1954～2017年臺山市暴雨氣候特征

朱婷婷　余興湛　雷琳　楊錦青

摘 要 采用Excel和復(fù)Morlet小波函數(shù)等統(tǒng)計分析方法，分析臺山市1954～2017年暴雨的氣候特征。結(jié)果表明：臺山市年平均暴雨日數(shù)為9.2 d，平均暴雨強度為87.5 mm/d。一年四季均有暴雨發(fā)生，主要集中在4～9月。暴雨的月變化表現(xiàn)為明顯的雙峰型，主峰在5～6月，次峰在8月。持續(xù)暴雨占暴雨總?cè)諗?shù)的29.4%，持續(xù)3 d以上的暴雨均出現(xiàn)在汛期，2次持續(xù)5 d的暴雨均出現(xiàn)在后汛期。暴雨初日具有逐漸提前的特征，終日推遲特征不明顯。年暴雨日數(shù)的年際差異很大，最多20 d，最少1 d。小波分析顯示，臺山市暴雨日數(shù)存在準(zhǔn)6 a和準(zhǔn)27 a的周期變化，預(yù)測臺山市未來幾年將繼續(xù)處于暴雨偏多期。

關(guān)鍵詞 氣候?qū)W ；暴雨 ；統(tǒng)計特征 ；臺山市

中圖分類號 P458.1+21.1 文獻標(biāo)識碼 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2018.06.018

Climatological Characteristics of Rainstorm in Taishan City

from 1954 to 2017

ZHU Tingting YU Xingzhan LEI Lin YANG Jinqing

（Meteorological Bureau of Taishan City， Tanshan， Guangdong 529200）

Abstract The climatological characteristics of rainstorm in Taishan City from 1954 to 2017 were analyzed by using Excel and complex Morlet wavelet function. The results showed that interannual average days of rainstorm was 9.2 d with an average intensity of 87.5 mm/d. It was possible for heavy rains to take place all the year round， but the heavy rainstorms were mainly taking place from April to September. The monthly change of heavy rains was bimodal with the primary peak in May to June and the secondary peak in the August. The days of continuous rainstorms were accounted for 29.4 % of the total rainstorms. The rainstorms lasting more than 3d occurred during the flood season， and heavy rains lasting 5d for 2 rounds occurred during the subsequent flood season. The first day of heavy rain was ahead of time， and the end day of heavy rain was postponed but not obviously. The number of heavy rain days had a great interannual change， 20 days different at most and 1 day different at the least. The wavelet analysis showed that there was a periodic change of a quasi period of 6 years and a quasi period of 27 years in the number of heavy rain days in Taishan City， and it was thus predicted that more heavy rains would occur continuously in the coming years in Taishan City.

Keywords climatology ； heavy rains ； statistical characteristics ； Taishan City

臺山市位于珠江三角洲西南部，毗鄰港澳，南臨南海，素有“全國第一僑鄉(xiāng)”、“內(nèi)外兩個臺山”的美譽，也是珠江三角洲著名的“魚米之鄉(xiāng)”。臺山市位于亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候區(qū)，當(dāng)?shù)氐闹饕獨庀鬄?zāi)害有臺風(fēng)、暴雨、雷雨大風(fēng)、高溫等等，其中暴雨是出現(xiàn)比較頻繁的災(zāi)害之一，嚴(yán)重影響了本地工業(yè)、農(nóng)業(yè)等行業(yè)生產(chǎn)。雖然到目前為止，很多學(xué)者對于暴雨的氣候變化特征做出了一些研究[1-5]，得出了很多適應(yīng)于部分地區(qū)的一些規(guī)律[6-12]，但是暴雨的發(fā)生發(fā)展受地理環(huán)境影響較大，不同的地理位置，不同的下墊面等等，都對暴雨的產(chǎn)生形成影響。臺山市又屬于廣東省的農(nóng)業(yè)大市，對于暴雨引發(fā)的洪澇災(zāi)害比較敏感，到目前為止，還沒有針對本地暴雨氣候變化的研究。因此，本文意在立足當(dāng)?shù)兀捎门_山本站1954～2017年的逐日雨量數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)計分析等方法，歸納總結(jié)出臺山市暴雨的氣候特征和變化規(guī)律，希望為臺山市的暴雨預(yù)報預(yù)警、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和防災(zāi)減災(zāi)工作提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

1 材料和方法

1.1 材料

1954～2017年逐日雨量數(shù)據(jù)來源于臺山市氣象觀測站。

1.2 方法

規(guī)定：一個暴雨日表示日雨量≥50.0 mm，一個大暴雨日表示日雨量≥100.0 mm；持續(xù)性暴雨定義為連降2 d及以上的暴雨過程；暴雨以上的雨量之和與暴雨總?cè)諗?shù)之比[13]稱為平均暴雨強度。以暴雨發(fā)生日數(shù)作為衡量指標(biāo)，建立年、汛期、前和后汛期等氣候序列。通過Excel 統(tǒng)計分析和SPSS相關(guān)性分析方法，對近64 a來臺山市暴雨的變化特征進行統(tǒng)計分析；同時利用復(fù)Morlet小波函數(shù)方法，分析暴雨日數(shù)的周期震蕩規(guī)律[14]。

2 臺山市暴雨的氣候特征和變化規(guī)律

2.1 基本概況

64 a來臺山市的暴雨日數(shù)為588 d，平均9.2 d/a，汛期平均每年為8.3 d；大暴雨日數(shù)達(dá)153 d，平均每年2.4 d，占據(jù)暴雨總?cè)諗?shù)的26.0%，汛期內(nèi)平均每年2.2 d；特大暴雨日（日雨量≥250.0 mm）也高達(dá)5 d，均出現(xiàn)在汛期，最大日降水量為282.2 mm，出現(xiàn)在1993年4月29日。平均年暴雨日累計降水量為803.6 mm，對平均年降水量的貢獻率為41.5%，平均暴雨強度為87.5 mm/d。一年四季均有暴雨發(fā)生，最早出現(xiàn)在1972年1月4日，最晚出現(xiàn)在2001年12月9日。

2.2 暴雨的月變化

從圖1可以看出，臺山市暴雨日數(shù)的月變化表現(xiàn)為雙峰型，主峰在5～6月，暴雨日數(shù)分別占全年暴雨總?cè)諗?shù)的18.9%和18.5%；次峰在8月，比主峰稍低，占全年暴雨總?cè)諗?shù)的15.8%。大暴雨日數(shù)的月變化也表現(xiàn)為雙峰型，與暴雨日數(shù)稍有不同，主峰在5月，次峰在8月。

近64 a來臺山市暴雨發(fā)生時間主要集中在4～9月，即廣東省的汛期，這期間內(nèi)暴雨日數(shù)總共為531 d，占總暴雨日數(shù)的90.3%，其中大暴雨日數(shù)有143 d，占總大暴雨日數(shù)的93.5%。另外，前汛期（4～6月）內(nèi)暴雨日數(shù)占總暴雨日數(shù)的47.1%，大暴雨日數(shù)占總大暴雨日數(shù)的49.0%；后汛期（7～9月）內(nèi)暴雨日數(shù)占總暴雨日數(shù)的43.2%，大暴雨日數(shù)占總大暴雨日數(shù)的44.4%，可見，后汛期的暴雨日數(shù)和大暴雨日數(shù)均比前汛期略少。

2.3 暴雨的年際變化

臺山市暴雨日數(shù)的年際差異很大，1981年最多出現(xiàn)20 d，1958年最少，僅1 d。另外，有4年出現(xiàn)高達(dá)6 d的大暴雨日，有7 a沒有出現(xiàn)過大暴雨日。Excel線性擬合結(jié)果顯示，年暴雨日數(shù)有增加趨勢，再通過相關(guān)性分析，得出相關(guān)系數(shù)為0.065，其相關(guān)性沒有通過0.10的顯著性檢驗，表示年暴雨日數(shù)的增加趨勢不明顯。見圖2。

根據(jù)歷年暴雨日數(shù)距平圖畫出5 a滑動距平線，分析出暴雨日數(shù)的年際變化特征較為明顯。偏多為主的年份有1954～1955、1964～1976、1981～1986、1992～2003、2008～2010年，偏少為主的年份有1956～1963、1977～1980、1987～1991、2004～2007、2010～2017年，表現(xiàn)出來的總體規(guī)律為“偏多、偏少、偏多、偏少”的交替變化。見圖3。

2.4 暴雨的周期變化規(guī)律

通過距平圖僅可以分析出臺山暴雨有多時間尺度上的變化規(guī)律。本文采用復(fù)Morlet小波函數(shù)方法來進行深入研究，小波函數(shù)方法不僅可以看出不同時間序列上的周期變化，還可以看出不同周期所對應(yīng)的時間分布。對1954～2017年臺山市暴雨日數(shù)的年數(shù)據(jù)運用復(fù)Morlet小波函數(shù)方法進行分析，結(jié)果表明，暴雨日數(shù)在多層次時間尺度上存在嵌套結(jié)構(gòu)現(xiàn)象。從圖4可以看出，年暴雨日數(shù)在1966～1980和1994～2006年的暴雨偏多期中，存在準(zhǔn)27 a的周期變化，在1957～1961、1964～1966、1972～1974、1978～1982、1984～1987、1992～1993、1997～1998、2000～2004、2007～2010年的暴雨偏多期中，存在準(zhǔn)6 a的周期變化。再分析最近幾年暴雨日數(shù)變化可知，2011～2014年的暴雨偏少期等值線已閉合，但2015～2017年的暴雨偏多期等值線遠(yuǎn)沒有閉合，所以預(yù)測臺山市未來幾年將繼續(xù)處于暴雨偏多期。

2.5 暴雨的連續(xù)性

持續(xù)性暴雨定義為連降2 d及以上的暴雨過程。經(jīng)統(tǒng)計，64 a來臺山市發(fā)生持續(xù)性暴雨78次，總?cè)諗?shù)達(dá)173 d，占總暴雨日數(shù)的29.4%；其中，持續(xù)2 d的暴雨出現(xiàn)65次、持續(xù)3 d的暴雨發(fā)生11次、有2次持續(xù)5 d的暴雨過程，分別為1981年9月28日至10月2日（累積雨量達(dá)514.2 mm）和2001年8月30日至9月3日（累積雨量達(dá)575.5 mm），未出現(xiàn)持續(xù)4 d或持續(xù)5 d以上的暴雨。2016年1月28～29日出現(xiàn)最早的持續(xù)性暴雨，1993年11月4～5日最晚出現(xiàn)持續(xù)性暴雨；經(jīng)統(tǒng)計，持續(xù)性暴雨多發(fā)于汛期，占總次數(shù)的91.0%，持續(xù)3 d及以上的暴雨均發(fā)生于汛期；前汛期（4～6月）和后汛期（7～9月）的連續(xù)性暴雨次數(shù)相當(dāng)，分別為35、36次，但2次連續(xù)5 d的暴雨過程均發(fā)生在后汛期。2月和12月沒有發(fā)生過持續(xù)性暴雨。11月暴雨有8 d，其中有2次持續(xù)2 d的暴雨，占總?cè)諗?shù)的50%，今后11月份的暴雨預(yù)報中可多關(guān)注持續(xù)性暴雨的可能性。

2.6 年暴雨降雨量、年暴雨日數(shù)和年降雨量的相關(guān)性

64 a來臺山市有1 938.6 mm的年平均降雨量，803.6 mm的年平均暴雨降雨量，年暴雨雨量對年降雨量的貢獻率為41.5%。對年暴雨降雨量、年暴雨日數(shù)和年降雨量進行相關(guān)性分析，可得他們的相關(guān)系數(shù)分別為0.883和0.852，遠(yuǎn)通過置信度為0.001的顯著性檢驗。分析結(jié)果顯示，年暴雨降雨量多（少）的年份，年暴雨日數(shù)與年降雨量通常會較多（少），年暴雨降雨量對于年降雨量的貢獻率通常較大（小）。

2.7 暴雨的初、終日

臺山市64 a來暴雨初日最早發(fā)生在1972年1月4日，最晚為1977年9月5日。從圖5可知，4月份暴雨初日發(fā)生頻率最高，5月份頻率稍低，分別占總次數(shù)的40.6%和26.6% 。暴雨終日最早發(fā)生在2007年6月29日，最晚為2001年和2015年12月9日，暴雨終日出現(xiàn)頻率最高為9月份，次要集中在8和10月份，都占總次數(shù)的20.3%。

由暴雨初、終日年際變化趨勢圖（圖6）可知，暴雨初日的線性傾向率為-0.016 5月/a，相關(guān)系數(shù)為-0.217，通過了0.10的顯著性檢驗，表明暴雨初日有較明顯的提前特征；暴雨終日的線性傾向率為0.002 2月/年，相關(guān)系數(shù)為0.033，未通過0.10的顯著性檢驗，表示暴雨終日有推遲特征，但推遲幅度不明顯。

3 結(jié)論

（1）臺山市一年四季均有暴雨發(fā)生。暴雨和大暴雨均集中出現(xiàn)在汛期，其中后汛期的暴雨日數(shù)和大暴雨日數(shù)均比前汛期略少。暴雨的月變化表現(xiàn)為雙峰型，主峰在5～6月，次峰在8月。

（2）臺山市暴雨日數(shù)平均每年9.2 d，平均暴雨強度達(dá)87.5 mm/d，日雨量最大值為282.2 mm（1993年4月29日）。年暴雨雨量對年降雨量的貢獻率為41.5%，同時年暴雨降雨量、年暴雨日數(shù)和年降雨量的相關(guān)性較為明顯。年暴雨日數(shù)的年際差異很大，最多有20 d，最少1 d，總體趨勢是增多的，但幅度較小（0.013 5 d/a）。

（3）小波分析顯示，臺山市暴雨日數(shù)存在準(zhǔn)6 a和準(zhǔn)27 a的周期變化，預(yù)測臺山市未來幾年將繼續(xù)處于暴雨偏多期。

（4）64 a來臺山市共出現(xiàn)持續(xù)性暴雨78次，占暴雨總?cè)諗?shù)的29.4%。持續(xù)性暴雨集中出現(xiàn)在汛期，占總次數(shù)的91%，持續(xù)3 d以上的暴雨均出現(xiàn)在汛期，2次持續(xù)5 d的暴雨均出現(xiàn)在后汛期。暴雨初日多在4～5月份，終日多在8～10月份，暴雨初日具有逐漸提前的特征，暴雨終日推遲特征不明顯。

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