曹經(jīng)福 楊艷娟 郭軍 陳靖

(1.天津市海洋氣象重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300074； 2.天津市氣象科學(xué)研究所，天津 300074；3.天津市氣候中心，天津 300074)

引言

IPCC第五次評(píng)估報(bào)告指出[1]，1880—2012年全球年平均溫度升高了0.65—1.06 ℃，氣候變暖背景下，地表溫度升高，水分蒸發(fā)量增大，水循環(huán)加速，導(dǎo)致極端降水事件增多，很多地區(qū)極端降水頻率及強(qiáng)度呈明顯增加趨勢(shì)。大城市受氣候變化和城市化雙重影響，區(qū)域暴雨的格局發(fā)生了明顯改變[2-4]，降水總量、頻次和強(qiáng)度等降水特征值的時(shí)空分布明顯改變[5-8]。受此影響，內(nèi)澇、風(fēng)暴潮等災(zāi)害事件頻發(fā)，給城市運(yùn)行和居民生活造成嚴(yán)重影響[9-11]。近年來(lái)，中國(guó)政府提出了海綿城市的概念，即低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建，是新一代城市雨洪管理概念，指城市能夠像海綿一樣，在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對(duì)雨水帶來(lái)的自然災(zāi)害等方面具有良好的彈性，下雨時(shí)吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時(shí)將蓄存的水“釋放”并加以利用。與傳統(tǒng)的城市排水系統(tǒng)不同，年徑流控制量和暴雨徑流的非點(diǎn)源污染控制作為海綿城市的重要指標(biāo)[11-12]，需依據(jù)精準(zhǔn)的降雨各時(shí)程降水量或降雨強(qiáng)度在時(shí)間上的分配量，即雨型。

早在20世紀(jì)40年代，有研究[13]利用實(shí)測(cè)降水資料，將降水過程劃分為7種類型，根據(jù)雨峰個(gè)數(shù)，降水過程分為3大類，即單峰型、雙峰型和均勻型，進(jìn)一步根據(jù)雨峰位置，又細(xì)化了單峰型和雙峰型兩類降雨過程，那么，7種雨型主要為單峰雨峰前置型、單峰雨峰居中型、單峰雨峰居后型、雙峰最大雨峰前置型、雙峰最大雨峰居中型、雙峰最大雨峰居后型、均勻型。Keifer和Chu[14]基于降水強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間和降水頻率3個(gè)指標(biāo)的關(guān)系，提出了芝加哥雨型，適用于不同歷時(shí)的暴雨過程。隨后，Chow[15]提出了單峰型暴雨雨型。近年來(lái)，模糊識(shí)別被廣泛用于研究降水雨型的類型，如銀磊等[16]利用模糊識(shí)別法，分析了廣州市代表雨量站的24 h暴雨雨型種類，基于此，確定了廣州市設(shè)計(jì)暴雨雨型。宋亞婭等[17]利用模糊識(shí)別理論分析了陜西典型暴雨過程。王彬雁等[18]利用模糊識(shí)別法和統(tǒng)計(jì)分析法對(duì)北京降雨過程進(jìn)行了雨型分型。國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)暴雨雨型的研究方法已開展大量研究，而暴雨雨型時(shí)空演變特征的研究相對(duì)較少[19]。成丹和陳正洪[20]采用同頻率法，分析了宜昌市設(shè)計(jì)暴雨雨型的雨峰變化特征，指出短時(shí)暴雨雨峰峰值增大，且持續(xù)時(shí)間變長(zhǎng)。黃津輝等[21]研究了1951—2004年天津塘沽設(shè)計(jì)暴雨雨型的演變，指出近27 a來(lái)暴雨雨型發(fā)生了明顯變化，可導(dǎo)致暴雨徑流出現(xiàn)洪峰提前、徑流總量升高的現(xiàn)象。

不同的雨型可影響降雨的雨峰出現(xiàn)時(shí)間[22-23]，以及降雨產(chǎn)生的徑流總量[24]，對(duì)于工程設(shè)計(jì)的徑流計(jì)算，輸入的降雨過程量應(yīng)基于當(dāng)?shù)貙?shí)際暴雨資料，選擇具有統(tǒng)計(jì)規(guī)律的暴雨雨型[21]。此外，有研究指出基于不同暴雨峰值及重現(xiàn)期對(duì)城市內(nèi)澇積水總量、峰值和面積有顯著影響。在城市排水設(shè)計(jì)和實(shí)際業(yè)務(wù)中，尤其是海綿城市建設(shè)的高要求下，掌握地區(qū)降雨過程的時(shí)空變化規(guī)律至關(guān)重要。

天津作為海綿城市示范城市之一，位于中國(guó)華北平原，東臨渤海，北依燕山，降雨空間分布不均[25-26]，同時(shí)，受氣候變化和城市化的影響，降雨格局發(fā)生了明顯的改變[27-28]。值得注意的是，天津地區(qū)降雨格局的改變，是否會(huì)導(dǎo)致雨型的時(shí)空差異還未被深入研究。為此，本文以天津短歷時(shí)暴雨為例，研究城市暴雨雨型的時(shí)空演變特征，并量化了不同暴雨雨型對(duì)城市內(nèi)澇積水的影響，旨在揭示氣候變化及城市化對(duì)暴雨雨型及其對(duì)城市內(nèi)澇程度的影響，以期為設(shè)計(jì)雨型的推算提供合理的降雨基礎(chǔ)，為海綿城市建設(shè)提供適應(yīng)氣候變化的精細(xì)化降水依據(jù)，為城市防洪排水設(shè)計(jì)和積澇預(yù)警提供科學(xué)支撐。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)域

本文以天津市為主要研究區(qū)域，天津市共16個(gè)行政區(qū)，包含市內(nèi)6區(qū)(和平區(qū)、河西區(qū)、河?xùn)|區(qū)、河北區(qū)、南開區(qū)和紅橋區(qū)，以下統(tǒng)稱為“市區(qū)”)，環(huán)城4區(qū)(西青區(qū)、北辰區(qū)、東麗區(qū)和津南區(qū))，遠(yuǎn)郊5區(qū)(薊州區(qū)、武清區(qū)、寶坻區(qū)、寧河區(qū)、靜海區(qū))，以及沿海的濱海新區(qū)，其中，氣象臺(tái)站分布為市區(qū)、環(huán)城4區(qū)、遠(yuǎn)郊5區(qū)各1個(gè)，濱海新區(qū)3個(gè)(圖1)。

圖1 天津市行政區(qū)劃及所選氣象站空間分布Fig.1 Administrative divisions of Tianjin and the spatial distribution of selected meteorological stations

1.2 資料來(lái)源

從短時(shí)暴雨過程的特征來(lái)看，主要為降雨時(shí)程較短、雨峰位置多變等。為了精細(xì)化分析短時(shí)暴雨特征，本文采用分鐘級(jí)降水?dāng)?shù)據(jù)，相較于逐時(shí)降水?dāng)?shù)據(jù)，可精準(zhǔn)識(shí)別短時(shí)暴雨過程，如起始時(shí)間、持續(xù)時(shí)間、雨峰位置等特征。另外，基于分鐘降水識(shí)別的短時(shí)暴雨過程，還可以滿足城市內(nèi)澇模型精細(xì)化模擬，為提升城市內(nèi)澇預(yù)警時(shí)效提供依據(jù)。

本文氣象數(shù)據(jù)來(lái)自天津市氣象信息中心，為1961—2018年天津市13個(gè)國(guó)家級(jí)氣象觀測(cè)站的分鐘級(jí)降雨量，其中1961—2004年降水?dāng)?shù)據(jù)為自記紙記錄資料，2005—2018年為自動(dòng)氣象站分鐘降水?dāng)?shù)據(jù)。自記紙資料采用“降雨自計(jì)紙數(shù)字化處理系統(tǒng)”[29-30]，將氣象站降水自記紙圖像信息化，數(shù)據(jù)已做質(zhì)量控制，并審核入庫(kù)。

1.3 雨型模糊識(shí)別法

雨型模糊識(shí)別法是指將一場(chǎng)降雨過程劃分為n個(gè)時(shí)段，計(jì)算每段時(shí)間內(nèi)降水量占總降水量的比例，以n個(gè)時(shí)段的降水比例作為該場(chǎng)降雨過程的矩陣，統(tǒng)計(jì)每場(chǎng)降水過程指標(biāo)與7種雨型模式矩陣的貼近度，以貼近度值最大為原則確定該場(chǎng)降雨過程所屬雨型。

(1)計(jì)算每時(shí)段雨量占總雨量的比例：

xi=Pi/Pz(i=1,2,…,n)

(1)

式(1)中，Pi為每段時(shí)間的雨量(mm)；Pz為過程總雨量(mm)。將該組xi作為該場(chǎng)降雨雨型指標(biāo)，用X表示，即：

X=(x1,x2,…,xn)

(2)

(2)7種暴雨雨型(圖2)，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型均為單峰型，Ⅳ型為均勻型，Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ型均為雙峰型，各雨型類似向量的形式表示為：

圖2 Ⅰ型(a)、Ⅱ型(b)、Ⅲ型(c)、Ⅳ型(d)、Ⅴ型(e)、Ⅵ型(f)、Ⅶ型(g)7種雨型示意Fig.2 Schematic model of seven rain patterns including type Ⅰ (a),type Ⅱ (b),type Ⅲ (c),type Ⅳ (d),type Ⅴ (e),type Ⅵ (f),type Ⅶ (g)

Vk=(Vk1,Vk2，…,Vkn) (k=1,2,…,7)

(3)

(3)計(jì)算降水雨型與7種雨型貼近度：

(4)

若該場(chǎng)降水過程的雨型與7種雨型之中的第k個(gè)雨型貼近度最大，則該場(chǎng)降水過程的雨型屬于第k類。

1.4 自然降水過程選取法

降水場(chǎng)次樣本取自然降水過程，以120 min降水量小于等于2.0 mm為界定指標(biāo)[31]。每場(chǎng)降水選取降水持續(xù)時(shí)間接近t分鐘的自然降水，將降水量由大到小進(jìn)行排序，選取降水總量超過該歷時(shí)雨量閾值的所有降水場(chǎng)次。篩選60 min的暴雨雨型，則選取降水時(shí)長(zhǎng)為 45 min ≤t<75 min(為得到更多的降水場(chǎng)，降水持續(xù)時(shí)間上下浮動(dòng)15 min)，降水總量大于17.32 mm的降水場(chǎng)。圖3為2014年7月16日的一場(chǎng)降雨，降雨歷時(shí)為57 min，總雨量為25.1 mm，該段分鐘降雨量即可作為雨型設(shè)計(jì)的樣本。

圖3 2014年7月16日天津市區(qū)站60 min歷時(shí)暴雨場(chǎng)Fig.3 The rainstorm lasting 60 min at Tianjin city station on July 16，2014

1.5 降雨量閾值

本文主要分析短歷時(shí)降雨(60—180 min)，利用伍索夫提出的各歷時(shí)暴雨的臨界值來(lái)定義[32]，計(jì)算得到各歷時(shí)降雨的暴雨閾值，見表1。

表1 不同歷時(shí)降雨場(chǎng)次暴雨標(biāo)準(zhǔn)值Table 1 The standard values of rainstorms for different durations

1.6 城市內(nèi)澇積水模擬

本文基于天津城市暴雨內(nèi)澇數(shù)值模型，以天津市中心城區(qū)(外環(huán)線以內(nèi))為研究區(qū)域，模擬了不同暴雨雨型下城市積水總量隨降雨的變化。天津市城市暴雨內(nèi)澇數(shù)值模型由天津市氣象科學(xué)研究所與天津大學(xué)合作聯(lián)合研發(fā)，該模型以二維非恒定流理論為基礎(chǔ)[33-35]，采用無(wú)結(jié)構(gòu)不規(guī)則網(wǎng)格，利用水系、地形、主干路網(wǎng)、排水管網(wǎng)、易積水區(qū)及排水設(shè)施等高精度基礎(chǔ)地理信息資料，建立了社區(qū)、路網(wǎng)、河網(wǎng)以及地下匯流層即管網(wǎng)等模塊，構(gòu)建了多重立體網(wǎng)格式內(nèi)澇計(jì)算域[36](圖4)。

圖4 模型模擬天津中心城區(qū)及網(wǎng)格劃分Fig.4 Model simulation of central urban area of Tianjin and mesh division

2 結(jié)果分析

2.1 雨型時(shí)間變化

統(tǒng)計(jì)1961—2018年天津13個(gè)氣象臺(tái)站短歷時(shí)暴雨雨型(圖5)，從歷時(shí)60 min的暴雨雨型來(lái)看，各年代暴雨均以單峰型為主(Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型)，其中，1960s(1961—1970年，下同)以Ⅰ型為主，Ⅲ型次之，1970s、1980s、1990s以Ⅲ型為主，Ⅰ型次之，至2000s以后，Ⅰ型明顯占主導(dǎo)。相比之下，其余5種暴雨雨型發(fā)生概率很小，Ⅶ型僅出現(xiàn)在2010s。1990s以前，Ⅰ型隨年代呈減少的變化趨勢(shì)，此后顯著增多，至2010s出現(xiàn)概率為58.2%，而1990s以前，Ⅲ型隨年代呈增多的變化趨勢(shì)，1990s以后則顯著減少，1990s出現(xiàn)概率最大，為48.3%。

圖5 1961—2018年天津各年代歷時(shí)60 min(a)、120 min(b)和180 min(c)暴雨雨型發(fā)生概率Fig.5 The occurrence probability of torrential rain patterns lasted for 60 min (a),120 min (b),and 180 min (c) in Tianjin from 1961 to 2018

就歷時(shí)120 min雨型而言，各年代暴雨均以單峰型為主，Ⅰ型為主導(dǎo)雨型，并呈增多的變化趨勢(shì)，1980s出現(xiàn)概率最大，為78.9%。與Ⅰ型相比，Ⅲ型出現(xiàn)概率次多，無(wú)明顯的年代變化趨勢(shì)，其余5種降雨類型并非在各個(gè)年代均有出現(xiàn)，其中，Ⅱ型和Ⅶ型在1970s—2000s均未出現(xiàn)，Ⅴ型和Ⅵ型在1990s和2000s均未出現(xiàn)，Ⅳ型在1960s、1980s、2010s均未出現(xiàn)。相似地，各年代180 min雨型也以單峰型為主，其中1970s以Ⅰ型和Ⅲ型為主，其余各年代均以Ⅰ型為主。除1980s外，其余各年代均出現(xiàn)了雙峰型雨型，20世紀(jì)90年代Ⅴ型雨型的概率僅次于Ⅰ型，為25%。

天津市6—9月歷時(shí)60 min、120 min和180 min的暴雨主要集中出現(xiàn)在7月和8月(圖6)，6月和9月相對(duì)較少。從各月暴雨雨型的分布來(lái)看，降雨歷時(shí)60 min暴雨過程以單峰型(Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型)為主，7月和8月Ⅰ型和Ⅲ型降雨場(chǎng)次相差不大，7月Ⅰ型最多，Ⅲ型次之，而8月為Ⅲ型最多，Ⅰ型次多。6月和9月均為Ⅰ型最多，其余5種雨型較少出現(xiàn)。歷時(shí)120 min和180 min暴雨雨型月分布相似，各月均以單峰型為主，其中Ⅰ型占主導(dǎo)，其余5種雨型較少出現(xiàn)。

圖6 1961—2018年天津6—9月歷時(shí)60 min(a)、120 min(b)和180 min(c)暴雨雨型分布Fig.6 The distribution characteristics of rainstorm pattern lasted 60 min (a),120 min (b),and 180 min (c) in Tianjin during June to September from 1961 to 2018

2.2 雨型空間分布

1961—2018年天津地區(qū)降雨歷時(shí)約60 min的暴雨雨型以單峰型居多(圖7)，各區(qū)Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型共計(jì)占總降雨場(chǎng)的57.14%—93.75%，雙峰型(Ⅴ型、Ⅵ型和Ⅶ型)次之，均勻型(Ⅳ型)較少。各區(qū)主要降雨類型表現(xiàn)不一，其中，天津市區(qū)、東麗、西青和北辰以Ⅲ型為主，分別占總降雨場(chǎng)的41.67%、50%、45.45%和46.15%，津南、薊州、寶坻、靜海、寧河、大港和塘沽以Ⅰ型為主，占比為53.85%、41.67%、62.50%、50.00%、71.43%、54.55、61.54%和56.25%，而漢沽則以Ⅰ型和Ⅲ型居多，均占36.36%。各區(qū)次多雨型多樣化，其中，市區(qū)、西青以Ⅲ型次之，分別占總場(chǎng)數(shù)的33.33%和36.36%，津南、寶坻、靜海、大港和塘沽為Ⅲ型，占比分別為30.77%、37.50%、25.00%、15.38%和37.50%，東麗Ⅵ型占比為28.57%，北辰Ⅰ型、Ⅳ型和Ⅵ型均占15.38%，武清Ⅱ型和Ⅵ型均占14.29%，薊州、寧河次多雨型均為Ⅱ型和Ⅲ型，分別占25%和18.18%，漢沽Ⅳ型、Ⅴ型和Ⅵ型均占9.09%。

圖7 1961—2018年天津13個(gè)氣象站降雨歷時(shí)約60 min暴雨雨型Ⅰ型(a)、Ⅱ型(b)、Ⅲ型(c)、Ⅳ型(d)、Ⅴ型(e)、Ⅵ型(f)、Ⅶ型(g)占比統(tǒng)計(jì)Fig.7 Percentage of rainstorm patterns lasting about 60 min for type Ⅰ (a),type Ⅱ (b),type Ⅲ (c),type Ⅳ (d),type Ⅴ (e),type Ⅵ (f) and type Ⅶ (g) at 13 meteorological stations in Tianjin from 1961 to 2018

與60 min暴雨雨型相似，降雨歷時(shí)約120 min的暴雨雨型以單峰型居多(圖8)，各區(qū)Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型共計(jì)占總暴雨場(chǎng)的60%—100%，雙峰型(Ⅴ型、Ⅵ型和Ⅶ型)次多，均勻型(Ⅳ型)較少。各區(qū)主要雨型均以Ⅰ型為主，占總暴雨場(chǎng)的50%—100%。除主要雨型外，各區(qū)雨型的類型存在一定差異，市區(qū)、東麗、西青、津南、靜海和塘沽以Ⅲ型次之，分別占26.66%、25.00%、25.00%、11.00%、16.67%、29.42%，薊州、漢沽為Ⅵ型，均占33.33%，北辰、大港為Ⅱ型和Ⅲ型次多，占比分別為14.29%、15.38%，北辰為Ⅱ型、Ⅲ型和Ⅵ型，均占14.29%，寶坻為Ⅱ型、Ⅲ型和Ⅴ型，均占16.66%，武清為Ⅳ型和Ⅴ型，均占16.67%。

圖8 1961—2018年天津降雨歷時(shí)120 min暴雨雨型Ⅰ型(a)、Ⅱ型(b)、Ⅲ型(c)、Ⅳ型(d)、Ⅴ型(e)、Ⅵ型(f)、Ⅶ型(g)占比空間分布Fig.8 Spatial distribution of percentage of rainstorm patterns lasting about 120 min for type Ⅰ (a),type Ⅱ (b),type Ⅲ (c),type Ⅳ (d),type Ⅴ (e),type Ⅵ (f) and type Ⅶ (g) in Tianjin from 1961 to 2018

降雨歷時(shí)約180 min的暴雨雨型以單峰型居多(圖9)，除寧河外，各區(qū)Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型共計(jì)占總暴雨場(chǎng)的50%—100%，雙峰型(Ⅴ型、Ⅵ型和Ⅶ型)次多，均勻型(Ⅳ型)較少，寧河則以雙峰型居多。180 min主導(dǎo)雨型多樣化，西青以Ⅲ型為主，出現(xiàn)概率為50%，寧河以Ⅴ型為主，占66.7%，薊州Ⅰ型、Ⅲ型和Ⅴ型分別占33.3%，其余各區(qū)均以Ⅰ型為主，占總暴雨場(chǎng)的50%—100%，Ⅱ型、Ⅳ型、Ⅵ型和Ⅶ型則出現(xiàn)較少。

圖9 1961—2018年天津降雨歷時(shí)180 min暴雨雨型Ⅰ型(a)、Ⅱ型(b)、Ⅲ型(c)、Ⅳ型(d)、Ⅴ型(e)、Ⅵ型(f)、Ⅶ型(g)占比空間分布Fig.9 Spatial distribution of percentage of rainstorm patterns lasting about 180 min for type Ⅰ (a),type Ⅱ (b),type Ⅲ (c),type Ⅳ (d),type Ⅴ (e),type Ⅵ (f) and type Ⅶ (g) in Tianjin from 1961 to 2018

2.3 內(nèi)澇積水對(duì)不同暴雨雨型的響應(yīng)

以天津市180 min暴雨雨型為例，選擇暴雨場(chǎng)與7種雨型貼合度最大的一場(chǎng)作為暴雨樣本(表2)，模擬各暴雨雨型城市內(nèi)澇積水總量，以反映不同暴雨雨型對(duì)內(nèi)澇積水的影響。

表2 1961—2018年天津7種180 min暴雨雨型樣本Table 2 Seven 180-min rainstorm samples in Tianjin from 1961 to 2018

從積水總量來(lái)看，降水總量較大的積水總量越大且峰值量大，反之，積水總量較小且峰值量小。從積水總量峰值來(lái)看，Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅵ型峰值明顯，其中Ⅰ型的積水總量峰值出現(xiàn)時(shí)間最早，但滯后于降雨雨峰，約28 min，Ⅱ型積水總量峰現(xiàn)時(shí)間較晚，僅較降雨峰現(xiàn)時(shí)間滯后約8 min，Ⅵ型積水總量峰值則出現(xiàn)在第二個(gè)降雨峰值位置。其余雨型積水總量峰值相對(duì)平滑。由此可見，降雨量及其雨峰量值可影響積水總量及其峰值，不同雨型則對(duì)內(nèi)澇積水總量的峰現(xiàn)時(shí)間有明顯影響。

圖10 1961—2018年天津7種180 min暴雨雨型Ⅰ型(a)、Ⅱ型(b)、Ⅲ型(c)、Ⅳ型(d)、Ⅴ型(e)、Ⅵ型(f)、Ⅶ型(g)城市內(nèi)澇積水總量5 min降水量變化Fig.10 Changes in the total amount of waterlogged and 5-min rainfall in the city for seven 180-minute rainstorms including type Ⅰ (a),type Ⅱ (b),type Ⅲ (c),type Ⅳ (d),type Ⅴ (e),type Ⅵ (f),type Ⅶ (g) in Tianjin from 1961 to 2018

3 結(jié)論與討論

(1)從各年代來(lái)看，1961—2018年天津地區(qū)短歷時(shí)暴雨雨型以單峰型為主。60 min暴雨雨型以Ⅰ型和Ⅲ型為主，即單峰雨峰前置和單峰雨峰居中兩種雨型，但不同年代主導(dǎo)雨型有所不同，2000年以前，以Ⅲ型為主導(dǎo)，此后，Ⅰ型則明顯占主導(dǎo)位置，而歷時(shí)120 min和180 min暴雨雨型各年代均以Ⅰ型為主導(dǎo)，即雨峰前置型。可見，暴雨過程持續(xù)時(shí)間越短，受氣候變化的影響越大。這可能是由于氣候變暖，水分蒸發(fā)量大，低層空氣上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，當(dāng)受天氣系統(tǒng)控制時(shí)，較大量水汽上升發(fā)展迅速，使得降雨雨峰前置的可能性增大。

(2)天津降水集中發(fā)生在6—8月，其中7月和8月是局地強(qiáng)對(duì)流多發(fā)時(shí)期，短時(shí)暴雨發(fā)生頻次高，短歷時(shí)暴雨過程均以單峰型為主，其中歷時(shí)60 min雨型以Ⅰ型和Ⅲ型為主，7月Ⅰ型最多，8月為Ⅲ型最多，歷時(shí)120 min和180 min暴雨各月均以Ⅰ型最多。

(3)總體上，天津地區(qū)60 min、120 min和180 min短歷時(shí)暴雨雨型以單峰型居多，雙峰型次多，均勻型較少。從各地區(qū)主要雨型來(lái)看，60 min暴雨雨型并不統(tǒng)一，中心城區(qū)和環(huán)城三區(qū)(東麗、西青和北辰)以Ⅲ型為主，其余各區(qū)以Ⅰ型為主；120 min暴雨雨型各區(qū)一致為Ⅰ型；180 min主導(dǎo)雨型空間分布不一，西青以Ⅲ型為主，寧河為Ⅴ型，薊州為Ⅰ型、Ⅲ型和Ⅴ型，其余各區(qū)均以Ⅰ型為主。短時(shí)暴雨的空間差異可能是由于天津地區(qū)下墊面多樣化引起的，北部山區(qū)，東部沿海，中部平原，以及中心城區(qū)的城市化建筑群，作用于天氣系統(tǒng)的氣流上升和下沉，導(dǎo)致降水過程空間分布不一。

(4)基于180 min暴雨過程，模擬了不同暴雨雨型下城市內(nèi)澇積水總量的時(shí)間變化，發(fā)現(xiàn)不同降雨量和雨型產(chǎn)生的內(nèi)澇積水總量及其峰值出現(xiàn)時(shí)間差異明顯，降水總量越大，積水總量越大且峰值量大，Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅵ型峰值明顯，同時(shí)，Ⅰ型的積水總量峰值出現(xiàn)時(shí)間早，這意味著Ⅰ型強(qiáng)暴雨是城市排水設(shè)計(jì)重點(diǎn)關(guān)注的雨型。

(5)1961—2018年天津地區(qū)歷時(shí)60 min、120 min和180 min的暴雨雨型以單峰型為主，單峰型雨量相對(duì)集中，易造成城市洪澇。在氣候變化和城市化雙重影響下，歷時(shí)60 min的主導(dǎo)雨型發(fā)生了明顯的變化，由單峰雨峰居中向雨峰前置轉(zhuǎn)變，120 min和180 min暴雨雨型以單峰雨峰前置為主，雨峰前置不僅會(huì)縮短應(yīng)對(duì)暴雨采取措施的時(shí)間，還使得城市管網(wǎng)排水壓力增大，從而增加城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)。從暴雨雨型的空間分布來(lái)看，歷時(shí)120 min暴雨雨型一致為單峰雨峰前置型，而歷時(shí)60 min和180 min暴雨雨型存在空間差異。為此，城市排水規(guī)劃方案應(yīng)根據(jù)各區(qū)實(shí)際暴雨雨型的特點(diǎn)制定。

(6)天津地區(qū)短歷時(shí)暴雨存在明顯的時(shí)空差異，不僅會(huì)影響城市內(nèi)澇積水程度，很大程度上會(huì)導(dǎo)致所推求的設(shè)計(jì)暴雨雨型不同，那么，城市排水設(shè)計(jì)和海綿城市建設(shè)工作中，應(yīng)充分考慮降雨過程的時(shí)空分異，采用最新的降水?dāng)?shù)據(jù)，著眼于更精細(xì)化的空間范圍，制定適應(yīng)氣候變化的精細(xì)化設(shè)計(jì)暴雨雨型，從而為海綿城市建設(shè)工作提供合理的參考。