濟(jì)南市極端降水事件時(shí)序變化特征分析

郭磊，王大勇，張國(guó)華

（1.山東省水利科學(xué)研究院，山東濟(jì)南 250014；2.青島市水利局，山東青島 266071）

濟(jì)南市極端降水事件時(shí)序變化特征分析

郭磊1，王大勇1，張國(guó)華2

（1.山東省水利科學(xué)研究院，山東濟(jì)南 250014；2.青島市水利局，山東青島 266071）

基于濟(jì)南市國(guó)家氣象站1963—2013年逐日實(shí)測(cè)資料，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法分析了濟(jì)南市近50年的極端降水事件時(shí)序變化特征。結(jié)果表明：濟(jì)南市極端降水事件呈現(xiàn)一致的線性增長(zhǎng)趨勢(shì)，并且從20世紀(jì)60年代至今存在一致的、明顯的年代際變化特征，大約經(jīng)歷了3.5個(gè)左右的“先下降后上升”的周期變化過(guò)程。

濟(jì)南市；極端降水；數(shù)理統(tǒng)計(jì)法；時(shí)序變化特征

濟(jì)南市是山東省省會(huì)，也是一個(gè)洪澇災(zāi)害頻發(fā)的城市。歷史上，濟(jì)南市曾多次遭受洪澇災(zāi)害的侵襲，城市防洪任務(wù)艱巨。濟(jì)南城市洪澇災(zāi)害除了與其特殊的地形地貌有關(guān)外，區(qū)域極端降水也起到了很重要的作用。本文以濟(jì)南市國(guó)家氣象站實(shí)測(cè)降水資料為基礎(chǔ)，選擇合適表征指標(biāo)對(duì)該地區(qū)極端降水事件時(shí)序變化特征進(jìn)行分析。研究結(jié)果對(duì)濟(jì)南市防洪減災(zāi)、保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1 研究數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究數(shù)據(jù)

本次極端降水事件研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)均來(lái)自于中國(guó)氣象局國(guó)家氣象信息中心，為國(guó)家級(jí)氣象站——濟(jì)南站1963—2013年逐日實(shí)測(cè)資料。濟(jì)南站降水資料缺失率為0%，采用Von Neumann ration（N），Cumulative deviations（Q/n-0.5，R/n-0.5），Bayesian procedures（U，A）3種統(tǒng)計(jì)量的方法進(jìn)行均一性檢驗(yàn)，均通過(guò)95%置信度檢驗(yàn)。

1.2 研究方法

對(duì)于極端降水事件表征指數(shù)，參考國(guó)內(nèi)外有關(guān)極端降水研究的相關(guān)文獻(xiàn)，結(jié)合濟(jì)南市的實(shí)際情況，分別選取年最大日降水量、暴雨日數(shù)、暴雨強(qiáng)度3個(gè)極端降水指數(shù)。其中，年最大日降水量是指1963—2013年逐年日降水量的最大值。根據(jù)氣象學(xué)定義，把日降水量超過(guò)50 mm的降水稱為暴雨事件，某年所有暴雨降水量的總和為年暴雨降水量，年內(nèi)所有發(fā)生暴雨事件的日數(shù)和稱為暴雨日數(shù)，年暴雨降水量與暴雨日數(shù)的比值稱為暴雨強(qiáng)度。

研究采用線性方程和5年滑動(dòng)平均對(duì)極端降水事件指數(shù)進(jìn)行變化趨勢(shì)分析，采用Mann-Kendall非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)法（簡(jiǎn)稱MK法）進(jìn)行突變檢驗(yàn)。

2 年最大日降水量變化特征分析

濟(jì)南市1963—2013年多年平均最大日降水量為88.8 mm，其中最大日降水量前3位分別為188 mm（1994-08-07）、185.6 mm(1987-08-27)、169.8 mm（1972-07-07）。

圖1為研究時(shí)段內(nèi)濟(jì)南市逐年最大日降水量變化過(guò)程線。從線性變化看，濟(jì)南市的年最大日降水量呈現(xiàn)明顯的逐步上升趨勢(shì)，上升速率為5.1 mm/10 a（通過(guò)95%置信度檢驗(yàn)）。通過(guò)5年滑動(dòng)平均曲線可以看出，濟(jì)南市年最大日降水量呈現(xiàn)明顯的年代際波動(dòng)變化特征，經(jīng)歷了“下降——上升——下降——上升——下降——上升——下降”3.5個(gè)周期的波動(dòng)過(guò)程，其中1963—1969、1975—1985、1996—2001、2006至今為下降期，而1970—1974、1986—1995、2002—2005為上升期。

采用MK法進(jìn)行突變檢驗(yàn)，結(jié)果顯示濟(jì)南市年最大日降水量在1987年存在突變點(diǎn)，1963—1986年呈現(xiàn)波動(dòng)下降——上升變化，而1987年只呈現(xiàn)穩(wěn)步上升趨勢(shì)。突變之前，多年平均最大日降水量為76.8 mm，而突變之后多年平均最大日降水量達(dá)到99.6 mm。

3 暴雨變化特征分析

3.1暴雨日數(shù)分析

對(duì)濟(jì)南市暴雨事件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明該區(qū)域多年平均暴雨日數(shù)為2.6 d，年暴雨降水量約75.4 mm。暴雨日數(shù)約占多年平均雨日（降水量超過(guò)0.1 mm的天數(shù)）的3.5%，年暴雨降水量占年平均降水量的27.7%。

圖2為1963—2013年濟(jì)南市暴雨日數(shù)的年際變化過(guò)程。可以看出，研究期濟(jì)南市暴雨日數(shù)呈現(xiàn)線性增長(zhǎng)的趨勢(shì)，線性增長(zhǎng)速率大約為0.2 d/10 a。5年滑動(dòng)平均曲線顯示，濟(jì)南市暴雨日數(shù)也呈現(xiàn)了明顯的年代際變化特征。通過(guò)與年最大日降水量曲線比較，暴雨日數(shù)變化與年最大日降水變化的過(guò)程極為相似，即經(jīng)歷了3.5個(gè)“先降后升”的波動(dòng)過(guò)程。采用MK法對(duì)暴雨日數(shù)過(guò)程進(jìn)行突變檢驗(yàn)，結(jié)果顯示無(wú)明顯突變。3.2暴雨強(qiáng)度分析

圖2 1963—2013年濟(jì)南市暴雨日數(shù)年際變化過(guò)程

濟(jì)南市多年平均暴雨強(qiáng)度約69.1 mm。圖3為1963—2013年濟(jì)南市暴雨強(qiáng)度年際變化過(guò)程，結(jié)果顯示在研究期內(nèi)暴雨強(qiáng)度呈現(xiàn)線性緩慢增長(zhǎng)的變化趨勢(shì)，變化速率約2.9 mm/10 a。通過(guò)5年滑動(dòng)平均曲線顯示，濟(jì)南市暴雨強(qiáng)度也經(jīng)歷了明顯的年代際波動(dòng)變化過(guò)程，其上升——下降趨勢(shì)與年最大日降水量和暴雨日數(shù)變化過(guò)程相似。采用MK法對(duì)變化過(guò)程進(jìn)行突變檢驗(yàn)，結(jié)果表明，濟(jì)南市暴雨強(qiáng)度過(guò)程存在一個(gè)明顯的突變時(shí)段，突變點(diǎn)大約發(fā)生在1987年。突變之前，多年平均暴雨強(qiáng)度約63.0 mm，突變之后的1987—2013年平均暴雨強(qiáng)度約74.4 mm，變幅達(dá)11.4 mm。

圖3 1963—2013年濟(jì)南市暴雨強(qiáng)度年際變化過(guò)程

4 結(jié)論與討論

本文通過(guò)選取年最大日降水量、暴雨日數(shù)和暴雨強(qiáng)度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)法對(duì)濟(jì)南市1963—2013年極端降水事件時(shí)序變化特征進(jìn)行分析，結(jié)果表明：

1）濟(jì)南市多年平均最大日降水量約88.8 mm，平均暴雨日數(shù)為2.6 d，平均暴雨強(qiáng)度約69.1 mm。

2）1963 —2013年濟(jì)南市極端降水事件評(píng)價(jià)指標(biāo)均呈現(xiàn)統(tǒng)一的線性增長(zhǎng)趨勢(shì)。過(guò)程中存在一致的年代際變化特征，均經(jīng)歷了“下降——上升——下降——上升——下降——上升——下降”3.5個(gè)周期的波動(dòng)過(guò)程。以此推斷，未來(lái)一段時(shí)段內(nèi)，3個(gè)極端降水事件指標(biāo)將會(huì)處于上升階段，即年最大日降水量、暴雨日數(shù)和暴雨強(qiáng)度均會(huì)增加。

3）濟(jì)南市的年最大日降水量和暴雨強(qiáng)度存在一致的突變期，突變時(shí)間大約發(fā)生在1987年，而暴雨日數(shù)沒(méi)有檢驗(yàn)出突變變化。

（責(zé)任編輯 崔春梅）

P468.0

B

1009-6159（2014）-09-0040-02

2014-04-29

郭磊（1980—），男，工程師