楊慧燕，李海燕，趙琴，肖柳斯，張?zhí)m，高美譚

（1.廣州市氣象臺(tái)，廣東廣州 511430；2.廣州市氣象公共服務(wù)中心，廣東廣州 511430）

城市內(nèi)澇災(zāi)害是指在一定的區(qū)域范圍內(nèi)，由于暴雨或強(qiáng)降水超過(guò)了城市自身排水能力，致使城市內(nèi)部產(chǎn)生淹沒(méi)性損失的一種災(zāi)害［1-2］。

暴雨引發(fā)的城市內(nèi)澇在造成生命和財(cái)產(chǎn)損失的同時(shí)，更是給城市居民的生產(chǎn)和生活帶來(lái)了極大不便，越來(lái)越引起了人們的關(guān)注和思考，是一個(gè)亟待解決的難題［3-5］。例如，2020年5月22日，受西南季風(fēng)和低渦切變的共同影響，廣州普降暴雨到大暴雨，黃埔和增城局部出現(xiàn)特大暴雨，該次過(guò)程造成廣州地鐵13號(hào)線官湖站、新沙站等站外出現(xiàn)區(qū)域性洪澇，洪水倒灌進(jìn)站導(dǎo)致官湖至新沙隧道區(qū)間及官湖至新塘部分隧道被淹，13號(hào)線全部停運(yùn)，城市交通陷入癱瘓［6］。研究發(fā)現(xiàn)廣州極端暴雨頻率的增加是造成城市內(nèi)澇事件增多的重要原因［7］，但針對(duì)廣州南北各區(qū)內(nèi)澇特征的研究，尤其是對(duì)廣州本地的內(nèi)澇現(xiàn)狀研究較少，從而對(duì)廣州各區(qū)的內(nèi)澇災(zāi)情影響分析仍然有限。為此，基于廣州市各區(qū)的內(nèi)澇災(zāi)情數(shù)據(jù)，重點(diǎn)分析廣州市內(nèi)澇過(guò)程的時(shí)空分布特征，這將為做好廣州內(nèi)澇預(yù)警預(yù)報(bào)服務(wù)工作提供更有價(jià)值的科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

本研究采用的廣州市內(nèi)澇信息來(lái)源主要是水務(wù)部門(mén)的排水管理中心。通過(guò)整理排水中心的暴雨防御簡(jiǎn)報(bào)和一雨一報(bào)表，獲取廣州市內(nèi)澇隱患點(diǎn)及每次內(nèi)澇過(guò)程的開(kāi)始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、積水深度、積水原因、搶險(xiǎn)措施等信息。

首先對(duì)內(nèi)澇災(zāi)情數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制，對(duì)時(shí)間連續(xù)性進(jìn)行檢查，每個(gè)內(nèi)澇點(diǎn)確保前后1 h內(nèi)都具有連續(xù)記錄，對(duì)內(nèi)澇點(diǎn)小時(shí)積水深度超過(guò)50 cm，再結(jié)合當(dāng)天的天氣情況，對(duì)比附近測(cè)站雨量數(shù)據(jù)，剔除具有較大差異的值?；趦?nèi)澇災(zāi)情數(shù)據(jù)和內(nèi)澇點(diǎn)對(duì)應(yīng)的自動(dòng)氣象站降水?dāng)?shù)據(jù)，本研究綜合運(yùn)用氣象學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)等研究方法，分析廣州市各區(qū)的內(nèi)澇分布規(guī)律特征。

2 結(jié)果與分析

2.1 廣州內(nèi)澇點(diǎn)的空間分布

圖1給出了廣州各區(qū)內(nèi)澇點(diǎn)和內(nèi)澇黑點(diǎn)的空間分布，如圖1a所示，目前廣州全市共有300多個(gè)內(nèi)澇隱患點(diǎn)，主要分布在廣州中部的白云、天河、越秀、荔灣、海珠和番禺地區(qū)，而北部的花都、從化、增城、黃埔及南部的南沙地區(qū)內(nèi)澇點(diǎn)較少。從各區(qū)分布來(lái)看，天河區(qū)內(nèi)澇點(diǎn)最多，其次是白云區(qū)，最少是從化區(qū)，這可能與城中心的高樓林立、建筑物密集、城區(qū)熱島效應(yīng)有關(guān)［8］。

廣州市水務(wù)局給出了重點(diǎn)整治的23個(gè)內(nèi)澇黑點(diǎn)，內(nèi)澇黑點(diǎn)主要為發(fā)生內(nèi)澇次數(shù)較多的點(diǎn)，圖1b中顯示內(nèi)澇黑點(diǎn)主要分布在天河區(qū)的棠德片區(qū)、車(chē)陂路、廣園東路、寺右北街、共和西橫街及暨南大學(xué)北門(mén)；海珠的寶恕大街、新港西路、新滘中路、蘇沙路、田心村牌坊及會(huì)議展覽中心。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)內(nèi)澇黑點(diǎn)分布最多是天河區(qū)和白云區(qū)，各有6個(gè)，而從化區(qū)最少。統(tǒng)計(jì)全市各區(qū)23個(gè)內(nèi)澇黑點(diǎn)發(fā)生內(nèi)澇的頻次，可以看出發(fā)生頻次最多的是天河區(qū)，其次是白云、越秀、荔灣區(qū)。

圖1 廣州市內(nèi)澇點(diǎn)和內(nèi)澇黑點(diǎn)空間分布

2.2 廣州內(nèi)澇點(diǎn)的時(shí)間分布

通過(guò)排水部門(mén)提供的2007年以來(lái)的內(nèi)澇過(guò)程報(bào)表的統(tǒng)計(jì)（圖略）可以看出，廣州市內(nèi)澇發(fā)生次數(shù)年際變化，2007—2019年廣州市共出現(xiàn)了371次內(nèi)澇過(guò)程，平均每年28次，其中2008、2011以及2013—2017年內(nèi)澇次數(shù)在30次以上，尤其是2013—2016年內(nèi)澇過(guò)程次數(shù)呈明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì)。

從內(nèi)澇發(fā)生次數(shù)的逐月變化（圖略）可以看出，廣州市內(nèi)澇過(guò)程主要集中在汛期（每年4—9月），發(fā)生次數(shù)最多的是前汛期的5、6月份，平均每月80次左右；2和12月最少，出現(xiàn)1次或者2次的內(nèi)澇過(guò)程，這和廣州89.9%的暴雨發(fā)生在汛期相吻合［9］，而前汛期內(nèi)澇次數(shù)多于后汛期，也和前汛期的降雨量高于后汛期有關(guān)，經(jīng)研究表明前汛期有強(qiáng)的垂直風(fēng)切變和風(fēng)暴相對(duì)螺旋度，對(duì)流活動(dòng)比后汛期更容易維持和發(fā)展有關(guān)［10］。

此外，從不同月份全天內(nèi)澇發(fā)生頻次（圖2）來(lái)看，汛期4—9月的日變化明顯，5月09：00—11：00（北京時(shí)，下同）、8月 12：00—14：00、9月06：00—08：00是內(nèi)澇發(fā)生頻次比較高的時(shí)段，且5和8月17：00—20：00也易發(fā)生內(nèi)澇，而這正與短時(shí)強(qiáng)降水的日變化特征基本一致，表明午后至傍晚時(shí)段的熱力條件有利于強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生有關(guān)［11］。全天最容易發(fā)生內(nèi)澇的時(shí)間是08：00、13：00、19：00，這正值上下班高峰期，而城市內(nèi)澇更容易引發(fā)交通擁堵。

圖2 廣州市內(nèi)澇頻次的時(shí)間分布

2.3 廣州市歷史內(nèi)澇過(guò)程的積水深度和雨量時(shí)空分布

分析近3年（2017—2019年）內(nèi)澇過(guò)程對(duì)應(yīng)的最大積水深度（圖略），統(tǒng)計(jì)表明內(nèi)澇過(guò)程積水深度大部分集中在20～40 cm，占47.73%，而＞60 cm的積水深度則占29.55%。內(nèi)澇過(guò)程中最大小時(shí)雨量在19.2～120.8 mm，過(guò)程累積雨量在27.2～209.8 mm。最大小時(shí)雨量主要集中在50～80 mm，占55%，過(guò)程累積雨量在120 mm以上占41.76%，當(dāng)小時(shí)雨量超過(guò)50 mm時(shí)，內(nèi)澇災(zāi)情明顯加重，表明短歷時(shí)強(qiáng)降水更容易造成城市內(nèi)澇［12］，而從內(nèi)澇過(guò)程的最大小時(shí)雨量和累計(jì)雨量分布（圖3）來(lái)看，兩者主要集中發(fā)生在天河區(qū)、越秀區(qū)等中心城區(qū)，花都區(qū)和從化區(qū)出現(xiàn)內(nèi)澇的概率相對(duì)較低，這與內(nèi)澇點(diǎn)的空間分布特征大致吻合；內(nèi)澇過(guò)程平均小時(shí)雨量集中在30～50 mm之間，占61%（圖4），而從內(nèi)澇過(guò)程平均雨量年變化（圖略）來(lái)看，最大小時(shí)平均雨量集中在60 mm左右，過(guò)程平均累積雨量集中在100～120 mm之間。從內(nèi)澇過(guò)程平均雨量的逐月變化來(lái)看，主要集中在4—9月，其中5月的最大小時(shí)平均雨量最高，而8月的平均累計(jì)雨量則高過(guò)其他月份，這也說(shuō)明降雨量的大小是致澇的關(guān)鍵因素。

圖3 廣州市內(nèi)澇點(diǎn)雨量的空間分布

2.4 廣州市易發(fā)生內(nèi)澇的天氣類(lèi)型

從近3年內(nèi)澇過(guò)程相關(guān)的天氣類(lèi)型統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，主要伴隨有9種天氣系統(tǒng)：①西路冷空氣+高空槽+低層切變線；②東路冷空氣+高空槽+低層切變線；③高空槽+低層南風(fēng)加大、④西風(fēng)槽+低渦切變線；⑤副高邊緣+低層偏南風(fēng)；⑥臺(tái)風(fēng)環(huán)流；⑦東路冷空氣+東風(fēng)回流；⑧副高邊緣+偏東風(fēng)；⑨中層波動(dòng)+偏南風(fēng)等。

圖4 廣州市內(nèi)澇過(guò)程平均小時(shí)雨量的頻次

經(jīng)過(guò)分析得出主要的影響天氣類(lèi)型是：東路或者西路冷空氣配合中層的線槽以及低層切變線；經(jīng)統(tǒng)計(jì)此類(lèi)天氣系統(tǒng)影響下所有過(guò)程中小時(shí)雨量的最大值分別為99.4、107.4 mm（非平均值），所占比例分別為25%、23%。副高邊緣的擺動(dòng)配合低層偏南風(fēng)加大和臺(tái)風(fēng)影響；經(jīng)統(tǒng)計(jì)此類(lèi)天氣系統(tǒng)影響下所有過(guò)程中小時(shí)雨量的最大值分別為84.7、120.8 mm（非平均值），所占比例分別為15%、13%（圖5）。

圖5 廣州市易發(fā)生內(nèi)澇的相關(guān)天氣類(lèi)型及對(duì)應(yīng)雨量

3 廣州內(nèi)澇個(gè)例分析

為了更深入地了解廣州發(fā)生內(nèi)澇時(shí)相關(guān)的天氣類(lèi)型，本研究選取2018年5月7日的內(nèi)澇過(guò)程進(jìn)行分析，該次內(nèi)澇是一次典型的受西路冷空氣+高空淺槽+切變線影響的天氣過(guò)程。地面受西路弱冷空氣南下過(guò)境影響，7日14：00前后冷空氣到達(dá)粵北北部，20：00左右到達(dá)廣州市北部，因此廣州地區(qū)從7日下午至夜間即暴雨期間始終處于地面冷鋒南側(cè)較遠(yuǎn)的低槽區(qū)；低層850和925 hPa風(fēng)場(chǎng)顯示出切變線和低空西南大風(fēng)區(qū)南壓的過(guò)程，雨帶與切變線以南的西南大風(fēng)區(qū)位置配合較好，主要位于大風(fēng)內(nèi)；配合中層500 hPa是高空淺槽從高原南下東移過(guò)境以及帶狀副高斷裂減弱南落的過(guò)程（圖6）。

實(shí)況可知，廣州市在7日下午至夜間從北到南普降暴雨局部大暴雨，這是廣州2018年以來(lái)影響范圍最廣的一次暴雨過(guò)程。全市平均面雨量為59.3 mm，共有266個(gè)站點(diǎn)（占總站數(shù)的64%）雨量超過(guò)50 mm，26個(gè)站點(diǎn)（占總站數(shù)的6%）雨量超過(guò)100 mm；最大累積雨量出現(xiàn)在黃埔區(qū)九龍鎮(zhèn)金坑村，為166.1 mm，同時(shí)該站也在7日18：00錄得最大小時(shí)雨量98.2 mm；降水峰值出現(xiàn)在7日傍晚，大暴雨區(qū)主要集中在黃埔區(qū)中南部、增城區(qū)西南部和天河區(qū)東北部（圖7a）。該次降水過(guò)程覆蓋面廣、雨強(qiáng)大、伴有雷暴大風(fēng)的特點(diǎn)，并引發(fā)“全城看?！钡木W(wǎng)紅現(xiàn)象。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，廣州全市共出現(xiàn)127個(gè)水浸點(diǎn)，其中有40個(gè)水浸點(diǎn)積水深度超過(guò)0.5 m，增城區(qū)中新鎮(zhèn)新市路積水深達(dá)3 m。從實(shí)況分布（圖7b）可以看到，廣州發(fā)生內(nèi)澇點(diǎn)主要集中在越秀、荔灣、海珠、天河及黃埔區(qū)等，廣州市氣象局根據(jù)內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)情況對(duì)外發(fā)布了內(nèi)澇一級(jí)預(yù)警（圖7c）。

圖6 2018年5月7—8日的 925 hPa（a、b、c）和 850 hPa（d、e、f）風(fēng)場(chǎng)（風(fēng)向桿，填色為風(fēng)速≥8 m/s）

圖7 2018年5月7日11：00—8日08：00雨量分布（a）和內(nèi)澇實(shí)況（b）及預(yù)警（c）

4 結(jié)論

1）廣州全市內(nèi)澇隱患點(diǎn)主要分布在廣州的白云、天河、越秀、荔灣、海珠和番禺區(qū)，廣州市23個(gè)內(nèi)澇黑點(diǎn)發(fā)生內(nèi)澇頻率最多的是天河區(qū)，其次是白云、越秀、荔灣區(qū)。

2）2013—2016 年內(nèi)澇過(guò)程次數(shù)呈明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì)，其中2008、2011以及2013—2017年內(nèi)澇次數(shù)較多，都在30次以上；從逐月變化來(lái)看，廣州市內(nèi)澇過(guò)程發(fā)生次數(shù)最多的是前汛期5、6月份，2和12月最少；此外，汛期4—9月的日變化明顯，5月 09：00—11：00、8月 12：00—14：00、9月06：00—08：00是內(nèi)澇發(fā)生頻次比較高的時(shí)段，且5和8月的17：00—20：00也易發(fā)生內(nèi)澇。從全天日變化來(lái)看，最容易發(fā)生內(nèi)澇的時(shí)間是08：00、13：00、19：00。

3）近3年（2017—2019年）內(nèi)澇過(guò)程積水深度大部分主要集中在20～40 cm，占47.73%，而＞60 cm的積水深度則占29.55%。內(nèi)澇過(guò)程中最大小時(shí)雨量在19.2～120.8 mm，過(guò)程累積雨量在27.2～209.8 mm，最大小時(shí)雨量主要集中在50～80 mm，占55%，過(guò)程累積雨量在120 mm以上占41.76%。內(nèi)澇過(guò)程的最大小時(shí)雨量和累積雨量空間分布和內(nèi)澇點(diǎn)的空間分布特征大致吻合，內(nèi)澇過(guò)程平均小時(shí)雨量集中在30～50 mm之間，占61%，最大小時(shí)平均雨量集中在60 mm左右，過(guò)程平均累積雨量集中在100～120 mm之間；內(nèi)澇過(guò)程平均雨量分布表現(xiàn)為較大的雨量主要集中在汛期4—9月，與內(nèi)澇發(fā)生較多的月份一致，這也說(shuō)明降雨量的大小是致澇的關(guān)鍵因素。

4）從影響的天氣系統(tǒng)來(lái)看，主要的影響天氣類(lèi)型是東路或者西路冷空氣配合中層的線槽及低層切變線的影響，容易造成廣州內(nèi)澇；另外副高邊緣的擺動(dòng)加上低層偏南風(fēng)加大、臺(tái)風(fēng)過(guò)程也容易致澇。