长沙地区暴雨气候特征分析及个例研究

宋伟++李诚

摘要 对长沙地区长沙站、宁乡站、浏阳站和马坡岭站4个站点的1981—2015年暴雨资料进行统计分析，结果表明，出现暴雨日数最多的是宁乡站，其次是马坡岭站。长沙地区春季、夏季、秋季和冬季暴雨日数分别占全年总暴雨日数的28.9%、58.5%、10.4%和2.1%。其中6月暴雨日数最多，占夏季总暴雨日数的54.1%，为全年总暴雨日数的30.9%。近35年来，长沙地区年暴雨日数呈增多趋势，气候倾向率为1.29 d/10年。春季、夏季、秋季和冬季暴雨日数整体均处于增多趋势，这与长沙近35年暴雨日数变化趋势一致，气候倾向率分别为0.83、1.07、0.17、0.08 d/10年，并以夏季增多最为明显。选取长沙市暴雨天气个例进行分析，得出暴雨主要影响系统，且水汽、动力等物理量均与暴雨有着很好的对应关系。

关键词 暴雨；气候特征；个例；天气系统；雷达产品；卫星云图；湖南长沙

中图分类号 P426.61+4 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）19-0188-04

Abstract Statistical analysis of rainfall data of the 4 stations（Changsha Station，Ningxiang Station，Liuyang Station and Mapoling Station）in Changsha area from 1981 to 2015 was conducted. The results showed that there were the most torrential rain days in Ningxiang Station，and the least torrential rain days in Mapoling Station. The torrential rain days of spring，summer，autumn and winter in Changsha area respectively accounted for 28.9%，58.5%，10.4% and 2.1% of the annual total torrential rain days. The maximum monthly torrential rain days was in June，accounting for 54.1% of the total torrential rain days in summer and 30.9% of the annual total torrential rain days. In recent 35 years，the torrential rain days in Changsha area was increasing，and the climate tendency rate was 1.29 d per 10 years. The torrential rain days in spring，summer，autumn and winter showed a increasing trend，which was consistent with the change trend of torrential rain days in recent 35 years in Changsha area，and the decadal climate tendency rates were 0.83 d，1.07 d，0.17 d and 0.08 d.The torrential rain days increased the most obviously in summer. The torrential rain weather case in Changsha City was analyzed，and the main effect system was concluded，it showed that there was fine correspondence between torrential rain and physical quantities，such as water vapor，dynamic，etc.

Key words torrential rain；climate feature；case；weather system；radar product；satellite cloud image；Changsha Hunan

长沙位于中国中南部的长江以南、湖南省的东部偏北地区，地处湘江下游和长浏盆地西缘，属洞庭湖平原的南端向湘中丘陵盆地过渡地带。长沙地区属亚热带季风性湿润气候，年平均气温16.8～17.3 ℃，年均降水量1 358.6～1 552.5 mm，光热资源丰富，降水充沛，雨热同期，夏初雨水较多，是我国多雨区之一。长沙特殊的地理位置，除受到西风带系统影响外，还常受到台风和东风波等系统的影响，多暴雨天气出现。每年的4—6月，冷暖空气频繁交汇，极易形成强降水天气，而7—9月经常受台风、东风波等热带天气系统的影响，形成暴雨天气，暴雨常常造成洪涝，并衍生泥石流、滑坡等地质灾害，给人民群众生命财产和国民经济带来重大损失[1]。暴雨的研究和预报一直受到政府及气象部门的高度重视，多年来，气象学家们从不同方面对暴雨进行了研究：李梦婕等[2]对湖南暴雨洪涝灾害损失的时空特征进行了分析，并初步探究了湖南洪涝灾害格局的影響因子，认为湖南暴雨洪涝灾害整体呈加重趋势，暴雨洪涝灾害损失变化受自然因素和社会因素共同影响；张新主等[3]从地形、低空气流和水汽条件等方面分析了湖南省近10年暴雨时空分异特征；肖媚[4]利用Morlet小波分析法、Mann-Kendall非参数检验法等深入研究了湖南省暴雨空间分布及时间变化特征，并对产生湖南暴雨的典型大气环流特征进行统计分析；黄小玉等[5]认为，湖南汛期暴雨可分为低槽暴雨和切变线暴雨2类，切变线暴雨又可分为冷式切变线暴雨和暖式切变线暴雨，不同类型暴雨的雷达回波结构特征具有明显的区划；陈 勇等[6]采用趋势系数、相似系数等方法研究了近60年长沙雨日及降水量的气候变化，得出长沙年雨日呈减少趋势，减少幅度为2.0 d/10年，且雨日长期趋势变化有明显的空间差异。总的看来，大部分研究主要是针对湖南省暴雨的大范围研究，对长沙地区暴雨气候特征的研究较少，资料缺乏。鉴于这些情况，本文利用1981—2015年长沙市4个站点的暴雨资料分析长沙暴雨地理、时间分布特征，并选取暴雨天气过程个例，综合分析其发生时的天气系统、物理条件等，以期为今后暴雨预报和预警提供一些预报信息。

1 资料与方法

选取长沙地区长沙站、宁乡站、浏阳站和马坡岭站4个站点的1981—2015年暴雨资料，采用趋势系数分析法等对长沙地区年、季、月暴雨空间、时间分布特征进行分析，并通过选取的暴雨个例进行分析，深入了解暴雨发生时的天气系统、物理量条件等。

2 长沙暴雨的空间分布特征

2.1 暴雨总日数的空间分布

经统计1981—2015年长沙地区4个测站的年平均暴雨日数为3.7～4.1 d，长沙站和浏阳站为3.7 d，最多的宁乡站为4.1 d。一年中测站出现最多的暴雨日可达12 d（宁乡站、马坡岭站），个别年份未出现暴雨天气，1991年马坡岭站暴雨日数为0 d。因此，可将35年各测站暴雨日数累加得到暴雨总日数来反映长沙地区暴雨分布情况。

2.2 各季暴雨总日数的空间分布

根据气候季节的划分标准，统计长沙4个测站春季（3—5月）、夏季（6—8月）、秋季（9—11月）、冬季（12月至翌年2月）暴雨总日数地域分布，分析不同季节暴雨空间分布的气候特征。

近35年中春季长沙地区暴雨日最少的是浏阳站，为27 d；暴雨日最多的是宁乡站，为40 d。3月长沙站出现暴雨日最少，仅为1 d，宁乡站和马坡岭站最多，分别出现4 d。4月各测站暴雨日均超过10 d以上，其中宁乡站和马坡岭站最多，分别达到了16 d；浏阳站最少，为11 d；长沙站为12 d。5月各台站暴雨日数均出现上升，宁乡站、马坡岭站均达到了20 d，长沙站和浏阳站分别为16、14 d。春季暴雨日数地区分布特征表现为东少、西多，这与春季暴雨的主要影响系统密切相关。夏季孟加拉湾和南海暖湿水汽不断输送至湖南省，冷锋低槽引导南支槽不断东移，切变南压、西南低涡或东移对长沙地区造成影响，并受到台风、东风波影响，是长沙暴雨集中出现期；其中6月出现暴雨日数最多，宁乡站、马坡岭站分别达到了38 d，长沙站和浏阳站最少，为35 d；7月浏阳站出现暴雨日数最多，为21 d，其余3个站均为19 d；8月暴雨日数开始减少，浏阳站出现日数最多，为14 d，剩下3个站均达到12 d。长沙地区夏季暴雨总日数最多的是马坡岭站，为69 d，其余3个站均为67 d，说明夏季长沙各测站暴雨日数差异不大。进入秋季，长沙暴雨日数明显减少，与春季暴雨日数相反，秋季暴雨总日数最多的是浏阳站，达到16 d，最少的是宁乡站和长沙站，均为11 d；9月4个台站中以长沙站出现暴雨日数最多，达到8 d，其次是浏阳站，为6 d，10月降水显著减少，暴雨日数最多为2 d，为马坡岭站和宁乡站，浏阳站和长沙站分别出现了1 d，11月较10月暴雨日数又有所增多，出现暴雨日数最多的是长沙站和浏阳站，分别达到6 d，最少的是马坡岭站，为4 d。长沙冬季也有暴雨出现，但暴雨日数极少，宁乡站、浏阳站分别出现了3 d，长沙站和马坡岭站均为2 d；其中1月未出现暴雨天气，2月各测站分别出现了1 d暴雨日数，12月宁乡站和马坡岭站暴雨日数各为2 d，长沙和浏阳各为1 d。

3 长沙暴雨的时间分布特征

3.1 年暴雨日数

近35年来长沙地区总暴雨日数为470 d，其中有4个年份年暴雨日数≤4 d，分别出现在1985年、1991年、2003年和2007年，2007年最少，仅为2 d；有4个年份年暴雨日数 ≥25 d，分别出现在1998年、1999年、2004年和2010年，1998年最多，达到了36 d，1999年次之，为34 d；最多年份较最少年份偏多34 d。近35年来，长沙地区年暴雨日数呈增多趋势（图1），气候倾向率为1.29 d/10年；从年暴雨日数年代际变化（表1）来看，20世纪80年代为少暴雨时期，90年代期间暴雨日数出现了明显的增多趋势，进入21世纪后长沙年暴雨日数与90年代相比又有所下降，但仍较80年代偏多15 d。

3.2 季暴雨日数

长沙地区春季暴雨日数占全年总暴雨日数的28.9%；其中3月暴雨总日数为11 d；进入4月后，暴雨日数迅速增多，達到了55 d；5月暴雨天气较4月又有一定增加，暴雨总日数达到了70 d。夏季暴雨总日数占全年总暴雨日数的58.5%，是全年暴雨集中发生期；其中6月暴雨日数为146 d，占夏季总暴雨日数的53.1%，为全年总暴雨日数的31.1%，是夏季及全年出现暴雨日数最多的月份；7月暴雨日数为79 d，占夏季总暴雨日数的28.7%，8月暴雨日数与4月接近，为50 d。秋季暴雨日数占长沙暴雨总日数的10.4%，其中9月暴雨日数达22 d，10月暴雨出现日数明显减少，仅有6 d，11月暴雨日数又相对增多，达到了21 d，9—11月暴雨日数都多于3月。近35年中，冬季4个台站共出现暴雨日数10 d，约占总暴雨日数的2.1%，其中1月暴雨日数为0 d，冬季暴雨多出现在12月，共出现了6 d。总的看来，夏季是长沙暴雨集中期，其次是春季，秋季更少，冬季最少。

对近35年长沙各季暴雨日数年际变化进行分析（图2）可知，春季、夏季、秋季和冬季暴雨日数整体均处于增多趋势，与长沙近35年暴雨日数变化趋势一致，气候倾向率分别为0.83、1.07、0.17、0.08 d/10年，以夏季增多最为明显。由表1可知，长沙春季暴雨日数呈持续增多趋势；夏季在20世纪90年代迅速增多，较80年代偏多40 d，但21世纪前10年又下降至近30年中最少值；20世纪90年代也是长沙秋季暴雨日数最多时期，80年代和21世纪前10年基本持平；90年代冬季未出现暴雨天气，进入21世纪后，受多种因素影响，暴雨等极端天气气候事件频发，2001—2015年共出现6 d暴雨天气。

4 长沙暴雨天气过程个例分析

2013年5月14—16日湖南省出现了一次持续性暴雨大暴雨天气过程，长沙市出现暴雨、局部大暴雨，14日8：00至16日8：00，共有44个县市累计降雨量超过50 mm，其中13个县市累计降雨量超过100 mm；据湖南省中小尺度自动站资料显示，共有1 392个站累计降雨量超过50 mm，其中327个站超过100 mm，14个站超过200 mm（图3）。

此次过程为进入2013年后的首场大暴雨，最大小时雨强为35.5 mm。暴雨发生期间，湖南省气象台在每天8：30进行内部會商，根据前一日天气实况及当天大气背景环境，对未来24 h内可能发生的强对流天气的区域和强度进行潜势预报，并于10：10由省地会商对省台分布强对流天气潜势预报进行订正修改并形成最终预报结果。通过天气会商，采用雷达、中小尺度区域气象自动站、卫星云图等手段对暴雨、强对流天气的监测情况及其发生的天气背景环境进行分析，对当时正在发生并持续或未来（6 h之内）可能发生的强对流天气的区域分类、分级发布预警，并通过气象预警喇叭、气象信息电子显示屏、高频广播、96121气象咨询电话、12121气象咨询电话、手机短信发布平台、气象网站、电视天气预报节目、有线电视气象频道等多种渠道对外发布，气象台预报员24 h坚守岗位，确保天气预警信息的及时有效发布。

4.1 环流形势

4.1.1 高空形势。5月14日20：00，500 hPa上，欧亚大陆中高纬地区呈明显的两槽一脊环流形势，日本岛东北部与贝加尔湖西部分别存在一明显的低压槽，槽东北部为高压槽，河套地区有一浅槽，江南地区具备形成西风急流的有利的条件。15日，贝加尔湖低压槽不断分裂出多个低压槽，低压槽出现持续的东移南压；与此同时，江南地区西南急流势力不断增强，携带大量水汽向暴雨区域输送。15日20：00， 500 hPa高空槽稳定位于东南沿海地区（图4），至16日8：00左右变为槽前西南气流，不断发生频繁活动，说明该地区弱冷空气活动频繁。随后高空小槽东移，西太平洋副热带高压加强并不断北抬至南海东北部，受其影响，西南风急流发展旺盛。

14日20：00 850 hPa图（图4）上，珠江口西部沿海趋于出现华南沿海急流，急流风速达到了12 m/s；同时，我国江西南部一带存在着暖式切变，风速为4 m/s。15日8：00，暖切变移向东北部并逐渐抬升至江南以北地区，切变南部的西南风加大，风度达到了12～14 m/s，西南急流持续发展。16日8：00，西南风急流风速稳定维持12 m/s，而暖式切变逐渐变冷并南压至湖南南部一带，影响长沙等地的降水逐渐减弱并停止。

4.1.2 地面形势。15日8：00，地面图上，对应的高空形势及西太平洋热带气旋持续移向西北方，到达台湾海面，随后继续向西北方移动，受其影响，地面辐合线也不断向北移动并出现抬升。15日7：00，湖南东部地区出现了稳定的地面辐合线，并产生强盛的上升气流，触发中低层切变线，近地面及中低层产生辐合对流效应，使得中尺度对流云团不断发生发展，引发了此次暴雨天气。

4.2 物理量条件

4.2.1 水汽条件。充足的水汽和源源不断的水气输送是形成暴雨、大暴雨天气的必要条件。分析此次暴雨天气850 hPa散度图和水汽通量散度图（图5）可知，15日12：00，湖南省处于负散度控制范围内，长沙市位于负散度中心，低层辐合上升运动较强；14：00，长沙市出现负的水汽通量散度值，同时有水汽辐合及相对深厚的湿气层，与地面场上大量水汽相配合，水汽浓度较高，使得暴雨强度增强。由此可见，长沙市上空低层存在辐合上升运动，且上升运动较强，并存在稳定且持续的水汽输送，大气层中水汽充沛，而且同时受不稳定层结作用，致使长沙等多地区出现了暴雨、大暴雨天气过程。

4.2.2 动力条件。14日20：00，长沙市上空500～925 hPa之间存在正的涡度区，正涡度中心位于700hPa附近，对应着低层低涡切变线右侧位置。15日8：00，在正涡度平流作用影响下，中低层正涡度区持续发展并加强，配置对流层正涡度在中低层气旋性辐合上升运动及扰动中发挥着重要作用（图6），为暴雨天气的发生发展提供了有力的动力条件。

4.3 卫星云图及雷达产品分析

分析15日雷达回波图可看出，10：00左右，湖南境内出现雷达回波，回波强度为40～50 dBZ；12：00大部分雷达回波持续发展并东移，到20：00雷达回波强度达到了50 dBZ，雷达回波继续向东移动，对应的长沙市一带出现了较强降水。16日雷达回波强度有所减弱，并逐渐移出长沙市境内，长沙强降水天气减弱并结束。由15日8：00—20：00卫星云图可看出，15日8：00，湖南东部地区出现了小块的对流云系，该云系不断加强并向东南方移动，在移动过程中对经过区域带来强降水。16日，随着云系的逐渐减弱并移出长沙境内，长沙市持续强降水天气也随之结束。

5 结语

暴雨是长沙常见的灾害行天气之一。对长沙地区长沙站、宁乡站、浏阳站和马坡岭站4个站点的1981—2015年暴雨资料进行统计分析得出，出现暴雨日数最多的是宁乡站，其次是马坡岭站；近35年中春季长沙地区暴雨日数地区分布特征表现为东少西多，春季暴雨日最少的是浏阳站，夏季长沙各测站暴雨日数差异不大，进入秋季，长沙暴雨日数明显减少，与春季暴雨日数相反，秋季暴雨总日数最多的是浏阳站，长沙冬季也有暴雨出现，但暴雨日数极少。

近35年来长沙地区年暴雨日数呈增多趋势，气候倾向率为1.29 d/10年；进入21世纪后长沙年暴雨日数与90年代相比又有所下降，但仍较80年代偏多。长沙地区春季、夏季、秋季和冬季暴雨日数分别占全年总暴雨日数的28.9%、58.5%、10.4%和2.1%，其中6月暴雨日数为146 d，占夏季总暴雨日数的53.1%，为全年总暴雨日数的31.1%；对近35年长沙各季暴雨日数年际变化进行分析可知，春季、夏季、秋季和冬季暴雨日数整体均处于增多趋势，与长沙近35年的年暴雨日数变化趋势一致，气候倾向率分别为0.83、1.07、0.17、0.08 d/10年，以夏季增多最为明显。

对2013年5月14—16日长沙市暴雨天气过程分析得出，高空低槽、西南急流和低层切变是此次暴雨过程的主要影响系统；大气层具备充足的水汽和不稳定结构，配置对流层正涡度在中低层气旋性辐合上升运动及扰动中发挥着重要作用，为暴雨天气的发生发展提供了有力的动力条件。新一代多普勒天气雷达和卫星云图可作为暴雨天气预报的有效辅助产品，能清楚地反映出中尺度对流云团和云系的发生、发展、演变过程。

6 参考文献

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