德江縣極端降水事件特征及天氣模型

張丹丹，雷 霆，王 棚，黎 榮，許文亞

(1.貴州省德江縣氣象局，貴州 德江 565200；2.貴州省銅仁市氣象局，貴州 銅仁 556000)

0 引言

德江縣位于烏江中下游流域，處于氣候溫潤的亞熱帶季風區，多出現降水天氣過程，易受到極端降水天氣過程影響，而極端降水事件是阻礙社會經濟發展的重大災害性天氣，對德江縣極端降水事件特征和關系的研究是當前迫切需要的。前人學者對極端降水已經做了大量研究，如王苗等[1]對我國極端降水事件的研究進展進行了綜述，指出極端降水的長期變化特征具有區域性，王志福等[2]對中國極端降水事件的頻數和強度特征進行研究，發現極端降水事件多發生在35°N以南地區，并且極端降水持續時間較長。高紅梅等[3]對烏江流域降水氣候特征進行分析，指出烏江下游德江一帶暴雨天氣日數較多。本文將在前人學者研究的基礎上，針對性的對烏江中下游流域德江縣極端降水事件進行研究，研究德江縣發生極端降水事件的頻數和強度特征，總結出德江縣極端降水頻數和強度等相關參數的特征和變化趨勢，并結合近10 a出現的典型極端降水事件的影響天氣系統，建立典型極端降水事件天氣學模型，為后期烏江中下游發生極端降水事件的預測提供參考。

1 數據與方法

1.1 數據

由貴州省氣象信息中心提供的1959—2018年德江國家站逐日降水數據；1987—2017年思南、沿河國家站逐日降水數據；2010—2017年德江縣19個區域站的逐日降水數據；2007—2017年MICAPS天氣圖資料。

1.2 極端降水事件定義方法

本文采用第95位百分位法，將各站點逐年日降水量數據按從小到大的升序排列，選取第95位百分位的多年平均值作為極端降水事件發生的閾值，若日降水量大于閾值則記作發生一次極端降水事件。本文定義極端降水頻數是每年出現極端降水事件天數的和，極端降水強度是每年出現極端降水事件的日降水量總量與極端降水頻數的比。若某日降水量>100 mm則記為發生一次典型極端降水事件，典型極端降水事件年是出現典型極端降水事件的年份。

1.3 M-K非參數檢驗方法

M-K檢驗方法[4]是一種非參數檢驗方法，廣泛用于研究分析氣象要素時間序列的長期變化趨勢，M-K檢驗不要求樣本遵從一定分布，也不受少數異常值干擾。本文運用M-K檢驗方法檢驗德江近60 a極端降水事件頻數和強度、極端降水量總量等降水參數的長期變化趨勢。

2 極端降水事件特征分析

2.1 極端降水頻數和強度基本特征

我國氣象規定日降水量>50 mm為暴雨量級，采用第95位百分位法分析德江國家站和區域站降水數據定義德江縣的極端降水閾值，研究發現近60 a德江出現極端降水事件的日降水量在30.7 mm,小于50 mm，平均極端降水頻數為8.7 d，平均極端降水強度在52.6 mm/d，最大日降水量為185 mm，最強極端降水強度為94.5 mm/d。分析近8 a德江19個區域站極端降水事件，發現近8 a出現極端降水事件的日降水量在26.8～39.4 mm之間，平均極端降水頻數為6.1～9.4 d，平均極端降水強度在45.8～62.8 mm/d之間(表1)。再對近60 a德江日降水量>100 mm的典型極端降水事件進行統計分析，結果表明：德江縣發生典型降水事件30次，發生在5—10月，其中5月出現5次，6月出現9次，7月出現10次，8月、9月分別出現2次，10月出現1次；德江典型極端降水事件年為23 a，德江典型極端降水事件年出現概率為38%。

根據統計分析，1959—2018年德江縣60 a平均降水量為1 213.2 mm，近60 a德江發生極端降水頻數在2～16 d之間(圖1)，其中2015年僅出現2 d，極端降水總量為100.9 mm(圖2)，為極端降水異常偏少年，1996年出現16 d，極端降水總量為995.6 mm，為極端降水異常偏多年，進一步分析近19 a的極端降水事件發現2014年出現極端降水頻數14 d為最多，極端降水總量為781 mm。近60 a德江縣極端降水強度在34.6～94.5 mm/d之間(圖3)，1961年極端降水強度最小，1971年最強，再分析近19 a的極端降水事件發現2010年極端降水強度64.35 mm/d為最強。

表1 近8 a德江縣各區域站極端降水事件相關參數值Tab.1 Parameters related to extreme precipitation events in Dejiang County in recent 8 years

圖1 近60 a德江逐年極端降水頻數圖Fig.1 Extreme precipitation frequency of Dejiang in recent 60 years

圖2 近60 a德江逐年極端降水總量圖Fig.2 Total amount of extreme precipitation in Dejiang in recent 60 years

圖3 近60 a德江逐年極端降水強度圖Fig.3 Extreme precipitation intensity of Dejiang in recent 60 years

2.2 極端降水頻數和強度的時空特征

運用統計學分析方法分析近8 a德江國家站和19個鄉鎮區域站極端降水頻數和強度的空間分布特征。研究結果表明，近8 a平均極端降水頻數8.5 d以上主要集中在德江縣北部鄉鎮泉口和高山、西北部鄉鎮沙溪、中部德江城區、西南部鄉鎮復興，由西北向東南呈遞減的趨勢；近8 a德江縣平均極端降水強度由西北向東南方向加強，東南部烏江流經鄉鎮共和、長堡的極端降水強度較強，極端降水強度在55 mm/d以上(圖4)。

圖4 近8 a德江極端降水頻數和強度空間分布圖Fig.4 Spatial distribution and intensity of extreme precipitation frequency in Dejiang in recent 8 years

并用M-K檢驗法檢驗近60 a德江站極端降水頻數、強度和極端降水總量的長期變化趨勢，給定顯著性水平α=0.05，臨界值U0.05=±1.96繪制趨勢圖，UF和UB曲線的交點為突變點。發現近60 a德江縣極端降水頻數除個別年份有減少趨勢外總體上呈現增加趨勢，極端降水強度1964年后呈增強趨勢，極端降水總量1962—1990年、1995—2009年呈增多的趨勢，2009年后有減少的趨勢(圖5)。

圖5 近60 a德江極端降水頻數、強度和極端降水總量變化趨勢Fig.5 Variation trend of frequency, intensity and total amount of extreme precipitation in Dejiang in recent 60 years

3 建立極端降水天氣模型

對1987—2017年烏江中下游流域思南、德江、沿河極端降水事件進行統計分析，研究近10 a出現的典型極端降水事件，思南2014年出現2次，德江出現3次分別出現在2007年、2011年、2014年，沿河出現3次分別出現在2007年、2009年、2016年(表2)，查看挑選出的近10 a共8次典型極端降水事件的天氣圖資料，并運用MICAPS 4繪圖軟件繪制天氣形勢分析圖，綜合分析500 hPa的高空槽線、700 hPa和850 hPa切變線和急流、以及地面輻合線的位置關系(圖6)。

表2 近10 a烏江中下游流域發生的典型極端降水量事件Tab.2 Typical extreme precipitation events in the middle and lower reaches of Wujiang River in recent 10 years

根據近10 a典型極端降水事件天氣形勢分析圖，對烏江中下游流域天氣過程進行歸納總結，得出極端降水事件天氣模型(圖7)：500 hPa高空槽位于四川東部，副高一般位于沿海一帶；700 hPa切變線位于川南—渝南—湘北一帶，西南急流位于貴州省中北部，水汽從孟加拉灣輸送至貴州；850 hPa在重慶南部存在一低渦，思南、德江、沿河位于低渦的暖式切變線南側，偏南急流從南海向貴州東部不斷輸送水汽，思南、德江、沿河處于偏南急流左側輻合區；地面上，在貴州西北部為熱低壓中心，地面中尺度輻合線從低壓中心延伸至貴州東北部，恰好位于思南、德江、沿河附近。綜合以上，在思南、德江、沿河附近動力、水汽條件較好，利于暴雨天氣的產生。

4 結論

本文主要研究分析1959—2018年德江國家站、1987—2017年思南和沿河國家站、2010—2017年德江縣19個區域站的逐日降水數據。研究結果表明：

①近60 a德江縣極端降水事件閾值為30.7 mm，平均極端降水頻數為8.7 d，平均極端降水強度為52.6 mm/d；近8 a德江縣區域站極端降水事件閾值在26.8～39.4 mm之間，平均極端降水頻數為6.1～9.4 d，平均極端降水強度在45.8～62.8 mm/d之間；近60 a德江縣日降水量>100 mm的典型極端降水事件主要集中出現在6—7月，德江典型極端降水事件年為23 a，德江典型極端降水事件年出現概率為38%，最大極端降水頻數為16 d，最強極端降水強度為94.5 mm/d。

圖6 近10 a典型極端降水事件各層次天氣系統分析圖Fig.6 Synoptic system analysis of typical extreme precipitation events in recent 10 years

圖7 烏江中下游極端降水事件天氣模型Fig.7 Weather model of extreme precipitation events in the middle and lower reaches of Wujiang River

②近60 a德江縣極端降水頻數和強度時間序列上的長期變化趨勢，極端降水頻數總體呈現增加趨勢，極端降水強度1994年后呈增強的趨勢，極端降水總量呈增多趨勢；近8 a德江縣極端降水頻數8.5 d以上主要發生在北部、西北部、中部、西南部鄉鎮，極端降水強度由西北向東南方向加強，東南部烏江流經鄉鎮共和、長堡的極端降水強度較強。

③烏江中下游極端降水事件天氣模型。高空槽位于四川東部，中低空存在切變線配合，低空急流不斷向烏江中下游輸送水汽，地面存在低壓中心和中尺度輻合線，在各天氣系統相互配合產生烏江中下游暴雨天氣。