2.海河水利委员会海河下游管理局海河防潮闸管理处 天津 300452
摘要：分析结果指出，天津市2013-2016年汛期多年平均降雨量411.0 mm、平均降雨小时数133.9 h、平均雨强3.1 mm/h，北部山区为高值中心；日降雨量与雨强变化趋势基本一致，总体呈现“两峰一谷”趋势，14：00-16：00和2：00-3：00为高值区，9：00-13：00为低值区。
关键词：天津市 汛期降雨 降雨日变化 降雨持续性
1.研究区概况及数据来源
天津市位于华北平原东北部，海河流域下游，北依燕山，东临渤海，介于东经116°42′～118°04′，北纬38°34′～40°15′之间，土地总面积1.19万km2，其中平原占93.9%，山区占6.1%。地势西北高、东南低，大部分地区地势平坦，海拔在2～10 m之间，山区集中在北部地区。本文所采用的数据来自于天津市水文水资源勘测管理中心，选取2013～2016年汛期（6～9月份）记录连续性较好、空间分布相对均匀的自动监测站逐时降雨数据，共计48个站点；将每小时降雨量大于等于0.1 mm判定为有效降雨，总计25702条数据。
2.降雨空间分布特征
2.1 方法描述
根据小时降雨强度，将降雨分为4级，分别为0.1 mm/h≤R＜10 mm/h、10 mm/h≤R＜20 mm/h、20 mm/h≤R＜30 mm/h、R≥30 mm/h。依此划分，对天津市2013～2016年汛期平均降雨量、降雨小时数、雨强等进行空间分布特征分析。本文降水空间插值采用的是反距离加权法（IDW）。其计算公式如下：
其中Z是估计值，Zi是第i（i =1，2，…，n）个样本，Di是距离，P是距离的幂，它显著影响内插的结果。通过反复试验，根据均方根误差最小的标准，对幂指数进行了优化。
2.2 降雨空间分布情况
天津市2013-2016年汛期多年平均降雨量411.0 mm，高值中心位于北部山区，西北部和南部地区降雨量也较高，总体呈由西北向东南递减趋势。0.1 mm/h≤R＜10 mm/h 级别的降雨量占总数的一半，10 mm/h≤R＜20 mm/h和R≥30 mm/h 级别的降雨量高值中心为北部山区、中北部和南部地区，20 mm/h≤R＜30 mm/h 级别的降雨量高值中心分布不明显。多年平均降雨小时数133.9 h，高值中心位为北部山区，中心城区及北郊～沿海地区中部一带数值也较高，南部地区则较低。0.1mm/h≤R＜10 mm/h 级别的降雨小时数占总数的9成，R≥10 mm/h 的各级别降雨小时数高值中心与降雨量分布情况类似。多年平均雨强3.1 mm/h，高值中心位为北部和南部地区，西北部地区～中心城区南郊雨强也较大。10 mm/h≤R＜20 mm/h 级别的雨强高值中心位于中北部、东部、南部的三条分布带中，20 mm/h≤R＜30 mm/h 和 R≥30 mm/h 级别的雨强高值中心分别位于西南部地区～中心城区南郊和西北部地区～中心城区北郊一带。
2.3 空间分布特征分析
天津市北部山区降雨量多、降雨历时长、降雨强度大。这是由于暖湿气流受燕山山脉抬升，在山前迎风坡形成多雨区造成的。中心城区及其近郊降雨历时相对偏长，当R≥20 mm/h时，部分区域的降雨量、降雨历时、雨强有所增强。这与城市热岛效应相关，由于城市下垫面的粗糙度增加、地面和近地层温度增高、空气中污染物的增多，近地层的大气风温结构随之改变，在一定程度上造成短时强降雨发生频率增多。包括宝坻、武清、宁河在内的中北部地区向来为天津市的暴雨中心，当10 mm/h≤R＜20 mm/h和R≥30 mm/h时，部分区域的降雨量、降雨历时、雨强较大。该区域人为开发程度低、以田地、林地为主，河道湖泊众多，其间还有水库、湿地，存在独特的小气候，对降雨增多有一定影响。包括静海、滨海新区南部在内的南部地区降雨强度较大，当10 mm/h≤R＜20 mm/h和R≥30 mm/h时，部分区域的降雨量、降雨历时、雨强增强明显。该区域内有北大港湿地，又濒临河北省南大港湿地，与中北部地区情况类似，有小气候存在。
3.降雨变化特征
3.1 逐时降雨的日变化特征
将逐时降雨数据按一日24 h时段划分，进行降雨量、降雨小时数和雨强统计。如图1所示，天津市2013-2016年汛期多年平均日降雨量和降雨强度变化趋势基本一致，均存在明显的峰谷区，总体呈现“两峰一谷”趋势。14：00-16：00和2：00-3：00为高值锋区，9：00-13：00为低值谷区，22：00-24：00降雨量和降雨强度也较高。降雨小时数则呈现“单峰单谷”趋势，高值峰区为2：00-5：00，低值谷区为与降雨量、雨强一致，为9：00-13：00。下午和傍晚各时段降雨小时数波动不明显，在此不作为峰值区看待。
图1 天津市2013-2016年汛期多年平均日降雨量、降雨小时数和雨强变化（单站）
发生在下午的短时降水与太阳辐射加热所形成的热力趋动有关，地表加热以及局地循环使低层大气达到不稳定状态，激发局地湿对流活动，产生短时集中的降水过程。午夜的降雨过程可能与近海夏季风相关，夏季主导的季风与局地海陆循环产生的近海岸微风交汇，从而对午夜降水产生影响。李明财[1]等人对天津市1951—2007年6—8月的降水日变化做了分析，发现降雨量和降雨强度相关性高，均呈明显的双峰型，“两峰一谷”时段与本文分析结果基本吻合；降雨小时数则与降雨量变化关系不大，同样呈现“单峰型”，波形也与本文分析结果相似。
3.2 持续降雨统计
将一次降雨事件开始至结束间的小时数定义为其持续时间，并把不同持续时间降水事件分为1—3h、4—6h、7—9h、10—12h、13-15h、16-18h和大于等于19 h共7组进行统计。在降雨持续时间12h以下的4组当中，各组内的降雨量和降雨小时数在总降雨量和总小时数中占比基本一致，1-3 h约占1/2，4-6 h约占1/4，7-9 h约占1/10，10-12 h约占1/30，且平均雨强均在3.0 mm/h左右。13-15 h和16-18 h降雨量各占约6 %，降雨小时数各占约3 %，平均雨强在5.5 mm/h左右。由此可见，天津市2013-2016年的汛期降雨主要以1-6 h的短时降雨为主，此时段的降雨量、降雨时间分别占总数的73 %和78 %。从平均雨强来看，持续13-18 h的
降雨平均雨强更大。
4.结论
（1）天津市2013-2016年汛期多年平均降雨量411.0 mm、平均降雨小时数133.9 h、平均雨强3.1 mm/h，北部山区为高值中心。
（2）天津市2013-2016年汛期日降雨量与雨强变化趋势基本一致，总体呈现“两峰一谷”趋势。14：00-16：00和2：00-3：00为高值区，9：00-13：00为低值区。降雨小时数则呈现“单峰单谷”趋势，2：00-5：00为高值区，9：00-13：00为低值区。
（3）天津市2013-2016年的汛期降雨主要以1-6 h的短时降雨为主，此时段的降雨量、降雨小时数均占总数的7-8成。
天津市汛期降雨在时间和空间上分布的不均匀性与天气系统、地理位置、地形地貌和人类活动等因素密切相关，分析天津市2013-2016年汛期逐时降雨特征，对水雨情监控、水文预报乃至防汛决策都有一定的参考作用。但由于天津市汛期降雨形成机理复杂，研究资料的空间密度和时间长度有限，相关内容有待进一步研究。
参考文献：
[1]李明财，段丽瑶，杨艳娟，郭军.天津市夏季降水日变化特征.[J].气象与环境学.2009，25（6）：11-14.
[2]刘伟东，尤焕苓，任国玉，杨萍，张本志.北京地区精细化的降水变化特征.[J].气候与环境研究.2014，19（1）：61-68.
论文作者:乔 荣1,郭俊辰2
论文发表刊物:《基层建设》2018年第6期
论文发表时间:2018/5/23
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