龍巖市暴雨極端天氣演化規(guī)律分析

焦志敏+鄧宇陽+林曉君+賴巧珍

摘 要：利用龍巖市近53a的7個國家級氣象站的逐日雨量數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)計分析、Morlet小波分析和MK突變檢驗等方法對龍巖市暴雨極端天氣演化規(guī)律進行分析。結(jié)果表明：龍巖市大部分地區(qū)近53a的平均暴雨頻次在5.0次左右；暴雨頻次整體表現(xiàn)為逐年遞增，且其月際變化呈雙峰趨勢，2個峰值分別出現(xiàn)在6月和8月，6月峰值要明顯大于8月峰值；龍巖市暴雨日數(shù)和極端暴雨總量均為每隔7a左右會出現(xiàn)1次多發(fā)期，極端暴雨量閾值為118.0mm，龍巖市不存在降雨突變年份。

關(guān)鍵詞：暴雨；頻次；時空分布；周期

中圖分類號：P456 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20180133190

引言

龍巖市位于福建省西南部（E11551～11745，N2423～2602），屬于亞熱帶季風氣候。境內(nèi)以山地和丘陵為主，武夷山脈南段、玳瑁山、博平嶺等山脈沿東北—西南走向，大體呈平行分布，地勢東高西低、北高南低。龍巖市受西風帶和東風帶雙重天氣系統(tǒng)的影響，雨量充沛，暴雨事件頻發(fā)，尤其是在發(fā)生了大范圍持續(xù)性暴雨和集中特大暴雨時，常常會引起洪澇、山體滑坡等災害，容易造成極大的破壞。因此，深入研究龍巖市暴雨極端天氣事件的時空演化規(guī)律，對于防災減災，提高預報氣象災害等具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1 資料與分析方法

1.1 資料選取

按照國家氣象中心規(guī)定，暴雨事件定義為24h降水量≥50mm。

因1968年永定站雨量數(shù)據(jù)有缺失，故選取龍巖市7個氣象觀測站1963—2016年（不含1968年）共53a的逐日雨量觀測資料，經(jīng)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制后用于分析龍巖市暴雨事件的時空分布特征。

1.2 研究方法

采用統(tǒng)計方法對龍巖市多年暴雨的時空分布特征進行分析；采用Morlet小波分析和Mann-Kendall 非參數(shù)突變檢驗方法，對龍巖市極端暴雨的周期性和在時間序列上的突變檢驗進行分析。

2 結(jié)果分析

2.1 暴雨的近53a空間分布特征

從龍巖市近53a平均暴雨頻次分布圖（圖1）可以看出，大部分地區(qū)多年平均暴雨頻次在5.0次左右，其中以新羅站近53a的平均暴雨頻次6.3次為最多，武平站次之；以漳平站的近53a平均暴雨頻次4.0次為最少。結(jié)合龍巖市近53a平均降雨量分布圖（圖2）可以看出，新羅區(qū)和漳平市近53a的平均降雨量分布和暴雨頻次分布一致，暴雨頻發(fā)的地區(qū)，近53a平均降雨量也為大值區(qū)；而長汀西北地區(qū)的近53a平均降雨量分布和暴雨頻次分布相關(guān)性較差，暴雨發(fā)生次數(shù)少，但多年平均降雨量較多，這可能與暴雨產(chǎn)生的降雨量對總降雨量的貢獻率有關(guān)，有待進一步驗證。

2.2 暴雨的年際變化

從表1可以看出，龍巖市7個氣象觀測站近53a來的暴雨頻次年際變化均呈現(xiàn)1個增長趨勢，其中以漳平站暴雨頻次的年際增長率為最大，達4.5%；永定站暴雨頻次年際增長率僅次于漳平站，為4.4%；以武平站暴雨頻次的年際增長率為最小，達1.7%。

近53a來，龍巖市7個氣象觀測站年暴雨頻次最大值為10～14次，最小值均≤2次。2016年，長汀、武平、新羅和漳平4個觀測站均出現(xiàn)了近53a來年暴雨頻次的最大值，發(fā)生次數(shù)均在10次及以上，其中新羅站發(fā)生暴雨次數(shù)高達14次。7個氣象觀測站近53a來年暴雨頻次的最大值與最小值的差值均在9次及以上，年際增長率在1.7%～4.5%之間，其中東南部地區(qū)暴雨頻次的年際增長速度快于西北部地區(qū)。

本研究進一步將1963—2016年（不含1968年）近53a的雨量數(shù)據(jù)按照年代進行分類統(tǒng)計（如圖3和圖4），即分為6個年代：20世紀60年代（1963—1969年共6a，不含1968年）、20世紀70年代（1970—1979年共10a）、20世紀80年代（1980—1989年共10a）、20世紀90年代（1990—1999年共10a）、21世紀00年代（2000—2009年共10a）、21世紀10年代（2010—2016年共7a）。從圖3可以看出，龍巖市地區(qū)隨著年代的推移，暴雨平均頻次整體隨之增加，增長幅度為23.8%。針對龍巖市7個單站分別作不同年代的暴雨平均頻次曲線（圖4），發(fā)現(xiàn)新羅、永定在21世紀10年代年均暴雨頻次陡增，達到8次，其余站點均在5次左右波動；而漳平近53a的不同年代暴雨平均頻次均<龍巖市其他6個氣象站。

2.3 暴雨的月際變化

通過對比分析龍巖市近53a來7個氣象觀測站暴雨頻次月際分布曲線（圖5），可以發(fā)現(xiàn)：7個氣象觀測站全年暴雨發(fā)生頻次月變化趨勢一致，均為雙峰曲線，第1個極大值除了武平站出現(xiàn)在5月份外，其余測站均出現(xiàn)在6月份，而武平站5月份的暴雨平均頻次僅比6月份暴雨平均頻次多0.1次；第2個極大值均出現(xiàn)在8月份。暴雨頻次最小值出現(xiàn)在1月和2月。由此可見，暴雨的發(fā)生主要集中在3—9月，約占全年總暴雨數(shù)的91.1%，其中前汛期（3—6月）的暴雨發(fā)生頻次要明顯高于臺風季（7—9月）的暴雨頻次，分別占全年總暴雨數(shù)的62.5%和28.6%，說明臺風季發(fā)生暴雨的概率相對前汛期較小。

9—10月，東南部地區(qū)（漳平、新羅、永定、上杭和武平）發(fā)生暴雨頻次要高于西北部地區(qū)（長汀、連城），這可能與臺風登陸位置和山脈阻擋有關(guān)。漳平站在前汛期（3—6月）發(fā)生暴雨的頻次要低于其他各站，這可能由于前汛期西南暖濕氣流受梅花山和博平嶺山脈的阻擋影響，造成漳平站發(fā)生暴雨的次數(shù)相對其他各站較少。7月份發(fā)生的暴雨頻次明顯比6月和8月份發(fā)生暴雨頻次偏低，呈現(xiàn)出1個凹槽態(tài)勢，其中以連城站起伏最大，連城站7月發(fā)生暴雨頻次比6月暴雨頻次低1.08次，比8月暴雨頻次低0.58次。

2.4極端暴雨的周期性分析

（UF>0代表增加，<0代表減小；上下2條灰色線條以外的區(qū)域代表顯著性的區(qū)域；UF和UB相交的地方代表突變開始的年份）

根據(jù)挑選出的日雨量≥50mm的日期，計算7個站在1963—2016年（不含1968年）總暴雨日數(shù)。基于累積頻率分布（cumulative frequency distribution，CFD）方法，統(tǒng)計日雨量在50.0～500.0mm、間隔0.1mm的各個等級降水頻數(shù)，當前面若干個等級的累積頻數(shù)達到總暴雨日數(shù)的95%時，則定義當前的日雨量為極端暴雨閾值。經(jīng)計算，龍巖市極端暴雨閾值為118.0mm。并通過MK突變檢驗對龍巖市近53a來逐年降雨量進行分析（如圖6），可以看出降水量的突變均沒有顯著性檢驗（即在2條灰色線條之間）。因此認為龍巖市的降雨不存在突變年份。

對近53a龍巖市逐年極端暴雨日數(shù)和極端暴雨總量分別進行統(tǒng)計，其變化趨勢如圖7a、b所示。從圖7a、b中可以看出，無論是暴雨日數(shù)還是極端暴雨總量每隔7a左右會出現(xiàn)1次多發(fā)期。通過對極端暴雨日數(shù)和極端暴雨總量進行小波分析，發(fā)現(xiàn)功率大值區(qū)（圖7c、d中填色）同樣位于7a左右，也就是說龍巖市極端暴雨量和極端暴雨日數(shù)的周期為7a，與圖7a、b趨勢分析結(jié)果一致，但是小波分析結(jié)果大部分都沒有通過顯著性檢驗，只有在70年代初有通過顯著性檢驗。

3 結(jié)論

基于龍巖市1963—2016年（不含1968年）近53a來的7個氣象觀測站的逐日雨量資料，利用統(tǒng)計分析、小波分析和MK突變檢驗等方法，分析龍巖市暴雨極端天氣的演化規(guī)律。結(jié)論如下：

龍巖市大部分地區(qū)近53a的平均暴雨頻次在5.0次左右，其中以新羅站6.3次為最多，武平站次之；以漳平站4.0次為最少，這與龍巖市近53a平均降雨量分布一致，但長汀西北地區(qū)的情況卻與之相反。

龍巖市暴雨頻次整體表現(xiàn)為逐年遞增，以漳平站暴雨頻次的年際增長率4.5%為最大，以武平站暴雨頻次的年際增長率1.7%為最小，且東南部地區(qū)暴雨頻次的年際增長速度快于西北部地區(qū)。

龍巖市7個氣象觀測站暴雨頻次月際變化趨勢一致，均呈雙峰曲線。2個極大值分別出現(xiàn)在6月份和8月份，最小值出現(xiàn)在1月和2月。暴雨發(fā)生頻次主要集中在3—9月份，其中前汛期（3—6月）的暴雨發(fā)生頻次要明顯高于臺風季（7—9月）的暴雨頻次，說明臺風季發(fā)生暴雨的概率相對前汛期較小。

龍巖市暴雨日數(shù)和極端暴雨總量均為每隔7a左右會出現(xiàn)1次多發(fā)期，但小波分析結(jié)果顯示，近53a來大部分時間都沒有通過顯著性檢驗。龍巖市極端暴雨量閾值為118.0mm，不存在降雨突變年份。

參考文獻

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作者簡介：焦志敏（1988-），女，山西省大同市人，助理工程師，從事天氣預報工作。