河源地区汛期暴雨的时空分布特征及环流形势

李思玲，曾钦文，林宏建，吴嘉研，钟东良

（1.龙川县气象局，广东龙川 517300；2.东源县气象局，广东东源 517500；3.河源市气象局，广东河源 517000）

由暴雨引发的城市内涝、山洪、山体滑坡等灾害影响巨大，给社会经济和人民生命财产带来重大损失。长期以来，对华南暴雨的研究已有较多成果，翟志宏等［1］、覃艳秋等［2］分别对华南区域不同类型暴雨气候特征进行了分析。广东省内对前后汛期暴雨的研究也有很多，包括对暴雨的时空分布特征［3－5］、环流形势［6－8］、后汛期暴雨主要类型［9－11］等，其中段海花等［12］、曾钦文等［13］分别对河源秋季暴雨特征、河源暴雨日数进行了研究。河源地处广东省东北部、东江中上游，属亚热带季风气候，降水充沛，降水集中期为4—9月的汛期，且时空分布不均，暴雨洪涝、季节性干旱常有发生。如2019年6月9—13日，河源市出现持续性强降水过程，造成严重的山洪、城乡积涝和地质灾害，全市过程平均降雨量为229.9 mm，多个气象站出现大暴雨以上的降水，过程最大日雨量出现在10日连平上坪镇299.5 mm，遭受严重的洪水灾害。以往研究成果大部分着重对暴雨日数、暴雨量的研究，但对汛期暴雨强度的分布、环流形势发生频率的分析较少，本研究利用1965—2018年河源地区5个国家基本自动站、2009—2018年20个区域自动站4—9月逐日降水资料，重点对河源地区汛期暴雨日数和强度的时空分布、影响的环流类型发生频率进行分析，进一步探讨暴雨的分布特点，为暴雨预报、防灾减灾等提供科学依据。

1 资料与方法

本研究利用1965—2018年河源地区5个国家气象站4—9月逐日降水资料，运用统计分析方法分析近54年河源地区汛期暴雨的时空分布特征，并用Morlet小波［14］分析汛期暴雨的周期变化规律。

针对暴雨的强度和落区，由于区域自动站建设时间较迟，本研究选取河源地区2009—2018年较有代表性的区域自动站4—9月逐日降水资料，进行精细化汛期暴雨强度的落区分析。另外，本研究还采用Surfer绘制河源地区汛期暴雨特征空间分布图。

根据华南汛期定义为4—9月，其中前汛期4—6月、后汛期7—9月。暴雨日的定义为20：00—20：00（北京时，下同）24 h内测站雨量超过50.0mm的日数；暴雨强度定义为暴雨时总降雨量与暴雨日数之比。

2 汛期暴雨的气候特征

2.1 空间分布

从1965—2018年河源地区汛期暴雨面雨量的空间分布（图略）可以看出，河源地区的汛期暴雨空间分布呈现“西南多、东北少”的特点，即以源城一带为暴雨频发中心，逐渐向东北方向递减，其中，源城中心汛期暴雨量为每10年599.4 mm，和平汛期暴雨量最少，为每10年336.9 mm。

2.2 精细化汛期暴雨空间分布

由于河源地区国家气象站分布较稀疏，本研究还选取2009—2018年河源地区20个区域自动站的逐日降水资料，站点选取更为密集，数据更具代表性，空间分布更加精细化。

图1a为2009—2018年河源地区汛期暴雨的平均暴雨日数空间分布，从图1a可知，河源平均暴雨日数基本呈现“西南多、东北少”的分布特点，即自西向东逐渐递减，中南部暴雨发生天数也明显较北部地区多。平均暴雨日数的最高值区出现在源城中心附近，为7 d，次高值为紫金东南角的苏区、南岭一带为6.6 d；最少暴雨日数位于连平与和平北部一带，最少值为3 d左右。另外龙川中部的暴雨日数比南部和北部的暴雨日数略多。

图1b为2009—2018年河源地区汛期暴雨强度空间分布，从图1b可知，汛期暴雨强度呈现“北强南弱、西强东弱”的趋势分布，中北部暴雨强度普遍比南部紫金地区强，且中北部暴雨强度自西向东逐渐减弱，其中，东源西南角的新回龙一带汛期暴雨强度最强，最大值达86.6 mm／d，其次为紫金东南角苏区一带为86.3 mm／d；而暴雨强度的小值区由紫金中部向东北延伸至龙川南部，均值约为67.5 mm／d。另外，在紫金东南角一带，暴雨日数及暴雨强度均为一个高值区，这与紫金的地形相关，在紫金东南角一带地区为紫金县海拔最高的山区地形，由于地形的抬升作用，对强对流及暴雨的发生都有明显的影响［15］。

图1 2009—2018年河源地区汛期暴雨日数（单位：d）（a）和暴雨强度（单位：mm／d）（b）精细化分布

2.3 月际变化

由河源地区汛期的平均暴雨日数（图略）可以看出，汛期平均暴雨日各月均在2.5 d以上，呈单峰结构分布，前汛期逐渐递增，6月暴雨日数最多，为4.2 d，后汛期暴雨日数基本持平，7月最少，为2.6 d。另外，前汛期暴雨日数明显比后汛期暴雨日数多，这与前汛期冷暖空气活跃交汇引发降水以及南海夏季风爆发导致暴雨发生，而后汛期主要影响系统为热带气旋、热带辐合带、东风波等热带系统［15］。

2.4 年际和年代际变化

对河源地区汛期暴雨发生次数进行统计得知，近54年汛期暴雨总日数为864 d，年平均16.0 d，其中前汛期暴雨日数535 d，占整个汛期暴雨日数的61.9%，后汛期334 d，由此也可以看出，河源地区前汛期的暴雨降水对整个汛期的降水贡献率比后汛期大；暴雨日数出现最多的年份为1993年的29 d，最少为7 d，发生在1969和2009年。

从汛期暴雨日数变化趋势（图2a）可以看出，近54年来河源地区汛期暴雨日数以0.078 d／年的速率减少，趋势系数为0.238，未通过α＝0.05的显著性检验，说明减幅不明显。从多项式趋势可知，20世纪60年代至70年代初，暴雨日数处于偏少期，但呈增加趋势，20世纪70年代中后期至21世纪00年代末，暴雨日数处于偏多期，但呈现逐渐下降的趋势，21世纪10年代至今暴雨日数处于偏少期，且下降趋势较为明显。

河源地区汛期平均暴雨强度（图2b）为75.9 mm／d，最多的年份1969年，为97.2 mm／d，最少为64.1 mm／d，出现在2014年。汛期平均暴雨强度以0.095 mm／（d·年）的速率减弱，趋势系数为0.198，未通过α＝0.05的显著性检验，减弱趋势不明显。20世纪60年代至末期，暴雨强度处于偏强期，70年代至21世纪初呈波动趋势略有减弱，2005—2015年暴雨强度偏强，2015年后暴雨强度减弱，且减弱趋势明显。

图2 1965—2018年河源地区汛期暴雨日数（a）和暴雨强度（b）年际变化

3 周期分析

本研究采用Morlet小波分析河源汛期暴雨不同时间尺度的周期震荡特征。从暴雨日数的小波分析（图略）可以看出，河源地区汛期暴雨日数存在3～4、7～10、20～27和45年以上的年际变化特征，以及15～20年左右的年代际变化特征。20世纪60年代至70年代末，暴雨日数以3年震荡周期为主，次周期为8～10年。20世纪80年代至21世纪初，主周期为4年，其次为8～10、20～27和45年以上。21世纪至今，较明显的周期震荡为7～9年。另外，由整体小波功率谱（图略）可见，小波功率峰值对应信号波动的主要周期有4个，第1个主周期为3～4年，其次为7～10、20～27和45年以上。

由1965—2018年河源地区汛期暴雨强度的Morlet小波分析（图略）可知，河源汛期暴雨强度存在4～5、13和20年左右的周期震荡规律，其中，4～5年的周期在20世纪60年代至90年代、21世纪00年代末至今震荡明显；而1965—2018年都存在13年的周期震荡，高值中心分别出现在1967、1980、1992和2006年，结合2016年后仍未闭合的中心可知，在未来2～3年内，河源暴雨强度将处于一个强度偏强时期。从方差图上也可以看出，小波方差对应3个主周期，第1个主周期为13年，其次为4和20年左右。

4 河源汛期暴雨环流分型

汛期持续性暴雨过程一般伴随着中高纬和低纬均有低槽活动［15］。通过对河源地区近50年汛期暴雨过程500 hPa的位势高度和涡度场以及其影响的主要系统进行分析，总结出影响河源汛期暴雨的5种主要环流类型，即东亚槽底型、中纬西风槽型、南支槽型、西南低涡型和台风低压型。

4.1 东亚槽底型

东亚槽底型暴雨占汛期持续性暴雨的9.4%。500 hPa中高纬表现为“两槽一脊”，两槽分别位于巴尔喀什湖附近和东亚沿海地区，脊区一般位于贝加尔湖到蒙古一带，或形成阻塞高压，其中东亚大槽主要位于110°E以东沿海，槽底可至江南或华南地区。850 hPa华南上空是盛行的西南季风，为广东地区持续输送暖湿气流，切变线一般在23°N—30°N附近维持。高空槽、切变线与西南急流的相互配合，为河源地区汛期暴雨的形成提供了有利条件。

4.2 中纬西风槽型

中纬西风槽型暴雨占汛期持续性暴雨的18.7%，主要发生在4—7月，5月出现次数最多。西风槽带来的冷空气强度偏弱，甚至无明显冷空气影响，呈现出暖区暴雨的特征。例如，2007年6月13—14日500 hPa青藏高原东侧有短波槽从长波系统中分裂东移下滑影响河源；700 hPa表现为强盛的西南季风，且存在槽东移；850 hPa暖式切变线维持在河源北部，河源大部受切变南侧西南风场控制，期间出现大面积暴雨天气。西南风急流为暴雨的发生提供充足水汽，因此西南风速大小为西风槽暴雨预报的重要参考指标（图3）。

图3 2007年6月14日08：00 500 hPa（a）、700 hPa（b）、850 hPa（c）高度场（等值线，单位：dagpm）和风场（风向杆，填色区≥8 m／s）

4.3 南支槽型

南支槽型暴雨为河源汛期暴雨的主要影响类型，占汛期持续性暴雨的40.6%，主要出现在前汛期，以4和5月居多。环流特征表现为500 hPa孟加拉湾附近有较为深厚的南支槽，槽前西南气流一直延伸到华南地区，广东位于南支槽槽前，西南气流强盛，也称孟湾槽；700 hPa一般配合有低槽活动或受强劲的西南气流影响；850 hPa有切变线南压；地面有锋面低槽影响。此类暴雨常常发生在500、700 hPa槽前的西南风风速大值区、850 hPa切变线南侧，因此，西南风速大值区与切变线位置是预报暴雨落区和强度时必须考虑的条件。

4.4 西南低涡型

西南低涡型暴雨较少，仅占汛期持续性暴雨的3.1%。500和850 hPa西南地区均有闭合的气旋式环流东移或东南移动影响华南，地面北部湾至两广交界配合有低涡活动。例如，2008年6月12—13日受西南低涡和强盛西南气流影响，河源市出现暴雨到大暴雨降水，最大降水量出现在河源连平县135.5 mm。

4.5 台风低压型

河源地区后汛期暴雨主要与热带系统有关，且与台风登陆广东有着密切联系。台风低压型暴雨占汛期暴雨的20.7%，主要出现在7—9月。受热带低值系统影响出现暴雨降水，主要出现在后汛期，但不同登陆点以及台风的移动路径对暴雨落区有较大影响。据统计，影响河源暴雨的台风路径主要有4种类型：粤东沿海到福建交界登陆后东北走向、粤东沿海到福建交界登陆后偏北或西北走向、珠三角沿岸登陆后偏北或东北走向以及珠三角以西到粤西沿岸登陆后偏西北走向，其中前3类占了河源台风低压型暴雨的60% ～70%。例如，后汛期典型的台风低压影响，2013年第11号超强台风“尤特”登陆广东阳江，500、850 hPa均受其外围环流影响，8月16—17日河源出现暴雨到大暴雨降水。

5 结论

1）河源地区汛期暴雨空间分布呈现“西南多、东北少”的特点。从精细化分布看，汛期暴雨日数呈自西向东逐渐递减特征，其中，中南部暴雨发生日数较北部地区明显偏多；暴雨强度呈现“北强南弱、西强东弱”的趋势分布，中北部暴雨强度普遍比南部强，且中北部暴雨强度自西向东逐渐减弱。

2）河源地区汛期平均暴雨日数为16.0 d，前汛期暴雨日数比后汛期多；汛期暴雨日数及暴雨强度均呈逐渐下降的趋势，但均未通过α＝0.05的显著性检验，下降趋势不明显。

3）小波分析表明，河源地区汛期暴雨日数存在3～4、7～10、20～27和45年以上的周期震荡，其中3～4年为主周期；暴雨强度存在4～5、13和20年左右的周期震荡规律，主周期为13年左右，且在未来2～3年内，河源暴雨强度将处于一个强度偏强时期。

4）影响河源汛期暴雨主要有5种环流类型，即东亚槽底型、中纬西风槽型、南支槽型、西南低涡型和台风低压型。前汛期的主要影响类型为中纬西风槽型和南支槽型，分别占汛期暴雨的18.7%、40.6%；后汛期主要为台风低压型暴雨，占20.7%，但不同登陆地点及台风移动路径对河源暴雨影响程度不同。