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

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1、2003～2015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(duì)老百姓的生命財(cái)產(chǎn)安全也構(gòu)成了威脅。上海作為長(zhǎng)三角城市群第一大城市，同樣需要面對(duì)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(cè)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(duì)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(duì)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

2、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(zhǎng)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(shì)。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(duì)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(duì)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

3、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2003～2015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(duì)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(duì)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(duì)值并不能很好的表現(xiàn)降水分布特征。參考其對(duì)降水標(biāo)準(zhǔn)化處理的方式對(duì)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(duì)雨量分布特

4、征。標(biāo)準(zhǔn)化步驟如下。 　　Rni=（Pni-Pn）/σn 　?。╪=2003，，2004，，2014，2015；i=1，2，，11）， 　　其中n指向不同年份；i指向不同測(cè)站；Rni就是為所求站點(diǎn)i第n年6～9月份午后短時(shí)強(qiáng)降水相對(duì)雨量；Pni為站點(diǎn)i第n年6～9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)6～9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)6～9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(duì)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

5、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(duì)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(duì)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(duì)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?，所以潛熱通量較低，地表熱量主要以感熱通量和長(zhǎng)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(duì)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)

6、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(chǎng)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2003～2015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14：00～18：00時(shí)之間。選取年平均相對(duì)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(duì)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6～9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）

7、。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15：00～16：00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(duì)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(duì)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15～16時(shí)，滯后氣溫峰值一個(gè)時(shí)次。 　　4結(jié)論 　　

8、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。 　?。?）一年中，上海地區(qū)午后短時(shí)強(qiáng)降水主要發(fā)生在6～9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(shì)和太陽輻射變化是造成這種時(shí)間分布的主要原因?！。?）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(chǎng)在城市地區(qū)輻合。這一切都有利于城市地區(qū)對(duì)流的發(fā)生發(fā)展。

9、 　　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(duì)流天氣特征統(tǒng)計(jì)分析.大氣科學(xué)研究與應(yīng)用，2007（32）：84～91. 　　【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）：1260～1267. 　　【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(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，36（4）：588～594. 　　【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）：475～483. 　　【5】王喜全，王自發(fā)，齊彥斌，等.城市化與北京地

10、區(qū)降水分布變化初探.氣候與環(huán)境研究，2007，12（4）：489～495. 　　【6】陳雷，戴建華，汪雅.近10a長(zhǎng)三角地區(qū)雷暴天氣統(tǒng)計(jì)分析.暴雨災(zāi)害，2015，34（1）：80～87. 　　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

11、 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.