都江堰天气预报

辽宁东北神学院 省短时强降水气候特征分析

李燕;赛瀚;刘静;刘硕

【摘要】利用1971-2003年辽宁省53个地面国家级气象站降水自记纸记录的经

数字信息化处理后的逐小时降水量数据和2004-2014年自动气象站的降水观测资

料,分析了4-10月辽宁省短时强降水的时空变化特征.结果表明:1971-2014年辽宁

省短时强降水的发生次数与年降水总量分布对应,均呈东部地区多、西部地区少的

分布特征,与辽宁地区的地形和低空西南急流的风向等气候特征密切联系.1971-

2014年辽宁地区年平均短时强降水发生次数为1.5-3.5次/a,并呈剧烈的振荡变化,

短时强降水发生次数与辽宁省旱涝变化具有较好的对应关系.7月和8月辽宁地区

短时强降水发生最多,辽宁省东部的丹东地区短时强降水发生次数明显偏多;6-8月

旬短时强降水发生次数呈先增加后减少的变化,7月下旬短时强降水发生次数达到

峰值,辽宁地区不同地域短时强降水发生次数的变化趋势也不同.受辽宁地区地形和

低空急流的日变化影响,辽宁地区短时强降水发生次数的日变化也具有明显的地域

性,辽宁省北部和最西部地区短时强降水发生次数的日变化不明显;辽宁省南部地区

短时强降水多出现在后半夜至早晨,其他地区短时强降水多出现在下午.%Using

hourlyprecipitationdataoriginatedfromdigitalinformationprocessingof

recordingpaperdatafrom53nationalweatherstationsduring1971-2003

andrainfallobservationdatafromautomaticweatherstationsduring

2004-2014inLiaoningprovince,thespatial-temporalcharacteristicsof

April-Octobershort-timestrongpre-cipitation(STSP)inLiaoningprovince

ultsshowthatthespatialdistributionofthe

STSPfrequenciesduringtheperiodfrom1971to2014isconsistentwith

thespatialdistributionofthetotalannualprecipitation,botharelargerin

theeastandlowerinthewestofLiaoningprovinceandhaveaclose

correspondingrelationwiththeterrainofLiaoningprovinceandthewind

ecifical-ly,theannual

frequenciesofSTSPwhichhavewellcorrespondencewithawaterlogging-

droughtchangeinLiaon-ingprovincedramaticallyvarybetween1.5and3.

PconcentratesinJulyandAugustinLiaoning

rmore,the

frequencyoften-daySTSPfirstlyincreasesandthendecreasesduringJune

ametime,the

changetrendofSTSPfrequencyvariesamongdifferentareas.

Moreover,thediurnalvariationofSTSPfrequencyhasthefeatureof

territoriality,undertheinfluenceoftheterrainandthediurnalchangeof

thelow-leveljetandisnotobviousinthenorthandthewesternmostof

Ptendstooccurovertheperiodfromthe

middleofthenighttothemorninginthesouthofLiaoningprovincewhile

itoccursmorefrequentlyintheaf-ternoonintherestofLiaoningprovince.

【期刊名称】《气象与环境学报》

【年(卷),期】2017(033)004

【总页数】8页(P56-63)

【关键词】短时强降水;地形;低空急流

【作者】李燕;赛瀚;刘静;刘硕

【作者单位】大连市气象台,辽宁大连116001;大连市气象台,辽宁大连116001;

辽宁省气象灾害监测预警中心,辽宁沈阳110166;沈阳中心气象台,辽宁沈阳

110166

【正文语种】中文

【中图分类】P426.62

短时强降水是强对流天气的一种，具有突发性强和降水时间集中的特点，短时强降

水可预报的时效短，常给城市渍涝和交通带来严峻考验，同时也与山洪和泥石流等

灾害密切相关，是天气预报预警的重点与难点。因此，研究短时强降水天气可以提

高此类天气的预报预警水平，而时空分布等气候特征研究是短时强降水天气重要的

基础研究，目前关于此方面的研究较多，蔡新玲等[1]利用1961—2011年陕西省

23个气象站的逐时降水量观测资料，分析了汛期(5—9月)降水时数、小时雨强、

极端强降水时数和极端降水强度的时空变化，发现陕西地区汛期降水时数长期变化

趋势的空间分布不一致，汛期降水日数南北变化不同，03—10时极端强降水时数

和降水量显著增多。袁晨和马力[2]根据气象观测站逐5min的降水量观测资料分

析了四川都江堰地区短时强降水的时空分布变化特征，发现都江堰地区各年1h降

水量极值均出现在海拔高度较高的地区，夜雨特征明显，都江堰地区短时强降水长

度主要集中在60—130min之间，最长短时强降水过程可持续210min。常煜[3]

基于1991—2013年5—9月内蒙古自治区117个气象站逐小时的降水量观测资

料，分析了内蒙古自治区强降水事件的时空变化特征；并利用经验正交函数

(EmpiricalOrthogonalFunction，EOF)方法分析了小时强降水的变化特征，发

现内蒙古自治区强降水事件集中出现在广州碧桂园别墅价格 7月中旬至8月上旬，且午后至傍晚时段

强降水最活跃，内蒙古自治区东部区域的强降水事件具有夜发性特点；强降水事件

持续时间为1—5h，其中持续时间为2h的强降水事件所占比例最大。Yu等[4]

基于1961—2004年中国气象台站自动观测的降水资料分析了中国大陆地区夏季

降水的日变化特征，发现降水日变化存在显著的区域特征；姚莉等[5]利用1991—

2005年中国485个气象站逐时的降水观测资料分析发现，雨强为4mmh-1以上

的降水发生频数最多的地区为中国南部沿海地区，各地区4mmh-1雨强降水出

现频数的日变化不同。

辽宁省地处欧亚大陆东岸，属于温带大陆性季风气候，是东北地区降水量最多的省

份，短时强降水天气发生较多，近年来历时短和强度大的短时强降水天气导致的山

洪、泥石流及城市内涝等严重灾害性事件经常发生。2013年7月27日夜间至28

日早晨辽宁省东南部地区出现短时强降水天气，引发山体滑坡并造成人员伤亡。

2013年8月16日辽宁省抚顺市出现短时强降水天气，引发特大洪涝灾害，造成

严重的人员伤亡和财产损失。虽然关于辽宁地区短时强降水天气的研究已取得了很

多成果[6-8]，但研究多数是针对某次或某几次暴雨个例分析其成因，寻预报着

眼点，而对短历时强降水的时空分布特征及其变化的研究较少，而研究一个地区短

历时降水的变化特征对山洪地质灾害的防御和蓄水抗旱具有重要的意义。因此，本

文利用1971—2014年辽宁省汛期(4—10月)逐时的降水观测资料，对短时强降

水的年、月、日气候特征进行了分析，以期为辽宁地区降水变化机理的深入研究和

地质灾害的风险管理提供参考。

1.1资料来源

本文资料来源于1971—2003年辽宁省地面国家级气象站降水自记纸记录的经数

字信息化处理后的逐小时降水量观测数据和2004—2014年自动气象站的降水观

测资料。在降水自记纸记录降水量的数字信息化过程中，已对降水自记迹线和时间、

自记纸的扫描、数据的提取等进行了人工检测，即进行了严格的质量控制，自动气

象站的降水观测资料也经过了严格的质量控制，所有降水资料均由国家下发用于业

务使用。通过对2004年大连站降水自记纸记录的经数字信息化处理后的逐小时降

水量数据与自动气象站的逐小时降水量观测数据进行对比分析，发现两组数据一致，

因此两种数据具有较好的均一性，可作为一组连续数据进行分析研究。

辽宁省共有57个地面国家级气象观测站，由于2003年以前新城子、凌海、辽阳

县和灯塔4个气象站没有降水观测数据，本文未对此4个气象站降水进行分析，

因此本文所用资料为53个地面国家级气象站的降水观测资料，但也有个别气象站

降水自记纸记录的数据出现个别年份缺测的情况(表1)，除此之外，其他气象站资

料时长均为1971—2014年。本文的研究主要针对降雨，由于11月至翌年3月

辽宁省气温较低，主要以降雪为主，因此选取4—10月降水资料进行分析，资料

均为北京时间。

1.2研究方法

短时强降水：又称短历时强降水，主要指发生时间短、降水效率高的对流性降雨。

本文定义1h降水量达到或超过20mm[9]的降水为短时强降水。

短时强降水日：如前一日20时至当日20时之间出现短时强降水，则记为一个短

时强降水日。

2.1短时强降水年变化特征

由1971—2003年辽宁省短时强降水年平均发生次数的空间分布可知(图1)，短时

强降水年平均发生次数为1.5—3.5次/a，短时强降水发生次数大值中心位于辽宁

省东部地区，呈东部地区多、西部地区少的空间分布。由辽宁地区各气象站年降水

次数可知(图略)，1971—2014年辽宁地区短时强降水最多出现次数为9.0次/a，

1994年新城子和锦州站、1998年丹东站、2001年海城和普兰店站、2002年皮

口站和2003年铁岭站均出现过；短时强降水最少出现次数为0.0次/a，各站基本

均出现。

由1971—2014年辽宁省短时强降水发生次数的年变化可见(图2)，短时强降水发

生次数呈振荡变化，1971—1975年短时强降水发生次数呈逐年增加的趋势，由

0.4次/a增至2.3次/a；1975—1976年短时强降水发生次数呈明显下降的趋势，

由2.3次/a降至0.8次/a以下；1974—1984年短时强降水发生次数变化较平稳，

维持在1.5次/a左右；1985年短时强降水发生次数突增至2.8次后呈递减的趋势，

1989年短时强降水发生次数降至1.1次；1989—1994年短时强降水发生次数振

荡性增长，由1.1次/a增长至最大值，为4.2次/a；1995—2000年短时强降水

发生次数呈振荡性递减，降至1.1次/a；2001—2006年短时强降水发生次数多维

持在2.0次/a左右，之后开始递减，2008年和2009年短时强降水发生次数再次

降至1.3次/a；2010年短时强降水发生次数达次大值，为2.9次，之后在2.0次

/a振荡。

综上可知，辽宁省短时强降水年平均发生次数呈剧烈振荡的特征，发生次数为

0.4—4.2次/a之间，年际变幅明显，其中1972—1973年、1976—1984年、

1986—1992年和2013—2014年4个时段的干旱年与短时强降水发生次数的低

值年具有较好的对应，短时强降水发生次数的高值年与辽宁省洪涝年对应[10]。

2.2短时强降水月变化特征

由1971—2014辽宁省4—10月短时强降水月平均发生次数的空间分布可见(图

3)，4月短时强降水发生次数较少，为0.02次/月以下，且主要分布在辽宁省中部

地区，辽宁省东部和西部地区几乎未出现短时强降水(图3a)；5月短时强降水发生

次数有所增加，为0.01—0.06次/月之间，最大值出现在辽宁省东南部的丹东南

部地区(图3b)；6月短时强降水发生次数明显增加，为0.15—0.50次/月之间，最

大值出现在辽宁省南部的营口和大连一带(图3c)；7—8月为短时强降水发生最多

的时段，除辽宁省西部即朝阳西北部地区偏少外，其他地区短时强降水发生次数均

为0.40—1.40次/月之间，且自西向东逐渐增多，最大值出现在辽宁省东部的丹

东北部和本溪一带(图3d和图3e)；9月短时强降水发生次数开始减少，为0.10—

0.30次/月之间，最大值出现在辽宁省东部即丹东北部地区(图3f)；10月短时强降

水发生次数明显减少，为0.02—0.12次/月之间，主要分布在辽宁省南部地区，

即41以南地区，最大值仍出现在辽宁省东部赣榆县黑林镇 即丹东北部地区(图3g)。

从53个气象站中分别选取位于辽宁省东、南、西、北、中5个位置的丹东、大连、

锦州、铁岭和沈阳5个代表气象站，对1971—2014年5个气象站月短时强降水

的变化趋势进行分析(图4)，由图4可见，6—9月为短时强降水发生的主要时段，

其中7月和8月短时强降水发生最多；由5个气象站短时强降水的发生次数可知，

辽宁省东部的丹东地区短时强降水发生次数明显偏多，为1.8次/月，而其他4个

气象站短时强降水发生次数非常接近，为1.0—1.2次/月之间。

通过分析发现，辽宁地区短时强降水具有东部地区多、西部地区少的空间分布特征，

主要与辽宁省地形和低空西南急流的风向等气候特征密切联系。研究表明[11]，向

辽宁地区输送水汽的低空急流的风向以SW为主，而辽宁省东部地区多山地，主

要有南北两列平行山地，山脉对暖湿气流的阻挡作用使其被迫抬升降温，因此迎风

坡降水偏多，而辽宁省东部地区正好位于山脉的迎风坡，因此短时强降水发生次数

偏多。公颖等[12]对辽宁省区域性暴雨的阶段性特征分析发现，辽宁省东部的丹东

和本溪一带有近70%的降水存在陡增现象，与丹东和本溪地区处于长白山东南部

及丹东地区东南部临海有关；中低层暖湿偏南风气流遇地形爬升的动力作用，应是

降水陡增的主要原因，与本文短时强降水偏多的原因一致。

2.3短时强降水旬变化特征

由1971—2014年辽宁省6—8月旬短时强降水的分布可见(图5)，6月上旬至7

月下旬短时强降水发生次数逐渐增多，7月下旬达最多；8月上旬短时强降水发生

次数略减少，8月中旬开始短时强降水发生次数明显减少。辽宁不同地区短时强降

水发生次数的变化趋势也不同(图5g至图5i)，辽宁省西部地区除6月上旬和6月

中旬短时强降水发生次数较少外，小于0.1次/旬，其他旬短时强降水发生次数变

化较小，在0.1—0.3次/旬左右变化；辽宁省中部和北部地区短时强降水发生次数

在7月上旬增至0.3次/旬后，维持至8月中旬，8月下旬开始短时强降水发生次

数减少；而辽宁省东部和南部地区旬短时强降水发生次数变化明显，6月上旬至7

月下旬短时强降水发生次数增多过程呈震荡变化，6月下旬和7月中旬短时强降水

发生次数在上一旬的基础上呈减少的变化，7月下旬短时强降水发生次数明显增多，

增加了0.7次/旬；8月上旬短时强降水发生次数开始呈一致的减少变化，且至8

月下旬开始每旬短时强降水发生次数减少的次数基本相当。

2.4短时强降水日变化特征

辽宁省短时强降水具有明显的日变化特征，且还具有地域性，将一日分为20时至

翌自贡长途汽车站 日02时、02—08时、08—14时和14—20时4个时段，由1971—2014年

辽宁地区4个时段短时强降水发生次数的空间分布可见(图6)，除辽宁省东部地区

短时强降水发生次数明显偏多和辽宁省最西端地区短时强降水发生次数明显偏少外，

其他地区4个时段短时强降水的发生次数差别较小，但各地区短时强降水发生次

数日变化存在差异。辽宁省北部地区4个时段短时强降水的发生次数差别较小，

均为5.0—6.0次/时段以下；辽宁省西部地区最西端短时强降水发生次数较少，4

个时段基本一致(0.1—0.2次/时段)；而辽宁省西部靠近中部地区短时强降水发生

次数具有明显的日变化，其中14—20时短时强降水发生次数最多，可达0.8次/

时段，其他3个时段短时强降水发生次数均为0.3—0.5次/时段；辽宁省中部地区

14—20时短时强降水发生次数最多，为0.9次/时段，其他3个时段短时强降水

发生次数相近，为0.5次/时段；辽宁省东部地区短时强降水发生次数较多，4个

时段变化也较明显，其中14—20时短时强降水发生次数最多，可达1.5次/时段，

20时至翌日02时次之，可达1.1次/时段，其他2个时段相近，为0.7—0.8次/

时段；辽宁省南部地区短时强降水发生次数日变化与其他地区存在明显差异，

02—08时短时强降水发生次数最多，为0.9次/时段，而其他3个时段相近，短

时强降水发生次数为0.3—0.5次/时段。

可见，辽宁省北部和最西部地区短时强降水发生次数日变化特征不明显，南部地区

短时强降水多出现在后半夜至早晨，而其他地区短时强降水多出现在下午，其中东

部地区短时强降水还存在次多时段，为前半夜。

辽宁地区短时强降水发生次数的日变化特征与辽宁省地形和低空急流的日变化特征

有关。辽宁省南部(大连)地区低空急流的日变化为晚上增强、早上减弱[11]，有了

低空急流的输送储备，因此短时强降水多出现在后半夜至早晨，白天短时强降水开

始减少；辽宁省北部和西部地区由于降水偏少，因此短时强降水的日变化特征不明

显；而辽宁省中部和东部地区位于内陆地区，下午易出现局地热力作用造成的短时

强降水，因此下午短时强降水偏多。

(1)1971—2014年辽宁省短时强降水的地理分布与辽宁省地形和低空西南急流的

风向等气候特征密切联系，均呈东部地区多、西部地区少的空间分布特征；近44

a辽宁地区4—10月短时强降水年平均发生次数为1.5—3.5次/a之间，最多为

9.0次/a，最少为0.0次/a。

(2)1971—2014年4—10月辽宁地区短时强降水发生次数呈剧烈振荡的变化，振

荡中呈增加的态势，1972年短时强降水发生次数最少，为0.4次，1994年短时

强降水发生次数最多，为4.2次。辽宁省短时强降水发生次数的变化与辽宁省的旱

涝变化具有较好的对应关系。

(3)6—9月为短时强降水出现的主要时段，其中7月和8月短时强降水发生次数最

多；5个代表气象站中丹东地区短时强降水发生次数明显偏多，最多为1.8次/月，

而其他4个气象站短时强降水发生次数非常接近，为1.0—1.2次/月左右。

(4)6月上旬至7月下旬短时强降水发生次数逐渐增多，7月下旬北京升旗仪式 达最多；8月上旬

开始短时强降水发生次数逐渐减少。辽宁省不同地区短时强降水发生次数变化趋势

也不同。

(5)辽宁省北部和最西部地区短时强降水发生次数的日变化特征不明显，南部地区

短时强降水多出现在后半夜至早晨，而其他地区短时强降水多出现在下午。辽宁地

区短时强降水发生次数的日变化特征与辽宁地区地形和低空急流的日变化特征有关，

短时强降水的日变化特征对强降水预报具有较好的指导作用[13]，如辽宁省南部地

区，强降水日变化特征与影响系统的日变化特征具有较好的对应关系，降水系统下

午至前半夜影响大连地区时，系统处于减弱趋势，降水量级也相应减小；而强降水

系统如在后半夜至翌日上午影响大连地区时，系统呈增强的趋势，降水量级相应增

加，因此在实际预报中，需考虑短时强降水的日变化特征因素。

【相关文献】

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