贵州夜间降水特征与暴雨预警发布现状分析

潘 岑，罗俊才，苏静文，冀丹妮，牛迪宇，蔡露进

(贵州省气象服务中心，贵州 贵阳 550002)

0 引 言

暴雨是贵州重要的灾害性天气之一，受山地气候影响，全省各地夜间降水比例很高。频繁的高强度暴雨极易诱发山洪、滑坡等气象次生灾害，而夜间人们处于熟睡中，对自然灾害的防御能力减弱，气象预警信息传播效能显著降低，灾害有效防范难度比日间更大。据贵州省应急管理部门统计，仅2019年洪涝灾害造成的直接经济损失就高达43.56亿。预警信息是防灾减灾的第一道防线，以“绿色通道”为代表的高级别暴雨预警信号分区全网发布机制、“三个叫应” 预警传播联动工作机制，在夜间山洪地质灾害的转移避险、应急救援中成效显著[1]。

针对造成贵州夜雨的气候背景及驱动机制、暴雨的时空分布特征，已有学者进行了研究并取得了诸多成果。夜间降水在云贵高原、中国西部的山区及周边地区明显，云贵高原大部分区域夜雨百分比均高于50%[2]，贵州出现明显夜雨现象的原因与锋面、南支槽活动、低空急流日变化等大气环流系统有关，也与地形条件造成的局地大气动力、热力条件变化密切相关[3-4]。卢璐等[5]指出贵州1998—2007年夏季大暴雨集中期在6月下旬至7月中旬，地域分布受地形影响显著；白慧等[6]应用EOF方法对主汛期暴雨分析发现，近30 a贵州省6—7月暴雨日数与降水量的时空分布一致，对降水量有主要贡献；近48 a贵州全省多/少暴雨区与年暴雨量、年降水量多/少分布一致[7]。针对夜间降水，现有研究多局限于地域上，集中在某个或几个气象站点或某次区域暴雨过程上[8-12]，以上研究中气象要素侧重选择24 h降水量，极少把全省范围内夜间降水情况和夜间暴雨作为主要对象进行探讨。24 h降水量在气候分析和预报上发挥着不可替代的作用，强降水是山洪及次生地质灾害的主要致灾因子[13]，特别是在主汛期中，暴雨、大暴雨等强降水过程更容易诱发山洪灾害[14]，结合贵州多、急、骤的夜雨特点和历年自然灾害情况[15]，夜间暴雨在预警服务业务、灾害评估研究方面更值得重点关注。

全球气候变化背景下，异常、灾害性天气事件频发。近年来，贵州夜间暴雨灾害预警信息服务压力与日俱增，中国气象局提出“要实现对重点区域、重点人群、重点时段预警信息的精准靶向发布”，靶向精准预警服务也成为亟待突破的瓶颈。乔建平等[16]针对降雨型滑坡泥石流灾害给出了精准预警的方案，提出可结合历史成灾资料、现有降水资料来区划区域的危险性，只有区划的精度可靠，才能提高预警的准确率。预警信号发布期间，服务方依赖待发预警区域的气候背景信息和前期服务情况作为辅助决策参考，以便在必要的时间段和地域范围内，分配出更充足、有效的预警发布资源，以提升预警服务能力。

本研究基于贵州81个气象站点1961—2019年逐日20—20时、20—08时降水数据，分析59 a夜间降水量和夜间暴雨的时空分布特征及地域变化趋势，并总结贵州暴雨预警信号发布服务现状，以期为夜间暴雨预警精准服务提供决策依据，趋势分析结果也可为全省自然资源、应急管理等部门制定山洪、地质灾害防御规划提供科学参考。

1 数据与方法

图1给出贵州省范围内气象观测站分布图，叠加1961—2019年年平均降水量、市州边界、地形图。图1可见，贵州高耸于四川盆地和广西丘陵之间的亚热带山原，地势西高东低，中高南北低，海拔落差大(153～2 885 m)。全省山地和丘陵占总面积的92.5%，境内73%的面积为风化严重的喀斯特岩溶地貌。贵州属亚热带高原季风湿润气候，多年平均降水量830～1 524 mm，区域空间平均1 188 mm，整体分布南多北少，省的西南部、东南部和东北部为年平均降水量高值区域。受地形地貌影响，降水时空分布极不均匀，水旱灾害频繁，山洪及泥石流、滑坡等次生灾害的诱发与降雨量、降雨强度和降雨历时关系密切。

图1 贵州省基本气象站分布(阴影为地形，白线为市州边界，灰线为地理区划) (a)和1961—2019年年平均降水量(单位: mm，灰线为地理区划)(b)

1.1 数据及处理

该文所用降水数据来源于贵州省气象信息中心气象数据统一服务接口(MUSIC)中国地面日值资料集，日降水量数据选用贵州省内经过质量控制的81个基本气象站20—20时、20—08时累计雨量观测资料，研究时段为1961—2019年共计59 a。栅格图采用ArcMap地统计工具插值获得[17]，DEM数据源自国际热带农业研究中心(http://srtm.csi.cgiar.org)的SRTM3地形产品，水平空间分辨率为90 m×90 m。

暴雨预警信号数据来源于贵州省级国家突发事件预警信息发布系统(简称：贵州国突系统)。2015年5月1日，该系统省、市、县三级部署完成并正式启用，是贵州省突发事件预警信息发布的主要业务平台，发布的突发事件类型以自然灾害类中的气象灾害为主，除气象部门外，自然资源和应急管理部门也广泛应用该系统发布山洪、地质灾害类预警信号。考虑数据完整性，选取该系统在2016—2019年发布的蓝、黄、橙、红色级别暴雨预警信号和山洪地质类预警信号，包括首发、更新预警，但不含解除预警。“绿色通道”全网发布数据源自贵州省预警信息发布中心。

关于地理区位的描述依据《贵州省气象预报用语地理区划》将全省分为中部、东南部、东北部、西南部和西北部。

1.2 研究方法

1.2.1 定义及标准 夜间降水量定义为20时—次日08时(以下记为：20—08时)降水量。依据12 h标准[18]，定义20—08时，降水量30.0～69.9 mm的为夜间暴雨，70.0～139.9 mm的为夜间大暴雨，≥140 mm的为夜间特大暴雨。夜雨率是20—08时降水量占20时—次日20时(以下记为：20—20时)降水量的百分率。夜间暴雨贡献率定义为20—08时暴雨及以上降水量与同期总降水量的比率。年、季节、月尺度降水数据均由逐日对应时段降水数据累加得到。

1.2.2 M-K趋势检验 用于评估水文气候要素时间序列趋势的检验方法，以适用范围广、人为性少、定量化程度高而著称[19]。使用M-K方法揭示贵州省夜间降水量及暴雨次数变化趋势。

2 夜间降水量与夜间暴雨频次的时空特征

2.1 夜间降水空间分布

图2为1961—2019年贵州省年平均夜间降水量和夜雨率分布。图2a显示，全省年平均夜间降水量整体上南部多于北部，存在两个高值区：一个位于西南部地区，六枝1 015 mm最高，织金、晴隆、兴义次之(大于950 mm)；另一个位于都柳江上游一带的都匀(919 mm)、丹寨(907 mm)。全省夜间降水量低值区集中在毕节的威宁至七星关一带260～580 mm，赫章260 mm最低。夜雨率(图2b)空间分布为59 a 20—08时累积降水量与20—20时累积降水图2量比值，反映夜间降水的集中区。夜雨率呈现典型的东—中—西分布差异：自省的中部偏西位置向东、西方向递减(27%～75%)，高值出现在省的西南部(兴义)、安顺(镇宁)和黔西县(65%～75%)。黔东南大部、铜仁东部略低于60%，仅毕节西、北部较小区域低于50%。整体来看，全省夜雨率均值高达62%，夜间降水现象非常普遍。

59 a夜间暴雨贡献率分布显示(图3a)：高值区集中分布于省的西南部(安顺)，黔南州以西、以东地区和省的东北部分地区夜间暴雨降水偏多。镇宁夜间暴雨率最高(55%)，其次为丹寨(52%)、长顺(51%)；东北部松桃县夜间暴雨率(46%)远高于均值(33%)。59 a年平均夜间(20—08时)暴雨日数分布(图3b)，全省夜间暴雨日数空间均值5 d，六枝最高7.8 d。夜间暴雨日数与夜间暴雨贡献率高、低值区分布基本一致(相关系数r=0.89，P<0.001)。

综合图1、图2、图3：省的西南部、东北部和黔南州西部多夜雨且多夜间暴雨，夜间降水与全天降水的地域分布一致性高，与卢瑞荆等[7]对近48 a的降水研究结论相同。遵义(大娄山片区和赤水河流域)降水量偏少，夜间降水多于日间，但从强度上来说较为缓和，暴雨占比小。毕节(除纳雍、织金)为全省少雨区，夜间降水平缓。黔东南大部分地区降水更常出现在日间，但要特别注意丹寨—都匀一带的夜间暴雨；贵阳市以西降水量居中，但夜雨率和夜间暴雨率偏高；省的西南部为“三高”叠加区：降水总量高，夜雨比例高，夜间暴雨比重高，是防灾减灾预警服务中重点关注区域。

图2 1961—2019年贵州省年平均夜间降水量(a)和夜雨率(b)分布

图3 1961—2019年贵州省夜间暴雨贡献率(a)和夜间暴雨日数分布(b)

贵州省、市、县三级于2015年成立了预警发布中心机构，结合预警信号发布及管理现状，基于行政区划来讨论全省9个市州的多年平均降水量(20—20时，20—08时)、夜雨率和夜间暴雨贡献率(图4)。年平均降水量黔西南1 331 mm最高、六盘水1 318 mm次之，安顺1 315 mm位居第3；全省年平均夜间降水量764 mm，安顺891 mm最高，毕节634 mm最少。夜雨率安顺68%最高，黔西南、贵阳次之(>65%)；黔东南57%最低。9个市州的夜间暴雨贡献率均超过25%，安顺最高45%，黔西南41%次之。综上，安顺市、黔西南州为降水重点关注区域，相对于日间，贵阳市更需重点关注夜间降水服务。

图4 1961—2019年各市(州)年平均降水量、年平均夜间降水量(a)和夜雨率、夜间暴雨贡献率(b)

2.2 夜间降水量、夜间暴雨量与暴雨频次时间变化

1961—2019年81站点逐年夜间降水量、夜间暴雨降水量和夜间暴雨累计日数(图5a)：年夜间降水量最高的年份为1977年(893 mm)，其次为1967年(888 mm)；2011年(545 mm)和1989年(592 mm)夜雨偏少。夜间暴雨降水量2015年371 mm为历年最高，其次为2014年343 mm；低值年份为1981年152mm，1966年160 mm次之。夜间暴雨与暴雨日数年变化相似(相关系数r=0.98，P<0.01)，整体来看，二者呈不显著增加趋势(P>0.05)，与夜间降水量相反。

1961—2019年81站点逐年夜间暴雨、大暴雨和特大暴雨累计次数(图5b)：全省81个站点59 a间20—08时暴雨累计8 557 d，暴雨级别比例最高，约占89.6%，大暴雨10.1%，特大暴雨27 d占0.32%。全省81个站点59 a间20—08时暴雨累计24054 d，暴雨级别占比最高85.9%，大暴雨13.4%，特大暴雨178 d占0.7% 。全省夜间暴雨、大暴雨日数不显著增加(P>0.05)，从年代际来看，20世纪60—90年代夜间暴雨及以上级别累计日数基本持平，2000年后波动大，2015年累计夜间暴雨554 d最高，其次2008年548 d，1981年263 d最低。

图5 1961—2019逐年贵州省夜间降水量、夜间暴雨降水量、夜间暴雨累计日数(a)和夜间各等级暴雨逐年日数折线图(b)

1961—2019年逐月夜间累计暴雨日数、降水量均值图显示(图6a)：贵州省夜间降水主要在4—10月，占全年比重的84%，6月夜间平均降水量达141 mm为所有月份中最高，占全年夜间降水总量的19%。而夜间暴雨集中分布在5—9月，约占全年夜间暴雨日数的84%，与同期夜间降水量分布总体变化基本同步，6月为夜间暴雨高发期，4月、10月夜间暴雨减少，降水强度上趋于平缓。季节尺度上(图6b)：夏季(6—8月)夜间降水、夜间暴雨最多，春(3—5月)、秋季(9—11月)次之，冬季(12—次年2月) 出现夜间暴雨概率小。

图6 1961—2019年贵州省逐月夜间累计暴雨日数(柱)图、夜间降水量均值(折线)图 (a)和各季节夜间暴雨累计日数(内圈)与夜间降水量(外圈) (b)

3 夜间降水量与夜间暴雨频次的空间趋势

用M-K趋势分析方法得到1961—2019年夜间降水量、夜间暴雨降水量和夜间暴雨日数的趋势分布图(图7)：59 a间贵州省夜间降水量(图7a)在大部分地区(73%)呈减少趋势，显著减少区域(18% , P<0.1)主要分布在省的西南部、遵义(南部及东、西边缘)；显著增加区域(3% , P<0.1)位于黔东南东北部(天柱、榕江、从江)。夜间暴雨降水量(图7b)趋势分布显示，全省70%区域呈增加趋势，黔东南州东南部(天柱、黎平、榕江)、黔南(绥阳、惠水、长顺、三都)、安顺(镇宁、关岭)、毕节(赫章、七星关)、遵义(道真)增加趋势显著(P<0.1)。夜间暴雨日数(图7c)趋势与夜间暴雨降水量分布基本一致(r=0.92，P<0.01)，黔南南部边缘增加趋势略弱。

图7 1961—2019年贵州省年平均夜间降水量趋势(a)、年平均夜间暴雨降水量趋势(b)和年均夜间暴雨日数趋势变化图(c)

全省整体上夜间降水量逐年减少，但夜间暴雨现象越来越突出。遵义市南部逐年夜间降水量呈显著减少趋势，姚正兰等[20]指出遵义市近20 a干旱频发且有加重，全天降水量呈波动性减少趋势，但道真、桐梓、湄潭夜间暴雨愈加频繁，遵义北部地形起伏大，夜间极端降水极易引发山洪地质灾害。黔东南和毕节中、西部地区夜间降水偏少，但降水强度有增大的趋势，未来需多关注夜间降水，增强夜间暴雨监测及服务能力。黔南西北部、安顺西部边缘等地的夜间降水量累积易出现暴雨。

4 贵州省夜间暴雨预警服务现状

在贵州，区域性强降水多发生在夜间，受山区地貌影响，农村居民居住分散，组织撤离困难。在险情来临前最大限度发挥气象预警“消息树”、“前哨站”的先导作用，做好预警实时传播尤为重要。贵州已挂牌成立省级预警发布中心1个，地市级预警发布中心9个，县级预警发布中心80个，各级预警信息发布中心承担着面向政府应急责任人和社会公众提供综合预警信息的基本职责。

贵州省级国家突发事件预警信息发布系统自2015年5月启用运行，2016—2019年全省气象、自然资源、应急管理、交通、水利等13个部门发布4.9万余条，非气象部门2016年发布73条、2017年183条、2018年469条、2019年1247条，逐年成倍增长。气象部门预警信号占总量的95%以上，排名前三的预警信号类型依次为雷电、大雾、暴雨，以暴雨灾害对社会经济和人民生命安全影响最为严重。暴雨预警累计发布量7 770条(图8a)，2016—2019年分别为1 871条、1 803条、1 744条、2 352条，与年平均夜间暴雨降水量、日数变化一致。4 a累计逐小时暴雨预警发布显示(图8b)：22时暴雨预警发布量531条最高，集中在21时—次日4时。夜间(20—08时)暴雨预警占全天比例高达65%，略高于夜雨率。地质灾害气象风险、滑坡、泥石流、山体崩塌等地质灾害类预警信号累计发布1 149条，2016—2019年分别为41条、124条、250条、734条，其增长倍率远高于暴雨发布量，除了与气候异常背景下极端天气增多，引发次生灾害等因素有关，还与本省近年来逐步完善的预警发布机制紧密相关——省、市、县三级气象部门大力推进业务运行和拓展国突系统在外部门应用工作，建立多部门预警联动机制，并与国突系统的接入部门签订了“框架协议”、“战略合作协议”、“国突使用协议”。

图8 2016—2019年贵州省暴雨预警信号逐年发布量(a)与年累计逐小时发布量(b)

12379短信、10620121短信、微信、微博等常规渠道推送全部类型和级别的预警信号，而“绿色通道”、“三个叫应”专门针对高级别暴雨预警、重大预报预警和重要雨情服务，是独具贵州特色的超常规气象服务模式。2015年，贵州省气象局联合通信管理局，建立气象红色预警信息快速发布机制和夜间、节假日等重点时段发布机制，基于电信、移动、联通3大基础通信运营企业，启动分区全网发布暴雨红色预警信息“绿色通道”。2016—2019年间，通过该渠道发布的暴雨红色预警信号服务共784次，20—08时段647次，针对夜间大暴雨级别的预警服务占比高达82.5%，日间预警服务工作量还不到1/5。晴隆暴雨红色预警共发布24次居首，20—08时发布量占比75%，其次为织金22次，但夜间发布量高达95%。“三个叫应”服务机制自2010年建立，分为内部叫应和外部叫应，能确保在发生强降水时以电话通知的方式，将预警信息点对点传递到县、乡、村三级行政负责人和相关部门。“三个叫应”是防灾减灾最有效快捷的渠道。

“绿色通道”和“三个叫应”机制运行以来，因精准的夜间暴雨服务而减少经济损失、提前撤离避免人员伤亡，每一次的叫应、预警，都为防灾救灾、转移群众赢得了宝贵时间，最大限度地降低暴雨、山洪地质灾害损失。

5 结论与讨论

基于贵州1961—2019年81个站点逐日20—20时、20—08时降水量数据，得到贵州59 a夜间降水和夜间暴雨时空分布特征及M-K趋势分布情况，并总结了近4 a夜间暴雨预警信号发布数据服务现状。得出以下结论：

①贵州省夜雨和夜间暴雨现象显著。夜雨率均值高达62%，5—9月夜间暴雨集中，约占全年的91%，6月为高发期。贵州省西南部降水总量高，夜雨比例高，夜间暴雨比重高，是防灾减灾预警服务中重点关注区域。

② 近59 a全省整体上夜间降水量减少，但夜间暴雨现象越来越突出，灾害性天气愈加频繁。遵义市南部夜间降水量显著减少，但需注意道真、桐梓、湄潭夜间强降水引发的山洪地质灾害。黔东南和毕节中、西部地区夜间降水偏少，但降水强度有增大的趋势，未来需多关注夜间降水，增强夜间暴雨监测及服务能力。

③贵州省暴雨预警发布集中在21时—04时，22时发布量最大。夜间暴雨预警占全天比例高达65%，略高于夜雨率。地质灾害气象风险、滑坡、泥石流、山体崩塌等地质灾害类预警信号发布量增长倍率远高于暴雨，气候异常背景下极端天气增多更易引发次生灾害，而逐步完善预警发布机制有利于推进预警信号服务。

贵州致灾严重的大暴雨预警(红色级别)信号82%以上出现在夜间(20—08时)，气象部门需针对各级应急责任人实时提供重大雨情提醒、紧急雨情警报等服务信息，基层人员需要24 h×7值班值守，服务效果虽然显著，但汛期连续的应急保障服务人力不足，工作压力很大。在面对未来气候变化背景下不断增加的极端天气过程，除现有人工服务模式外，亟待探索更为精准、快速、智能的预警发布服务模式。贵州省级预警信息发布中心正在推广应用的“微信预警机器人”和“12379智能语音呼叫系统”，作为夜间预警、叫应自动化的实时服务典范辅助渠道，在基层预警的传播服务效果正在凸显。

贵州省突发事件预警信息发布体制逐步完善，气象部门涵盖的暴雨灾害预警发布量大，但自然资源局、应急管理局发布的地质灾害类预警发布量还是偏少。地质灾害较为严重的六盘水市，除受降水驱动影响外，地质原因影响也很大，建议除暴雨预警服务外，增加地质灾害类的预警发布需求研究。