肖蕾，杜小玲，武正敏，郭曉超，田端，劉紅雙

(1.貴州省遵義市氣象局，遵義563000；2.貴州省氣象臺，貴陽550000；3.貴州省遵義市播州區(qū)氣象局，遵義563100)

引 言

短時(shí)強(qiáng)降水一般突發(fā)性強(qiáng)、局地性明顯、預(yù)報(bào)難度大，容易引發(fā)山洪、滑坡、泥石流、城市內(nèi)澇等氣象災(zāi)害，如：2010年8月7日夜間，甘肅舟曲突降暴雨，40多分鐘內(nèi)降水量達(dá)97 mm，突破當(dāng)?shù)赜袣庀笥涗浺詠順O值，引發(fā)特大山洪和泥石流等地質(zhì)災(zāi)害(曲曉波等，2010；李澤春等，2019)。2017年5月7日，廣州經(jīng)歷了一次罕見的局地特大暴雨事件，廣州市增城區(qū)新塘鎮(zhèn)等地出現(xiàn)了小時(shí)雨量(以下統(tǒng)一使用R1h表示)超過180 mm、3 h雨量(以下統(tǒng)一使用R3h表示)超過330 mm的極端強(qiáng)降水事件，導(dǎo)致了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失(傅佩玲等，2018)。國內(nèi)外許多氣象工作者針對短時(shí)強(qiáng)降水開展了大量研究工作(楊曉霞等，2008；申莉莉等，2018；王婧羽等，2019)，取得了一定的研究成果。陳炯等(2013)使用1991—2009年全國876個基本基準(zhǔn)氣象站整點(diǎn)逐時(shí)降水資料，通過不同時(shí)段的發(fā)生時(shí)次頻率分析，給出了中國暖季(4—9)月不小于10、20、30、40、50 mm·h-1短時(shí)強(qiáng)降水的時(shí)空分布特征，指出我國不同區(qū)域短時(shí)強(qiáng)降水的氣候特征差異顯著，其中貴州東部是短時(shí)強(qiáng)降水較為集中區(qū)域。毛冬艷等(2018)使用1981—2010年西南地區(qū)389個國家級地面氣象站逐小時(shí)降水?dāng)?shù)據(jù)對西南地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水的氣候特征進(jìn)行了分析，指出貴州東南部、四川盆地西南部和云南東南部是短時(shí)強(qiáng)降水高發(fā)區(qū)。

貴州地處青藏高原東南側(cè)、云貴高原東斜坡上，境內(nèi)具有特殊地形地貌條件，山高坡陡，河流縱橫，短時(shí)強(qiáng)降水頻發(fā)，山洪、滑坡、泥石流等災(zāi)害多發(fā)，如：2011年6月5日黔西南州望謨縣出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水，打易鎮(zhèn)R1h達(dá)105.9 mm，累計(jì)雨量315 mm，造成8萬人受災(zāi)，21人死亡，31人失蹤，直接經(jīng)濟(jì)損失4.7億元。2014年8月11日，貴州省習(xí)水縣出現(xiàn)局地特大暴雨，良村鎮(zhèn)累計(jì)雨量達(dá)333.2 mm，出現(xiàn)連續(xù)6 h短時(shí)強(qiáng)降水，且連續(xù)2 h雨強(qiáng)超過60 mm·h-1，強(qiáng)降雨疊加特殊地形地貌，造成了嚴(yán)重山洪、滑坡、泥石流，導(dǎo)致財(cái)產(chǎn)損失慘重，因?yàn)?zāi)死亡13人(肖蕾等，2015)。因此，深入細(xì)致研究貴州短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生規(guī)律很有必要。針對貴州短時(shí)強(qiáng)降水，王芬等(2017)利用黔西南2006—2016年逐小時(shí)降水量，在區(qū)分量級的前提下，分析短時(shí)強(qiáng)降水的空間、多模態(tài)及日變化特征，比較了各個級別的短時(shí)強(qiáng)降水異同點(diǎn)。彭芳等(2012)利用貴州區(qū)域84測站1991—2009年汛期(4—9月)逐小時(shí)降水量資料，采用百分位閾值法計(jì)算出R1h的95百分位和99百分位強(qiáng)降水閾值，得出強(qiáng)降水閾值的空間分布，利用閾值分別確定各站點(diǎn)強(qiáng)降水事件，統(tǒng)計(jì)分析4—9月各站點(diǎn)強(qiáng)降水發(fā)生頻次，能夠反映出貴州短時(shí)強(qiáng)降水的氣候分布特征，數(shù)據(jù)因地制宜，對小范圍站點(diǎn)監(jiān)測分析實(shí)用性強(qiáng)，但由于不同站點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)不同，而預(yù)報(bào)預(yù)警中習(xí)慣于使用同一標(biāo)準(zhǔn)評判比較，在實(shí)際業(yè)務(wù)中使用具有一定難度，可操作性不強(qiáng)。周明飛等(2016)分析了貴州2004—2014年短時(shí)強(qiáng)降水的時(shí)空分布、環(huán)境物理量特征以及對流云團(tuán)的發(fā)展生消特征，側(cè)重于物理量場和對流云團(tuán)的生消發(fā)展分析，僅對貴州短時(shí)強(qiáng)降水(R1h≥20 mm·h-1、R1h≥50 mm·h-1)和最大雨強(qiáng)的空間分布特征和短時(shí)強(qiáng)降水的年、月、日變化特征作了簡要分析。

本文采用中央氣象臺對短時(shí)強(qiáng)降水的定義標(biāo)準(zhǔn)：R1h≥20 mm，結(jié)合貴州觀測資料，選用貴州省84個國家站2005—2018年的逐小時(shí)降水量資料，采用統(tǒng)計(jì)診斷分析方法，對貴州短時(shí)強(qiáng)降水進(jìn)行分級統(tǒng)計(jì)，結(jié)合地形特征，從年、月、旬、日不同時(shí)間尺度詳細(xì)分析貴州短時(shí)強(qiáng)降水的空間分布特征。隨著氣候業(yè)務(wù)需求精細(xì)化程度不斷提高，本文還對各站點(diǎn)最大雨強(qiáng)和短時(shí)強(qiáng)降水的平均雨強(qiáng)空間分布及短時(shí)強(qiáng)降水最早出現(xiàn)旬、最晚出現(xiàn)旬、出現(xiàn)概率最大旬等加以分析，以期對貴州各地雨強(qiáng)分布、雨水集中期有初步認(rèn)識。在以往業(yè)務(wù)中常發(fā)現(xiàn)，3 h及以上持續(xù)強(qiáng)降水累計(jì)雨量大，極易造成嚴(yán)重災(zāi)害，因此本文在以往只注重分析R1h特征的基礎(chǔ)上，增加R3h特征分析，能夠?yàn)轭A(yù)警預(yù)報(bào)提供更加科學(xué)、實(shí)際的指導(dǎo)，R3h與R1h采用同樣的方法，在區(qū)分量級前提下，分級統(tǒng)計(jì)分析R3h時(shí)空分布特征。文章資料完整、分析全面細(xì)致，能為貴州氣候預(yù)測和預(yù)報(bào)預(yù)警提供詳細(xì)、可靠的參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況及資料說明

圖1為貴州省地形及站點(diǎn)信息分布圖，由圖1可見，貴州界于103°36′—109°35′E，24°37′—29°13′N之間，地勢西高東低，自中部向北、東、南三面傾斜，西部海拔在2 400～1 200 m之間，中部海拔在1 200～1 800 m之間，東部海拔低于800 m，中西部以高山為主，東部以低山丘陵為主，構(gòu)成三級小階梯面。貴州西北部高山屬烏蒙山系，烏蒙山東北-西南走向，由云南延伸入黔，綿延于威寧、赫章等地。坐落在畢節(jié)市赫章縣南部的韭菜坪，其主峰海拔2 900.6 m，是烏蒙山的最高峰，也是貴州全省海拔最高的山峰，素有"貴州屋脊"之稱。貴州北部婁山山脈東北-西南走向橫亙遵義市，將遵義市分割成婁山主脈以北的高山溝谷和以南的低山丘陵。在東部低山丘陵間屹立著苗嶺山脈主峰雷公山和武陵山脈主峰梵凈山。圖1可見，貴州省西南部“喇叭口”地形特征明顯，黔西南的望謨、冊亨、貞豐，安順的紫云、關(guān)嶺、鎮(zhèn)寧以及黔南的羅甸等地處在開口朝東南方向的“喇叭口”地形內(nèi)，而貴州東南部三都、都勻、丹寨、雷山等地則處于雷公山南側(cè)開口朝偏南方向的“喇叭口”和東南方向的河谷流域疊加區(qū)，均兼有低層?xùn)|南氣流的“迎風(fēng)坡”地形特征。

圖1 貴州省地形及站點(diǎn)信息分布圖Fig.1 Topography and station distribution in Guizhou Province.

本文選取貴州省84個國家站2005—2018年逐小時(shí)降水量(R1h)和滑動逐3 h降水量資料(R3h)。所有數(shù)據(jù)通過貴州省數(shù)據(jù)中心質(zhì)量控制及均一性檢驗(yàn)，并通過信息化處理(時(shí)間均為北京時(shí))。由于部分雨量數(shù)據(jù)疑誤但未作刪除處理而直接進(jìn)入數(shù)據(jù)庫，因此，本文對R1h≥60 mm的數(shù)據(jù)，運(yùn)用周邊站點(diǎn)降雨情況及本站降雨序列圖等多方對照核實(shí)，排除可疑數(shù)據(jù)，確認(rèn)數(shù)據(jù)真實(shí)性后使用。本文使用的逐小時(shí)資料是指過去1 h降雨量，根據(jù)整點(diǎn)劃分，連續(xù)強(qiáng)降水可能被劃分到兩個時(shí)段，造成統(tǒng)計(jì)短時(shí)強(qiáng)降水頻次低于實(shí)際發(fā)生頻次，同理，可能造成R1h小于實(shí)際滑動累計(jì)產(chǎn)生的小時(shí)雨強(qiáng)，而R3h是指滑動連續(xù)3 h降雨量，可能存在同一站點(diǎn)超過3 h連續(xù)強(qiáng)降水或1 h降雨量超過某一等級閾值時(shí)，部分時(shí)段雨量被重復(fù)計(jì)算，導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)次數(shù)高于實(shí)際發(fā)生頻次。

采用中央氣象臺對短時(shí)強(qiáng)降水的定義標(biāo)準(zhǔn)：R1h≥20 mm。1個站點(diǎn)出現(xiàn)R1h≥20 mm，記為1次；1個站點(diǎn)多個小時(shí)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，次數(shù)累計(jì)；多個站點(diǎn)R1h同時(shí)大于等于20 mm，站次數(shù)累加，R3h次數(shù)統(tǒng)計(jì)與R1h相同。我國天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中一般指R1h≥20 mm或R3h≥50 mm以上的降水事件稱為短時(shí)強(qiáng)降水(孫繼松，2017)。參考該標(biāo)準(zhǔn)，將短時(shí)強(qiáng)降水分為20≤R1h＜40、40≤R1h＜60、60≤R1h＜80、R1h≥80 mm四個等級和逐3 h降水量分為50≤R3h＜80、80≤R3h＜100、R3h≥100 mm三個等級。

2 短時(shí)強(qiáng)降水時(shí)空分布

2.1 空間分布

圖2給出2005—2018年貴州省不同等級短時(shí)強(qiáng)降水站次數(shù)空間分布，由圖2a分析得出，短時(shí)強(qiáng)降水共出現(xiàn)5 981站次，年均427.2站次，短時(shí)強(qiáng)降水空間分布與地形特征密切相關(guān)，總體呈現(xiàn)南多北少、東多西少的特征，與前人用閾值法研究得出的極端降水閾值分布呈南高北低、東高西低態(tài)勢一致(甘文強(qiáng)等，2018)。在貴州西南部和東南部有2個短時(shí)強(qiáng)降水高發(fā)區(qū)(＞100站次)，分別記為I、II，高發(fā)區(qū)I包括黔西南州東部、安順大部、六盤水市東部、貴陽市西南部，最多為安順鎮(zhèn)寧125次，高發(fā)區(qū)II包括黔東南州雷山、丹寨，黔南州三都、獨(dú)山等縣，最多為雷山110次。在貴州東部有2個次高發(fā)區(qū)(75～100站次)，分別記為III、IV，其面積均較小，次高發(fā)區(qū)III在銅仁梵凈山東側(cè)的江口(82次)、松桃(79次)，次高發(fā)區(qū)IV在黔東南州的天柱(86次)。短時(shí)強(qiáng)降水低發(fā)區(qū)(＜50站次)主要有2個，分別記為V、VI，低發(fā)區(qū)V包括貴州省西北部畢節(jié)城區(qū)、威寧、赫章、大方、黔西等縣，最少為赫章32次；低發(fā)區(qū)VI包括貴州北部遵義市仁懷、桐梓、正安，最少為桐梓35次。結(jié)合貴州地形(圖1)分析發(fā)現(xiàn)，高發(fā)區(qū)I處在黔西南至安順開口向東南兼有“迎風(fēng)坡”和“喇叭口”的地形內(nèi)，低層?xùn)|南氣流進(jìn)入“喇叭口”，地形收縮使氣流輻合增強(qiáng)，易產(chǎn)生更大降水?！坝L(fēng)坡”地形爬坡對氣流的強(qiáng)迫抬升和輻合作用，使該區(qū)域“雨更多”、“雨更大”(李躍清，2011)。高發(fā)區(qū)II和次高發(fā)區(qū)III分別處在雷公山南側(cè)和梵凈山東側(cè)，高發(fā)區(qū)II處在雷公山南側(cè)開口朝偏南方向的“喇叭口”和東南方向的河谷流域疊加區(qū)，偏南氣流進(jìn)入“喇叭口”，地形收縮、輻合增強(qiáng)，導(dǎo)致降水加強(qiáng)，疊加“狹管效應(yīng)”作用，使高發(fā)區(qū)II降水頻次多、強(qiáng)度大。次高發(fā)區(qū)III處在梵凈山東側(cè)，該區(qū)域降水分布與有關(guān)學(xué)者(楊群等，2016)提出的強(qiáng)降水主要位于梵凈山東側(cè)江口縣、松桃縣境內(nèi)的研究結(jié)果一致，有學(xué)者(陳軍等，2020)進(jìn)一步研究表明梵凈山東側(cè)強(qiáng)降水區(qū)的形成有三種機(jī)制：迎風(fēng)坡山腳多次觸發(fā)對流形成雨量疊加效應(yīng)、地面中尺度輻合線自身觸發(fā)組織對流、回波沿地面中尺度輻合線東移形成“列車效應(yīng)”。而低發(fā)區(qū)V多位于貴州高原西部高海拔地區(qū)，夏季影響貴州較多的東北路徑弱冷空氣難以爬坡到達(dá)該區(qū)域，加之高海拔地區(qū)空氣相對干燥，使得該區(qū)域水汽條件和動力條件同時(shí)達(dá)到短時(shí)強(qiáng)降水標(biāo)準(zhǔn)的次數(shù)較少，特別是發(fā)生次數(shù)最少的赫章，恰恰處在烏蒙山最高峰韭菜坪北面的背風(fēng)坡一側(cè)。低發(fā)區(qū)VI位于婁山山脈主脈低層?xùn)|南氣流的背風(fēng)坡一側(cè)，山脈對低層水汽和東路冷空氣的阻擋不利于強(qiáng)降水的產(chǎn)生。由此可見，短時(shí)強(qiáng)降水的高發(fā)區(qū)和低發(fā)區(qū)分布與地形特征密切相關(guān)。

圖2 2005—2018年貴州省不同等級短時(shí)強(qiáng)降水站次數(shù)空間分布(a.20 mm及以上；b.[20,40)mm；c.[40,60)mm；d.[60,80)mm)Fig.2 Spatial distribution of short-timeheavy precipitation in different grades(a.20 mmand above,b.20-40 mm,c.40-60 mm,d.60-80 mm)during2005—2018 in Guizhou Province.

2.1.1 各等級短時(shí)強(qiáng)降水空間分布

進(jìn)一步分析四個等級短時(shí)強(qiáng)降水站次數(shù)的空間分布。由圖2b分析得出，20≤R1h＜40 mm等級的短時(shí)強(qiáng)降水站次數(shù)高達(dá)5 261站次，占比88.1%，西南部和東南部存在兩個高發(fā)區(qū)，強(qiáng)中心分別為安順市紫云縣(107次)和黔東南州雷山(96次)；在銅仁市東南部和黔東南州東北部存在次高發(fā)區(qū)，中心為黔東南州天柱縣(80次)；在畢節(jié)和遵義中北部存在低發(fā)區(qū)，最少為畢節(jié)市赫章縣(29次)，黔東南西北部、黔南北部存在另一個低發(fā)區(qū)。由圖2c分析得出，40≤R1h＜60 mm等級的短時(shí)強(qiáng)降水站次數(shù)為644站次，占比10.8%，在貴州西南部和南部存在高發(fā)區(qū)，強(qiáng)中心是黔西南州望謨縣(24次)；黔南州東部和黔東南州西部雷公山南側(cè)存在次高發(fā)區(qū)，強(qiáng)中心為黔南州三都縣(14次)，在銅仁東部存在另一個次高發(fā)區(qū)，強(qiáng)中心為銅仁市區(qū)(13次)，貴州省西部、北部和中部大部分地區(qū)為低發(fā)區(qū)。由圖2d可見，60≤R1h＜80 mm等級的短時(shí)強(qiáng)降水出現(xiàn)次數(shù)較少，共出現(xiàn)64站次，占比1%，分布較為分散，主要分布在貴州省中部到西南部一線，最多為黔南州三都縣(5次)，其次為黔東南州雷山縣4次。而R1h≥80 mm的短時(shí)強(qiáng)降水14 a只出現(xiàn)在石阡、福泉、貞豐、羅甸、平壩5個站點(diǎn)各1次，結(jié)合貴州地形(圖1)可見，這5個站點(diǎn)均處在低層?xùn)|南氣流的迎風(fēng)坡一側(cè)。

2.1.2 最大雨強(qiáng)和平均雨強(qiáng)空間分布

圖3為2005—2018年貴州各地最大雨強(qiáng)和短時(shí)強(qiáng)降水平均雨強(qiáng)的空間分布。由圖3a可見，最大雨強(qiáng)(Rmax)與R1h≥20 mm(圖2a)的空間分布大致相同，一般南部大于北部、中東部大于西部，局部存在差異。最大雨強(qiáng)分布存在3個大值區(qū)(Rmax＞70 mm·h-1)，分別記為A、B、C，強(qiáng)降水區(qū)A位于黔西南東部、黔南西部、安順市平壩縣和畢節(jié)市黔西縣，最大雨強(qiáng)為黔西南貞豐縣(87.4 mm·h-1)；強(qiáng)降水區(qū)B位于黔南州東部、黔東南州西部，最大雨強(qiáng)為黔南州福泉市(89.7 mm·h-1)；強(qiáng)降水區(qū)C位于銅仁市石阡縣100.1 mm·h-1。弱降水區(qū)(Rmax＜50 mm·h-1)主要分布在畢節(jié)西部、遵義市習(xí)水縣和道真縣、銅仁市德江縣、黔東南州鎮(zhèn)遠(yuǎn)縣和黔西南州普安縣，最小為道真(41.8 mm·h-1)。

平均雨強(qiáng)(Rave)空間分布(圖3b)顯示，整體呈現(xiàn)南強(qiáng)北弱的特征，最強(qiáng)為黔西南州望謨縣(32.3 mm·h-1)，其次為黔南州羅甸縣(32.2 mm·h-1)，望謨和羅甸均處在圖1所示的“喇叭口”地形內(nèi)，最弱為畢節(jié)市納雍縣(26.4 mm·h-1)，其次為遵義道真縣(26.5 mm·h-1)。

圖3 2005—2018年貴州各地最大雨強(qiáng)(a)和短時(shí)強(qiáng)降水平均雨強(qiáng)(b)空間分布(單位:mm·h-1)Fig.3 Spatial distribution of(a)maximum rainfall intensity and(b)short-term averagerainfall intensity(unit:mm·h-1)in Guizhou from 2005 to2018.

2.2 時(shí)間分布

2.2.1 年際分布

圖4給出2005—2018年貴州省不同等級短時(shí)強(qiáng)降水站次數(shù)年際變化和標(biāo)準(zhǔn)差分布。從圖4a可見，2005—2013年強(qiáng)降水站次大多處于年均值(427.2站次)之下，2011年達(dá)到最低值275站次；2014年站次數(shù)驟然增加至564站次，2015年繼續(xù)增加到最大值662站次，其后迅速回落到比年均值略高的位置小幅變化，這與周明飛等(2016)的分析結(jié)果一致。各等級短時(shí)強(qiáng)降水站次數(shù)與總站次數(shù)的年際變化特征大致相同，2014和2015年在各個等級中均為最大值。

標(biāo)準(zhǔn)差表征各站點(diǎn)短時(shí)強(qiáng)降水年際變化的離散程度，對比短時(shí)強(qiáng)降水總站次數(shù)(圖2a)與標(biāo)準(zhǔn)差分布(圖4b)發(fā)現(xiàn)，短時(shí)強(qiáng)降水各站點(diǎn)年際變化在高發(fā)區(qū)離散度較大，最大為雷山5.26，其次為鎮(zhèn)寧4.88，再次為清鎮(zhèn)4.46，以上站點(diǎn)均為短時(shí)強(qiáng)降水高發(fā)點(diǎn)，而西北部低發(fā)區(qū)離散度較小。

圖4 2005—2018年貴州省不同等級短時(shí)強(qiáng)降水站次數(shù)年際變化(a，黑虛線為14 a短時(shí)強(qiáng)降水總次數(shù)的年平均值)和標(biāo)準(zhǔn)差分布(b)Fig.4(a)Interannual variation of thenumber of short-timeheavy precipitation events with different gradesin Guizhou Provincefrom 2005 to2018(a,theblack dotted lineistheannual averageof thetotal number of short-termheavy precipitation stationsin 14 years)and(b)thedistribution of standard deviation.

2.2.2 月際分布

將短時(shí)強(qiáng)降水分為20≤R1h＜40、40≤R1h＜60、60≤R1h＜80、R1h≥80 mm四個等級，圖5給出2005—2018年貴州省不同等級短時(shí)強(qiáng)降水站次數(shù)的月際變化。由圖5可見，20≤R1h＜40 mm曲線呈現(xiàn)單峰型，5—8月是短時(shí)強(qiáng)降水高發(fā)時(shí)段，占全年短時(shí)強(qiáng)降水站次數(shù)的72%，6月達(dá)到峰值(1 393站次)；40≤R1h＜60 mm曲線也呈現(xiàn)單峰型，主要集中在5—8月，占全年短時(shí)降水站次的86%，6月達(dá)到峰值(200站次)；60≤R1h＜80 mm基本集中在5—9月，初夏(5—6月)最為集中，占年總站次數(shù)的57%，最多為6月23站次，其次為5月13站次；而對于R1h≥80 mm的短時(shí)強(qiáng)降水，14 a僅出現(xiàn)5站次，年均0.36站次，且4次都集中出現(xiàn)在6月。

圖5 2005—2018年貴州省不同等級短時(shí)強(qiáng)降水站次數(shù)的月際變化Fig.5 Monthly variation of short-timeheavy rainfall in Guizhou Province from2005 to2018.

統(tǒng)計(jì)每月有n個站點(diǎn)同時(shí)出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水的年平均次數(shù)，取n=1、2、3、4、5和n≥6，表1為2005—2018年貴州各月同時(shí)出現(xiàn)不同站數(shù)短時(shí)強(qiáng)降水的年平均次數(shù)，由表1得出，短時(shí)強(qiáng)降水主要以單站出現(xiàn)的局地性降水為主，同時(shí)有3站以上出現(xiàn)的情況很少，以5—7月次數(shù)較多，其中6月最多，這說明了貴州6月份的區(qū)域性強(qiáng)降水過程比其它月份多。

表1 2005—2018年貴州各月同時(shí)出現(xiàn)不同站數(shù)短時(shí)強(qiáng)降水的年平均次數(shù)Table1 Annual average number of short-timeheavy rainfall with different number of stationsin each month.

2.2.3 旬分布

氣象要素的旬分布對于中長期預(yù)報(bào)非常重要，因此，本文將1年分為36旬，依次用1、2……36表示，統(tǒng)計(jì)每站短時(shí)強(qiáng)降水開始出現(xiàn)、概率最大和結(jié)束的旬?dāng)?shù)，圖6給出2005—2018年貴州省短時(shí)強(qiáng)降水最早出現(xiàn)旬、最晚出現(xiàn)旬、出現(xiàn)概率最大旬以及概率最大旬及其前后各兩個旬的總概率。由圖6a可見，短時(shí)強(qiáng)降水最早出現(xiàn)旬?dāng)?shù)整體呈現(xiàn)南早北晚、東早西晚的特征，這與貴州省主雨帶自東南向西北逐步推進(jìn)有關(guān)，主要是因?yàn)槲魈窖蟾睙釒Ц邏褐饾u西伸北抬所致。出現(xiàn)最早的是黔東南州黎平縣，在2月下旬。黔東南州大部、黔南州中部、遵義市中東部等區(qū)域出現(xiàn)較早，大多最早出現(xiàn)在3月中下旬。而畢節(jié)市、六盤水市、黔西南州西部出現(xiàn)時(shí)間較晚，最早出現(xiàn)在4月下旬到5月中旬。從圖6b可以看出，短時(shí)強(qiáng)降水結(jié)束日期整體呈西部早東部晚，北部早南部晚的特征(遵義東部、銅仁西部局地結(jié)束晚例外)，最早為遵義赤水市在9月上旬結(jié)束，大部地區(qū)在10月結(jié)束。由圖6c分析得出，短時(shí)強(qiáng)降水出現(xiàn)概率最大旬大多出現(xiàn)在16—18旬(即6月)，最早為遵義市湄潭縣、播州區(qū)和黔東南州榕江縣出現(xiàn)在5月上旬。畢節(jié)市西部、遵義市東北部、銅仁市中西部、黔東南州北部等地出現(xiàn)在7月下旬到8月上中旬。最晚為銅仁市印江縣、江口縣出現(xiàn)在9月上旬。如圖6d所示,概率最大旬及其前后各兩個旬的總概率，表征短時(shí)強(qiáng)降水的集中程度，在此5旬內(nèi)，概率越大，短時(shí)強(qiáng)降水出現(xiàn)時(shí)間段越集中。西部降水較為集中，概率達(dá)到40%以上，其中畢節(jié)市城區(qū)、赫章縣、納雍縣、織金縣和遵義市赤水市、習(xí)水縣達(dá)到50%以上，說明降水集中，中北部概率較低，最低為遵義市湄潭縣的20.8%，說明湄潭的短時(shí)強(qiáng)降水開始早結(jié)束晚。

圖6 2005—2018年貴州省短時(shí)強(qiáng)降水最早出現(xiàn)旬(a)、最晚出現(xiàn)旬(b)、出現(xiàn)概率最大旬(c)以及概率最大旬及其前后各兩個旬的總概率(d)Fig.6 Theprobability of(a)thefirst ten days,(b)thelast ten days,(c)themaximumten days,and(d)thetotal probability thetwoten days beforeand after themaximumten daysand thelast ten days in Guizhou Provincein 2005-2018.

2.2.4 日變化特征

圖7 為2005—2018年貴州省不同等級短時(shí)強(qiáng)降水站次數(shù)日變化曲線，可見日變化曲線呈單峰型，12時(shí)最少，之后緩慢上升，在02時(shí)達(dá)到峰值(433站次)，之后再緩慢下降。短時(shí)強(qiáng)降水多出現(xiàn)在傍晚到夜間，其中21時(shí)至次日07時(shí)為高發(fā)時(shí)段，占全部時(shí)段的64%，這與貴州多夜雨氣候特征吻合(于俊偉，2010)。分級短時(shí)強(qiáng)降水與總的短時(shí)強(qiáng)降水日變化特征基本一致，60≤R1h＜80 mm和R1h≥80 mm，在8—15時(shí)時(shí)間段，兩個等級短時(shí)強(qiáng)降水在7個時(shí)次間總共只出現(xiàn)4站次，而23—02時(shí)相對集中，4個時(shí)次就出現(xiàn)29站次。

圖7 2005—2018年貴州省不同等級短時(shí)強(qiáng)降水站次數(shù)日變化Fig.7 Daily changesof short-timeheavy precipitation eventsof different gradesin Guizhou Provincefrom 2005 to2018.

根據(jù)貴州降水的日變化南北位移特征，將一天分為14—16時(shí)，17—19時(shí)，20—22時(shí)，23—01時(shí)，02—04時(shí)，05—07時(shí)，08—10時(shí)，11—13時(shí)共8個時(shí)段，計(jì)算每個站點(diǎn)各時(shí)段占全天短時(shí)強(qiáng)降水次數(shù)的比例Rt(以下統(tǒng)一使用Rt表示，其中t表示時(shí)段)。圖8給出2005—2018年貴州Rt隨經(jīng)度的分布及其線性擬合線，由圖8分析可知，14—16時(shí)，R14-16值較低、隨經(jīng)度幾乎無變化(斜率為0)；17—19時(shí)，R17-19西部增長幅度較大，斜率為負(fù)值；20—22時(shí)，R20-22西部繼續(xù)大幅增長，東部變化較小，斜率絕對值繼續(xù)增大，斜率仍為負(fù)值；23—01時(shí)，R23-01西部繼續(xù)大幅增長，出現(xiàn)概率超過20%，東部小幅增加，斜率仍為負(fù)值，絕對值達(dá)到最大(2.8568)；02—04時(shí)，R02-04西部開始減小，東部繼續(xù)增大，全省分布均勻，斜率為0；05—07時(shí)，R05-07西部大幅減小，東部卻繼續(xù)增大，東部邊緣占比超過20%，達(dá)到峰值，斜率為正值；08—10時(shí)，R08-10西部和東部同時(shí)減小，斜率仍保持為正值；11—13時(shí)，R11-13西部和東部繼續(xù)減小，斜率仍保持為正值。也就是說，貴州短時(shí)強(qiáng)降水日變化空間分布特征為傍晚到前半夜主要發(fā)生在西部，而后半夜降水逐漸東移南壓，集中在東部和南部地區(qū)，中午前后全省均較少出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水。

圖8 2005—2018年貴州省R t隨經(jīng)度的分布及其線性擬合線(**表示在α=0.01的顯著性水平下，該線性趨勢是顯著的)Fig.8 Distribution of R t with longitudeand itslinear fittinglinein Guizhou Provincefrom2005 to2018(**Indicatesthat thelinear trend issignificant at thesignificancelevel of 0.01).

上述趨勢符合貴州大部分強(qiáng)降水個例特征，受貴州省西北部特殊地形影響，一般午后到傍晚降水回波從貴州西北部畢節(jié)境內(nèi)生成，在高空槽前西南氣流引導(dǎo)下，回波向偏東或東北方向移動發(fā)展，隨著高空槽逐步東移靠近，主雨帶在夜間逐漸向東南壓而影響全省。由于貴州高原的西高東低地形特征，貴州大部地區(qū)處于西風(fēng)帶系統(tǒng)的下坡和低層?xùn)|南氣流的迎風(fēng)坡一側(cè)。高空槽和低渦(切變)在夜間東移時(shí)下坡加強(qiáng)，同時(shí)受中西部高山向東部、南部低山丘陵過渡的迎風(fēng)坡地形影響，使得貴州東部和南部降水更強(qiáng)，出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水的概率較大。有研究表明(王東阡和張耀存，2012)，西南低空急流具有明顯的日變化特征，在夜間和早晨急流發(fā)生頻數(shù)都很高，我國東南地區(qū)超過80%的西南低空急流出現(xiàn)在夜晚。而在白天和傍晚則基本沒有低空急流發(fā)生。受西南氣流的日變化特征影響，往往在后半夜，降水系統(tǒng)影響貴州東部和南部地區(qū)時(shí)，低層南風(fēng)增強(qiáng)，水汽和能量輸送加大，這也是東部和南部地區(qū)降水更強(qiáng)，出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水概率更大的原因之一。

總而言之，受貴州特殊地形和西南氣流的日變化特征影響，短時(shí)強(qiáng)降水概率呈現(xiàn)東高西地、南高北低的特征。

3 逐3 h降水時(shí)空分布

3.1 逐3 h降水空間分布

將貴州省2005—2018年逐3 h降水站次數(shù)分為50≤R3h＜80、80≤R3h＜100、R3h≥100 mm三個等級，統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，50≤R3h＜80 mm出現(xiàn)站次最多(2518站次)，占比85.2%；80≤R3h＜100 mm站次數(shù)迅速減少到313站次，僅占比10.6%；R3h≥100 mm在14 a共出現(xiàn)123站次，占比4.2%。圖9給出2005—2018年不同等級逐3 h降水站次數(shù)空間分布，如圖9a所示，50≤R3h＜80 mm的站次數(shù)分布存在三個大值區(qū)和兩個大值單點(diǎn)，對照圖1發(fā)現(xiàn)，在貴州西南部的喇叭口地形內(nèi)存在大值中心①，其中最多為鎮(zhèn)寧81次；在貴州東南部雷公山南側(cè)為中心②，其中最多為三都61次；在貴州東北部梵凈山東側(cè)存在中心③，其中最多為銅仁市區(qū)46次；而在貴州東部天柱縣和北部鳳岡縣存在兩個大值單點(diǎn)④(天柱43次)和⑤(鳳岡41次)。80≤R3h＜100 mm的站次數(shù)分布存在三個大值中心(圖略)，與50≤R3h＜80 mm(圖9a)中前3個大值中心位置大致相同，即貴州西南部喇叭口地形①、東南部雷公山南側(cè)②、東北部梵凈山東側(cè)③。由圖9b可見，R3h≥100 mm的站次數(shù)分布較為零散，經(jīng)中部貴陽大致呈西南-東北向帶狀分布，以望謨11次最多，其次為印江和石阡8次，遵義中西部、畢節(jié)西部、六盤水西部未出現(xiàn)過R3h≥100 mm的站點(diǎn)。結(jié)合圖1中貴州地形分析發(fā)現(xiàn)，R3h≥100 mm的降水多發(fā)生在高山向低山丘陵的過渡地帶、喇叭口地形內(nèi)和雷公山南側(cè)喇叭口地形與河谷地形重疊區(qū)域，與天氣學(xué)理論相符(朱乾根等，2007)，而貴州西北部高海拔地區(qū)少有發(fā)生。

對比分析圖9a與R1h的總站次數(shù)空間分布(圖2a)發(fā)現(xiàn)，其空間分布特征大體一致，總體呈南多北少、東多西少態(tài)勢，均存在三大高發(fā)中心，高發(fā)中心范圍和站次數(shù)局部存在差異。

圖9 2005—2018年貴州省不同等級逐3 h降水站次數(shù)空間分布(a.50-80 mm；b.100 mm及以上)Fig.9 Distribution of precipitation timesby threegradesfrom2005 to2018(a.50-80 mm;b.100 mmand above)

3.2 逐3 h降水時(shí)間分布

由逐3 h降水的年際變化趨勢分析得出(圖略)，R3h與R1h的年際變化(圖4a)相比，各等級站次數(shù)不同，但趨勢表現(xiàn)為一致性，顯著特征均為2014和2015年陡然增加。R3h三個等級降水站次數(shù)的年變化總體趨勢較為一致，在2013年之前年際變化不大，僅在2007和2008年小幅上升，而在2014年陡然增加，2015年繼續(xù)大幅增加達(dá)到峰值，2016年迅速回落，之后小幅變化。圖10給出了貴州2005—2018年不同等級逐3 h降水站次數(shù)的月際和日變化特征。由圖10a可見，三個等級降水站次數(shù)的月變化趨勢也基本一致，均呈單峰型，在6月達(dá)到峰值，50≤R3h＜80 mm峰值特征最為典型，而80≤R3h＜100 mm和R3h≥100 mm兩個等級單峰特征不標(biāo)準(zhǔn)，均在8月出現(xiàn)站次數(shù)多余7月而呈現(xiàn)次峰值。由降水的月分布可見，在剛過汛期(4—9月)的10月份仍有R3h≥100 mm強(qiáng)降水發(fā)生，預(yù)報(bào)預(yù)警中不可掉以輕心。因連續(xù)強(qiáng)降水累計(jì)雨量大，極易造成氣象災(zāi)害，在業(yè)務(wù)使用時(shí)，應(yīng)更加關(guān)注短時(shí)強(qiáng)降水產(chǎn)生后，接下來降水演變情況，結(jié)合臨近雷達(dá)衛(wèi)星資料，為做好短時(shí)強(qiáng)降水精準(zhǔn)預(yù)警服務(wù)提供有力保障(余小鼎，2010；段鶴等，2013)。圖10b為不同等級逐3 h降水站次數(shù)的日變化，圖10b可見，日變化特征呈單峰型，表現(xiàn)在夜間到早晨(20時(shí)至次日07時(shí))多發(fā)，在01時(shí)達(dá)到峰值，中午12時(shí)前后最少。各等級降水日變化分布可見，前兩個等級50≤R3h＜80 mm、80≤R3h＜100 mm在一天中每個時(shí)次均有出現(xiàn)，而R3h≥100 mm僅出現(xiàn)在18時(shí)—次日11時(shí)，也即午后(12—17時(shí))無R3h≥100 mm的強(qiáng)降水發(fā)生。

將圖10a與不同等級R1h站次數(shù)的月際變化(圖5)對比分析，可見，趨勢基本一致，呈單峰型，兩者各等級站次數(shù)均在6月份最多。同樣將圖10b與不同等級R1h站次數(shù)的日變化(圖7)對比分析，R1h和R3h的各等級在不同時(shí)段出現(xiàn)站次數(shù)有差異，但日變化趨勢表現(xiàn)為一致性，即主要集中在夜間到早晨，中午12時(shí)前后較少出現(xiàn)。

圖10 貴州2005—2018年不同等級逐3 h降水站次數(shù)的月際(a)、日(b)變化特征(圖(b)橫坐標(biāo)時(shí)次為逐3 h降水的起始時(shí)次)Fig.10(a)Monthly and(b)daily variation characteristicsof thenumber of precipitation eventswith different grades in Guizhou Provinceduring 2005-2018(Fig.10b abscissatimeisthestartingtimeof precipitation by 3 hours)

綜上所述，R1h和R3h時(shí)間分布趨勢表現(xiàn)為一致性，各等級在不同時(shí)間尺度出現(xiàn)站次數(shù)有差異。

4 結(jié)論

通過對2005—2018年貴州省84個國家氣象站逐小時(shí)降水量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出以下結(jié)論：

(1)14 a中短時(shí)強(qiáng)降水共出現(xiàn)5 981站次，年均427.2站次，短時(shí)強(qiáng)降水空間分布與地形特征密切相關(guān)。整體呈現(xiàn)南多北少、東多西少的特征，貴州西南部“喇叭口”地形內(nèi)，東南部雷公山南側(cè)“喇叭口”地形與河谷地形重疊區(qū)域?yàn)槎虝r(shí)強(qiáng)降水高發(fā)區(qū)，東北部銅仁梵凈山東側(cè)和東部天柱附近為次高發(fā)區(qū)，西北部的畢節(jié)、遵義為低發(fā)區(qū)。

(2)短時(shí)強(qiáng)降水前三個等級20≤R1h＜40、40≤R1h＜60、60≤R1h＜80 mm出現(xiàn)的站次數(shù)占比分別為88.1%、10.8%、1%，而R1h≥80 mm的短時(shí)強(qiáng)降水14 a只出現(xiàn)在石阡、福泉、貞豐、羅甸、平壩5個站點(diǎn)各1次。短時(shí)強(qiáng)降水最大雨強(qiáng)一般南部大于北部、中東部大于西部，平均雨強(qiáng)整體呈現(xiàn)南強(qiáng)北弱的空間分布特征。

(3)短時(shí)強(qiáng)降水年際變化曲線顯示，2005—2013年強(qiáng)降水站次大多處于年均值(427.2站次)之下，2011年達(dá)到最低值275站次；2014年站次數(shù)驟然增加至564站次，2015年繼續(xù)增加到最大值662站次，其后迅速回落到比年均值略高的位置小幅變化。短時(shí)強(qiáng)降水各站點(diǎn)年際變化在高發(fā)區(qū)離散度較大，在貴州西北部低發(fā)區(qū)離散度較小。

(4)短時(shí)強(qiáng)降水月際變化呈單峰型，5—8月是短時(shí)強(qiáng)降水高發(fā)時(shí)段，6月達(dá)到峰值。短時(shí)強(qiáng)降水主要以單站出現(xiàn)的局地性降水為主，同時(shí)有3站以上出現(xiàn)的情況很少，其中以6月最多。短時(shí)強(qiáng)降水最早出現(xiàn)旬?dāng)?shù)整體呈現(xiàn)南早北晚、東早西晚的特征，結(jié)束日期整體呈西早東晚，北早南晚的特征。短時(shí)強(qiáng)降水概率最大旬大多出現(xiàn)在6月。短時(shí)強(qiáng)降水在貴州西部地區(qū)出現(xiàn)時(shí)段較為集中，在概率最大旬及其前后各兩個旬的總概率共5旬內(nèi)，概率達(dá)到40%以上，而中北部降水不集中，概率較低。

(5)短時(shí)強(qiáng)降水日變化呈單峰型，21時(shí)至次日07時(shí)為高發(fā)時(shí)段，占全部時(shí)段的64%，夜雨特征明顯，中午12時(shí)前后出現(xiàn)最少。60≤R1h＜80 mm和R1h≥80 mm的兩個等級，在8—15時(shí)7個時(shí)次間總共只出現(xiàn)4站次，而23—02時(shí)僅4個時(shí)次就出現(xiàn)29站次。日變化的空間分布特征為傍晚到前半夜主要出現(xiàn)在西部，后半夜逐漸東移集中在東部和南部地區(qū)，中午前后全省均較少出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水。受貴州特殊地形和西南氣流的日變化特征影響，短時(shí)強(qiáng)降水概率呈現(xiàn)東高西地、南高北低的特征。

(6)R1h和R3h空間分布特征大體一致，總體呈南多北少、東多西少態(tài)勢，均存在三大高發(fā)中心，其范圍和站次數(shù)局部存在差異。R1h和R3h時(shí)間分布趨勢表現(xiàn)為一致性，各等級在不同時(shí)間尺度出現(xiàn)站次數(shù)有差異。