阮錫章 洪維群 張家斌 朱仕杰 鄭文君

各區(qū)域站含縣站，下同

尤溪縣區(qū)域自動站暴雨天氣系統(tǒng)統(tǒng)計特征及其應(yīng)用*

阮錫章1洪維群1張家斌1朱仕杰2鄭文君1

（1.福建省尤溪縣氣象局，福建 三明 365100；2.福建省順昌縣氣象局，福建 南平 353200）

利用尤溪縣氣象站及各鄉(xiāng)鎮(zhèn)2009—2016年區(qū)域自動站最新降水量資料，對128個暴雨及以上降水過程按影響天氣系統(tǒng)進行分類，采用統(tǒng)計縣站及各區(qū)域站間年雨量、暴雨及大暴雨天氣過程兩兩之間的相關(guān)系數(shù)，分析各地降水量的關(guān)聯(lián)性以及暴雨天氣系統(tǒng)分布規(guī)律。結(jié)果表明，①尤溪縣各區(qū)域站之間暴雨降雨量存在顯著相關(guān)，但各區(qū)域站大暴雨降雨量的相關(guān)性較差。②暴雨天氣系統(tǒng)分類中，Ⅰ類：低層切變（伴高空槽、冷空氣）出現(xiàn)次數(shù)最多，占總數(shù)的68%；Ⅱ類：臺風（含熱帶風暴或其環(huán)流）占總數(shù)的16%；Ⅲ類：副高邊緣（含副高控制）、Ⅳ類：偏南風輻合（含東風波）合計占總數(shù)的16%。前兩類各區(qū)域站之間暴雨降水量存在顯著相關(guān)，通過信度0.01檢驗的占比達91%和76%；Ⅳ類關(guān)聯(lián)性較差，而Ⅲ類基本沒有關(guān)聯(lián)，因此后兩類暴雨尤其是大暴雨降水預(yù)報中應(yīng)以報部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)或局部性為宜。③根據(jù)各區(qū)域站之間強降水雨量兩兩相關(guān)系數(shù)，確定了尤溪中部區(qū)域、尤溪東南部戴云山脈區(qū)域、尤溪西北部玳瑁山脈區(qū)域等強降水一致區(qū)，作為短臨天氣預(yù)警預(yù)報的依據(jù)之一。

暴雨 天氣系統(tǒng) 統(tǒng)計特征 強降水一致區(qū) 尤溪縣區(qū)域自動站

福建省中部地區(qū)擁有豐富的山地、氣候和水資源，素有“八山一水一分田”之稱，低山丘陵和中山等山地面積約占總面積的80%以上，分布有戴云山、玳瑁山等山脈；冬季受大陸氣團控制，多偏北風，干旱少雨；夏季受海洋氣流影響，濕潤多雨，盛行偏南風，溫暖濕潤的夏季風使高溫與多雨同期出現(xiàn)，為農(nóng)業(yè)、水電生產(chǎn)和森林生態(tài)建設(shè)奠定了極為有利的自然氣候條件，成為全國重要的商品糧生產(chǎn)基地和重點林業(yè)區(qū)之一。同時由于地處東南沿海和復(fù)雜的地形地貌，暴雨等自然災(zāi)害較為頻發(fā)[1-4]，因此做好強降水天氣的預(yù)警預(yù)報工作尤為重要。為了加強對閩中區(qū)域暴雨天氣變化規(guī)律的認識，發(fā)揮區(qū)域自動站資料在現(xiàn)代天氣預(yù)報中的作用，做好水庫蓄水發(fā)電及防洪防汛氣象服務(wù)。本文以地處福建省幾何地理中心的尤溪縣降水資料為基礎(chǔ)，分析其暴雨分布及影響天氣系統(tǒng)特征，探討降水一致區(qū)及其在強降水預(yù)警預(yù)報的應(yīng)用，為開展短臨氣象預(yù)報和氣象服務(wù)工作提供技術(shù)支撐。

1 資料來源與分析方法

1.1 研究區(qū)域概況

尤溪縣位于福建省中部山區(qū)，介于117.8～118.6°E、25.8～26.4°N，屬于中亞熱帶季風氣候。地理上位于武夷山以南至戴云山脈之間，境內(nèi)海拔高差較大，山巒起伏；東南部為戴云山脈主體部分，其中大模山海拔高度1472m，為全縣最高山峰；西北部為玳瑁山脈北段。兩山脈走向呈東北—西南向，與我國東南沿海呈大致平行，對東南暖濕氣流產(chǎn)生動力抬升作用，對北方南下的冷空氣起阻滯、分流作用[1]?？h內(nèi)水系發(fā)育，其中流域面積100 km2以上的大小河流14條，大小水電站100多座；最大河流——尤溪河，發(fā)源于大田屏山和永安豐田洋，在坂面鎮(zhèn)入境，從西南向東北流經(jīng)本縣中部，于尤溪口注入閩江。沿尤溪河兩岸地勢較低，多為丘陵和山間盆谷，這些盆谷地和東、西部山間小盆地是該縣主要農(nóng)業(yè)耕作區(qū)，是全國商品糧基地縣之一。因此，暴雨天氣對農(nóng)業(yè)和水電等生產(chǎn)有重要影響。

尤溪縣暴雨分布受到地形地貌、山脈走向及距離東海岸線遠近的影響：①尤溪縣東南部屬戴云山脈的主體部分（平均海拔高度在800～1200m），西北部系玳瑁山脈東段南坡（平均海拔高度在600～1000m），地形抬升作用使降水增強，尤其夏季當臺風或熱帶氣旋靠向福建省東部沿海時，其西側(cè)東北或偏東氣流遇山脈阻擋，其抬升作用更為明顯；②該縣地勢從西南向東北傾斜，造成從東路南下的冷空氣沿中部尤溪河從東北方向侵入，隨冷暖空氣勢力強弱的不同對比，在不同的區(qū)域位置形成邊界輻合線，而觸發(fā)對流性降水（在切變線類暴雨中，其作用尤為明顯）；③除兩大主要山脈外，該縣地貌破碎、褶皺發(fā)育強烈，形成高低不同的眾多峰巒，如金峰山、金雞山、羅漢山、北山巖等，其最高海拔高度在1100～1300m，在副高或其邊緣控制下、熱力對流引發(fā)的對流性強降水中，其局地性明顯。

1.2 資料與方法

采用尤溪縣氣象局及各區(qū)域自動氣象站（以下稱各區(qū)域站）2009-2016年資料平均年月雨量（其中湯川從2010年8月18日開始有自動站記錄，八字橋、中仙、閩湖分別有缺1~3個月不等的資料，經(jīng)審核有問題的資料不予統(tǒng)計）、逐日暴雨（20~20時日雨量≥50mm）、大暴雨（20~20時日雨量≥100mm）資料，分析暴雨、大暴雨的地理、時間分布特征；分別統(tǒng)計縣站及各區(qū)域站間年雨量、暴雨及大暴雨天氣過程的兩兩相互間的相關(guān)系數(shù)，確定暴雨天氣的一致區(qū)[5-6]；對128個暴雨及以上降水過程按影響天氣系統(tǒng)分為四類：低層切變（伴高空槽、冷空氣）、臺風（含熱帶風暴或其環(huán)流）、副高邊緣（含副高控制）、偏南風輻合（含東風波），分別統(tǒng)計縣域內(nèi)各地暴雨及以上降水量的兩兩相關(guān)系數(shù)，進一步分析暴雨天氣過程的影響天氣系統(tǒng)特征及其規(guī)律，并應(yīng)用于短臨氣象預(yù)報預(yù)警服務(wù)工作。

2 統(tǒng)計結(jié)果分析

2.1 降水概況

該縣2009—2016年平均年雨量介于1506.5（尤溪口）～1995.6mm（湯川）（八字橋2015.3mm，因資料不全未選）之間，從年、月降水量變化情況與常年相比較看，2010年、2012年、2015年、2016年偏多，其中以2016年最多，各地年雨量介于1636mm（聯(lián)合）～2501mm（湯川），2009年、2011年、2013年、2014年偏少；以2011年偏少最為明顯，以年雨量1054mm（洋中）為最少。年內(nèi)降水高值期出現(xiàn)在4～6月，占全年雨量的36.6%~43.6%，通常也稱為雨季或前汛期。多雨季（3~9月）占全年雨量的68.3%~73%，少雨季（10~2月）占全年雨量的19. 1%～23.5%。

2.2 暴雨的時空分布特征

2009—2016年，暴雨過程共163天，4月份開始，暴雨次數(shù)逐漸增多，4~9月暴雨過程（140天）占全年的86%，10月份以后暴雨日數(shù)趨于減少，10~3月（23天）占14%；各地年平均暴雨日數(shù)4~7天，以八字橋、洋中和城關(guān)較多，在6天以上。大暴雨過程共25天，其中4~9月（24天）占全年的96%；4月份開始出現(xiàn)大暴雨，受臺風影響，7、8月份成為大暴雨最多的月份。各地累年大暴雨日數(shù)在1～10天不等，以湯川、中仙、臺溪較多，達9~10天；年均大暴雨天數(shù)1天或以下（見表1）。最大暴雨出現(xiàn)在2013年8月22日，受臺風“譚美”影響，最大日雨量達206.7mm（湯川）；出現(xiàn)連續(xù)性大暴雨共有3次(年出現(xiàn)概率38%)，分別出現(xiàn)在2010年6月14～15日、2013年7月13～14日和2014年7月23～24日，后兩次均是受臺風影響造成。

表1 尤溪縣各區(qū)域站2009-2016年暴雨、大暴雨日數(shù)

注：各區(qū)域站含縣站，下同。

2.2.14~6月暴雨日數(shù)

春夏之交，冷暖空氣在尤溪縣上空頻繁劇烈交綏，從4月份開始，暴雨天數(shù)逐漸增多。4~6月累年暴雨日數(shù)9~25天，年均1.1～3.1天，占全年的30%~50%；多的達22天或以上（八字橋、坂面、縣站），少的僅12天或以下（中仙、湯川、玉澗）。月累年大暴雨日數(shù)1~9天不等，年均0.1~1.3天；較多如中仙、湯川、臺溪（9天），少的如管前、西城，僅1天。

2.2.27~9月暴雨日數(shù)

7~9月尤溪縣處副熱帶海洋性氣團控制下，天氣不穩(wěn)定，產(chǎn)生局地性暴雨；遇熱帶風暴（臺風）影響，容易產(chǎn)生大范圍或連續(xù)性暴雨甚至大暴雨，也是一年中暴雨、特別是大暴雨天氣比較多的季節(jié)。據(jù)統(tǒng)計，累年7~9月暴雨日數(shù)14~21天，年均1.8~2.6天，占全年的30%~60%；多的達20天或以上（洋中、湯川、臺溪），少的僅15天或以下（新陽、八字橋、坂面、擁口、尤溪口）。累年大暴雨日數(shù)0～8天不等，年均0～1天；較多的達8天或以上如中仙、臺溪、湯川，少的0天，如管前、西城。

2.2.311月暴雨日數(shù)

秋冬季暴雨日數(shù)較少，但在秋冬季過渡時節(jié)的11月份，受冷空氣、中低層切變線和南支槽東移影響[7-8]，降水量和暴雨日數(shù)呈一小高峰期，暴雨天氣過程2～3年一遇。

綜上，春夏之交由于冷暖空氣相互作用，冷空氣從北方南下，遇玳瑁山等山脈阻擋、抬升作用，西部、北部地區(qū)暴雨較多，如八字橋、管前、坂面等鄉(xiāng)鎮(zhèn)；在盛夏，由于熱帶海洋性氣團及熱帶風暴（臺風）影響，受到該縣東南部戴云山脈的抬升作用，容易形成暴雨、大暴雨天氣，因而暴雨、大暴雨日數(shù)相對較多，如湯川、中仙、洋中、臺溪等鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

2.2.4各區(qū)域站降水分布的關(guān)聯(lián)性

（1）各區(qū)域站暴雨降雨量兩兩之間相關(guān)系數(shù)：通過信度0.01檢驗有136/136= 1，各區(qū)域站之間暴雨降雨量存在顯著關(guān)聯(lián)（樣本數(shù)=128，α0.01=0.254，α0.05=0.195）。各相關(guān)系數(shù)見表2，下同。

（2）各區(qū)域站大暴雨降雨量兩兩之間相關(guān)系數(shù)：通過信度0.01檢驗有46/136= 0.338，未通過信度0.05檢驗有58/136=0.426，僅34%區(qū)域站之間大暴雨降雨量存在顯著關(guān)聯(lián)（樣本數(shù)=19, α0.01=0.575, α0.05=0.4555）。

分析有的區(qū)域站之間大暴雨相關(guān)系數(shù)小的原因，有的是因測站之間距離較遠，有的是與小地形作用有關(guān)，如聯(lián)合地處該縣最北邊，其北面有金雞山、西面有金峰山等地形作用，使之與其他多數(shù)站點之間相關(guān)系數(shù)都很小。又如新陽、坂面與溪尾、湯川之間，除了所處的地形環(huán)境不同外，相距較遠（40km以上）也是重要原因。

（3）統(tǒng)計各站年雨量兩兩之間相關(guān)系數(shù)：通過信度0.01檢驗的有81個，占59.6%，即60%區(qū)域站之間年雨量存在顯著關(guān)聯(lián)；未通過信度0.05檢驗的有11個，占8.8%（樣本數(shù)=6, α0.01=0.9172, α0.05=0.8114）。各相關(guān)系數(shù)不再列出，下同。

表2 尤溪縣各區(qū)域站之間暴雨、大暴雨降雨量相關(guān)系數(shù)

續(xù)表2

注：斜體字（相關(guān)系數(shù)=1）部分為暴雨、大暴雨共同的相關(guān)系數(shù)，其左下角部分為暴雨的相關(guān)系數(shù)，右上角部分為大暴雨的相關(guān)系數(shù)。

由此可見，各區(qū)域站之間年雨量、暴雨降雨量存在顯著關(guān)聯(lián)，而大暴雨降雨量關(guān)聯(lián)性較差。

3.3 暴雨的影響天氣系統(tǒng)分類特征

3.3.1暴雨影響天氣系統(tǒng)分類

統(tǒng)計暴雨日且完整有16個區(qū)域站資料共有126天，將其影響天氣系統(tǒng)分成以下4類[8]：

（Ⅰ）類：低層切變（伴高空槽、冷空氣），計有86天，占總數(shù)的68%；

（Ⅱ）類：臺風（含熱帶風暴或其環(huán)流），計20天，占總數(shù)的16%；

（Ⅲ）類：副高邊緣（含副高控制），計6天，占總數(shù)的5%；

（Ⅳ）類：偏南風輻合（含東風波），計14天，占總數(shù)的11%；

3.3.2各分類暴雨在各區(qū)域站分布的關(guān)聯(lián)性

統(tǒng)計各分類暴雨各區(qū)域站兩兩之間相關(guān)系數(shù)及通過各顯著性檢驗的個例占比百分率，得出以下結(jié)果：

由表3可見，各區(qū)域站之間切變（伴高空槽、冷空氣）類、臺風（含熱帶風暴或其環(huán)流）類暴雨降雨量存在顯著關(guān)聯(lián)，未通過信度0.05檢驗的個例占比在10%以內(nèi)（見表3中Ⅰ、Ⅱ類），其形成機理與這兩類系統(tǒng)為天氣尺度，系統(tǒng)的時空尺度大有關(guān)。偏南風輻合（含東風波）暴雨降雨量關(guān)聯(lián)性較差，其未通過信度0.05檢驗的個例占比達62.5%（見表3中Ⅳ類）；而副高邊緣（含副高控制）暴雨降雨量基本沒有關(guān)聯(lián)，未通過信度0.05檢驗的個例占比達91.2%（見表3中Ⅲ類），Ⅲ類、Ⅳ類兩型暴雨多由對流性的中小尺度系統(tǒng)引起，局地性強，因此在預(yù)報中應(yīng)以報部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)或局部性為宜。

表3 各分類暴雨各區(qū)域站間相關(guān)系數(shù)通過各顯著性檢驗的個例占比

3.3.3大暴雨影響天氣系統(tǒng)分類

大暴雨的影響天氣系統(tǒng)只有（Ⅰ）、（Ⅱ）類。

（Ⅰ）類：低層切變（伴高空槽、冷空氣）類計有13天，占總數(shù)的54%；

（Ⅱ）類：臺風（含熱帶風暴或其環(huán)流）類計有11天，占總數(shù)的46%。

3.4 降水一致區(qū)選擇及應(yīng)用

3.4.1強降水一致區(qū)的確定

本文所稱降水一致區(qū)是指受某一天氣系統(tǒng)影響時，其降水出現(xiàn)時間和強度都比較相近的區(qū)域。將各區(qū)域站之間暴雨、大暴雨降水量兩兩相關(guān)系數(shù)均通過0.01信度檢驗的連片區(qū)域確定為優(yōu)選（或一級）暴雨一致區(qū)，未達這一條件但均通過0.05信度檢驗的連片區(qū)域確定為普通（或二級）暴雨一致區(qū)，進而確定暴雨高度一致區(qū)。篩選結(jié)果見表4。

表4 各區(qū)域站暴雨、大暴雨降水一致區(qū)篩選結(jié)果

基于以上統(tǒng)計結(jié)果，結(jié)合閩中地區(qū)地形地勢特點和影響天氣系統(tǒng)分析[9-16]，得出以下強降水高度一致區(qū)：

①尤溪中部沿河區(qū)域：縣站-西城-新陽-梅仙-坂面（切變類、偏南風輻合類暴雨優(yōu)選一致區(qū)）；

②尤溪東南部戴云山脈區(qū)域：中仙-湯川-臺溪-玉澗-洋中（切變類、臺風環(huán)流類暴雨優(yōu)選一致區(qū)）；

③尤溪西北部玳瑁山脈區(qū)域：縣站-八字橋-新陽-管前-坂面-閩湖（切變類、臺風環(huán)流、偏南風輻合類暴雨優(yōu)選一致區(qū)）。

3.4.2強降水一致區(qū)在預(yù)報服務(wù)工作中的應(yīng)用

在上述強降水一致區(qū)劃分的基礎(chǔ)上，結(jié)合標準差統(tǒng)計，采用VB編程確定暴雨天氣區(qū)作為短臨天氣預(yù)報強降水劃區(qū)的參考依據(jù),在2018年業(yè)務(wù)應(yīng)用中取得顯著社會效益和經(jīng)濟效益。

強降水一致區(qū)氣象服務(wù)平臺技術(shù)流程見圖1。

圖1 強降水一致區(qū)氣象服務(wù)平臺技術(shù)流程

4 結(jié)果和討論

（1）尤溪縣各區(qū)域站之間暴雨降雨量存在顯著相關(guān)，但各區(qū)域站大暴雨降雨量的相關(guān)系數(shù)較差，通過信度0.01檢驗的只有34%，未通過信度0.05檢驗的有43%，因此在預(yù)報工作中可發(fā)布全縣性的暴雨預(yù)報，除個別強臺風中心經(jīng)過本區(qū)域外，大暴雨降水預(yù)報多以報局部性為宜。

（2）暴雨影響天氣系統(tǒng)分類中，低層切變（伴高空槽、冷空氣）類出現(xiàn)次數(shù)最多，占總數(shù)的68%；其次是臺風（含熱帶風暴或其環(huán)流）類，占總數(shù)的16%；副高邊緣（含副高控制）類和偏南風輻合（含東風波）類合計占總數(shù)的16%。

（3）在暴雨影響天氣系統(tǒng)分類中，以低層切變（伴高空槽、冷空氣）類和臺風（含熱帶風暴或其環(huán)流）類的各區(qū)域站之間降水量存在顯著相關(guān)，通過信度0.01檢驗達91%和76%；偏南風輻合（含東風波）暴雨降雨量關(guān)聯(lián)性較差，而副高邊緣（含副高控制）暴雨降雨量基本沒有關(guān)聯(lián)，因此這兩類影響天氣系統(tǒng)的暴雨降水預(yù)報中應(yīng)以報部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)或局部性為宜。

（4）根據(jù)各區(qū)域站之間強降水雨量兩兩相關(guān)系數(shù)，確定了尤溪中部區(qū)域、尤溪東南部戴云山脈區(qū)域、尤溪西北部玳瑁山脈區(qū)域等強降水一致區(qū)的基礎(chǔ)上，采用VB編程劃分強降水天氣區(qū)作為短臨天氣預(yù)警預(yù)報的依據(jù)之一；同時結(jié)合面雨量的計算，計算上游來水量，確定洪水高程，應(yīng)用ArcGIS軟件制作尤溪流域防洪方案。

（5）本文在應(yīng)用區(qū)域自動站資料為暴雨預(yù)報服務(wù)方面進行了有益的嘗試，由于資料年代較短，尚不能取得較為全面的降水氣象資料，對于特定區(qū)域位置是否存在強降水高頻區(qū)等需要更深入的研究，鄉(xiāng)鎮(zhèn)精細化預(yù)報服務(wù)有待進一步探討。

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三明市科技發(fā)展計劃項目。

P458.1+21.1

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1673-8683(2020)01-0014-06