近32年长沙市短时强降水的气候变化研究

利用长沙市近32 a的1 h、3 h雨量资料,分析了长沙短时强降水年发生次数、月际分布、时段分布、极值分布等气候特征及1 h、3 h雨量极值趋势分析、突变检验。结果表明,长沙市1 h、3 h短时强降水年发生次数的多年平均值为4.4、3.7次,雨强平均为29.2 mm/h、14.8 mm/h。长沙发生1 h短时强降水高峰期为6-8月,3 h短时强降水高峰期为6-7月。1 h短时强降水容易发生在15-17时及20时等时段,3 h短时强降水容易发生在04-08时及01时等时段。1 h、3 h短时强降水年雨量极值大多出现在主汛期。年1 h雨量极值发生在7月最多,6、8月次之;年3h雨量极值发生在6月最多,7月次之。长沙市1 h、3 h短时强降水年雨量极值整体呈弱增加趋势,其长期趋势变化存在明显年代际变化特征和阶段性特征,无突变现象。     

2007—2015年江西省短历时强降水时空分布特征分析

选取2007—2015年江西省1 895个地面气象站的降水观测资料,分别统计分析了20 mm≤1 h降水量＜30 mm、30 mm≤1 h降水量＜50 mm、1 h降水量≥50 mm、3 h降水量≥50 mm、6 h降水量≥50 mm短历时强降水的年际变化、季节变化、日变化和空间分布特征。结果表明： 1）从年际变化来看,1 h降水量≥20 mm短历时强降水的日数呈现增多的趋势。2）从季节变化来看,短历时强降水天气主要出现在4—9月,其中6月短历时强降水日数最多,1、2、12月最少;5—8月有超过80％的站点出现短历时强降水天气。3）从日变化来看,短历时强降水易发生在傍晚至上半夜时段,主峰值区出现在17—21时,次峰值出现在08—09时;4）从空间分布来看,不同降水强度的短历时强降水的发生日数均呈“西少东多”的空间分布特征,其中九江地区的降水日数偏少,抚州、鹰潭地区偏多。     

新疆伊犁河谷暖季不同历时短时强降水变化特征

利用新疆伊犁河谷高密度地面自动站逐小时降水观测资料,对2010-2022年暖季（5-9 月）短时强降水（flash heavy rain,FHR）逐1h、3h和6h时空分布特征进行分析,结果发现:伊犁河谷暖季不同历时短时强降水阈值空间分布具有一致性,1h、3h和6h极端降水阈值的平均值分别为 8.5mm?h-1 、12.6mm?（3h）-1和16.8mm?（6h）-1。不同历时FHR集中发生在5月中旬至8月中旬,其中6月最多,7月次之;不同历时FHR频次发生在中午13：00至下午18：00。不同历时FHR事件最大小时雨强的月分布与发生站次略有差异,除1h最大为62.6mm?h-1出现在7月外,其他雨强均出现在6月分别为89.9mm?（3h）-1、104.5mm?（6h）-1,较大值位于河谷东部和南部。伊犁河谷暖季不同历时FHR空间分布具有明显的不对称性特征,总体呈东高西低的分布格局,在南北方向上1h短时强降水呈北高南低,3h、6h短时强降水均无明显变化趋势。不同历时FHR降水贡献和发生频率的局地差异明显,存在多个大值中心,主要出现在新源县、昭苏县偏北地区、霍城县偏北地区、特克斯县偏西地区、尼勒克县偏西地区及伊宁县中部等地。FHR频次各站虽有显著差异,但未发生明显离散,地形对FHR的增幅作用显著。     

上海地区短时强降水特点及其影响

利用2009-2013年上海市加密观测自动站降水资料和110报警信息资料,对上海市短时强降水进行统计分析,了解其地理分布特征、概率分布特点的同时,找出降水极端性与暴雨红色预警标准的对应关系,以及110报警次数与短时强降水的关系。结果表明:1)自动站1 h雨量≥30 mm、≥50 mm和3 h雨量≥50 mm、≥100 mm的5 a累计频数的大值区基本集中在市区及其周边地区,郊区次数明显减少,出现次数最多的是3 h雨量≥50 mm的情况,出现次数最少的为3 h雨量≥100 mm的情况。2)从不同降水强度的发生概率分布来看,郊区弱降水发生概率大于市区的,市区强降水(1 h雨量≥25 mm)发生概率大于郊区的。3)对流降水情况下,降水累积概率为1%时,对应的1 h雨量市区为63.6 mm、郊区为58.7 mm,接近暴雨红色预警标准;对应的3 h雨量市区为90.8 mm、郊区为86.8 mm,较暴雨红色预警标准的阈值小。4)报警次数与降水量的关系:1当1 h雨量40 mm或3 h雨量60mm时,报警次数变化不大,基本在10次以下;当1 h雨量≥40 mm或3 h雨量≥60 mm时,报警次数逐渐增多,大部分在20次以上;当1 h雨量≥60 mm(达到暴雨红色预警标准)、3 h雨量≥80 mm(未达到暴雨红色预警标准)时,报警次数明显增多,基本超过30次,最多达100次以上。从报警次数的角度来看,暴雨红色预警的3 h标准设定为80~90 mm更合适。2当逐1 h和逐3 h雨量不是很大、但累积降水量较大(特别是累积降水量超过100 mm)时,报警次数急剧增多,很多超过100次,说明报警次数还与降水的持续时间有关。3当累积降水量、逐1 h和逐3 h雨量都增加时,报警次数增加最快。4报警次数的极值并非都出现在逐1 h和逐3 h雨量大值时,在1 h雨强不是很强,但降水持续时间长,累积降水量大的时候,也十分容易出现报警极值。     

福建省不同短历时暴雨时空分布特征

利用福建省20个气象站1963—2012年降水资料,分析短历时(1 h、3 h、6 h)及24 h降水强度达暴雨和大暴雨频次的时空分布特征以及暴雨极值的空间分布。结果表明:对于暴雨级别,不同历时暴雨频次的空间分布特点基本相同,表现为全省3个暴雨的高发区,分别位于南部的漳州至龙岩西南部、东北部的宁德沿海以及西北部的南平西部;对于大暴雨,6 h、24 h历时的大暴雨高频区位于沿海,内陆较少。年代际变化趋势为,1 h、3 h、6 h短历时暴雨频次大多数台站以自然变动为主,或略为增加的趋势,24 h长历时暴雨频次增加的趋势强于短历时。大暴雨各历时大多数台站有略增加趋势,1 h、3 h历时的增加趋势强于6 h。内陆暴雨的月际分布呈单峰型,6月为峰值,6 h以上历时暴雨频率为全年最大;沿海暴雨月际分布呈双峰型,峰值在6月和8月,雨季1 h、3 h历时暴雨频率占全年的比例最大,夏季6 h、24 h历时暴雨频率最大。     

黑龙江省短历时降水时空分布特征研究

以百分位法和空间系统聚类法为理论基础，利用GIS空间插值技术，分析近30 a(1991—2020年)黑龙江省短历时（1 h、3 h、6 h、12 h）降水时空分布特征。结果表明：黑龙江省短历时降水分布趋势与夏季降水量分布趋势差异较大；短历时降水极值分布较为分散，基本上在西部松嫩平原地区最高，北部大、小兴安岭地区和东南山区最低；短历时降水99%、95%和90%分位，在西部松嫩平原地区最高，向东南和东部两个方向逐渐降低，大、小兴安岭最低；短历时降水从极值到99%、95%、90%分位降水量迅速下降，短历时降水高值在总降水样本中出现比例较小；黑龙江省各短历时降水的极值和均值年际变化趋势基本一致，各短历时的极值均呈明显增加趋势，历时越短增加趋势越明显。     

2005—2018年陕西短时强降水时空分布特征

利用陕西省99个国家级气象站逐小时降水量资料,分析了2005—2018年5—10月陕西短时强降水时空分布特征,结果表明：（1）2005—2018年陕西极值雨强呈振荡减小趋势,7月出现的强降水累计频次最多,而8月极值雨强最大;短时强降水主要发生在午后到夜间,日变化呈单峰分布,强降水频次峰值出现在17—00时,但极值雨强易出现在22—00时。（2）陕南为陕西短时强降水高发区,极值雨强可达40～80 mm/h,镇巴、平利雨强可达90 mm/h;榆林北部特别是西北部短时强降水日数少,极值雨强小,最大不超过50 mm/h;关中平原地区短时强降水日数少,但极值强,最大可达1015 mm/h。5—10月陕西各地区短时强降水日、极值雨强有明显月际差异,7—8月短时强降水出现的范围广,日数多,强度大;5、6和9月范围、日数及强度均较小。（3）陕西各区域短时强降水日变化差异明显,陕北西部、关中西部呈单峰型,陕北东部、关中东部双峰明显,陕南日变化相对较小。陕西极值雨强主要出现在17—23时,关中东部、安康极值雨强多出现在19时,商洛极值雨强多出现在18时。     

基于Copula函数的甘肃河东短时强降水特征分析

利用1960—2014年兰州、临夏、合作、定西、武都、天水、平凉和西峰逐分钟降水资料,分析甘肃河东强降水频次的时空分布特征,建立基于Copula函数的持续时间和过程雨量的联合分布,基于该函数开展强降水发生概率分析研究。结果表明:(1)甘肃河东近55年来平均强降水频次为1. 64次/(a·站),主要特征为持续时间短、过程雨量小,平均持续时间为2. 88 h,过程雨量为23. 4 mm,持续时间小于1 h的概率高达13. 4%;(2)强降水主要发生在汛期(4—9月),月变化服从正态分布,墨西哥帽小波分析表明频次存在着显著的22～23 a和13～15 a的年代际和3～7 a的年际变化;(3)强降水发生概率从大到小依次为平凉、西峰、天水、定西、武都、临夏、兰州和合作,相应的陇东最大,陇南次之,中部地区最小。     

河南省短时强降水及其云团特征分析

根据河南省119个气象站1991-2010年5-9月逐时降水量资料,利用线性趋势和克里金插值等方法,分析了河南省短时强降水及其云团的特征.结果表明:河南省短时强降水自西向东、自北向南呈递增趋势,20.0 ～49.9 mm/h级别的降水在驻马店地区东部和信阳地区西部有明显增多趋势;≥50.0 mm/h级别的降水在周口地区北部有一高值中心.年际变化表明,20.0～49.9 mm/h级别的降水呈显著增加趋势,而≥50.0 mm/h级别的降水呈略增加趋势,但是不显著.月份间的差异非常明显,7月份出现的频次最多,其次是8月份,再次是6月份,5月份和9月份最少.日变化统计表明,上午最少,午后逐渐增加,傍晚和凌晨最多.历年极值雨量7月份出现次数最多,并集中分布在河南省中东部地区,西部地区极值雨量不超过50.0 mm/h,明显低于中东部地区.影响河南省短时强降水的对流云团大致有3个源地6条路径,云团特征可分三种类型,分别为不规则对流云团、圆形或椭圆形云团、带状云系.当有强降水发生时,Tbb值一般很低,但是Tbb值的大小与小时雨量没有很好的相关性.     

辽宁地区夏季不同历时极端降水时空变化特征

利用1981—2015年辽宁省54个气象站降水观测资料,采用气候趋势系数、Morlet小波分析和Mann-Kendall突变分析等气候统计方法,分析了辽宁省夏季不同历时极端降水的时空变化特征。结果表明:1981—2015年夏季辽宁省西南部沿海、渤海北部沿海、黄海北部沿岸地区及大连市区为极端降水阈值大值区,辽宁省西部地区和东部山区极端降水阈值较小,极端降水强度的空间分布特征与极端降水的阈值相似。辽宁省夏季不同历时极端降水发生频次的分布特征基本相同,时间长期变化趋势不明显,主要表现为年际变化,存在3 a、5 a和8 a的变化周期,东部山区极端降水发生频次较多,环渤海沿岸和朝阳地区极端降水发生频次较少。近35 a夏季辽宁省24 h、12 h、6 h、3 h和1 h降水量极值的空间分布极不均匀,最大值与最小值分别差1.2、1.6、1.6、2.4倍和1.8倍。极端湿期长度最大值出现在新宾地区,为11.3 d;极端干期长度最大值出现在大石桥地区,为24.3 d。     

六大流域强降水面雨量气候特征分析

对长江上游六大流域1971～2000年强降水面雨量进行了统计，通过分析强降水面雨量出现频次、极值分布、滑动极值和流域之间强降水的关系，初步得出强降水面雨量的时空分布特点，即强降水面雨量具有明显的季节分布特征，年变化清楚，不同流域强降水面雨量频次分布、量级分布、极值分布、集中降水强度差异明显，相邻流域强降水面雨量关系密切。     

基于叫应和预警时长的铜仁市短历时暴雨特征分析

分析铜仁市短历时(3 h,6 h,12 h)暴雨频次和暴雨极值的时空分布,结果表明:梵净山东北侧的松桃县是短历时暴雨的高发区,市域内暴雨橙色及以上预警最佳发布时刻主要在夜间,比例为62.5%（万山）～100%（思南）,暴雨黄色以上预警发布最优时刻主要也是在夜间,比例为53.6%（万山）～77.3%（思南）。3h和6h雨量初始达到暴雨标准的时刻大部分也是在夜间,比例分别为达到50%（万山）～95.2%（印江）和58.8%（玉屏）～77.1%（松桃）,开展强降水“三个叫应”十分必要。通过个例分析,县域范围内的短历时暴雨依然具有分散性和跳跃性特点,值班值守和服务时要引起足够重视。     

四川地区短时强降水事件时空演变特征研究

利用四川地区自动气象站逐小时降水观测资料,分析了2010~2019年5~9月短时强降水事件24h累计降水量、频次和强度的时空分布特征,探讨了短时强降水事件发生的频次、极值分布及其与地形、海拔高度等的关系。结果表明:四川地区平均24h累计降雨量基本在50mm以上,盆地东北部、西南部、南部及阿坝州东部甚至超过100mm,最大值出现在广安,达175mm。四川地区短时强降水事件开始时间的日变化特征表现为“V”型结构的夜间峰值位相,事件持续时段多为傍晚至凌晨,时长可达10h以上,最长甚至可持续22h。在强降水事件极值的日变化上,极大值频次和降水量呈单峰结构,在03时达到最大,其后逐渐减小至15时达到谷值,而后再次增大;降水强度呈弱双峰结构,分别在04时和16时达到谷值,13时和18时达到峰值,其日变化呈“增-减-增-减”的特征。四川短时强降水事件与复杂地形有密切的关系,5~6月事件活跃区在四川盆地中部,7月在盆地西部的龙门山脉一带,8月在雅安、乐山附近,9月在盆地北部且频次明显减少;短时强降水事件的最大小时雨强可达80mm以上,出现在7~8月的盆地西部龙门山一带和南部地区。短时强降水事件随着海拔高度的增加,发生频次和日数逐渐减少,海拔2000m以上地区基本无强降水发生日出现( 峨眉山气象站例外)。      

上海地区短历时强降水致灾阈值探索

采用SCS-CN模型,通过对城市降雨径流过程的模拟,结合上海地区径流曲线系数和排水能力分布,以淹没5 cm深度作为致涝阈值,反演上海市短历时强降水1 h致灾临界面雨量,接着选取4个110积水报警较多和造成灾害较重短历时强降水典型个例,根据4个典型强降水过程逐时雨量与报警点的空间分布及逐时最大雨量与积水报警数的关系,验证分析上海地区短历时强降水引起积水灾害时的小时雨量。综合反演计算结果和验证分析,确定上海地区短历时强降水致灾阈值:当雨量达30~40mm·h~(-1),在上海市区和郊区大部分地区,就会出现淹没灾情和积水报警;当雨量大于等于50 mm·h~(-1),淹没区域增加到郊区一些新建城镇灾情加重,积水报警也明显增多;当雨量大于等于70 mm·h~(-1),上海市各个地区都有可能出现淹没现象灾情严重,全市都会出现积水报警且密集出现。短历时强降水致灾阈值的研究结果可为上海城市制定有效预防强降水积水淹涝灾害措施提供可靠的科学依据。     

1980—2012年5—9月川渝盆地小时强降水特征研究

利用四川和重庆123个气象观测站1980—2012年小时降水资料,分析川渝地区主汛期5—9月小时强降水频次、强度和持续性等时间演变和空间分布特征。结果表明,≥20、≥30和≥50 mm·h-1三种强度阈值强降水时间演变上,1980—2012年年际和日变化具有较好的一致性,三种强降水年平均频次分别为504、184和28次。≥20 mm·h-1 强降水空间分布上,在山地地形动力辐合抬升,以及盆地西部较大的地形梯度作用下,≥20 mm·h-1强降水高频次区主要分布于盆地西北部的龙山山脉、西南部雅安及乐山周围与盆地过渡区。≥20 mm·h-1强降水频次的日峰值空间分布上,盆地南部主要出现在20:00—01:00（北京时,下同）,而盆地中部、北部和东部主要在02:00—07:00。持续不同小时时间尺度的强降水事件日变化上,具有双峰型结构,午后为第一个降水峰值,20:00至第二天07:00为第二个峰值,白天多为短时间（2~6 h）强降水事件,而傍晚开始至第二天清晨,持续2~18 h强降水事件均有发生。不同开始时间强降水事件的强度与频次和降水量具有一致性的日变化特征,呈现单峰型结构,峰值主要发生在18:00—06:00,且不同开始时间事件频次和降水量空间分布上,白天（09:00—20:00）相对于夜间（21:00—08:00）偏小,即夜间强降水事件特征表现明显。     

陕西短历时降水极值特征和致灾性分析

利用陕西95个气象站1980—2013年的短历时(1h、3h、6h、12h、24h)降水极值及相应县域1984—2013年的气象地质灾害记录,对陕西短历时降水极值、气象地质灾害发生的时空分布特征及两者间的关联度进行分析,并通过耿贝尔(Gumbel)极值分布模型拟合短历时降水百年极值。结果表明:陕北的子长、佳县,关中的彬县、华阴、武功、千阳,陕南的镇巴、商南、佛坪为短历时降水极值中心。超过一半的站降水极值呈缓慢增大趋势,降水极值与灾害均集中出现在4—10月,两者发生时间有较好的对应关系。陕北54.62%、关中48.5%、陕南68.97%的短历时降水极值出现的当天,当地发生了气象地质灾害。利用耿贝尔极值分布模型拟合5个短历时降水百年极值发现,百年一遇降水极值的空间分布特征与历史极值特征相似,这对短历时降水极值的预测与可能引发的暴雨洪涝地质灾害的预防有一定的借鉴意义。     

重庆短时强降水时空特征分析

利用2008—2018年地面自动站逐小时降水资料,统计分析重庆短时强降水的时空分布特征,结果表明:1)重庆短时强降水高频中心在西部合川,东北部开州、巫溪和云阳,东南部酉阳、秀山地区,均毗邻陡峭山脉,地形抬升和特殊地形对降水有增幅作用;2)短时强降水主要集中在6—8月,7月为峰值期,20～30 mm/h和30～50 mm/h站次月际呈反位相变化,前者先降后增,后者呈先增后降;日内短时强降水主高峰在凌晨到早间(00—08时),峰值在03—05时,次高峰在15—18时,主高峰峰值明显强于次高峰;3)西南低涡背景下,重庆西部的高频中心远强于东南部酉阳、黔江次中心,西南低涡对西部地区短时强降水影响更明显,高频月份在6月;对短时强降水量的贡献量,以西部和主城最大,其次是西南部、中部和东部地区,东北部城口、巫溪和东南部秀山贡献最小;4)不同海拔短时强降水频次分布与站点数密切相关,海拔200～800 m的短时强降水频次占总频次的83%,且出现了雨强极值最大值,随后,频次和雨强极值呈明显下降趋势。     

天山北坡短时强降水时空分布及环流配置特征

利用常规探测、自动站逐时雨量及ECMWF0.25°×0.25°每日4次的ERA-interim再分析等资料,分析2010—2018年6—8月天山北坡短时强降水时空分布及其环流配置特征。结果表明:天山北坡短时强降水时空分布不均,主要发生在沿山海拔1000～2000 m区域,尤其昌吉州频次最多;雨强R≥10 mm/h出现频次2015年最多,而R≥20 mm/h出现频次相较前者骤减,2016年出现最多,均在2014年最少,且6月出现最多;短时强降水日变化明显,16时—次日03时发生频次最多,占总次数的73.8%。天山北坡短时强降水过程以局地分散性居多,占总过程的65.1%;影响系统主要分为西西伯利亚低槽(涡)、中亚低槽、中亚低涡、西北气流等4类,其中,西西伯利亚低槽(涡)、中亚低槽两者占总过程的73.2%。     

湖北宜昌市区暴雨雨型的演变特征

利用湖北省宜昌市宜昌基准站1956—2013年逐分钟降雨资料,对宜昌市区暴雨雨型的演变特征进行分析,并采用同频率分析法推求该地区历时6 h、12 h、24 h的设计暴雨雨型。结果表明:宜昌市区1956—2013年汛期(5—9月)前期易发生持续12~24 h或24 h以上、降雨量50~100 mm的暴雨,而中后期易发生持续12 h以下、降雨量30~70 mm的暴雨。1956—2013年,宜昌市区短历时、中长历时、长历时暴雨和大暴雨发生次数缓慢增加,而特长历时大暴雨明显减少。其中,短历时暴雨的峰值趋于增大,持续时间趋于增加;中长历时暴雨的小时雨量无显著变化,但雨量分布、雨峰趋于后移,持续时间趋于增加;长历时暴雨的小时雨量趋于减少,雨量分布、雨峰趋于前移,持续时间趋于缩短。宜昌市区历时6 h、12 h、24 h的设计暴雨雨型均为典型的单峰型,雨峰分别位于第20、34、113时段。     

内蒙古夏季不同气候区短时强降水检验及制定

利用1991—2015年夏季(6—8月)内蒙古地区111个国家气象站小时降水量资料,对内蒙古不同气候区(极干旱、干旱、半干旱、半湿润和湿润)短时强降水(1 h降水量≥20 mm)进行检验分析,采用累积概率方法定义内蒙古夏季不同气候区短时强降水。检验结果表明:内蒙古地区年平均降水量和小时降水量极值自西部极干旱区向东部半湿润、湿润区递增,高值区位于大兴安岭东部,次高值区位于阴山山脉以南。内蒙古极干旱区小时降水量极值低于20 mm,半湿润区和湿润区小时降水量极值高于50 mm,个别站点甚至达到100 mm以上。但在半湿润区和湿润区东部小时降水量超过20 mm年平均发生仅为1次,其余地区均1次。在内蒙古极干旱区、干旱区、半干旱区、半湿润区和湿润区小时降水量分别达到6.1、9.8、12.5、15.2和14.3 mm·h~(-1)属于极端降水事件,小时降水量≥20 mm不宜作为内蒙古短时强降水定义。综合上述研究,结合内蒙古地区地形、地貌等因素,将内蒙古极干旱区和干旱区短时强降水定义为5 mm·h~(-1),半干旱区、半湿润区和湿润区短时强降水定义为10 mm·h~(-1)。