朔州市短時強降水時空分布

徐衛麗 等

劉瑞蘭? 賈曉霞? 杜佩德? 田粉平

摘要：利用朔州市1971—2020年6個國家級觀測站逐小時降水資料，分析朔州市短時強降水發生頻次的空間分布，年際變化特征，以及月、日發生次數分布和歷史極值，結果表明：朔州市短時強降水日呈西南-東北帶狀分布，北部、西部山區為高發生區，盆地平川區為少發生區。強降水次數年際變化有線性上升趨勢，0.27次·10a-1；20世紀80、90年代連片強降水過程較多，最近10年強降水次數增多，但基本是單站出現。月分布主要發生在5～9月份，呈單峰分布，7～8月份最多，占總次數的84%。日變化北京時間14：00～18：00為高時段，上午為少發時段。強降水有開始日提前和結束日退后的趨勢，雨強極值大部分出現在20世紀90年代和最近10年。

關鍵詞：國家級觀測站；短時強降水；時空分布；雨強極值朔州市夏季暴雨，特別是短歷時暴雨（短時強降水）常形成洪澇災害，不僅引起嚴重的水土流失，破壞土壤結構，導致農業減產，還對廠礦、公路、鐵路、交通運輸，以及人民生命財產帶來巨大損失[1]。隨著社會經濟不斷發展，城市化進程不斷推進，社會、經濟、人口要素日益密集，短歷時強降水造成的洪澇災害也日益嚴重[2]。例如，2012年7月21日，北京特大暴雨過程，該過程在短時間內造成市區嚴重內澇，郊區山洪暴發，給社會運行和人民生命財產造成巨大損失。2021年，河南鄭州“7.20”特大暴雨，鄭州市16～17時小時雨量達201.9 mm，刷新歷史極值，地鐵5號線04502次列車因極端降水遭遇澇水灌入，失電迫停，致14人死亡。2023年8月7日凌晨，朔州城區短時強降水，致立交橋下積水深度達1.8 m，誤駛入轎車被淹沒，1人溺亡。短時強降水的研究一直是國內外氣象學者的研究重點之一，同時也是難點之一[3-4]，為提高對短時強降水形成的洪澇災害及其防控的認識，增強災害減災的有效性和針對性，不少學者對短時強降水的時空分布和氣候特征進行了分析，殷水清等[5]利用海河流域的逐時降水資料對海河流域的逐時降水研究表明：短時強降水的頻次和強度都呈增加趨勢，充分認識和理解短歷時暴雨洪澇災害的時空分布特征及影響，分析其成因，對防災減災規劃、保護人民生命財產安全具有重要的現實意義[6]。我國不同地區極端強降水和降水日變化特征存在明顯的地域性[7-9]，關于本區域短時強降水氣候特征的研究目前還是空白，近年來隨著市、縣各級政府不斷加強防災減災能力建設，對氣象預報預警有精準細致的需求，本文通過研究朔州市6個國家級測站降水觀測數據，得出強降水時空分布和年代變化，有助于市政府城市規劃、道路設施布局、山區山洪泥石流災害治理做決策依據。

1 短時強降水定義和資料的選取統計

統計分析使用資料為1971—2020年間5～9月份朔州市6個國家級觀測站降水日資料，以20時（北京時下同）為日界，降水量統計時間分辨率為1h，資料來自山西省氣象信息中心，資料經過質檢，質量和完整性高。根據中國氣象局《全國短時臨近預報業務規定》[10]，結合本地降水氣候特征，本文“短時強降水”定義為1 h降水量≥20 mm的降水，國家級測站1d中出現1次短時強降水，則記該測站為1個強降水日，多次出現，累計統計；1 d中有1個或以上測站出現強降水，記為1次強降水；相鄰2站或以上，同時或先后出現強降水，記為1次區域性強降水。

2 分析結果

2.1 朔州市地理概況和短時強降水日空間分布

朔州市地處我國北方黃土高原，地形起伏較大，西部和南部是山區，中部和東北部為大同盆地西南端的平川區（圖1）。境內海拔在970～2 335 m，西部是呂梁山脈最北段的洪濤山、管涔山，南部是恒山的西段，組成西部和南部海拔1300 m以上的丘陵山區。丘陵山區包括右玉、平魯兩縣、朔城區的西部和南部、懷仁縣西部、山陰縣西北部和南、應縣的南部，面積占全市面積的64.3%。

統計朔州市1971—2020年5～9月份6個國家級測站短時強降水日數，具有明顯地理特征（圖2），等值線呈東北-西南帶狀分布，西部為高發區，中部、東部為低發區。強降水日數首先從平川區向西北、東南山區遞增，高發區在北端右玉縣35d。其次為平魯區28d，朔城區24d，懷仁市20d，中部盆地山陰、應縣最少18d，全市平均23.8d，單站年平均0.36d·a-1-0.70d·a-1，

這對多山丘溝壑的地區來說是個低概率高影響氣象事件。

▲代表6個國家級觀測站

2.2 月分布特征

朔州市短時強降水50年總計出現143d，5～9月份都有出現，月發生次數呈單峰分布，5月份、9月份出現最少分別為2d、8d，6月次之12d，短時強降水日主要集中在7、8月份分別為70d、51d，占總日數的85%（圖3）。7月下旬，日平均氣溫達到年內最高，大氣熱力不穩定增強，強對流天氣顯著增多，7、8月旬平均強降水日20d，這一旬就出現了28d。7月21日或22日是“大暑”節氣，本地出現降水的概率非常高，要特別關注這個時間段的雨強。

2.3 日變化

朔州市6區縣日間短時強降水出現時間統計，呈雙峰型分布（圖4），強峰為午后14：00～19：00，

15：00-16：00發生次數最多，19：00后明顯下降，

20：00～21：00出現的強降水是當日午后對流天氣過程降水造成的；夜間強降水（弱峰）出現在00：00～08：00，

小時分布起伏不大；上午為少發時段，09：00～10：00沒有出現過強降水。1d中按20：00～08：00定義為夜間，6個國家級觀測站5～6月份、9月份夜間降水雨強小，小時雨量沒有超過20 mm。夜間強降水均出現在7、8月份；山陰縣、朔城區與西部山區夜間強降水占比無太大差別，占該站的30%左右，東部應縣、懷仁夜間強降水僅占20%以下。1個強降水日（1次強降水過程）平川區僅有1個時次降水量≥20 mm，50年中山區縣有4次強降水過程出現了2個時次強降水，山區由于海拔落差大，地形匯聚作用，強降水形成的短時洪水危害更大。

年際變化及年代際線性趨勢

2.4 年際變化趨勢及年代際特點

1d中有1站以上出現強降水，記為1次強降水。1971—2020年朔州市短時強降水次數時間序列如圖5，其中有6年沒出現強降水，2017年最多有7次，70年代中后期、1990—2000年期間和2000-2010年期間相對較少，50年間總共出現119次，年平均2.4次/6站。年際序列與強降水次數相關性及線性趨勢分析，相關系數0.22，兩者相關性達90%，顯著相關，年強降水次數呈線性增加趨勢，0.27次·10a-1。

50年間119次強降水天氣，絕大多數過程只有1站出現強降水，區域性強降水只有12次，占總次數的10%。20世紀80年代到90年代前期，區域性短歷時暴雨較多，最多達3站，1991年有11個強降水日，僅有6次強降水過程；最近10a強降水次數在增多，2017年就有7次，但沒有出現區域性強降水，強降水局地性更強，這客觀上增加了強降水預警、落區預報難度。

2.5 短時強降水極值

朔州全市6個國家級觀測站1971—2021年間，各站短時強降水最大雨強朔城區50.3 m·h-1（2005.7.30），其他依次為山陰49.1 mm·h-1（2017.7.21），右玉縣48.7 mm·h-1（2016.7.24），懷仁40.2 mm·h-1（1992.7.10），平魯38.0 mm·h-1（1991.7.18），應縣37.5 mm·h-1（1993.6.18）都出現在一日中15：00～20：00間。雨強極值大部分出現在20世紀90年代和最近10年（2022年8月13日右玉縣白頭里鄉72.0 mm·h-1又刷新了歷史數據）。朔州市短時強降水最早出現在5月27日（2004年右玉縣），最晚結束于9月21日（2017年應縣）；強降水開始時間年代際變化提早1d·10a-1，結束日推遲2d·10a-1，與本地平均氣溫以0.285℃·10a-1 [11]結論一致。

3 結論

（1）50年間降水資料統計，朔州市短時強降水日數具有明顯的地理分布特征，山區出現最多，平川區最少，全市平均23.8d，單站年平均0.36d·a-1～0.70d·a-1，對本地來說是個低概率高影響氣象事件。

（2）5～9月份，都有短時強降水發生，但主要集中在7～8月份，占總日數的85%，特別是7月下旬出現的概率最高，要特別關注“大暑”節氣的降水。一日之中14：00～18：00為高發生時段，上午出現的概率最低；7～8月份夜間也會出現強降水，中西部比東部兩縣出現的日數多10%。

（3）年強降水次數變化明顯，但總體呈線性增加趨勢，0.27次·10a-1。一次強降水過程絕大多數只有

1站出現，20世紀80年代～90年代前期，區域性短強降水較多，最近10a年均為單站出現，但年強降水次數在增多，強降水局地性更強，這客觀上增加了強降水落區預報預警難度。

（4）各站強降水極值大部分出現在20世紀90年代和最近10年，最大雨強50.3 mm·h-1，該值2022年又被刷新；年代際分析強降水開始出現日期在提早，結束日在推后。

參考文獻

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基金項目：山西省氣象局面上項目“朔州市短時強降水分布特征及預警指標研究”（SXKMSTQ20226310）