銅仁西部極端降水基本特征分析

謝仁波，史向陽，白琴琴 ，毛 江，李 逸

(1.貴州省江口縣氣象局，貴州 江口 555400；2.貴州省印江縣氣象局，貴州 印江 555200)

銅仁西部極端降水基本特征分析

謝仁波1，史向陽1，白琴琴1，毛 江1，李 逸2

(1.貴州省江口縣氣象局，貴州 江口 555400；2.貴州省印江縣氣象局，貴州 印江 555200)

利用銅仁西部5個國家級臺站的最近30 a逐日降水資料界定極端強降水閾值的基礎上，對最近50 a來極端強降水日數和強降水量進行了常規統計。結果表明：極端降水天數和極端降水量的離散程度大，年極端降水頻數和極端降水量變化達不到氣候突變的標準。

極端降水頻數；極端降水量；閾值；統計特征

1 引言

目前國內外有許多關于極端天氣氣候事件指標的研究，但是由于沒有做統一的標準規范，指標方法繁多，同一類極端事件各地標準不統一，同一指標又由于定義的時間段不同而造成結果不一樣。目前國家氣候中心發布的監測快報中的極端天氣氣候事件的標準閾值是根據百分位法確定的：即對某一事件的氣候標準年內的歷年最大值序列從小到大進行排位，定義序列超過第95百分位值為極端多(高)事件，小于第5百分位值為極端少(低)事件。羅伯良[1]等將湖南各站1961—2004年降水系列中日降水量>95%分位點的事件定義為極端強降水事件。張天宇等[2]把1971—2000年逐年日降水量序列的第95個百分位值的30 a平均值定義為極端降水的閾值，當某站日降水量超過極端降水事件的閾值時，就稱該日出現了強降水事件。高霞等[3]選取5個極端降水指數對河北極端降水事件進行了研究。杜軍等[4]引用信噪比的方法對個別氣象要素進行了突變性檢驗。

但是，一方面，對極端降水的排序的序號確定大都沒有交代清楚，事實表明，若干等量降水的存在，如果處理方法不同，會得出不同的結論。

另一方面，如果各站閾值自成一體，統計得出的多年極端降水總頻數會出現相等和相近，銅仁西部5個縣氣象站分布在東西0.4°E，南北1°N范圍內，最大拔海高度差200 m[5]，地形、地貌、生態都比較接近，是否給定一個共同的閾值?這些都還值得研究。

本文在前人的基礎上根據西部的實際分別定義了極端強降水的閾值，分析了時空、年際變化特征，進行了相關性檢驗和突變檢驗，望能為西部防災減災提供參考。

2 方法

2.1 定義

極端降水事件：使用近30 a(1981—2010年)整編資料，5站閾值的平均值為西部閾值。

方法1：按文獻[6]將4—10月降水(R≥1.0 mm)進行降序排列，降水量超過第5個百分位降水值的事件。其中，把降水序列的n個值按降序排列X1，X2，……Xm，……，Xn，m=5%×n，Xm即為各站的閾值。

方法2：將所有有量降水(R≥0.1 mm)進行降序排列，降水量超過第5個百分位降水值的事件。

方法3：將所有有量降水(R≥0.1 mm)進行降序排列，降水量相同，序號相同，降水量超過第10個百分位降水值的事件。

方法4：將逐年日降水量(R≥0.1 mm)降序序列的第95個百分位值的平均值定義為極端降水的閾值逐年降水日降水。

2.2 閾值比較

由表1可知，方法不同，極端降水的閾值相差最多達到1倍的雨量。

表1 4種方法閾值比較

2.3 閾值取舍

從歷史排位來講，并列排序在氣候統計中比較常用，得出的數據也還具有極端的特征，在研究時可以考慮。但是當日降水量相等比較多時，真正位次重疊比較多，以小雨量級尤甚。若將雨量進行取整，位次重疊就更多了，有些信息要略去。

采用方法4(逐年排序)得出的閾值大致與方法2得出的相當。統計中發現漏掉的信息更多，如1981年因為發生嚴重干旱，排位第7位的22.9 mm參加了平均值計算，而洪澇為主的1996年的54.3 mm和1999年62.9 mm等暴雨日未參加平均值計算。

通過資料統計發現，銅仁西5縣微弱降水(小于1 mm)占到降水日數的32%～35%，將如此之高的微雨比例納入極端降水排序，除了增加計算百分位的分母外，實在沒有意義。銅仁西部極端降水大致出現在4—10月，因此使用方法1得出的結果比較符合西部實際。

貴州夜雨比較多，暴雨等災害常呈跳躍性，如果各站按照閾值標準分別統計，得出的頻數理論上應該相等，不利于空間比較。

根據公開報道，印江山體垮塌形成堰塞水庫，1996年9月18日19時12分—19日08時雨量為60.9 mm，自降水開始至滑坡發生時，4.5 h降雨量為40 mm[7]。印江龍井村山體滑坡，滑坡體縱長250 m、后緣寬約120 m、前緣寬約70 m，平均厚度約7 m，體積約18 萬m3，垮塌前3 d僅達到暴雨[8]。在實踐中也發現，有時降水接近暴雨時災害開始發生。因此將方法1所得的各站閾值的平均值45.9 mm作為西部極端降水的閾值依據較為充分。

3 極端降水統計分析

3.1 極端降水空間分布

平均來看，西部5縣極端降水年均頻數介于3.1～4.3次之間，最多為德江，達到4.3次/a，最少為石阡，為3.1次/a，與平均年降水的多寡成正比。

3.2 常規用語的百分位分析

一般來講，預報有大—暴雨或暴雨以上量級時，氣象部門進入相應的應對狀態，為此表2給出了4—10月暴雨和大—暴雨的數值下限所占的百分位，可供服務時參考。

表2 大—暴雨及暴雨百分位 (單位：%)

3.3 極端降水年內變化

3.3.1 極端降水頻數及極端降水量變化 近年來降水集中度集中期的文章較為多見，一般以旬或候統計，通過角度的正弦、余弦與數值的積來計算[9]，不如給出旬(候)降水簡單(圖1)。

圖1 旬極端降水頻數所占百分比

從圖1可知，6月下旬極端降水的比例最大，但不占絕對優勢，分布總體分散。

將日降水大于極端降水閾值的雨量分別計算，得出極端降水量各旬所占比例(圖2)，大致與頻數分布大體相當，只是石阡6月中旬比例最大，分布總體分散。

3.3.2 極端降水初日與終日 極端降水初日與終日與其他項目的初日終日有所不同，因為個別年份日降水都達不到極端降水的閾值，所以將50 a中最早出現的日子作為初日，最晚出現的日子作為終日(表3)。

德江1969年3月28日就出現了極端降水，其余4站都出現在4月上旬， 11月中旬銅仁西部極端降水已結束。

3.4 極端降水年際變化

由于年際間的干濕特征不一樣，極端降水的頻數不一樣，而且相差比較大。1963年，1967年，1996年，1999年普遍為高發期(圖3)。極端降水量的年際變化與頻數變化基本一致(圖略)。

進一步分析其變化趨勢，5站都不能通過0.05正負趨勢檢驗，說明銅仁西5縣極端降水頻數和極端降水量沒有明顯的變化傾向。

4 討論

僅對銅仁西部5縣極端降水事件及其變化進行了初步統計分析，還需逐步完善：

①方法不同，得出極端降水的閾值不同，將影響最終的統計結果。極端降水實際服務需要不同所選取的資料也有差異，如對于城鎮排澇考慮數分鐘到數小時的降水強度是重點[10]，還得與城市硬化面積、排水管道等數據相結合。

②鄉鎮區域自動站的建立，研究人員增加了數倍到數十倍的信息量，但由于建站時間短，資料受GPRS傳輸等因素影響出現缺失而且補正困難，未列入研究，這是本文的不足之處。

[1] 羅伯良，張超，林浩.近40 a湖南省極端降水氣候變化趨勢和突變特征[J].氣象，2008，34(1)：80-85.

[2] 張天宇，程炳巖，劉曉冉.近45 a長江中下游地區汛期極端強降水事件分析[J].氣象，2007，33(10)：80-87.

[3] 高霞，戴新剛，于成文，等.近45 a來河北省極端降水事件的變化研究[J].氣象，2009，35(7)：10-15.

[4] 杜軍，李春，廖健，等.近45 a拉薩淺層地溫對氣候變化的響應[J].氣象，2007，33(10)：61-67.

[5] 謝仁波，史向陽，李曉龍.銅仁西5縣各級降水同步性初探[J].貴州氣象，2013，37(4)：23-26.

[6] 謝仁波.印江極端降水和極端強降水變化特征[J].貴州氣象，2010，34(2)：15-17.

[7] 冉菊華，鐘有萍.印江“918”特大山體滑坡與暴雨的關系[J].貴州氣象，2000，24(6)：33-34.

[8] 謝仁波，冉菊華.龍井壩山體滑坡與氣象條件關系淺析[J].貴州氣象，2009，33(S1)：86-87.

[9] 周明麗，婁德君.肇州降水集中度和集中期的氣候特征分析[J].黑龍江氣象，2010，27(2)：5-6.

[10] 王維國，王秀榮.2007年城市極端天氣事件及其危害分析[J].氣象，2008，34(4)：16-21.

2014-10-16

謝仁波(1966—)，男(土家族)，高工，主要從事綜合管理和公共氣象服務工作。

1003-6598(2015)05-0028-03

P426.61+4

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