2003～2015年上海地區(qū)夏季午后短時(shí)強(qiáng)降水特征

20032015年上海地區(qū)夏季午后短時(shí)強(qiáng)降水特征1引言近年來，強(qiáng)降水造成的城市內(nèi)澇災(zāi)害事件常有發(fā)生。這些強(qiáng)降水所形成的災(zāi)害不僅嚴(yán)重影響了正常的生產(chǎn)生活，同時(shí)對老百姓的生命財(cái)產(chǎn)安全也構(gòu)成了威脅。上海作為長三角城市群第一大城市，同樣需要面對這個(gè)問題。譬如2015年6月17日當(dāng)天，上海局部雨量超過了200 mm，近200個(gè)測站雨量超過100 mm。這給居民出行帶來了嚴(yán)重的不便。目前，已有一些學(xué)者針對上海地區(qū)強(qiáng)降水天氣展開了相關(guān)的氣候研究。楊露華等【1】指出2001年以后上海地區(qū)的強(qiáng)對流天氣增多，而且出現(xiàn)次數(shù)最多的是短時(shí)強(qiáng)降水。賀芳芳等【2】指出自1995年以來，上海地區(qū)的暴雨逐漸向雨強(qiáng)、時(shí)間短、范圍小的特點(diǎn)發(fā)展。其中靜止鋒容易形成長時(shí)間的暴雨，暖區(qū)暴雨則是上海地區(qū)夏季形成短時(shí)強(qiáng)降水的主要天氣形勢。胡艷等【3】指出，上海地區(qū)雷暴日有6年的周期振蕩。并且城市以及城鄉(xiāng)交界處發(fā)生雷暴的概率增加。梁平等【4】的研究也證實(shí)夏秋兩季上海地區(qū)雨量的空間分布呈現(xiàn)明顯的城市雨島特征。由于資料的局限性，以往的研究結(jié)論多是針對日降水量或?qū)σ恍┨囟ㄟ^程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用高時(shí)間分辨率降水資料，研究上海地區(qū)夏季午后這一特定時(shí)間段的短時(shí)強(qiáng)降水特征還比較少。為此，筆者選取上海地區(qū)11個(gè)站點(diǎn)小時(shí)降水資料對午后短時(shí)強(qiáng)降水進(jìn)行分析，探究上海地區(qū)夏季午后短時(shí)強(qiáng)降水的時(shí)空分布特征，并解釋這種分布的原因，以期為今后城市防汛減災(zāi)提供參考。2資料說明和短時(shí)強(qiáng)降水標(biāo)準(zhǔn)筆者使用的資料為20032015年上海地區(qū)11個(gè)站點(diǎn)的小時(shí)降水資料和小時(shí)溫度資料。站點(diǎn)具體分布狀況如圖1所示。由于獲取的數(shù)據(jù)已經(jīng)進(jìn)行了質(zhì)量控制，因此可以直接對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。按照中央氣象臺(tái)的定義可知：站點(diǎn)小時(shí)雨量大于或等于20 mm時(shí)，記為一次短時(shí)強(qiáng)降水。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，對上王喜全等【5】在研究城市化與北京地區(qū)降水分布變化時(shí)指出，降水受到大氣環(huán)流等多種因素影響，年變化比較大。因此直接比較站點(diǎn)的絕對值并不能很好的表現(xiàn)降水分布特征。參考其對降水標(biāo)準(zhǔn)化處理的方式對表2進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，并得出上海地區(qū)午后短時(shí)強(qiáng)降水年平均相對雨量分布特征。標(biāo)準(zhǔn)化步驟如下。Rni=（Pni-Pn）/σn（n=2003，2004，2014，2015；i=1，2，11），其中n指向不同年份；i指向不同測站；Rni就是為所求站點(diǎn)i第n年69月份午后短時(shí)強(qiáng)降水相對雨量；Pni為站點(diǎn)i第n年69月份午后短時(shí)強(qiáng)降水實(shí)際雨量；Pn為第n年11個(gè)站點(diǎn)69月份午后短時(shí)強(qiáng)降水平均雨量，σn為第n年11個(gè)站點(diǎn)69月份午后短時(shí)強(qiáng)降水雨量標(biāo)準(zhǔn)差。如圖3所示，午后年平均相對雨量的正值主要位于市區(qū)、浦東、閔行、寶山和嘉定，表明這些地區(qū)的短時(shí)強(qiáng)降水雨量較全市偏多。尤其是在市區(qū)和浦東，午后短時(shí)強(qiáng)降水雨量遠(yuǎn)高于上海其他地區(qū)，這與強(qiáng)降發(fā)生水次數(shù)有很好的對應(yīng)關(guān)系。同時(shí)也可以看到，正值區(qū)域正好是行政劃分中的中心城區(qū)以及近郊，說明城市效應(yīng)對上海地區(qū)午后短時(shí)強(qiáng)降水的時(shí)空分布有重要影響。為此，從熱力和動(dòng)力方面給出一定的解釋。熱力方面，城市下墊面對短波輻射的反射較少，因此吸收了大量的太陽輻射。又因?yàn)槌鞘械乇淼乃可伲詽摕嵬枯^低，地表熱量主要以感熱通量和長波輻射的形式加熱上層大氣。再配合局地人為熱的排放，形成了城市熱島。這加強(qiáng)了城市地區(qū)大氣的不穩(wěn)定層結(jié)，有利于熱對流的產(chǎn)生。同時(shí)熱島環(huán)流與上海地區(qū)夏季午后的海風(fēng)相互耦合，增強(qiáng)了城市地區(qū)的輻合上升運(yùn)動(dòng)以及向城市地區(qū)的水汽輸送，有利于城市地區(qū)強(qiáng)降水的發(fā)生。動(dòng)力方面，城市地區(qū)的地表粗糙度大，風(fēng)在經(jīng)過城市時(shí)會(huì)消耗一些能量，風(fēng)速減慢。這就造成風(fēng)場在城市地區(qū)的輻合上升，有利于降水形成。3.3日變化特征考察20032015年上海地區(qū)午后短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生次數(shù)日變化。如表3所示，上海地區(qū)夏季午后短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生的時(shí)間段主要集中在14：0018：00時(shí)之間。選取年平均相對雨量大于300的3個(gè)站點(diǎn)，即徐家匯，浦東和閔行站點(diǎn)的平均值代表城市，記為城市站；選取年平均相對雨量小于200的4個(gè)站點(diǎn)，即松江，金山，南匯和崇明站點(diǎn)的平均值代表非城市，記為鄉(xiāng)村站；【6】繪制69月午后短時(shí)強(qiáng)降水平均發(fā)生次數(shù)圖（圖4a）和2 m平均氣溫曲線（圖4b）。從圖中可以知道，上海地區(qū)的小時(shí)最高氣溫出現(xiàn)在中午14時(shí)左右，城市和鄉(xiāng)村約有0.7 的溫差。午后短時(shí)強(qiáng)降水平均發(fā)生次數(shù)，城市站和鄉(xiāng)村站都在15：0016：00時(shí)達(dá)到最值，但是城市地區(qū)的變化幅度較大。結(jié)合兩張圖可以看到，上海地區(qū)夏季午后短時(shí)強(qiáng)降水次數(shù)與局地氣溫有著很好的對應(yīng)關(guān)系。盛夏時(shí)節(jié)，太陽輻射在中午達(dá)到最強(qiáng)，地面溫度在14時(shí)達(dá)到最高。所以盛夏時(shí)節(jié)的午后最容易形成不穩(wěn)定層結(jié)，產(chǎn)生強(qiáng)對流【6】。城市熱島增加了這種不穩(wěn)定的程度，因此城市地區(qū)出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水的次數(shù)更多?？紤]強(qiáng)降水由生成到成熟需要一段發(fā)展時(shí)期，所以短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生次數(shù)峰值出現(xiàn)在1516時(shí)，滯后氣溫峰值一個(gè)時(shí)次。4結(jié)論通過分析上海地區(qū)11個(gè)站點(diǎn)小時(shí)降水資料，研究上海地區(qū)夏季午后短時(shí)強(qiáng)降水的時(shí)空分布關(guān)系，得到如下結(jié)論。（1）一年中，上海地區(qū)午后短時(shí)強(qiáng)降水主要發(fā)生在69月份，其中最為頻發(fā)的是7、8兩個(gè)月。一天中，午后短時(shí)強(qiáng)降水主要發(fā)生在14時(shí)之后。大尺度環(huán)流形勢和太陽輻射變化是造成這種時(shí)間分布的主要原因。（2）不管是午后短時(shí)強(qiáng)降水的發(fā)生次數(shù)還是累計(jì)雨量。上海地區(qū)夏季午后短時(shí)強(qiáng)降水都在市區(qū)和浦東地區(qū)呈現(xiàn)一個(gè)高值中心。城市化帶來的高溫有利于局地不穩(wěn)定層結(jié)的發(fā)展。同時(shí)熱島環(huán)流與海風(fēng)的耦合增大了城市地區(qū)的輻合上升運(yùn)動(dòng)和水汽輸送。地表的高粗糙度也使得風(fēng)場在城市地區(qū)輻合。這一切都有利于城市地區(qū)對流的發(fā)生發(fā)展。參考文獻(xiàn)：【1】楊露華，尹紅萍，王慧，等.近10年上海地區(qū)強(qiáng)對流天氣特征統(tǒng)計(jì)分析.大氣科學(xué)研究與應(yīng)用，2007（32）：8491.【2】賀芳芳，趙兵科.近30年上海地區(qū)暴雨的氣候變化特征.地球科學(xué)進(jìn)展，2009，24（11）：12601267.【3】胡艷，端義宏.上海地區(qū)雷暴天氣的氣候變化及可能影響因素.中國海洋大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，36（4）：588594.【4】梁萍，丁一匯，何金海，等.上海地區(qū)城市化速度與降水空間分布變化的研究關(guān)系.熱帶氣象學(xué)報(bào)，2011，27（4）：475483.【5】王喜全，王自發(fā)，齊彥斌，等.城市化與北京地區(qū)降水分布變化初探.氣候與環(huán)境研究，2007，12（4）：489495.【6】陳雷，戴建華，汪雅.近10a長三角地區(qū)雷暴天氣統(tǒng)計(jì)分析.暴雨災(zāi)害，2015，34（1）：8087.Abstract： The characteristics of spatial and temporal distributions of the short-time heavy rainfall in Shanghai region in the summer afternoon from 2003 to 2015 was studied by using the hourly rainfall data from 11 weather stations. The results showed that：short-time heavy rainfall mainlyoccurredduring June to September， especially during14 to 18pm.Results indicated that the rainfall mainly depended on the weather situations and the sun"s radiation. Besides that， there was a good corresponding relation between the occurrence frequency of short-time heavy rainfall and urbanization. The impacts of urbanization increased frequency of occurrence of short-time rainfall in downtown area.