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摘要利用西安市1971～2013年7个县区逐日降水资料，根据百分位值方法定义不同县区的极端降水阈值，利用平均值法计算全市气候背景和局地变化，应用线性趋势分析法检验序列的变化趋势，对西安夏季极端降水事件的时空分布特征进行分析；并选取7个县区2004～2013年的逐日降水量、逐时降水量，分析西安市暴雨日及短时强降水的时空分布特征；最后探讨其城市化的影响。结果表明，西安市极端降水阈值根据下垫面差异略有不同，中到大雨为极端降水事件的标准；极端降水阈值空间分布与年降水总量的分布相似；强降水多发区与阈值高值区基本对应，极端降水和极端雨日的多发区集中在山区。近43年西安夏季极端降水事件平均强度及频数呈增加趋势，20世纪80年代、21世纪以来极端降水平均强度大、极端降水天数多；西安市极端降水事件具有明显的局地性特征，与夏季降水量的时空分布吻合。西安市极端降水强度表现为市区、中部呈减少趋势，周边呈增大趋势；频数表现为北部、东南部呈减少趋势，中部、西南部呈增加趋势。近10年西安暴雨季节多出现在5月下旬～10月上旬，西部、南部、东部县区暴雨日发生频数较高；西安短时强降水7～8月最为活跃，南部山区多于北部，表现为明显的夜雨型特征，自5月起随时间从中部向东西部扩展，8月扩展至最大，9月迅速收缩；10 mm≤1 h降水量<20 mm的短时强降水7月多于8月，1 h降水量≥30 mm的短时强降水8月多于7月。2000年前西安的发展处于城市化缓慢期，2000年后为快速城市化时期；城市周边县区的极端降水强度受城市发展的影响最大，城市化缓慢期东南县区的极端降水频率受城市化影响较大，城市化快速发展期西部县区受城市化影响较大。
关键词西安；极端降水；时空分布；城市化
中图分类号S161.6文献标识码
A文章编号0517-6611（2015）25-197-05
Abstract Based on 7 stations daily rainfall data of Xi’an City from 1971 to 2013， according to the percentile value methods with different stations of extreme precipitation threshold， using the method of average to calculate the city climate background and local change， the sequence change trend was inspected with the method of linear trend analysis. The time and space distribution characteristics of Xi’an summer extreme precipitation events were analyzed； selecting the daily and hourly precipitation of 7 counties from 2004 to 2013， the spatial and temporal distribution characters of Xi’an City rainstorm day and shorttime strong precipitation were analyzed； finally the influence of urbanization was discussed. The results showed that： The extreme precipitation threshold according to the different underlying surface is slightly different in Xi’an， moderate rain to heavy rain is extreme precipitation events in standards； spatial distribution of extreme precipitation threshold is similar to the distribution of the total annual precipitation； strong precipitation prone areas and the high value area basically corresponding threshold， extreme precipitation and extreme rain day incidence of concentrated in the mountainous area. In recent 43 years， summer extreme precipitation events average intensity and the frequency is increased in Xi’an； in the 1980 s and the 21st century， extreme precipitation average strength， extreme precipitation days more； the extreme precipitation events has obvious local characteristics in Xi’an， match the spacetime distribution of xi’an summer rainfall. In the middle of downtown， extreme precipitation intensity decreased， the extreme precipitation intensity surrounding showed a trend of increase；The frequency of southeastern North， showed a decreasing trend， central，southwest frequency increased. Nearly 10 years of Xi’an storm season appear in late May and early October， most western， southern， eastern counties of rainstorm days with high frequency； short time strong precipitation in Xi’an from 7 to August is the most active， southern mountains more than the north， the performance for the night rain features， since May with time extending from the middle to the East and West， August extended to the maximum， September rapid contraction； 10 mm ≤1 h rainfall < 20 mm short time strong precipitation in July more than in August， 1 h precipitation ≥ 30 mm shorttime strong rainfall in August than in July. 2000 years ago， Xi’an show period in slow development of urbanization， after 2000 years， Xi’an show period in rapid urbanization； urban development has been the biggest influence on extreme precipitation intensity in the city surrounding counties， southeast district of extreme precipitation frequency greatly influenced by the urbanization in slow urbanization period， western counties are greatly influenced by urbanization in rapid urbanization development. Key words Xi’an； Extreme precipitation； Time and space distribution； Urbanization
极端气候事件作为一种小概率事件，突发性强、破坏性大[1-2]，尤其是近半个世纪来，随着城市化迅速发展和全球气候持续变暖，极端天气事件频发，给社会经济和人民生产、生活造成严重的影响[3-5]，城市化对区域小气候的影响引起了国内外诸多学者的关注[6-8]，其中有不少学者针对城市极端降水进行了深入研究[9-14]。一些学者研究认为，全球变暖背景下，无论总降水量增大或减少，强降水和强降水频数均在增加[15-16]。翟盘茂等认为全国总降水量变化趋势不明显，但降水强度在增强[17]；20世纪80年代后除华北外全国暴雨出现频数明显上升，强度增大[18]；我国极端降水的主要特点受区域性和局地性影响[19-20]。杨金虎等[21]认为西北地区东部夏季极端降水量集中度与集中期的空间差异并不大，西北地区东部夏季极端降水量的季节内分配状况同夏季极端降水量存在较好的相关性。
研究城市化发展背景下的极端降水变化规律，尤其是近10年的极端降水特征，对进一步了解降水变异机理，完善城市宜居生态区划、空间功能布局、预测预警洪涝灾害和防灾减灾体系建设有重要意义。近几十年来，地处内陆的西安地区城市化发展迅速，城市规模不断扩张，城市人口急剧增加，建筑物越来越密集，给城市区域生态环境造成一定程度的影响[22-23]。笔者在此选取西安市7个国家一般地面气象县区近43年逐日降水资料，分析全市各区县极端降水事件变化的时空分布特征，揭示近43年来西安市极端降水的规律和特点；选取7个国家一般地面气象站近10年逐日、逐时降水量，分析西安市暴雨日、短时强降水的时空分布特征。
1资料与方法
1.1资料选取
研究区域为西安市（107°40′～109°49′ E、33°39′～34°45′ N） （图1），所用资料为1971～2013年西安市7个县区（西安、周至、户县、长安、蓝田、临潼、高陵）的逐日有效降水（日降水量≥0.1 mm）及2004～2013年7个县区的逐时有效降水资料，数据来源于西安市地面报表A文件，在使用前进行了质量控制，并利用前后2 h平均内插的方法分别对资料序列中不连续的8 h缺测数据进行了订正；西安市1971～2013年总人口、城镇人口比例等城市发展数据来源于西安市统计年鉴。
1.2研究方法
日常业务中将日降水量>50 mm的降水事件称为暴雨，日降水量>25 mm的降水事件称为大雨。由于极端降水事件具有很强的地域性，如西北干旱地区往往在中雨天气条件下就会出现山体滑坡等危害[24-25]。根据西安具体地理情况，在此采用百分位法定义不同县区的极端降水阈
值，进而分析西安夏季极端降水事件的时空分布特征。即将
各县区1971～2013年夏季（6～8月）日降水所有样本按升序排列，取日降水量≥0.1 mm
的子样本的第95个百分位的日降水
量，定义为气候平均极端降水阈值，作为确定极端降水事件的气候标准。当某站某日降水量超过该阈值，就认为该日出现了极端降水事件，并将每个县区出现的极端降水量除以极端降水日数，作为极端降水平均强度。
利用平均值法[19]分离极端降水的大尺度气候背景和局地变化，即用西安7站43年极端降水资料（记为Rij）进行站点空间数据平均，得到西安年极端降水序列（记为Rj），代表西安大尺度极端降水变化，其多年平均记为Rm，则局地极端降水距平百分比可定义为DRij=（Rij-Rj）/Rm，其中i=1，2，…，7、j=1，2，…，43。应用线性趋势分析法检验序列的变化趋势。
2西安极端降水事件的时空分布
2.1日极端降水阈值与雨日空间分布
从百分位法确定的西安市夏季气候平均极端降水阈值的空间分布（图2a）看，由于所处下垫面气候环境与地理位置差异，各县区极端降水阈值略有不同，为30.1～37. 2 mm/d 变化，最高阈值为西部的周至，其次为东部的蓝田，最低阈值为西安市区，全市平均阈值为33.6 mm/d，接近中到大雨标准；从地形高度来看，西部、南部、东部高海拔县区极端降水阈值高于市区及北部的低海拔县区，极端降水阈值空间分布与年降水总量空间分布相似，可见极端降水与总降水的关系密切。
从极端降水日数分布（图2b）看，极端降水日数基本维持沿山地形分布特征，西部周至、户县极端降水日数的分布趋势与降水阈值维持在中等偏高的排名，东南部蓝田的极端降水日数与降水阈值保持一致，为最大值；极端降水多发区与阈值高值区基本对应。
综合分析，蓝田为极端降水和极端雨日的多发地点，其次为周至、户县，多集中在山区。
2.2日极端降水强度和次数时间分布
由图3可见，近43年来西安夏季极端降水平均强度及次数总体呈增加趋势，二者变化趋势基本一致；极端降水强度增幅为1.20 mm/10a，最大年份为1991年，最小年份为1993年；极端降水出现次数增幅为0.66次/10a，最多年份为2007年，最少年份为1993年。
统计西安市7个县区不同年代夏季极端降水平均强度及天数（表1）发现，其呈现出显著的年代际差异及空间差异，说明极端降水事件有明显的局地性特征。20世纪80年代和21世纪以来的极端降水平均强度和天数显著增大；20
世纪80年代西安市东南部的蓝田、长安降水强度、天数较大，21世纪以来东部的蓝田、西部的周至降水强度较大，且周至天数最大；各年代际中西安市北部的高陵降水强度和天数均较小，而西安市区在20世纪70年代为最小值，其余年代水平居中。整体上看，西安市各县区的降水强度和天数空间分布不均，呈现西部、东部及南部山区多、北部少的特点，这与西安市整体夏季降水量的时空分布基本吻合。 通过线性倾向估计方法，计算西安市7个气象站夏季极端降水平均强度和频数的趋势系数和线性倾向率，发现其均通过了显著性检验，从7个县区极端降水平均强度和频数的趋势倾向分布（图4）可以看出，只有长安区极端降水平均强度呈下降趋势，减少趋势较大，为3.8 mm/10a；其余6个县区极端降水平均强度呈增大趋势，增大最多的为西部的周至，为2.8 mm/10a。极端降水频数趋势倾向的空间分布与强度趋势分布不一致，北部的高陵和东南部的蓝田呈减少趋势，分别为0.15、0.11 d/10；其余区县为增加趋势，市区频数增加趋势最大，为0.27 d/10a。整体看来，西部的户县、周至两县，市区及临近的临潼区近43年夏季极端降水强度和频数有所增加。
3近10年暴雨分布特征
西安暴雨大多发生在相对多雨时段，因此具有阶段性和集中期特点，西安通常将降雨阶段划分为6个自然阶段，即春雨（4月上旬～5月下旬）、春末初夏少雨（5月底～6月上中旬）、盛夏前期雨段（6月下旬～7月上中旬）、伏期少雨（7月下旬～8月上旬）、盛夏后期雨段（8月中下旬～9月初）、秋雨（9月上旬～10月初）。根据分析，西安市暴雨集中出现在3个时段：①前汛期（6月底～7月初），雨强为全年之最，大约有80%的大暴雨集中出现在这个时段；②盛夏汛期（7月底～8月初），仅次于前汛期；③秋汛期（8月下旬～9月上旬）。
依据西安气候背景，规定24 h降水量≥50.0 mm为暴雨，24 h降水量≥100.0 mm为大暴雨，1 h降水量≥10.0 mm为短时暴雨。从2004～2013年西安市7个县区地面站报表A文件中获取各站逐日降水量，分析西安市暴雨日时空分布特征，再从报表文件中提取暴雨日的逐小时降水资料，分析短时强降水时空分布特征。
3.1暴雨日
西安暴雨季节较长，多出现在5月下旬～10月上旬，最早出现在5月25日（2013年，周至、市区、临潼），最晚出现在10月1日（2005年，周至、户县、长安），且9月上旬出现最多，其次为7月中旬、8月上旬和9月中旬。西安市西部、南部、东部区县暴雨日发生频数较高，近10年暴雨日均出现11次以上，北部高陵县最少，仅出现3次，西安市区居中（8次）。暴雨日最大降水为96.3 mm（2011年9月18日，周至）。统计近10年各县区的暴雨日平均降水量发现，从大到小依次为高陵（83.6 mm）、周至（68.0 mm）、户县（65.8 mm）、蓝田（64.4 mm）、市区（63.4 mm）、长安（62.2 mm）、临潼（57.5 mm），仅长安在2004年6月29日、高陵在2007年8月9日出现大暴雨日，降水量分别为122.7、138.9 mm。
3.2短时强降水
3.2.1短时强降水空间分布。
西安短时强降水累积发生次数从南部山区向北部县区逐渐减少（图5a）；有2个活跃县区，第1活跃县区为蓝田，短时强降水累计发生次数为13次，第2活跃县区为户县，短时强降水累计发生次数为11次；不活跃县区为高陵，累计发生次数仅为2次；其余县区为5～7次。对应每个站点1 h最大降水量分布（图5b）显示，第1活跃县区的1 h最大降水量为78.7 mm，第2活跃县区的1 h最大降水量为53.8 mm，但不活跃的高陵是1 h降水极值最大的县区，为92.1 mm。这种极端强降水的发生与西安地区喇叭口地形有紧密联系，低层气流进入喇叭口后被迫辐合抬升，历时短、雨强大的降水十分容易在喇叭口收缩区形成，而西安正好位于喇叭口地形的收缩区上。
3.2.2短时强降水月际分布特征。
西安短时强降水7～8月最为活跃，其次为6和9月，5月最不活跃。10 mm≤1 h降水量<20 mm的短时强降水，7月比8月更为活跃；20 mm≤1 h降水量<30 mm的短时强降水，7月与8月持平；30 mm≤1 h降水量<50 mm的短时强降水，8月发生频数略多于7月，而1 h降水量≥50 mm的短时强降水主要发生在8月，1 h最大降水量和1 h降水量≥ 30 mm的短时强降水平均降水量同样是8月多于7月。从空间的月际分布上看，5月西安只有零星的短时强降水发生，最不活跃；6月短时强降水主要发生在市区、蓝田和长安；7月东部的蓝田和西部的户县较多；8月短时强降水逐渐向西扩展，周至开始出现；9月发生区域迅速减少。可见，空间分布呈现出自5月起随时间从中部向东西部扩展，8月扩展至最大，9月迅速收缩。
3.2.3短时强降水昼夜特征。
经分析，西安短时强降水具有明显的昼夜特征。近10年间全市7个县区共发生1 h降水量≥ 10 mm的短时暴雨49次，其中有41次是发生在夜间（20：00～次日08：00），且主要发生在后半夜到凌晨，上午到中午往往雨势减弱，表现为明显的夜雨型。关于这种夜间多发性降水，可能与低空急流常在夜间加强有关。西安位于青藏高原东北侧，夜间高地势的青藏高原降温快，冷空气下沉并与西北地区东部的暖湿上升气流交汇形成强降水[26]。
4城市化对西安夏季极端降水的影响
4.1西安城市化发展
经济发展和城市人口增加是我国城市土地扩张的主要驱动因子，城市化最为直接的表现是人口城市化率的增长（非农人口占总人口比例的增长）。西安市总人口自1952 年以来平均每年净增人口10万人左右，至2012年底达795.98万人；相应的城市人口所占比例也从1952年的22.8%上升至2012年底的49.9%，平均每年增加5.8%，说明西安的城市化发展是非常迅速的（图6）。城市发展的相关指标除了城市人口占总人口的比例，还包括很多其他的因素，如GDP、工业生产总值、建筑房屋竣工总面积、道路面积、能源消耗量等，将其与城郊温差（1971～2011年西安市区与其余县区年平均温度差为0.5 ℃）进行对比分析，发现西安城郊温差与上述各种城市化指标之间均存在显著的正相关，其中与城市人口比例的相关系数最高（r=0.89）。此外，通过对各年代人口增长的趋势率分析，21世纪增长最快，平均每年非农人口较上年增长2.8%。因此，将西安城市化进程划分为2000年以前的城市化缓慢期及2000年以后的快速城市化时期，以讨论西安城市化发展不同阶段对区域极端降水的影响。 4.2极端降水强度的局地变化
先求DRij在j方向的平均，得到7个县区局地极端降水的多年平均值。从西安城市化发展不同阶段夏季极端降水强度距平百分比其分布形态（图7）看，地形是决定各县区极端降水强度差异的主要因素。城市化缓慢期（图7a），极端降水强度正距平区分布在蓝田、高陵和临潼，距平百分比最高值为蓝田（15%），距平百分比最低值为长安（-18%），这与年雨量的局地分布相吻合；城市化快速发展期（图7b），周至、高陵、临潼、蓝田为正距平，距平百分比最高值仍为蓝田（25%），距平百分比最低值仍为长安（-46%），可见城市发展对局地极端降水强度的影响有一定的区域性，且城市化快速发展期的影响程度较大。
从夏季极端降水频率的局地变化（图8）可看出，2个时期降水频率的分布形态与降水强度均有较大差异。在城市化缓慢期（图8a），极端降水频数正距平高值区主要位于蓝田户县、临潼、长安，周至、市区、高陵为负距平；在城市化快速发展期（图8b），正距平区有明显的西移，高陵、蓝田、临潼3个县区为负距平。
综合分析，西安城市化发展不同阶段极端降水强度及频率均有不同的分布形态，城市发展对城市不同区域极端降水的影响也是不一样的。城市发展对局地极端降水强度的影响主要表现在城市周边县区，对局地极端降水频率的影响在
城市化缓慢期主要表现在东南县区，在城市化快速发展期主要表现在西部县区。
5结论
应用西安7个气象站1971～2013年的日降水记录及7个气象站2004～2013年的逐小时降水记录，分析了西安夏季极端降水事件的时空变化特征及城市化的影响，结论如下：
（1）西安各区县根据所处下垫面地理信息不同，极端降水阈值略有不同，最高阈值在西部的周至，最低阈值在西安市区，中到大雨为西安极端降水事件的标准；极端降水阈值空间分布与年降水总量的分布相似，且存在地域性差异；极端降水日数基本沿山分布，山区多、市区少；强降水多发区与阈值高值区基本对应，极端降水和极端雨日的多发区在山区，最大为蓝田。
（2）近43年来西安夏季极端降水事件平均强度及频数呈增加趋势，20世纪80年代和21世纪以来的极端降水平均强度和极端降水频数显著增大；西安市极端降水事件具有明显的局地性特征，各县区的降水强度和频数空间分布不均，西部、东部及南部山区多，北部少，与西安市整体夏季降水量的时空分布基本吻合。
（3）西安市极端降水强度趋势表现为市区及中部地区为减少趋势，周边为增大趋势；频数趋势表现为北部和东南部为减少趋势，中部及西南部为增加趋势。
（4）西安暴雨季节多出现在5月下旬～10月上旬，且9月上旬出现最多，其次为7月中旬、8月上旬和9月中旬。西安市西部、南部、东部县区暴雨日发生频数较高，北部县区最少，西安市区居中，暴雨日最大降水量出现在西部的周至。短时强降水在西安市存在2个活跃县区和1个不活跃县区，南部山区较为活跃，北部较不活跃，且均能出现1 h降水量>50 mm的强降水。西安短时强降水7～8月最为活跃，10 mm≤1 h降水量<20 mm的短时强降水7月多于8月，1 h降水量≥30 mm的短时强降水8月多于7月；空间分布自5月起随时间从中部向东西部扩展，8月扩展至最大，9月迅速收缩。西安短时强降水主要发生在后半夜到凌晨，表现为明显的夜雨型特征。
（5）西安城市人口所占比例从1952年的22.8%上升至2012年底的49.9%，平均每年增加5.8%，是城市化的直接表现；城市化发展的不同阶段极端降水强度及频数均有不同的分布形态，城市周边区县的极端降水强度受城市发展的影响最大，城市化缓慢期东南县区的极端降水频率受城市化影响较大，城市化快速发展期西部县区受城市化影响较大。
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关键词西安；极端降水；时空分布；城市化
中图分类号S161.6文献标识码
A文章编号0517-6611（2015）25-197-05
Abstract Based on 7 stations daily rainfall data of Xi’an City from 1971 to 2013， according to the percentile value methods with different stations of extreme precipitation threshold， using the method of average to calculate the city climate background and local change， the sequence change trend was inspected with the method of linear trend analysis. The time and space distribution characteristics of Xi’an summer extreme precipitation events were analyzed； selecting the daily and hourly precipitation of 7 counties from 2004 to 2013， the spatial and temporal distribution characters of Xi’an City rainstorm day and shorttime strong precipitation were analyzed； finally the influence of urbanization was discussed. The results showed that： The extreme precipitation threshold according to the different underlying surface is slightly different in Xi’an， moderate rain to heavy rain is extreme precipitation events in standards； spatial distribution of extreme precipitation threshold is similar to the distribution of the total annual precipitation； strong precipitation prone areas and the high value area basically corresponding threshold， extreme precipitation and extreme rain day incidence of concentrated in the mountainous area. In recent 43 years， summer extreme precipitation events average intensity and the frequency is increased in Xi’an； in the 1980 s and the 21st century， extreme precipitation average strength， extreme precipitation days more； the extreme precipitation events has obvious local characteristics in Xi’an， match the spacetime distribution of xi’an summer rainfall. In the middle of downtown， extreme precipitation intensity decreased， the extreme precipitation intensity surrounding showed a trend of increase；The frequency of southeastern North， showed a decreasing trend， central，southwest frequency increased. Nearly 10 years of Xi’an storm season appear in late May and early October， most western， southern， eastern counties of rainstorm days with high frequency； short time strong precipitation in Xi’an from 7 to August is the most active， southern mountains more than the north， the performance for the night rain features， since May with time extending from the middle to the East and West， August extended to the maximum， September rapid contraction； 10 mm ≤1 h rainfall < 20 mm short time strong precipitation in July more than in August， 1 h precipitation ≥ 30 mm shorttime strong rainfall in August than in July. 2000 years ago， Xi’an show period in slow development of urbanization， after 2000 years， Xi’an show period in rapid urbanization； urban development has been the biggest influence on extreme precipitation intensity in the city surrounding counties， southeast district of extreme precipitation frequency greatly influenced by the urbanization in slow urbanization period， western counties are greatly influenced by urbanization in rapid urbanization development. Key words Xi’an； Extreme precipitation； Time and space distribution； Urbanization
极端气候事件作为一种小概率事件，突发性强、破坏性大[1-2]，尤其是近半个世纪来，随着城市化迅速发展和全球气候持续变暖，极端天气事件频发，给社会经济和人民生产、生活造成严重的影响[3-5]，城市化对区域小气候的影响引起了国内外诸多学者的关注[6-8]，其中有不少学者针对城市极端降水进行了深入研究[9-14]。一些学者研究认为，全球变暖背景下，无论总降水量增大或减少，强降水和强降水频数均在增加[15-16]。翟盘茂等认为全国总降水量变化趋势不明显，但降水强度在增强[17]；20世纪80年代后除华北外全国暴雨出现频数明显上升，强度增大[18]；我国极端降水的主要特点受区域性和局地性影响[19-20]。杨金虎等[21]认为西北地区东部夏季极端降水量集中度与集中期的空间差异并不大，西北地区东部夏季极端降水量的季节内分配状况同夏季极端降水量存在较好的相关性。
研究城市化发展背景下的极端降水变化规律，尤其是近10年的极端降水特征，对进一步了解降水变异机理，完善城市宜居生态区划、空间功能布局、预测预警洪涝灾害和防灾减灾体系建设有重要意义。近几十年来，地处内陆的西安地区城市化发展迅速，城市规模不断扩张，城市人口急剧增加，建筑物越来越密集，给城市区域生态环境造成一定程度的影响[22-23]。笔者在此选取西安市7个国家一般地面气象县区近43年逐日降水资料，分析全市各区县极端降水事件变化的时空分布特征，揭示近43年来西安市极端降水的规律和特点；选取7个国家一般地面气象站近10年逐日、逐时降水量，分析西安市暴雨日、短时强降水的时空分布特征。
1资料与方法
1.1资料选取
研究区域为西安市（107°40′～109°49′ E、33°39′～34°45′ N） （图1），所用资料为1971～2013年西安市7个县区（西安、周至、户县、长安、蓝田、临潼、高陵）的逐日有效降水（日降水量≥0.1 mm）及2004～2013年7个县区的逐时有效降水资料，数据来源于西安市地面报表A文件，在使用前进行了质量控制，并利用前后2 h平均内插的方法分别对资料序列中不连续的8 h缺测数据进行了订正；西安市1971～2013年总人口、城镇人口比例等城市发展数据来源于西安市统计年鉴。
1.2研究方法
日常业务中将日降水量>50 mm的降水事件称为暴雨，日降水量>25 mm的降水事件称为大雨。由于极端降水事件具有很强的地域性，如西北干旱地区往往在中雨天气条件下就会出现山体滑坡等危害[24-25]。根据西安具体地理情况，在此采用百分位法定义不同县区的极端降水阈
值，进而分析西安夏季极端降水事件的时空分布特征。即将
各县区1971～2013年夏季（6～8月）日降水所有样本按升序排列，取日降水量≥0.1 mm
的子样本的第95个百分位的日降水
量，定义为气候平均极端降水阈值，作为确定极端降水事件的气候标准。当某站某日降水量超过该阈值，就认为该日出现了极端降水事件，并将每个县区出现的极端降水量除以极端降水日数，作为极端降水平均强度。
利用平均值法[19]分离极端降水的大尺度气候背景和局地变化，即用西安7站43年极端降水资料（记为Rij）进行站点空间数据平均，得到西安年极端降水序列（记为Rj），代表西安大尺度极端降水变化，其多年平均记为Rm，则局地极端降水距平百分比可定义为DRij=（Rij-Rj）/Rm，其中i=1，2，…，7、j=1，2，…，43。应用线性趋势分析法检验序列的变化趋势。
2西安极端降水事件的时空分布
2.1日极端降水阈值与雨日空间分布
从百分位法确定的西安市夏季气候平均极端降水阈值的空间分布（图2a）看，由于所处下垫面气候环境与地理位置差异，各县区极端降水阈值略有不同，为30.1～37. 2 mm/d 变化，最高阈值为西部的周至，其次为东部的蓝田，最低阈值为西安市区，全市平均阈值为33.6 mm/d，接近中到大雨标准；从地形高度来看，西部、南部、东部高海拔县区极端降水阈值高于市区及北部的低海拔县区，极端降水阈值空间分布与年降水总量空间分布相似，可见极端降水与总降水的关系密切。
从极端降水日数分布（图2b）看，极端降水日数基本维持沿山地形分布特征，西部周至、户县极端降水日数的分布趋势与降水阈值维持在中等偏高的排名，东南部蓝田的极端降水日数与降水阈值保持一致，为最大值；极端降水多发区与阈值高值区基本对应。
综合分析，蓝田为极端降水和极端雨日的多发地点，其次为周至、户县，多集中在山区。
2.2日极端降水强度和次数时间分布
由图3可见，近43年来西安夏季极端降水平均强度及次数总体呈增加趋势，二者变化趋势基本一致；极端降水强度增幅为1.20 mm/10a，最大年份为1991年，最小年份为1993年；极端降水出现次数增幅为0.66次/10a，最多年份为2007年，最少年份为1993年。
统计西安市7个县区不同年代夏季极端降水平均强度及天数（表1）发现，其呈现出显著的年代际差异及空间差异，说明极端降水事件有明显的局地性特征。20世纪80年代和21世纪以来的极端降水平均强度和天数显著增大；20
世纪80年代西安市东南部的蓝田、长安降水强度、天数较大，21世纪以来东部的蓝田、西部的周至降水强度较大，且周至天数最大；各年代际中西安市北部的高陵降水强度和天数均较小，而西安市区在20世纪70年代为最小值，其余年代水平居中。整体上看，西安市各县区的降水强度和天数空间分布不均，呈现西部、东部及南部山区多、北部少的特点，这与西安市整体夏季降水量的时空分布基本吻合。 通过线性倾向估计方法，计算西安市7个气象站夏季极端降水平均强度和频数的趋势系数和线性倾向率，发现其均通过了显著性检验，从7个县区极端降水平均强度和频数的趋势倾向分布（图4）可以看出，只有长安区极端降水平均强度呈下降趋势，减少趋势较大，为3.8 mm/10a；其余6个县区极端降水平均强度呈增大趋势，增大最多的为西部的周至，为2.8 mm/10a。极端降水频数趋势倾向的空间分布与强度趋势分布不一致，北部的高陵和东南部的蓝田呈减少趋势，分别为0.15、0.11 d/10；其余区县为增加趋势，市区频数增加趋势最大，为0.27 d/10a。整体看来，西部的户县、周至两县，市区及临近的临潼区近43年夏季极端降水强度和频数有所增加。
3近10年暴雨分布特征
西安暴雨大多发生在相对多雨时段，因此具有阶段性和集中期特点，西安通常将降雨阶段划分为6个自然阶段，即春雨（4月上旬～5月下旬）、春末初夏少雨（5月底～6月上中旬）、盛夏前期雨段（6月下旬～7月上中旬）、伏期少雨（7月下旬～8月上旬）、盛夏后期雨段（8月中下旬～9月初）、秋雨（9月上旬～10月初）。根据分析，西安市暴雨集中出现在3个时段：①前汛期（6月底～7月初），雨强为全年之最，大约有80%的大暴雨集中出现在这个时段；②盛夏汛期（7月底～8月初），仅次于前汛期；③秋汛期（8月下旬～9月上旬）。
依据西安气候背景，规定24 h降水量≥50.0 mm为暴雨，24 h降水量≥100.0 mm为大暴雨，1 h降水量≥10.0 mm为短时暴雨。从2004～2013年西安市7个县区地面站报表A文件中获取各站逐日降水量，分析西安市暴雨日时空分布特征，再从报表文件中提取暴雨日的逐小时降水资料，分析短时强降水时空分布特征。
3.1暴雨日
西安暴雨季节较长，多出现在5月下旬～10月上旬，最早出现在5月25日（2013年，周至、市区、临潼），最晚出现在10月1日（2005年，周至、户县、长安），且9月上旬出现最多，其次为7月中旬、8月上旬和9月中旬。西安市西部、南部、东部区县暴雨日发生频数较高，近10年暴雨日均出现11次以上，北部高陵县最少，仅出现3次，西安市区居中（8次）。暴雨日最大降水为96.3 mm（2011年9月18日，周至）。统计近10年各县区的暴雨日平均降水量发现，从大到小依次为高陵（83.6 mm）、周至（68.0 mm）、户县（65.8 mm）、蓝田（64.4 mm）、市区（63.4 mm）、长安（62.2 mm）、临潼（57.5 mm），仅长安在2004年6月29日、高陵在2007年8月9日出现大暴雨日，降水量分别为122.7、138.9 mm。
3.2短时强降水
3.2.1短时强降水空间分布。
西安短时强降水累积发生次数从南部山区向北部县区逐渐减少（图5a）；有2个活跃县区，第1活跃县区为蓝田，短时强降水累计发生次数为13次，第2活跃县区为户县，短时强降水累计发生次数为11次；不活跃县区为高陵，累计发生次数仅为2次；其余县区为5～7次。对应每个站点1 h最大降水量分布（图5b）显示，第1活跃县区的1 h最大降水量为78.7 mm，第2活跃县区的1 h最大降水量为53.8 mm，但不活跃的高陵是1 h降水极值最大的县区，为92.1 mm。这种极端强降水的发生与西安地区喇叭口地形有紧密联系，低层气流进入喇叭口后被迫辐合抬升，历时短、雨强大的降水十分容易在喇叭口收缩区形成，而西安正好位于喇叭口地形的收缩区上。
3.2.2短时强降水月际分布特征。
西安短时强降水7～8月最为活跃，其次为6和9月，5月最不活跃。10 mm≤1 h降水量<20 mm的短时强降水，7月比8月更为活跃；20 mm≤1 h降水量<30 mm的短时强降水，7月与8月持平；30 mm≤1 h降水量<50 mm的短时强降水，8月发生频数略多于7月，而1 h降水量≥50 mm的短时强降水主要发生在8月，1 h最大降水量和1 h降水量≥ 30 mm的短时强降水平均降水量同样是8月多于7月。从空间的月际分布上看，5月西安只有零星的短时强降水发生，最不活跃；6月短时强降水主要发生在市区、蓝田和长安；7月东部的蓝田和西部的户县较多；8月短时强降水逐渐向西扩展，周至开始出现；9月发生区域迅速减少。可见，空间分布呈现出自5月起随时间从中部向东西部扩展，8月扩展至最大，9月迅速收缩。
3.2.3短时强降水昼夜特征。
经分析，西安短时强降水具有明显的昼夜特征。近10年间全市7个县区共发生1 h降水量≥ 10 mm的短时暴雨49次，其中有41次是发生在夜间（20：00～次日08：00），且主要发生在后半夜到凌晨，上午到中午往往雨势减弱，表现为明显的夜雨型。关于这种夜间多发性降水，可能与低空急流常在夜间加强有关。西安位于青藏高原东北侧，夜间高地势的青藏高原降温快，冷空气下沉并与西北地区东部的暖湿上升气流交汇形成强降水[26]。
4城市化对西安夏季极端降水的影响
4.1西安城市化发展
经济发展和城市人口增加是我国城市土地扩张的主要驱动因子，城市化最为直接的表现是人口城市化率的增长（非农人口占总人口比例的增长）。西安市总人口自1952 年以来平均每年净增人口10万人左右，至2012年底达795.98万人；相应的城市人口所占比例也从1952年的22.8%上升至2012年底的49.9%，平均每年增加5.8%，说明西安的城市化发展是非常迅速的（图6）。城市发展的相关指标除了城市人口占总人口的比例，还包括很多其他的因素，如GDP、工业生产总值、建筑房屋竣工总面积、道路面积、能源消耗量等，将其与城郊温差（1971～2011年西安市区与其余县区年平均温度差为0.5 ℃）进行对比分析，发现西安城郊温差与上述各种城市化指标之间均存在显著的正相关，其中与城市人口比例的相关系数最高（r=0.89）。此外，通过对各年代人口增长的趋势率分析，21世纪增长最快，平均每年非农人口较上年增长2.8%。因此，将西安城市化进程划分为2000年以前的城市化缓慢期及2000年以后的快速城市化时期，以讨论西安城市化发展不同阶段对区域极端降水的影响。 4.2极端降水强度的局地变化
先求DRij在j方向的平均，得到7个县区局地极端降水的多年平均值。从西安城市化发展不同阶段夏季极端降水强度距平百分比其分布形态（图7）看，地形是决定各县区极端降水强度差异的主要因素。城市化缓慢期（图7a），极端降水强度正距平区分布在蓝田、高陵和临潼，距平百分比最高值为蓝田（15%），距平百分比最低值为长安（-18%），这与年雨量的局地分布相吻合；城市化快速发展期（图7b），周至、高陵、临潼、蓝田为正距平，距平百分比最高值仍为蓝田（25%），距平百分比最低值仍为长安（-46%），可见城市发展对局地极端降水强度的影响有一定的区域性，且城市化快速发展期的影响程度较大。
从夏季极端降水频率的局地变化（图8）可看出，2个时期降水频率的分布形态与降水强度均有较大差异。在城市化缓慢期（图8a），极端降水频数正距平高值区主要位于蓝田户县、临潼、长安，周至、市区、高陵为负距平；在城市化快速发展期（图8b），正距平区有明显的西移，高陵、蓝田、临潼3个县区为负距平。
综合分析，西安城市化发展不同阶段极端降水强度及频率均有不同的分布形态，城市发展对城市不同区域极端降水的影响也是不一样的。城市发展对局地极端降水强度的影响主要表现在城市周边县区，对局地极端降水频率的影响在
城市化缓慢期主要表现在东南县区，在城市化快速发展期主要表现在西部县区。
5结论
应用西安7个气象站1971～2013年的日降水记录及7个气象站2004～2013年的逐小时降水记录，分析了西安夏季极端降水事件的时空变化特征及城市化的影响，结论如下：
（1）西安各区县根据所处下垫面地理信息不同，极端降水阈值略有不同，最高阈值在西部的周至，最低阈值在西安市区，中到大雨为西安极端降水事件的标准；极端降水阈值空间分布与年降水总量的分布相似，且存在地域性差异；极端降水日数基本沿山分布，山区多、市区少；强降水多发区与阈值高值区基本对应，极端降水和极端雨日的多发区在山区，最大为蓝田。
（2）近43年来西安夏季极端降水事件平均强度及频数呈增加趋势，20世纪80年代和21世纪以来的极端降水平均强度和极端降水频数显著增大；西安市极端降水事件具有明显的局地性特征，各县区的降水强度和频数空间分布不均，西部、东部及南部山区多，北部少，与西安市整体夏季降水量的时空分布基本吻合。
（3）西安市极端降水强度趋势表现为市区及中部地区为减少趋势，周边为增大趋势；频数趋势表现为北部和东南部为减少趋势，中部及西南部为增加趋势。
（4）西安暴雨季节多出现在5月下旬～10月上旬，且9月上旬出现最多，其次为7月中旬、8月上旬和9月中旬。西安市西部、南部、东部县区暴雨日发生频数较高，北部县区最少，西安市区居中，暴雨日最大降水量出现在西部的周至。短时强降水在西安市存在2个活跃县区和1个不活跃县区，南部山区较为活跃，北部较不活跃，且均能出现1 h降水量>50 mm的强降水。西安短时强降水7～8月最为活跃，10 mm≤1 h降水量<20 mm的短时强降水7月多于8月，1 h降水量≥30 mm的短时强降水8月多于7月；空间分布自5月起随时间从中部向东西部扩展，8月扩展至最大，9月迅速收缩。西安短时强降水主要发生在后半夜到凌晨，表现为明显的夜雨型特征。
（5）西安城市人口所占比例从1952年的22.8%上升至2012年底的49.9%，平均每年增加5.8%，是城市化的直接表现；城市化发展的不同阶段极端降水强度及频数均有不同的分布形态，城市周边区县的极端降水强度受城市发展的影响最大，城市化缓慢期东南县区的极端降水频率受城市化影响较大，城市化快速发展期西部县区受城市化影响较大。
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