袁泉 吳思雁 肖平, 李奇

（1 湖南省岳陽(yáng)市氣象局，岳陽(yáng) 414000；2 湖南省湘陰縣氣象局，湘陰 414600）

0 引言

由于城市內(nèi)空氣流通不暢，凝結(jié)核較多，下墊面粗糙，城市熱島導(dǎo)致局地大氣不穩(wěn)定有利于對(duì)流性降水發(fā)生發(fā)展，而產(chǎn)生雨島效應(yīng)。對(duì)多個(gè)大城市的研究表明，城市化會(huì)增加城區(qū)及下風(fēng)方向的降水量[1]。曹琨等[2]對(duì)上海的研究發(fā)現(xiàn)熱島和雨島關(guān)系密切。Chen[3]針對(duì)上海地區(qū)的研究表明，隨著長(zhǎng)三角城市群的發(fā)展，降水量是增長(zhǎng)的。對(duì)2003年6月4日北京對(duì)流系統(tǒng)的研究[4]，發(fā)現(xiàn)在城市和郊區(qū)的交界處降水增多，降水的峰值中心在城市的下風(fēng)方向。但是另有一些研究得出其他結(jié)論，如王喜全等[5]研究發(fā)現(xiàn)北京地區(qū)冬季城市熱島效應(yīng)和干島效應(yīng)增強(qiáng)，使城區(qū)及南部地區(qū)的降水相對(duì)減少。陳圣劼等[6]對(duì)南京地區(qū)的研究，認(rèn)為一般性降雨的降水量城郊差異不明顯，城市化對(duì)其的落區(qū)分布影響較小。

岳陽(yáng)是城市規(guī)模類似于邯鄲的中型城市，雖然已有對(duì)邯鄲的研究表明像邯鄲這樣的中型城市雨島效應(yīng)與熱島效應(yīng)遙相呼應(yīng)，汛期城市雨島效應(yīng)明顯[7]，但岳陽(yáng)市氣候?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤(rùn)氣候。境內(nèi)東部為山地和丘陵地區(qū)，西部為平原湖泊地區(qū)，在地形和氣候上和邯鄲頗有不同，且對(duì)于岳陽(yáng)市的雨島效應(yīng)的研究是不足的，因而加強(qiáng)對(duì)岳陽(yáng)的雨島效應(yīng)的影響研究仍是非常必要的。

1 資料和方法

根據(jù)岳陽(yáng)市區(qū)域自動(dòng)站網(wǎng)的分布情況（圖1），選取位于市區(qū)的中儲(chǔ)棉站（海拔39.6 m）、修防處站（海拔36.3 m）、南湖站（海拔32.0 m），代表岳陽(yáng)市城區(qū)降水量。云溪水廠站（海拔68.6 m）、三荷站（海拔88.7 m）位于岳陽(yáng)城區(qū)遠(yuǎn)郊丘陵地區(qū)，代表郊區(qū)降水量。毛田站（海拔107.7 m）、相思站（海拔318.6 m）、紅光水庫(kù)站（海拔304.2 m）、虹橋水廠站（海拔282.0 m）位于幕阜山區(qū)，可以代表山區(qū)降水量。城區(qū)3個(gè)站點(diǎn)均勻分布在北部、中部和南部，郊區(qū)的2個(gè)亦呈南北均勻分布，代表山區(qū)的4個(gè)站沿著山勢(shì)布局。9個(gè)站點(diǎn)探測(cè)環(huán)境好，資料連續(xù)，檢定正確，可以有效代表岳陽(yáng)市的整體情況。利用2016—2018年這9個(gè)區(qū)域自動(dòng)氣象站的逐日降水觀測(cè)資料進(jìn)行研究。這9個(gè)自動(dòng)氣象站分別代表城區(qū)、郊區(qū)和山區(qū)，使用統(tǒng)計(jì)方法對(duì)降水量進(jìn)行對(duì)比分析。

圖1 岳陽(yáng)市代表站點(diǎn)位置分布圖Fig. 1 Distribution of selected meteorological observation stations in Yueyang

2 結(jié)果分析

2.1 全年降水量分析

利用中儲(chǔ)棉站、修防處站、南湖站、云溪水廠站、三荷站、毛田站、相思站、紅光水庫(kù)站、虹橋水廠站9個(gè)代表站2016—2018年全年降水量資料進(jìn)行對(duì)比分析可知，3年總體來(lái)說(shuō)岳陽(yáng)市城區(qū)代表站全年降水量均小于郊區(qū)代表站。究其原因在于岳陽(yáng)市城區(qū)面積相對(duì)較小，由于熱島影響，城市大氣不穩(wěn)定利于產(chǎn)生熱對(duì)流，而產(chǎn)生對(duì)流云[2]，隨著系統(tǒng)東移，反而使城區(qū)雨島效應(yīng)不明顯而影響位于下風(fēng)方向的郊區(qū)。而其他大型城市城區(qū)面積廣大，和岳陽(yáng)有所不同，雨島效應(yīng)是城區(qū)明顯。同時(shí)岳陽(yáng)地形是東高西低，城區(qū)位于洞庭湖畔平原半島上，而岳陽(yáng)市郊區(qū)地形是以丘陵為主，從而對(duì)于岳陽(yáng)市來(lái)說(shuō)，城區(qū)、郊區(qū)和山區(qū)的降水差異還受到地形和湖陸效應(yīng)的影響，故岳陽(yáng)市城區(qū)全年降水量要小于郊區(qū)。幕阜山區(qū)，由于地形作用明顯，降水量遠(yuǎn)大于岳陽(yáng)市城區(qū)和郊區(qū)（表1）。

表1 2016—2018年岳陽(yáng)市城區(qū)、郊區(qū)和山區(qū)年平均降水量Table 1 Yearly rainfall amounts from 2016 to 2018 in urban, rural and mountain areas of Yueyang

分年份討論，以郊區(qū)降水量為基準(zhǔn)。降水極端性較強(qiáng)的2016年，城區(qū)降水偏少2.0%，山區(qū)降水偏多26.5%。降水充沛的2017年，城區(qū)降水偏少2.0%，山區(qū)降水偏多6.2%。降水量接近常年的2018年，山區(qū)降水偏多5.8%。進(jìn)一步說(shuō)明對(duì)于全年來(lái)說(shuō)，岳陽(yáng)市雨島效應(yīng)影響在下風(fēng)方向的郊區(qū)，地形的作用也不容忽視。2016年降水極端性較強(qiáng)，多數(shù)月份強(qiáng)降水以對(duì)流性降水為主，山區(qū)地形抬升的動(dòng)力作用對(duì)對(duì)流的發(fā)生發(fā)展作用明顯；反之降水充沛的年份以系統(tǒng)性降水為主，中低層急流旺盛，整個(gè)岳陽(yáng)地區(qū)水汽充足，同時(shí)有高空槽和中低層切變線的配合，天氣系統(tǒng)的動(dòng)力作用遠(yuǎn)大于地形的動(dòng)力作用，山區(qū)地形作用反而顯得不那么明顯。

2.2 分月降水分析

3年總體來(lái)說(shuō)，城區(qū)和郊區(qū)以及山區(qū)月平均降水量的季節(jié)變化趨勢(shì)較為一致，其月平均降水量有一定的差異（圖2）。城區(qū)和郊區(qū)的分月平均降水量差異不大，郊區(qū)略多于城區(qū)，但是山區(qū)汛期（4— 9月）明顯多于城區(qū)和郊區(qū)。參考已有的研究，表明岳陽(yáng)城區(qū)汛期降水夜雨多發(fā)，空間上西少東多，西水東陸的格局是形成降水時(shí)空差異的重要原因[8]，城區(qū)雨島效應(yīng)不明顯，降水的增加出現(xiàn)在下風(fēng)方向的郊區(qū)。同時(shí)4月和7月是山區(qū)與城區(qū)及郊區(qū)平均降水量差異最大的月份，這兩月降水有顯著的對(duì)流性，說(shuō)明山區(qū)地形對(duì)岳陽(yáng)市對(duì)流性降水的增幅十分明顯。

圖2 岳陽(yáng)地區(qū)2016—2018年總平均分月降水量Fig. 2 Total monthly average rainfall amounts in Yueyang from 2016 to 2018

降水極端性較強(qiáng)的2016年（圖3），4月和7月城區(qū)降水量較明顯大于郊區(qū)降水量。即在降水分布不均極端性較強(qiáng)的年份，降水明顯的月份雨島效應(yīng)在城區(qū)有一定的體現(xiàn)。但是山區(qū)降水量仍明顯大于城區(qū)和郊區(qū)，山區(qū)地形的抬升作用仍然很強(qiáng)。2017年（圖4）降水充沛，汛期降水以系統(tǒng)性強(qiáng)降水為主，這一年汛期城區(qū)降水曲線與郊區(qū)降水曲線基本重合，雨島效應(yīng)基本沒(méi)有。同時(shí)在降水最強(qiáng)的月份城區(qū)和郊區(qū)的降水量明顯大于山區(qū)，這與洞庭湖區(qū)夜雨多發(fā)、夜晚洞庭湖水體較陸地溫度稍高形成的熱效應(yīng)和增濕效應(yīng)是分

圖4 2017年岳陽(yáng)地區(qū)月平均降水量Fig. 4 Monthly average rainfall amounts in Yueyang in 2017

綜上所述，雨島效應(yīng)的影響存在地區(qū)差異和季節(jié)差異，其很大程度上受到天氣系統(tǒng)環(huán)流的影響。在降水極端性較強(qiáng)的年份，降水明顯的月份雨島效應(yīng)在城區(qū)有一定的體現(xiàn)。但是地形抬升作用仍然最強(qiáng)，特別大的降雨容易出現(xiàn)在山區(qū)，要注意山洪泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。對(duì)于降水充沛的年份，雨島效應(yīng)基本沒(méi)有，天氣系統(tǒng)環(huán)流占主導(dǎo)地位，地形的抬升作用亦不明顯；洞庭湖區(qū)夜雨明顯，夜晚洞庭湖水體較陸地溫度稍高形成的熱效應(yīng)和增濕效應(yīng)具有明顯作用。降水接近常年的年份，雨島效應(yīng)體現(xiàn)在下風(fēng)方向的郊區(qū)，山區(qū)地形對(duì)降水的增幅作用較明顯。不開(kāi)的。這一年8月又處于對(duì)流性降水明顯的時(shí)段，山區(qū)降水量明顯多于城區(qū)和郊區(qū)，更進(jìn)一步說(shuō)明在對(duì)流性降水明顯的時(shí)段，山區(qū)地形的抬升作用對(duì)降水的增幅明顯。降水接近常年的2018年（圖5），汛期山區(qū)降水最多，城區(qū)降水少于郊區(qū)，雨島效應(yīng)影響處于城區(qū)下風(fēng)方向的郊區(qū)。

圖3 2016年岳陽(yáng)地區(qū)月平均降水量Fig. 3 Monthly average rainfall amounts in Yueyang in 2016

圖5 2018年岳陽(yáng)地區(qū)月平均降水量Fig. 5 Monthly average rainfall amounts in Yueyang in 2018

2.3 不同量級(jí)降水頻次分析

分析岳陽(yáng)市3年不同量級(jí)降水頻次的平均值可以發(fā)現(xiàn)，不同等級(jí)降水頻次中小雨最多，中雨次之，暴雨及以上量級(jí)頻次最少。小雨量級(jí)降水頻次占到了全年各量級(jí)降水總頻次的72%，中雨為17%，大雨為8%，暴雨及以上量級(jí)只占3%。從區(qū)域來(lái)說(shuō)，小雨頻次是城區(qū)、郊區(qū)、山區(qū)逐步增加，中雨頻次是郊區(qū)最多，山區(qū)次之，城區(qū)最少，大雨頻次城區(qū)和郊區(qū)差不多，山區(qū)最多，暴雨及以上量級(jí)頻次為城區(qū)、郊區(qū)、山區(qū)逐步增加。

分月來(lái)看，小雨量級(jí)的降水頻次也基本呈現(xiàn)城區(qū)、郊區(qū)、山區(qū)逐步遞增的趨勢(shì)（圖6）。具體為10—1月是岳陽(yáng)市小雨量級(jí)降水日數(shù)最多的季節(jié)，其次為2— 6月，最少的是7— 9月。

圖6 2016—2018年岳陽(yáng)地區(qū)分月小雨頻次Fig. 6 Monthly frequency of light rainfall from 2016 to 2018 in Yueyang

中雨量級(jí)的降水頻次分布呈現(xiàn)單峰特征（圖7），峰值出現(xiàn)在3月，2月出現(xiàn)了一個(gè)極小值。按季節(jié)來(lái)分的話，春季3—5月是岳陽(yáng)市中雨日數(shù)最多的季節(jié)。按地域來(lái)說(shuō)，3月郊區(qū)中雨日數(shù)最多，4月城區(qū)中雨日數(shù)最多，山區(qū)在中雨日數(shù)較少的夏季體現(xiàn)為日數(shù)最多。

圖7 2016—2018年岳陽(yáng)地區(qū)分月中雨頻次Fig. 7 Monthly frequency of moderate rainfall from 2016 to 2018 in Yueyang

大雨量級(jí)的降水頻次分布（圖8），從時(shí)間段來(lái)看，大雨集中期出現(xiàn)在4—6月，最少時(shí)段為10—2月，說(shuō)明對(duì)于整個(gè)岳陽(yáng)市來(lái)說(shuō)冬半年出現(xiàn)大雨的可能性較低。同時(shí)10月又是全年大雨日數(shù)最少的月份。從地域分布來(lái)看，大多數(shù)月份山區(qū)大雨日數(shù)最多，山區(qū)大雨日數(shù)的峰值出現(xiàn)在5月，次峰值出現(xiàn)在7月，7月山區(qū)大雨日數(shù)比城區(qū)和郊區(qū)多出一倍，說(shuō)明降水對(duì)流性強(qiáng)的月份地形的增幅作用很明顯。

圖8 2016—2018年岳陽(yáng)地區(qū)分月大雨頻次Fig. 8 Monthly frequency of heavy rainfall from 2016 to 2018 in Yueyang

暴雨及以上量級(jí)的降水頻次分布（圖9），從時(shí)間段來(lái)看，暴雨及以上量級(jí)降水集中出現(xiàn)在4—8月，3月和9月暴雨極少，冬半年的10—2月沒(méi)有暴雨出現(xiàn)。從地域分布來(lái)看，山區(qū)暴雨日數(shù)4月，6月和 7月分布較多且比較平均，峰值在4月。對(duì)于郊區(qū)來(lái)說(shuō)，暴雨日數(shù)的單峰值在6月，4月和7月也較多且平均分布。城區(qū)為暴雨日數(shù)最少的區(qū)域，峰值在8月。6月是城區(qū)、郊區(qū)和山區(qū)暴雨日數(shù)差異最為顯著的月份，岳陽(yáng)正好處于降水集中期，以系統(tǒng)性降水為主，降水系統(tǒng)自西向東通過(guò)洞庭湖區(qū)有增濕作用，又在處于丘陵區(qū)的郊區(qū)有所抬升，造成郊區(qū)的降水最為猛烈。4月和7月，岳陽(yáng)降水不全是大尺度天氣系統(tǒng)性降水，有部分地形作用的強(qiáng)對(duì)流降水，在山區(qū)的迎風(fēng)面地形抬升的動(dòng)力作用形成強(qiáng)對(duì)流性暴雨，而丘陵區(qū)的動(dòng)力作用不足以形成強(qiáng)對(duì)流，故郊區(qū)暴雨日數(shù)不如山區(qū)。綜上所述，雖然暴雨以上量級(jí)降水是以地形作用為主，但是在降水最為集中的6月，洞庭湖水域的作用也不可忽視，水域的作用和地形抬升作用共同造成了郊區(qū)暴雨日數(shù)最多。

圖9 2016—2018年岳陽(yáng)地區(qū)分月暴雨頻次Fig. 9 Monthly frequency of storm from 2016 to 2018 in Yueyang

2.4 大強(qiáng)度致災(zāi)暴雨時(shí)城區(qū)和郊區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生頻次及強(qiáng)度分析

2016—2018年的岳陽(yáng)市區(qū)附近大強(qiáng)度致災(zāi)暴雨過(guò)程為2016年7月1—4日過(guò)程（過(guò)程持續(xù)4 d）、2017年6月22日下午至24日早晨過(guò)程（過(guò)程降水于24日08時(shí)以前基本結(jié)束，過(guò)程持續(xù)2 d）、2017年6月29日至 7月1日過(guò)程（過(guò)程持續(xù)3 d），以及2018年4月30日晚至5月1日上午的過(guò)程（過(guò)程持續(xù)1 d）。

綜合上述4次暴雨過(guò)程，分析在大強(qiáng)度暴雨過(guò)程中發(fā)生短時(shí)強(qiáng)降水的平均頻次（平均頻次的計(jì)算方法為：每個(gè)站點(diǎn)3次過(guò)程出現(xiàn)的短時(shí)強(qiáng)降水總次數(shù)除以過(guò)程總?cè)諗?shù)，再分城區(qū)和郊區(qū)分別求平均），發(fā)現(xiàn)城區(qū)發(fā)生短時(shí)強(qiáng)降水的平均頻次為每日1.07次，而郊區(qū)為每日1.10次，郊區(qū)與城區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水平均頻次數(shù)相當(dāng)，郊區(qū)略高。

計(jì)算短時(shí)強(qiáng)降水的強(qiáng)度（強(qiáng)度的計(jì)算方法為：每個(gè)站點(diǎn)3次過(guò)程出現(xiàn)的短時(shí)強(qiáng)降水總降水量除以短時(shí)強(qiáng)降水的總小時(shí)數(shù)，再分城區(qū)和郊區(qū)分別求平均）發(fā)現(xiàn)，城區(qū)站點(diǎn)的平均強(qiáng)度約為31.4 mm/h，郊區(qū)站點(diǎn)的平均強(qiáng)度約為31.7 mm/h，郊區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水平均強(qiáng)度略大。

綜上，在大強(qiáng)度暴雨過(guò)程時(shí)，城區(qū)和郊區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水頻次相當(dāng)，郊區(qū)略高；強(qiáng)度也是郊區(qū)略高于城區(qū)。說(shuō)明在大強(qiáng)度降水情況下岳陽(yáng)市城區(qū)和郊區(qū)降水差距很小，雨島效應(yīng)不明顯，郊區(qū)丘陵地形對(duì)降水強(qiáng)度的增加稍有作用。

3 結(jié)論

岳陽(yáng)市城區(qū)全年雨島效應(yīng)不明顯，其影響位于城區(qū)下風(fēng)方向的郊區(qū)，城區(qū)、郊區(qū)和山區(qū)的降水差異還受到地形和湖陸效應(yīng)的影響。在汛期降水極端性較強(qiáng)的年份，降水明顯的月份雨島效應(yīng)在城區(qū)有一定的體現(xiàn)，山區(qū)的地形抬升作用最強(qiáng)。對(duì)于降水充沛的年份，雨島效應(yīng)基本沒(méi)有，天氣系統(tǒng)環(huán)流占主導(dǎo)地位，地形的抬升作用不明顯，洞庭湖區(qū)夜雨，夜晚湖區(qū)暖水面的增溫增濕效應(yīng)具有明顯作用。降水接近常年的年份，雨島效應(yīng)影響處于城區(qū)下風(fēng)方向的郊區(qū)，山區(qū)地形對(duì)降水的增幅作用較明顯。

對(duì)于岳陽(yáng)市來(lái)說(shuō)全年平均小雨量級(jí)降水日數(shù)占到了全年各量級(jí)降水總?cè)諗?shù)的72%，中雨為17%，大雨為8%，暴雨及以上量級(jí)只占3%。暴雨發(fā)生頻次和強(qiáng)度山區(qū)大于城區(qū)和郊區(qū)，說(shuō)明暴雨以上量級(jí)降水日數(shù)的分布仍然是以地形作用為主，城市雨島效應(yīng)并不明顯。大強(qiáng)度降水情況下岳陽(yáng)市城區(qū)和郊區(qū)降水差距很小，雨島效應(yīng)不明顯，郊區(qū)丘陵地形對(duì)降水強(qiáng)度的增加稍有作用。