刘洋，李韵婕，王世强，黄照亮，何晓云

（1.珠海市公共气象服务中心，广东珠海 519000；2.珠海市气象局，广东珠海 519000）

珠海市位于华南沿海，强降水多发，经常造成重大的经济损失，如2018年8月11日，珠海机场出现局地强降水，小时雨量高达112.3 mm，进出港航班受阻，航班大面积延误，旅客大量滞留。目前关于珠海市降水特征大多都是基于珠海市国家观测站单站的日降水量资料开展的，对于全市区域精细化降水特征还未有专项研究［1-4］。随着精细化气象预报服务的逐步开展，对于降水的预报能力要求也越来越高，关于降水精细化特征了解的需求也越来越迫切。近年来，随着气象自动观测站网的不断完善及卫星资料种类的增多和分辨率的提高［5］，许多学者从降水时空 分 布［6-8］、极 端 降 水［9-10］、降 水 日 变化［11-12］、降水持续性［13］、降水峰值［14］等多个角度对精细化降水的特征进行了研究。通过这些研究，有利于了解不同区域的降水特征、加深对于降水机理的认识，并为订正和改进数值模式预报提供参考。

本研究利用珠海市全市自动站的逐时降水资料，分析年降水量分布、强降水和降水日变化等方面的特征，从更精细化的时间和空间尺度揭示珠海市降水特征，这对于更好地了解珠海市的气候特征、降水变化规律和提升精细化降水预报水平都有重要意义。

1 资料和方法

1.1 资料

珠海市自动气象监测网络从1997年1月开始逐步布设，现已基本覆盖珠海市各个乡镇，并积累了大量的降水资料，但各个站点建站时间不统一，数据质量参差不齐。本研究挑选具有区域代表性、数据质量高的21个站点（图1），选取2010—2018年的逐时降水资料，利用时间一致性、空间一致性［15］、区域临界值等方法进行分析质控，最终得到数据质量高、可靠性好的资料。

从地理位置和地形特征来看，珠海市位于珠江口西侧，区域内地形复杂，海岛众多。东部地区主要以丘陵、山地地形为主，海拔较低；西部地区中部较为平坦，南北两侧均有高山存在。为方便研究，本研究将珠海市陆地区域分为东部、西北部和西南部3部分来分析，其中西北部和西南部可统称为西部；海岛区域由于没有长时间、数据质量高的观测站点，故不做讨论。从选取的自动站分布来看，各个区域内站点分布极不均匀：东部区域面积狭小，站点稠密，共有站点11个；西北部和西南部区域面积大，站点稀疏，分别只有4和6个。

图1 珠海市自动站分布

1.2 方法

1）降水季节划分。

按照降水量和降水性质的不同，可将全年分为前汛期（4—6月）、后汛期（7—9月）和非汛期（1—3月和10—12月）。前汛期降水属于锋面降水；后汛期降水则是受低纬热带地区天气系统引起的［16］；非汛期降水量小，属于少雨期。

2）降水时次和短时强降水的定义。

定义时降水量≥0.1 mm的时次为降水时次，时降水量≥20 mm为短时强降水时次。由于本研究使用的降水资料为整点时降水资料，会导致部分1 h滑动的降水量被划分到2个时次，故统计的短时强降水时次和极端降水量均低于实际1 h滑动值。

3）年降水分布特征分析。

为分析珠海市年降水量的时空分布特征，在对年降水量资料标准化处理后，进行了EOF分析（经验正交函数分解）。EOF分析方法可以揭示降水分布的主要模态，已在气象领域得到广泛的应用［17-18］。

2 年平均降水量总体特征

图2为珠海市年平均降水量和降水时数分布图。从其分布来看，降水量和降水时数的大值区域基本都在西北部，东部和西南部较少但个别地区仍是降水中心。东部地区的降水量分布较为均匀，大值在1 600～1 700 mm，降水时数却呈现南少北多的特征，尤其在北部地区，降水时数达到750 h以上；西部地区存在3大降水中心，分别在西部沿海、西北部区域东侧和西南部区域南侧，降水量达到1 800 mm以上，同时也是全市的降水中心，降水时数基本在750 h以上。

图2 珠海市年降水量分布（单位：mm）（a）和降水时数分布（单位：h）（b）

通过珠海市年降水量的分布（图2a）与地形（图1）对比，可以发现两者有着密切的关系。珠海市属于亚热带季风气候，汛期风向以西南风和东南风为主，区域内地形复杂，迎风坡降水效应明显。东部地区的山地众多，但山脉的海拔高度较低，故无明显的降水中心；西部沿海地处黄茅海东侧，在西南地区亦属于迎风坡地形，有利于强降雨发生；西北地区北部和东部为河谷地形，对于降水云系的加强也十分有利；西南地区中部类似东-西向通道的地形，气流通畅，降水量较少；西南地区南部珠海机场站则处于东南气流影响时迎风坡的位置，极端降水多发。

3 年降水量时空分布特征

对珠海市2010—2018年年降水量标准化处理后，进行EOF分析得到特征向量场。图3为第1和第2特征向量场的空间分布特征（图3ab）及对应的时间系数序列（图3c-d），均通过特征值误差范围的显著性检验［19］。第1特征向量场的方差贡献率为56.3%，其空间分布（图3a）呈全区一致性负值，仅西南地区中部较小；其时间系数（图3c）在2010—2015年为正值，2016—2018年为负值。第2特征向量场的方差贡献率为21.5%，其空间分布（图3b）在西部地区自西向东呈现“正-负-正”的特征，东部地区则自南向北呈现“负-正-负-正”的特征；其时间系数（图 3d）在 2010—2013年波动明显，在2014—2018年则基本为0，说明近年第2特征向量并不显著。

图3 珠海市年降水量EOF空间分布（a、b）和时间系数（c、d）

4 强降水分布特征

珠海市三面环海，水汽供应充足，强降水多发，且往往伴有雷电、大风等灾害性天气。从珠海市年平均短时强降水（20≥mm／h）频次（图4a）和小时最大降水量（图4b）分布可以看出，不同地区强降水的分布特征。其中，东部地区短时强降水时数分布较为均匀，基本都在14 h以下，小时最大降水量呈现从沿海到内陆减小的特征，沿海地区可达100 mm／h以上；西北地区短时强降水时数呈现南多北少的分布特征，但是小时最大降水量却是北侧明显大于南侧；西南地区年平均短时强降水时数中部较少，西部和南部较多，最大时降水量也是呈现沿海到内陆逐渐减少的特征。

图4 年平均短时强降水频次（a）和小时最大雨量（单位：mm·h-1）（b）的分布

5 降水日变化分布特征

对珠海市站点的小时资料数据进行区域平均，分析不同降水时期降水的日变化特征（图5），由图5可以看到，珠海市的降水概率日变化在各降水时期均呈现“单锋单谷”的特征。前汛期日降水概率峰值时段在凌晨至午后（04：00—15：00（北京时，下同）），峰值可达 13.5%，谷值时段出现在午夜（23：00—02：00），降水概率仅有8.2%；后汛期日降水概率较前汛期整体偏低，峰值时段出现在早晨至中午（07：00—14：00），峰值为 13.3%，谷值时段出现在傍晚（17：00—20：00），仅有7.5%；在非汛期，降水概率较低，变化范围在5%～8%之间，凌晨到早晨（02：00—08：00）较大。

图6为珠海市前汛期和后汛期降水日概率峰值时刻分布。在前汛期（图6a），南部地区的峰值时刻在 05：00—07：00，而北部地区则为 09：00—12：00，全市呈现北部峰值时刻较南部偏晚的特征；而在后汛期（图6b），此特征只西部地区较为明显，东部地区的峰值时刻较为接近。整体而言，前汛期的日降水概率峰值较后汛期偏早2～3 h。

图5 珠海市不同降水时期降水概率日变化

图6 珠海市前汛期（a）和后汛期（b）降水概率峰值（%）时刻分布

珠海市降水日变化的这些特征与Chen等［20］利用TRMM卫星资料得出的“5—6月清晨降水控制着中国东南部大部分地区，7—8月午后降水愈发强盛并控制了华南大部分地区，而清晨降水范围显著缩减。”结论较为接近。这可能是由于珠海市位于华南沿海，由低层风场日变化引起的凌晨至上午的降水［21］较华南内陆地区更为明显。

6 结论

1）珠海市年平均降水量存在3个大值中心，分别在西部沿海、西北地区东部和西南地区南部；除东部地区北部外，其他区域降水时数与降水量分布基本一致。

2）年降水量空间EOF分析显示，第1模态场占方差贡献的56.3%，呈“全区一致”型；第2模态场占方差贡献的21.5%，呈“东部南-北、西部东-西”型。

3）短时强降水（20≥mm／h）时数大值区域主要在西部地区；极端小时降水大值区域在东部和南部沿海，都在100 mm以上。

4）前汛期和后汛期降水概率日变化均呈现单峰特征，前汛期降水概率高于后汛期。

5）前汛期日降水概率峰值时刻呈现北部晚于南部的分布特征，后汛期此特征只在西部地区较为明显；前汛期的日降水概率峰值时刻较后汛期偏早2～3 h。

关于珠海市降水的精细化特征研究，揭示了珠海市的降水规律，对于提高气象预报水平有一定意义。但由于自动站数量和资料质量的限制，本研究只是初步揭示了珠海市的降水特征，关于地形以及海陆风对降水的影响，还需要更精细的资料来揭示。同时，对于降水日变化特征形成的机理研究还不够深入，仍需进一步开展。