近53 a貴州極端降水事件氣候分析

陳 靜，龍 俐，段 瑩

(貴州省氣候中心， 貴州 貴陽 550002)

近53 a貴州極端降水事件氣候分析

陳 靜，龍 俐，段 瑩

(貴州省氣候中心， 貴州 貴陽 550002)

利用貴州省81個測站1961—2013年53 a的逐日降水量資料，采用一元線性回歸和百分位閾值法分析了近53 a貴州省極端降水的基本變化特征。結果表明：①貴州的極端降水事件閾值的空間分布存在地域差異，南部多于北部，東部多于西部；5—9月是極端降水事件集中出現的月份，特別是7月和6月。②貴州的極端降水事件趨多、趨強，極端降水量占總降水量比例趨于增大。③年暴雨日數整體變化趨勢不明顯，21世紀至今呈相對明顯的下降趨勢。④暴雨量整體上呈增長趨勢，21世紀開始至今表現為較明顯的減少趨勢，但暴雨降水量比例呈上升趨勢。⑤ 5 min極端降雨量強度多為中雨，局地出現大雨，10～20 min大部分達到大雨，局地出現暴雨，30～60 min大部分地區為暴雨，局地出現大暴雨；60～90 min大暴雨范圍擴大，90～180 min大暴雨范圍擴大到全省大部分。

極端降水；極端降水閾值；時空變化特征

1 引言

在全球變暖的大背景下， 極端天氣氣候事件的發生越來越頻繁， 給世界各國造成了嚴重的經濟損失。

貴州位于我國西南部，云貴高原東部，24°37′～29°13′N，103°36′～109°35′E，面積約17.6 km2；東與湖南省接壤，南與廣西壯族自治區毗鄰，西與云南省交界，北與四川省、重慶市相連，地勢西高東低，易受極端天氣氣候事件所造成的災害影響。之前大量研究主要集中在貴州平均氣候的異常變化方面，如蔣海明等[1]對貴州省近47 a來降水的小波變換分析，嚴小東等[2]研究了近5 a貴州降水時空分布分析，張嬌艷等[3]分析了不同排放情景下貴州21世紀氣候變化預估等等。

目前我們對貴州省年極端降水事件變化規律尚沒有一個較為全面的認識，而正確認識貴州省年極端降水事件發生發展的時空變化特征和規律，是今后極端降水事件影響評估和氣候預測工作的重要基礎。

極端降水事件是高風險小概率事件，極端降水事件降水量的多少因受地理環境的制約，不同區域有不同量值，那么貴州日降水量達到多少才成為一個極端降水事件？其時空變化又有什么規律和特點？本文將針對這幾個問題進行研究。

2 資料和方法

2.1 資料

本文使用的資料來源于貴州省氣象局整編資料。貴州共有85個觀測站，其中匯川、萬山、黃平、白云4個站的資料缺失嚴重，故只選用剩余81個臺站1961—2013年共53 a的逐日降水量資料，個別缺測資料采用多年平均值代替。圖1為所選取的81個站點的分布情況。

圖1 貴州省氣象站點的分布

2.2 極端氣候的定義

本文極端降水的的定義是依據翟盤茂的百分位閾值法[4]，具體為：選取1981—2010年內每年日降水量的極值和次值，得到一個包含60個樣本的序列，對序列按從小到大進行排序，第95個百分位值定義為極端事件閾值，當某站某日降水量超過這一閾值時， 就稱之為極端降水。具體參照Bonsal[5]的計算方法， 如下：如果某個氣象要素有n個值， 將這n個值按升序排列x1，x2，…，xm，…，xn，某個值小于或等于xm的概率：P=(m-0.31)/(n+0.38)。其中，m為xm的序號，n為某個氣象要素值的個數。第95個百分位值是指P= 95% 所對應的xm值。

2.3 方法

趨勢的計算[6]：

用xi表示樣本量為n的某一個氣候變量，用ti表示xi所對應的時間，建立xi和ti之間的一元線性回歸方程：

xi=a+bti，i=1，2，…，n

(1)

其中a，b為回歸系數，a和b可以用最小二乘法進行估計。它的含意是用一條合理的直線表示時序數據x與年份之間的關系，b值的大小反映上升或下降的速率的快慢。

3 極端降水事件的時空變化特征

3.1 極端降水事件閾值的空間分布和月際變化

利用上述極端降水閾值方法給出了貴州地區極端降水事件閾值的空間分布圖(圖2)?？梢钥闯觯F州地區極端降水事件閾值的空間分布確實存在明顯的地域差異：全省有3個極端降水閾值大值中心，分別位于貴州西南部望謨及安順、鎮寧、興義附近，省東南部的都勻、貴定、凱里附近，還有一個高值中心位于貴州東部偏北的江口一帶，西南部多于北部，東部多于西部，數值在89.8～192.5 mm/d之間，最大閾值中心出現在望謨，其值大于190 mm/d，而西部的赫章最小，小于90 mm/d。

圖2 極端降水事件閾值的空間分布(單位：mm)

同時，貴州極端降水事件出現的頻率存在明顯的月際變化(表1)，統計表明，從4—10月極端降水事件出現的頻率分別為0.9%、9.5%、2.0%、40.5%、7.3%、7.5%、2.2%，5—9月是極端降水事件集中出現的時段，特別是7月和6月，分別達40.5%和32%；1、2、3、11、12月無極端強降水出現。

表1 1961—2013年1—12月各月降水極值出現的頻率 (單位：%)

3.2 極端降水事件的年代際演變特征

3.2.1 極端降水事件日數變化 將日降水量超過極端降水事件閾值的降水日數定義為極端降水日數。從貴州極端降水事件日數變化曲線(圖3)可以看出，極端降水事件略有增強趨勢，為0.48次/10 a，極端降水日數最多為22 d(1996年)，1991年次之，為20 d，平均為8.5 d。在60年代、70年代和80年代(1970年除外)極端降水事件偏少，在90年代偏多，近10 a極端降水事件日數是偏少的(除2007年外)。

3.2.2 極端降水強度 將極端降水強度定義為日降水量超過極端降水事件閾值的降水量與極端降水日數之比。貴州極端降水強度(圖4)的增強趨勢為13.36 mm/10 a。極端降水強度距平的最大值為479.12 mm，出現在1962年，2001年次之；最小值為-388.54 mm， 出現在1981年，1973年次之。在20世紀60年代的多雨區里，極端降水強度是偏強的，在70年代的多雨區里，極端降水強度是偏弱的，在80年代的少雨區，極端降雨強度也是減少的，而在年降水總量較為豐富的90年代，極端降水強度的距平頻頻偏強，近10 a，在年降水量偏少，極端降水事件偏少的大背景下，極端降水強度是增強的。

圖3 極端降水事件日數變化曲線

圖4 1961—2013年極端降水強度曲線圖

3.2.3 極端降雨量占總降雨量比例 貴州的極端降水量占總降水量比例趨于增大(圖5)，變化趨勢為0.075/10 a。極端降水量占總降水量比例在20世紀60、70年代的多雨區里是偏少的(1970年除外)，在90年代的多雨區偏多(除1990、1994和1997年)，1996年最多。1996年5月下旬到7月下旬，我省出現9次大范圍強降水天氣過程，全省暴雨279站次，特大暴雨4站次，暴雨中心在貴陽和凱里。貴陽市、凱里市及10多個縣城被淹，全省84個縣受災，其中受重災45個縣，特重災29個縣，毀壞房屋31.7萬間，死亡511人，直接經濟損失99億元。

圖5 極端降雨量占總降雨量比例

4 暴雨

4.1 平均暴雨日數

從年平均暴雨日數上看，53 a來整體變化趨勢不明顯。從年代際變化趨勢上看，20世紀60年代呈上升趨勢，70年代略有降低，80年代再次開始上升，直至21世紀至今呈相對明顯的下降趨勢(圖6)。

4.2 近53 a暴雨量的變化

圖7是1961—2013年貴州平均年暴雨量距平及其變化趨勢。分析結果顯示，53 a來年暴雨量整體上呈增長趨勢，上升速率為0.016/10 a。1961—2013年期間，暴雨量最多的年份是1996年，年暴雨量346 mm，比常年偏多52.1%，暴雨量最少的年份是1981年，年暴雨量109.1 mm，比常年偏少52.0%。

圖6 貴州省1961—2013年年平均暴雨日數變化

從年代際變化趨勢看，20世紀60年代暴雨量增長趨勢明顯，70年代略呈減少趨勢，80年底開始再次增長，直至21世紀開始至今表現為較明顯的減少趨勢。

圖7 貴州省1961—2013年平均年暴雨量距平百分率及其變化趨勢

4.3 近50 a暴雨量占總降水量比例的變化趨勢

從圖8分析得出，整體上看，暴雨占總雨量比例呈上升趨勢，說明暴雨量有所增加，其增加速率約為0.007%/10a。20世紀90年代前，暴雨量占總雨量的比例基本表現為上升趨勢，其中以20世紀60年代表現的最為明顯；90年代中期該比例達到近53 a來最高，暴雨量所占比例振蕩明顯，90年代后期開始呈現持續下降趨勢； 進入21世紀的振蕩幅度有所減小。

圖8 貴州省1961—2013年年暴雨量占總雨量比例年變化

4.4 短歷時極端降水量

統計全省各氣象站1981—2013年5、10、15、20、30、45、60、90、120、180 min10個降雨歷時的極端降雨量。

5 min極端降雨量：除赤水、習水、沿河、納雍、織金、望謨、冊亨和羅甸在25 mm以上，全省其余地區在13.4～24.9 mm；

10 min極端降雨量：除畢節西部、省中部以東局地在25 mm以下，全省其余地區在25.0～47.9 mm；

15 min極端降雨量：除織金、福泉在50 mm以上，全省其余地區在27.5～49.9 mm；

20 min極端降雨量：除鳳岡、德江、黔南南部及北部局地、從江、冊亨、畢節東南部、六枝、安順在50 mm以上，全省其余地區在29.4～49.9 mm；

30 min極端降雨量：除省西北部、北部局地、中部局地及東部局地在50 mm以下，全省其余地區在50.0～88.8 mm；

45 min極端降雨量：除威寧、納雍、匯川、長順在50 mm以下，全省其余地區在50.0～95.1 mm；

60 min極端降雨量：除德江、福泉在100 mm以上，全省其余地區在52.7～99.9 mm；

90 min極端降雨量：除織金、六枝、安順大部、黔西南東部、黔南與黔東南交界處、銅仁局地、鳳岡在100 mm以上，全省其余地區在55.2～99.9 mm；

120 min極端降雨量：除省西南部、東部大部在100 mm以上，全省其余地區在60.1～154.4 mm；

180 min極端降雨量：除省西北部、北部中部局地、南部局地、東部局地在100 mm以下，全省其余地區在100.0～195.5 mm。

5 結論

①貴州的極端降水事件閾值的空間分布存在地域差異，西南部多于北部，東部多于西部，數值在89.8～192.5 mm/d之間，最大閾值中心出現在望謨，其值>190 mm/d，而西部的赫章最小。

② 5—9月是極端降水事件集中出現的時段，特別是7月和6月，分別達40.5%和32%；1、2、3、11、12月無極端強降水出現。

③貴州的極端降水事件略有增強，但近10 a極端降水事件日數是偏少的；極端降水強度是增強的趨勢，在近10 a，年降水量偏少，極端降水事件偏少的大背景下，極端降水強度是增強的；極端降水量占總降水量比例趨于增大。

④暴雨日數整體變化趨勢不明顯。21世紀至今呈相對明顯的下降趨勢。

⑤暴雨量整體上呈增長趨勢，上升速率為0.016/10a；21世紀開始至今表現為較明顯的減少趨勢，但暴雨降水量比例呈上升趨勢，其增加速率約為0.007/10a。

⑥ 5 min極端降雨量強度多為中雨，局地出現大雨，10～20 min大部分達到大雨，局地出現暴雨，30～60 min大部分地區為暴雨，局地出現大暴雨；60～90 min大暴雨范圍擴大，90～180 min大暴雨范圍擴大到全省大部分。

[1] 蔣海明，魏娜.貴州省近47 a來降水的小波變換分析[J].貴州氣象，2008，01：18-20.

[2] 嚴小冬，金建德，雷云.近50 a貴州降水時空分布分析[J].貴州氣象，2004，S1：3-7.

[3] 張嬌艷，白慧，吳戰平，等.不同排放情景下貴州21世紀氣候變化預估[J].貴州氣象，2011，06：1-6.

[4] 翟盤茂， 潘曉華.中國北方近50 a溫度和降水極端事件變化[J].地理學報， 2003， 58(9)： 1-10.

[5] Bonsal BR， Zhang XB， VincentLA， etal .Characteristic of dailyand extreme temperature over Canada.J.Climate， 2001， 14(9)：1959-1976.

[6] 魏鳳英.現代氣候統計診斷與預測技術[M].北京：氣象出版社，1999.

2014-12-04

陳靜(1964—)，女，高工，主要從事氣候監測和氣候變化研究工作。

1003-6598(2015)04-0012-04

P426.61+4

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