在全球气候变暖背景下，大气持水能力显著增强，促进强降水及极端降水事件频发（周秋雪等，2025）。短时强降水（Heavy Hourly Rainfall，HHR）作为典型强对流天气，具有尺度小、突发性强及致灾效率高等特征，易引发城市内涝、山洪、滑坡、泥石流等灾害，对社会经济发展和人民生命财产安全构成严重威胁（俞小鼎，2013；毛冬艳等，2018）。在短时强降水致灾过程中，极端小时雨强是关键因子。典型个例表明，高强度小时降水可显著放大灾害效应，如甘肃舟曲“8·8”特大山洪泥石流（最大小时雨量77.3 mm）及河南郑州“7·20”极端降水事件（最大小时雨量201.9 mm）均凸显了极值雨强在灾害链演化中的核心作用（曲晓波等，2010；陈炯等，2013；闫玮等，2024）。因此，短时强降水及其极端降水特征已成为当前极端天气气候研究的重要方向（王建兵等，2011；段汀等，2022；Yin et al.，2022；齐道日娜等，2023）。已有研究表明，我国极端降水在区域分布及变化趋势上存在明显差异。长江中下游、西北北部及西南西部等地极端降水频次呈增加趋势，而华北有所减少；长江中下游地区极端降水量的增加主要源于降水强度增加与发生频次上升的共同作用（苏布达等，2006；邹用昌等，2009）；从空间上看，短时强降水高发区主要位于华南、云南南部、四川盆地、贵州南部、江西及长江下游地区，与我国暴雨区高度一致，其日变化特征与中尺度对流系统活动密切相关（陈炯等，2013）。此外，盛夏期间暴雨对我国东部地区降水总量的贡献超过60%（李红梅等，2008）。近年来，短时强降水呈现显著的区域差异化及夜间高频化特征，相关研究进一步表明，地形条件与天气系统的耦合作用是影响短时强降水发生发展的关键因素。例如，复杂地形可通过增强气流抬升与辐合，促进降水发生并增加短时强降水发生频次；不同区域短时强降水在空间分布及日变化特征上均表现出明显的地形依赖性（童金等，2017；王芬等，2017；王婧羽等，2019；肖蕾等，2021；何科等，2025；李浙华等，2025）。上述研究从多尺度揭示了短时强降水的时空分布规律及其主要影响因子，但针对复杂地形区的精细化分析仍有不足。

湖南中部（简称湘中）位于云贵高原向江南丘陵的过渡带（潘志祥等，2015），是湖南省地形与气候的重要转换区，地形复杂，西部为雪峰山脉，东部为丘陵，中部发育盆地和河谷，多类型地貌共存。汛期（4—9月）东亚季风与南海夏季风交替影响，持续输送水汽，叠加锋面、低涡等天气系统频繁活动，为短时强降水的形成提供了有利的大尺度背景。已有研究表明，湖南省短时强降水总体呈增加趋势，其中湘中地区增幅更为明显，且月变化表现为以6月为峰值的单峰型，是省内短时强降水高发区之一（姚蓉等，2020）。然而，现有研究多侧重于全省或更大尺度分析，针对湘中地区不同地形分区下短时强降水时空分布特征的系统研究仍相对缺乏。复杂地形条件下，降水过程对局地动力和热力结构的响应具有显著差异，这在一定程度上制约了对区域强降水形成机制的深入认识及精细化预报能力的提升。因此，有必要从地形分区角度出发，对湘中短时强降水开展精细化研究。基于此，利用中国气象局国家气象信息中心2016—2024年逐小时降水观测资料，结合地形分区（Ⅰ~Ⅳ区）系统分析湘中地区汛期短时强降水降水量、发生频次及强度特征，重点揭示其在多时间尺度（日变化、年—旬变化）上的变化规律及空间分布特征，以期为提升区域短时强降水精细化预报预警能力及防灾减灾决策提供科学依据。

依据《湖南省气象地理区划规范（修订）》^①(^①湖南省气象局，2024. 湖南省气象地理区划规范（修订）（湘气办发[2024]33号文）.)，湖南省可划分为北部、中部和南部三大气候区（图1）。湘中地区地形具有明显分布差异，西部为雪峰山隆起带（海拔600~2 000 m），以中低山为主，峡谷深切；中部为丘陵盆地群（海拔50~300 m），以衡阳红层盆地为代表，红岩丘陵广泛发育；东北部为湘江下游平原（海拔低于50 m），并与罗霄山余脉相连。湘中地区属亚热带季风气候，年降水量多为1 300~1 600 mm，雪峰山东麓受地形抬升影响，年降水量局部可达1 700 mm，是湖南暴雨高发区，而衡阳盆地易发伏旱（湖南省气象局，2018）。在上述气候与地形背景基础上，将湘中精细化划分为4个子区域，Ⅰ区为东北部平原山麓区（长株潭都市圈），包括长沙市、株洲市中北部和湘潭市；Ⅱ区为中部红岩盆地区，包括衡阳市中北部、邵阳市东部和娄底市中东部；Ⅲ区为湘西南丘陵过渡区，包括邵阳市大部和娄底市西部；Ⅳ区为西部山地区（雪峰山主体），包括怀化市大部、益阳市安化县和邵阳市绥宁县。

降水资料来自国家气象信息中心2016—2024年国家站和区域自动站逐小时降水观测数据，对数据进行严格质控，筛选出1 034个有效站点，其中国家站43个、区域自动站991个；分区统计，Ⅰ区321个站、Ⅱ区167个站、Ⅲ区206站、Ⅳ区340站。

根据中国气象局《短时临近天气预报业务规定》^②(^②中国气象局，2017. 短时临近天气预报业务规定（气办发[2017]32号文）.)，将某站小时降水量≥20 mm定义为一次短时强降水（冉津江等，2023；欧娜音等，2025），在此基础上，定义以下统计指标：站点平均短时强降水降水量（频次）为统计时段内该站点短时强降水总降水量（总频次）与总年数之比；站点短时强降水降水强度为短时强降水总降水量与总频次之比；小时雨量极值为统计时段内最大小时降水量；汛期降水贡献率为汛期降水量占年降水量的比例。参照宇如聪和李建（2016）及唐永兰等（2023）的研究方法，短时强降水降水量与频次分别通过对各站点01：00（北京时，下同）—24：00逐时短时强降水降水量与频次在统计时段内累加获得；短时强降水强度为逐时累积降水量与累积频次之比。将各时次短时强降水降水量、频次及强度除以24 h平均值，得到标准化时间序列，单站标准化计算公式如下：

式中：x_j,i和F_j(x_i）分别为第j个站点第i小时气象指标值及其标准化值，j∈（1，2，3，…，N），i∈（1，2，3，…，24），$\overline{F}\left({x}_{i}\right)$为区域第i小时标准化气象指标平均值，N为站点总数。日变化峰值站点占比为各时次作为峰值时刻的站点数占总站点的比例；峰值时刻位相为日最大值出现的时刻。为便于分析，将一日划分为4个时段：夜间（22：00—03：00）、清晨（04：00—09：00）、中午（10：00—13：00）及下午（14：00—21：00）。

2016—2024年湘中地区汛期降水量平均值的空间分布[图2（a）]表明，降水量空间分布差异显著，高值中心主要位于Ⅲ区和Ⅳ区交界处的雪峰山（降水量≥1 000 mm）及Ⅰ区东部（降水量≥1 400 mm）。其中，呈东北—西南走向的雪峰山通过显著的地形抬升作用，对偏南暖湿气流形成阻挡并增强水汽辐合和上升运动，从而有利于持续性地形降水的形成（杨丽杰等，2022）；Ⅰ区东部则在东南季风输送与罗霄山脉北段地形辐合的共同作用下，汛期降水异常偏多。相比之下，Ⅱ区中南部为降水量低值区（降水量<800 mm），该区盆地地形位于南岭北侧，夏季盛行的偏南风越过南岭后形成焚风效应，导致降水量明显偏少（湖南省气象局，2018）。湘中地区汛期降水贡献率的空间分布[图2（b）]与降水量基本一致，区域平均降水贡献率为69.1%，高值区（多为70%~75%）主要分布于Ⅲ区与Ⅳ区交界处及Ⅰ区东部，最大值（79.5%）出现在Ⅲ区北部，Ⅱ区中南部为低值区（60%~65%）。这一分布特征表明，高值区具有更强的季节集中性，即汛期降水对全年降水总量的贡献极为突出，而低值区降水季节分配相对均匀。进一步分析[图2（c）]表明，湘中地区汛期降水贡献率与海拔高度整体呈较明显正相关，海拔低于200 m的站点中，降水贡献率≥69.1%的站点仅占35.3%；海拔高于200 m时，降水贡献率≥69.1%的站点占比升至70.1%；海拔高于1 000 m时，降水贡献率≥69.1%的站点占比高达84.6%。这一结果表明，中高海拔区域受地形抬升作用影响更为显著，汛期降水更集中且强度更大，从而导致其对全年降水量的贡献明显偏高；而Ⅱ区中南部低海拔地区（多低于200 m）不仅降水贡献率低，其与海拔的相关性也较弱。

图3为湘中地区汛期短时强降水平均降水量、平均频次、强度及小时雨量极值的空间分布。各要素具有较好的空间一致性，并呈明显的不均匀分布。短时强降水平均降水量和频次的高值区主要位于Ⅰ区东北部及Ⅳ区西北部、南部，而Ⅱ区和Ⅲ区南部为低值区，整体表现为高、低值区交错分布格局，突出显示了短时强降水事件具有明显的局地性特征。湘中汛期短时强降水平均降水量主要集中在160~220 mm·a^-1（占比42.2%）和100~160 mm·a^-1（占比39.6%）区间，降水量在100 mm·a^-1以上的站点占比达92.0%，表明汛期短时强降水过程通常伴随较大的累积降水量。短时强降水平均频次主要为3.5~7.5次·a^-1，站点占比达84.0%，说明该区域汛期短时强降水事件具有稳定的发生频次。短时强降水强度整体较高，超过93.0%的站点强度≥27 mm·h^-1，其中超过55.0%的站点强度≥29 mm·h^-1，并在Ⅳ区形成显著高值中心，体现出该区域更强的对流降水强度。小时雨量极值主要为40~80 mm（站点占比近90.0%），超过100 mm的极端事件虽少（不足1.0%），但主要出现在Ⅳ区西北部，表明该区域具有发生极端短时强降水的潜势。

表1为2016—2024年湘中不同区域汛期短时强降水平均降水量、平均频次和强度统计分析。Ⅰ区同时具有最高的单站短时强降水降水量（380.8 mm·a^-1）和频次（13.1次·a^-1），其余依次为Ⅳ区、Ⅲ区和Ⅱ区；而站点短时强降水强度极值出现在Ⅳ区（34.9 mm·h^-1）。从区域平均来看，短时强降水平均降水量、平均频次和强度整体呈现相似的空间分布格局，均以Ⅳ区为最大，其余依次为Ⅰ区、Ⅱ区和Ⅲ区。短时强降水单站最大降水量与单站最大频次均出现在Ⅰ区，其余由高到低依次为Ⅳ区、Ⅲ区和Ⅱ区；短时强降水强度的单站最大值则位于Ⅳ区，其余依次为Ⅲ区、Ⅰ区和Ⅱ区。表明Ⅰ区表现出更频繁的短时强降水事件，而Ⅳ区则具有更强的降水强度特征，这一空间分布格局可能与地形抬升作用有关（张夕迪等，2023）。

为进一步揭示2016—2024年湘中地区汛期短时强降水平均降水量、平均频次和强度之间的关系，对3者进行相关性分析（图略）。结果表明，降水量与频次相关性最强（R=0.984，P<0.05），降水量与强度的相关性次之，频次与强度的相关性最弱，说明降水量变化主要受频次控制。基于此，对各分区汛期短时强降水降水量与频次进行回归分析（图4）发现，两者在各区均呈显著正相关（P<0.05），回归方程斜率为29.6~32.1，相关系数均≥0.979，表明两者具有高度一致的线性关系，即短时强降水频次增加直接导致短时强降水降水量增加。阈值分析发现，当短时强降水频次低于3.4次·a^-1时，各区域短时强降水降水量普遍低于100 mm·a^-1；当短时强降水降水量超过200 mm·a^-1时，不同区域表现出较明显差异：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区短时强降水频次整体偏高，而Ⅳ区则相对偏低。结合强度分布可知，Ⅳ区较低频次阈值可能与其较高的降水强度有关。

图5为2016—2024年湘中地区汛期短时强降水降水量、频次及降水强度在年和旬尺度上的变化特征，可以看出，3者均表现出明显的年际波动，短时强降水降水量和频次的年际变化高度一致。2016—2024年湘中地区汛期短时强降水平均降水量为167.6 mm·a^-1，平均频次为5.7次·a^-1。其中，2024年降水量（232.9 mm）和频次（7.8次）最高，其次是2020年（降水量为202.3 mm，频次为6.9次），2022年最低（降水量为128.3 mm，频次为4.3次）。相比之下，短时强降水强度的年际变幅相对较小，多年平均值为29.1 mm·h^-1，强度最大值（29.6 mm·h^-1）出现在2022年，其次是2024年（29.5 mm·h^-1），2017年最小（28.6 mm·h^-1）。湘中地区汛期短时强降水强度的年际变化差异整体弱于短时强降水降水量和频次。在旬际尺度上，汛期短时强降水降水量和频次的变化趋势同样高度一致，均呈单峰型结构，峰值出现在6月下旬，分别为190.0 mm和6.4次。该峰值出现时间与东亚夏季风阶段性推进密切相关（丁一汇和张建云，2009），随着华南前汛期向江淮梅雨期过渡，湘中地区短时强降水频次急剧增加，导致降水量达到峰值。短时强降水强度的旬际变化表现为多峰型结构，首个短时强降水强度高值出现在5月下旬，与南海夏季风建立时间基本一致（陈隆勋等，1991），标志着区域对流活动开始系统性增强；6月中旬至7月上旬，长江中下游地区进入梅雨期，湘中地区短时强降水强度维持较高水平；降水强度峰值出现在7月中旬至8月，此时主雨带虽已北移至华北地区（黄士松等，1986），但湘中地区受副热带高压边缘控制，局地热对流活动旺盛，导致短时强降水强度达到全年最大，凸显了热力不稳定条件对降水强度的重要作用。

图6为2016—2024年湘中各区域汛期短时强降水降水量、频次和强度的日变化特征。各区域短时强降水降水量和频次日变化幅度均较大，并呈明显双峰型结构，主峰值分别出现于07：00—10：00、16：00—18：00。其中，山区（Ⅳ区）短时强降水主峰值出现在清晨，而平原、盆地与丘陵区（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区）则出现在下午。这种主峰值出现时间的位相差异主要与不同地形条件下天气系统作用方式及下垫面热力特征有关：平原、盆地与丘陵地区（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区）在梅雨期多受梅雨锋、低涡及切变等大尺度系统影响，降水过程具有明显系统性；而在盛夏副热带高压控制期间，太阳辐射日变化触发的午后局地热对流是短时强降水的重要成因（陈炯等，2013）。相比之下，山地（Ⅳ区）清晨出现主峰值则可能与夜间至清晨加强的水汽输送、边界层稳定度变化及地形持续抬升作用密切相关，这些因素有利于中尺度对流系统的生成与维持（Yuan et al.，2014；Wu et al.，2018；Xue et al.，2018）。进一步分析发现，清晨与下午峰值时间均表现出自西向东（即Ⅳ区→Ⅲ区→Ⅱ区→Ⅰ区）的空间依次递推特征，其中，清晨峰值持续时间约为3 h，而下午峰值相对集中，出现约2 h；两个低谷时段分别出现在10：00—13：00、22：00至次日01：00，其中夜间谷值最低。短时强降水降水量与频次日变化的一致性表明，湘中地区汛期短时强降水降水量主要由短时强降水频次主导。短时强降水强度日变化振幅明显小于短时强降水降水量和降水频次，但区域差异依然明显，Ⅳ区短时强降水强度高值主要出现在02：00—08：00，而Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区主要出现在18：00—22：00；短时强降水强度峰值均滞后于短时强降水降水量和频次峰值，这与对流系统日变化过程密切相关。午后以局地热力触发为主，对流生命期较短，虽导致降水量和频次迅速增加，但系统发展尚不充分，平均降水强度相对较低（孙继松等，2014）；夜间则以大尺度动力强迫为主，水汽输送增强，有利于形成组织化程度高、持续时间长的中尺度对流系统，高强度短时强降水事件贡献显著增加。因此，该滞后现象是午后对流高频发生与夜间对流高强度维持共同作用的结果。综上所述，湘中地区汛期短时强降水降水量峰值（尤其Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区）主要由频次增加驱动，而降水强度变化对降水量次峰值形成起协同作用。

图7为2016—2024年湘中不同区域汛期短时强降水降水量、频次和强度日峰值出现时刻的站点占比。短时强降水降水量和频次的峰值出现时刻站点占比的日变化特征较为一致，多数站点峰值出现在16：00—18：00。但Ⅳ区呈显著差异，其短时强降水降水量和频次峰值主要集中于07：00，约17%的站点在该时次达到峰值。短时强降水强度的峰值日变化表现出不同特征，Ⅰ区和Ⅱ区峰值主要出现在19：00—21：00，而Ⅲ区和Ⅳ区未表现出明显优势峰值时段，进一步表明短时强降水强度日变化振幅相对较弱，且区域差异明显。

进一步分析湘中地区汛期短时强降水降水量、频次和强度日峰值出现时段空间分布特征，有助于理解该区域短时强降水的形成及演变规律。从图8可知，短时强降水降水量日峰值主要出现在清晨（31.6%）和下午（46.6%），而夜间（9.6%）和中午（12.2%）比例较低。Ⅳ区短时强降水降水量峰值多出现在清晨，而Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区多出现在下午；在Ⅳ区清晨峰值区与其东侧Ⅲ区的下午峰值区之间，形成一条清晰的东北—西南向过渡带，其走向与雪峰山山脉基本一致。该过渡带反映了两类不同降水主导机制的空间转换：山地地区（Ⅳ区）以清晨地形抬升—系统性降水为主，而东侧丘陵与盆地区（Ⅲ区）以午后局地热对流为主。Ⅰ区北部、Ⅱ区中部及Ⅲ区南部降水量峰值时间分布较为离散，未表现出明显的时段集中特征。短时强降水频次峰值出现时段空间分布与降水量峰值较为一致，进一步证实湘中地区汛期短时强降水降水量变化主要受降水频次控制。与降水量相比，频次峰值最主要的变化是清晨峰值站点比例显著增加（由31.6%升至38.9%），接近下午峰值站点比例（37.6%）。空间上，Ⅲ、Ⅳ区下午及夜间峰值区范围有所缩小，而清晨峰值区明显扩展；Ⅰ、Ⅱ区下午峰值站点分布更加集中；同时，Ⅳ区清晨峰值区与下午峰值区之间的分界线较降水量峰值分界线呈一定程度东移。短时强降水强度峰值出现时段空间分布显示，各时段出现峰值占比相对均衡，其中下午峰值站点占比为36.0%，夜间峰值站点占比显著增加（26.4%）、清晨峰值站点比例降至21.9％；且峰值出现时段的空间一致性较弱，未形成稳定的连续区域。

使用国家气象信息中心提供的逐小时降水观测资料，结合地形分区（Ⅰ~Ⅳ区）系统分析了2016—2024年湘中地区汛期短时强降水降水量、频次和强度多时间尺度变化规律及空间分布特征，得到以下主要结论。

1）湘中地区汛期短时强降水降水量及其贡献率空间分布不均，Ⅲ区与Ⅳ区交界处的雪峰山主体以及Ⅰ区东部为降水量高值中心，Ⅱ区中南部为显著低值区。Ⅰ区东北部及Ⅳ区西北部、南部为短时强降水降水量与频次高值区，其中Ⅳ区西北部尤为突出，同时也是短时强降水强度和小时雨量极值的高值区；而Ⅱ区、Ⅲ区南部为低值区。

2）湘中地区汛期短时强降水具有明显的年际与旬际变化特征。年际尺度上，短时强降水降水量与频次变化特征高度一致，2024年最大，2022年最小；旬际尺度上，短时强降水降水量与频次呈单峰型分布，峰值均出现在6月下旬，而短时强降水强度呈多峰型分布。

3）湘中地区汛期短时强降水降水量和频次日变化均呈双峰型分布，峰值分别出现在清晨和下午；山区（Ⅳ区）峰值主要出现在清晨，而平原、盆地与丘陵区（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区）峰值主要出现在下午；短时强降水强度峰值滞后于短时强降水降水量和频次峰值。

4）湘中地区汛期短时强降水降水量与频次的日峰值时空分布高度一致，表现出自西向东（Ⅳ区→Ⅲ区→Ⅱ区→Ⅰ区）的空间依次递推特征，以雪峰山为界在Ⅳ区和Ⅲ区之间形成清晰的东北—西南向过渡带，体现出区域短时强降水日变化受不同降水机制主导；短时强降水强度日峰值以下午为主，且空间分布区域一致性较弱。

基于湘中地区1 034个地面加密气象观测站及国家站逐小时降水资料，分析了该区域及内部不同分区汛期短时强降水的时空分布特征。高密度观测网有效捕捉到短时强降水的空间分布特征：湘中地区Ⅳ区西北部不仅是短时强降水降水量和频次的高值区，更是降水强度和小时雨量极值的高值中心，而Ⅱ区、Ⅲ区南部（衡邵盆地）则为降水量和频次低值区。上述结果为深入认识复杂地形下区域极端短时强降水的形成机制提供了重要观测依据。然而，这些空间差异特征背后的动力与热力作用过程仍有待进一步研究，未来需结合大气环流合成分析、数值模拟与诊断等方法，对其物理机制开展更系统深入的研究。