hPa緯向風(fēng)場(chǎng)(a)、500hPa高度場(chǎng)(b)、850hPa高度場(chǎng)和700hPa風(fēng)場(chǎng)(c)異常分布型(正異常-負(fù)異常)(打點(diǎn)區(qū)域?yàn)橥ㄟ^(guò)90%顯著性檢驗(yàn))

綜上所述，西風(fēng)急流南壓，高空輻散加強(qiáng)，中低層渦旋配合高層強(qiáng)輻散場(chǎng)，高層輻散抽吸作用進(jìn)而導(dǎo)致低層輻合和上升運(yùn)動(dòng)的增強(qiáng)，既有利于低層渦旋環(huán)流的維持，又有利于中尺度對(duì)流云團(tuán)的發(fā)生發(fā)展，再加上渦旋東部偏東氣流源源不斷的水汽輸送，從而導(dǎo)致暴雨增多。

4 結(jié)論

福建省暴雨主要集中在5～6月的雨季以及7～9月的臺(tái)風(fēng)季，秋冬季節(jié)暴雨日數(shù)相對(duì)偏少；上世紀(jì)80年代福建省暴雨、大暴雨及特大暴雨日數(shù)總體偏少，而到了20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)初始，則呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，逐年變化也越發(fā)明顯，2005—2006年，全省暴雨、大暴雨及特大暴雨日數(shù)達(dá)到峰值，隨后又開(kāi)始回落。

暴雨日數(shù)較多的地區(qū)在閩西北、閩南以及閩東北一帶，在閩中東部地區(qū)分布略微偏少。

環(huán)流形勢(shì)場(chǎng)上，西風(fēng)急流南壓，中低層渦旋配合高層強(qiáng)輻散場(chǎng)，有利于低層渦旋環(huán)流的維持及中尺度對(duì)流云團(tuán)的發(fā)生發(fā)展，再加上渦旋東部偏東氣流源源不斷的水汽輸送，從而導(dǎo)致暴雨的增多。