福建省暴雨日数时空特征及相关环流形势分析

林珠应 辛 欣 黄 欣 林丽萱

(1.福州市长乐区气象局，福建 福州 350200；2.宁波市鄞州区气象局，浙江 宁波 315000)

福建是我国暴雨高频区之一，常因暴雨导致严重洪涝、泥石流、滑坡和城市内涝等灾害发生[1-5]。在不同天气系统影响下，暴雨的触发机制不同，强降水的持续时间、强度、落区都存在差异[6-8]。福建省位于我国东南沿海，西面环山，东面靠海，处于中纬度西风带和热带东风带之间，暴雨成因复杂[9]。本文着重分析福建省多年暴雨日数的时空分布特征，同时分析暴雨日数偏多时的环流形势特征，为福建省暴雨预报提供思路。

1 资料和方法

1.1 研究资料

资料选取福建省67个台站1981—2015 年共35a 的暴雨日数据(其站点空间分布如图3a所示)，以及欧洲中心(ECMWF)ERA-Interim逐月再分析资料(0.5°× 0.5°)的高空探测逐日资料。另外将24h降水量为50mm或以上的雨称为“暴雨”，按其降水强度大小又分为三个等级，即50～99.9mm称“暴雨”,100～200mm以下为“大暴雨”，200mm以上称“特大暴雨”[10]。

1.2 研究方法

整理统计台站暴雨日数据资料，在消除台站迁移、经过均一性检查和严格质量控制基础上，分析福建省多年暴雨日数时空分布特征。采用合成分析方法，将福建暴雨日数作全省区域平均，标准化后时间系数中大于0.85倍标准差作为暴雨日数异常偏多年(有6a，分别是1990年、1992年、2000年、2005年、2006年和2014年)，低于-0.85倍标准差作为暴雨日数异常偏少年(有7a，分别是1982年、1987年、1991年、1993年、2003年、2004年和2011年)，并分别合成异常偏多偏少年的环流场，进而探讨相联系的环流形势。

2 暴雨日数分布特征

2.1 暴雨日数月变化

福建省暴雨在全年都有发生，主要出现在5～9月。从35a月平均暴雨日数来看(图1a)，1月最少，从1月开始逐渐增加，6月达全年最多(为66天)，7月略有下降，8月又再次增加，9月起逐渐减少；春夏两季偏多，秋季次之，冬季偏少。而从大暴雨日数各月分布情况(图1b)可以发现，冬季(12月、1月和2月)大暴雨鲜有发生，3月开始逐渐增多；其分布情况与月平均暴雨日数相类似，6月达到全年峰值，平均每年大暴雨日数达到15次左右。特大暴雨只发生在4～10月(图1c)，从4月起，特大暴雨日数逐月增加，于8月达到峰值，随着秋冬季的到来则逐渐减少。综上所述，福建省暴雨主要集中在5～6月的雨季以及7～9月的台风季，秋冬季节的暴雨日数则相对偏少。

(a)暴雨日数分布

2.2 暴雨日数年(代)际变化

为了进一步探讨福建省暴雨日数年(代)际变化，对逐年暴雨日数进行了7点滑动平均(图2)，表明福建省暴雨、大暴雨、特大暴雨日数均具有显著的年际、年代际变化特征。近35a平均每年全省各台站累计暴雨日数为309天(图2a)。从暴雨日数变化趋势来看，上世纪80年代到90年代中期，全省暴雨日数呈现缓慢增长态势，90年代后期到2000年，暴雨日数逐年显著增加，并在2000年达到峰值，全省累计434天暴雨。2000年以后暴雨日数略微下降，暴雨日数上下起伏较频繁且波动振幅较大(2003年为最小值，185天；2006年达到最大值，477天)。

从图2b可见，全省平均每年发生大暴雨日数为57天。上世纪80年代，全省大暴雨日数较往年平均显著偏少，1987年全年大暴雨日数为近35a最小值， 21天。1987—2006年，逐年大暴雨日数开始呈现增长趋势，2006年达到峰值，116天。2006年以后，暴雨日数开始逐年减少，2011年以后再次增加，但是变化起伏并不是很明显。

全省平均每年发生特大暴雨日数为1.6天(图2c)。上世纪80年代,全省特大暴雨日数偏少，90年代特大暴雨日数开始增加，到2005年达到峰值(7天)。2005年以后，全省特大暴雨日数呈现下滑趋势，一直到2015年开始有所增加。

综上，上世纪80年代福建省暴雨、大暴雨及特大暴雨日数总体偏少，且逐年变化并不明显。20世纪90年代-21世纪初始，福建省暴雨、大暴雨及特大暴雨日数均呈现增长趋势，逐年变化也较为明显。2005-2006年，全省暴雨、大暴雨及特大暴雨日数达到历年最大，2006年后期又开始回落。

(a)暴雨日数变化

2.3 暴雨日数空间分布

统计1981—2015年福建省各市县暴雨日数据，得到全省年平均暴雨日数为4.6天，大暴雨日数0.85天，特大暴雨日数0.02天。暴雨日数分布(图3b)较多的地区是闽西北南平，三明、闽南漳州一带以及闽东北(宁德)一带，内陆地区暴雨日数较沿海地区会偏多一点，在闽中东部(福州、莆田)等地分布略微偏少。大暴雨日数(图3c)主要分布在沿海及闽西北(南平)地区，内陆较沿海地区分布较少。特大暴雨(图3d)主要集中在闽东北(宁德)等地，其余地区分布较少。暴雨的分布不均与福建地区地形等因素息息相关(图3a)，闽西、闽中两大山带对暴雨中心形成，提供了有利的地形动力条件。闽西北暴雨频发主要是雨季锋面所致，而东部沿海地区除了雨季锋面系统影响外与台风也有密切关系[9]。

图3 1981—2015年福建省67个台站(a)、暴雨日数(b)、大暴雨日数(c)、特大暴雨日数(d)空间分布图

3 暴雨环流形势分析

福建省暴雨主要集中在春、夏两季，也就是3～9月居多。对暴雨时间序列和200hPa纬向风场做异常合成分析(本文合成结果为正异常-负异常事件，见图4a)：当福建省暴雨日数显著偏多的时候，副热带西风急流南压，急流主体偏南(打点区域通过90%显著性检验)。福建省位于高空急流入口区南侧，高空纬向风速加快，由于受到急流影响，急流南侧高空辐散加强，进而南侧出现上升气流。低层大气会随之发生质量调整，产生与高层相反的辐合区和气流，从而产生对产生暴雨有利的环流形势。因此，西风急流南压，高空辐散加强对福建省暴雨日数增多有一定的影响，杜银等[11]也有相类似的结论，急流主体偏南，造成我国东部“南涝北旱”的降水格局。

暴雨时间序列和500hPa高度场的合成分析结果见图4b。当福建省暴雨日数显著偏多的时候，中高纬度地区由南向北呈现“低高低”的大环流形势，高压中心主要位于白令海峡一带，在其以南太平洋上为低压。在大陆上，我国西北部内陆地区基本为高压区域，在福建省上空则被较为显著的低压环流所控制。结合850hPa高度场(图4c)来看，其分布与500hPa高度场相类似，中高纬地区呈现“负正负”的环流形势，且福建省被低压环流所控制。配合700hPa风场的合成结果(图4c)，白令海峡一带为显著反气旋性涡旋，相对应的，在太平洋160°E以东的洋面上为显著的气旋性涡旋中心。福建至台湾岛一带为较明显的气旋性涡旋辐合中心，涡旋东部偏东气流将西太平洋水汽源不断向福建输送，水汽充足，为暴雨的产生提供必要的水汽条件。

图4 福建省暴雨异常时期合成的200hPa纬向风场(a)、500hPa高度场(b)、850hPa高度场和700hPa风场(c)异常分布型(正异常-负异常)(打点区域为通过90%显著性检验)

综上所述，西风急流南压，高空辐散加强，中低层涡旋配合高层强辐散场，高层辐散抽吸作用进而导致低层辐合和上升运动的增强，既有利于低层涡旋环流的维持，又有利于中尺度对流云团的发生发展，再加上涡旋东部偏东气流源源不断的水汽输送，从而导致暴雨增多。

4 结论

福建省暴雨主要集中在5～6月的雨季以及7～9月的台风季，秋冬季节暴雨日数相对偏少；上世纪80年代福建省暴雨、大暴雨及特大暴雨日数总体偏少，而到了20世纪90年代至21世纪初始，则呈现增长趋势，逐年变化也越发明显，2005—2006年，全省暴雨、大暴雨及特大暴雨日数达到峰值，随后又开始回落。

暴雨日数较多的地区在闽西北、闽南以及闽东北一带，在闽中东部地区分布略微偏少。

环流形势场上，西风急流南压，中低层涡旋配合高层强辐散场，有利于低层涡旋环流的维持及中尺度对流云团的发生发展，再加上涡旋东部偏东气流源源不断的水汽输送，从而导致暴雨的增多。