連州市近50 a 來暴雨的變化特征

郭曉坤 ，吳 桐

（1.連州市氣象局，廣東 連州513400；2.伊春市氣象局，黑龍江 伊春153000）

1 資料和方法

本文利用連州市1961-2010年的逐日降水資料，按照廣東省降水強(qiáng)度等級劃分標(biāo)準(zhǔn)[1]，以24 h（20時-次日20時）日降水總量R≥50 mm 統(tǒng)計(jì)為一個暴雨日，R≥100 mm 統(tǒng)計(jì)為一個大暴雨日， 當(dāng)R≥250 mm 為特大暴雨日；文中所指暴雨日數(shù)及暴雨雨量均已把大暴雨和特大暴雨包括在內(nèi)；連續(xù)2 d 或以上出現(xiàn)的暴雨定義為連續(xù)暴雨。 運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法、Mann-Kendall 方法、回歸分析及小波分析等方法[2]對連州市暴雨的氣候特征進(jìn)行分析。

Mann-Kendall 突變檢驗(yàn)方法是非參數(shù)方法，其優(yōu)點(diǎn)是不需要樣本遵從一定的分布， 也不受少數(shù)異常值的干擾，更適用于類型變量和順序變量，可以用來檢驗(yàn)突變及變化趨勢。 本文利用M-K 方法對近50 a 來連州市暴雨進(jìn)行突變檢驗(yàn)， 取顯著性水平α=0.05，即臨界值U0.05=±1.96。

2 暴雨的氣候特征及變化規(guī)律

2.1 暴雨日的年際、年代際變化

1961-2010年連州市共出現(xiàn)暴雨日229 d， 平均4.6 d/a，暴雨日的年際變化差異大，最多的年份達(dá)12 d （2001年）， 最少的年份則全年無暴雨日（1979、1986、2007年）， 用最小二乘法建立年暴雨日與年份序列的直線擬合（圖略），總體呈0.039 d/a 的線性增長趨勢，線性傾向系數(shù)通過t=0.01 的顯著性檢驗(yàn)，表明連州市年暴雨總數(shù)以每年0.039 d 的線性趨勢增長，但增長趨勢不明顯。 從暴雨日的年代際變化來看（表1），20 世紀(jì)60年代開始至今暴雨日數(shù)處于波動上升期， 尤其從20 世紀(jì)90年代開始暴雨日數(shù)增長速度加快，到21 世紀(jì)初達(dá)到61 d，這與廣東大部分地區(qū)研究結(jié)果一致[2-4]。

表1 連州市暴雨頻數(shù)的年代際分布表

2.2 暴雨日的年內(nèi)變化

圖1 為1961-2010年每月暴雨日數(shù)總和， 可以看出暴雨發(fā)生日數(shù)的變化呈單峰型， 從3月份開始暴雨日數(shù)逐漸增加，3-4月，4-5月都分別出現(xiàn)跳躍性增長，5月達(dá)到峰值，為57 d，6月份仍是降水的集中期，往后逐漸減少，到達(dá)12月份則無暴雨日。

暴雨集中出現(xiàn)在4-8月，共185 d，占全年暴雨日數(shù)高達(dá)80.8%， 前汛期暴雨日數(shù)為141 d，占61.6%， 后汛期占22.7%。 其中5、6月份暴雨日數(shù)為108 d，占汛期暴雨日數(shù)56%，為連州市的主要降水時段，需著重提防5、6月的暴雨。 大暴雨日分布較為分散，呈多峰型，主要集中在汛期，7月份最多，4、6月份次之，且非汛期的3、10月份亦可能出現(xiàn)大暴雨。

前汛期多受冷鋒、靜止鋒、西南倒槽、低渦、切變線、低空急流等系統(tǒng)的綜合影響，易釀成暴雨或大暴雨；后汛期多受減弱的熱帶氣旋、熱帶輻合帶、東風(fēng)波、西南季風(fēng)等系統(tǒng)影響而形成暴雨或大暴雨；非汛期由于連州市獨(dú)特的山區(qū)氣候特征，10月份仍可能出現(xiàn)暴雨或大暴雨，需特別注意，其他非汛期月份受北方冷空氣影響降水一般較小， 難以達(dá)到暴雨或大暴雨。

圖1 1961-2010年連州市暴雨日數(shù)的年內(nèi)變化趨勢

2.3 暴雨日數(shù)的初終日

以連州市暴雨初終日所在月份做暴雨初終日的年際變化曲線圖（圖略），連州市全年除12月份外，每月都有可能出現(xiàn)暴雨。暴雨初日最早出現(xiàn)在1月4日（1983年），最晚出現(xiàn)在11月13日（1963年），主要集中在4-5月份，分別占30%和26%；暴雨終日最早出現(xiàn)在5月13日（1989年），最晚出現(xiàn)在11月28日（1982年），終日的分布則較為平均，以6-11月份為主。 暴雨初、終日的線性傾向率分別為-0.0409 d/a和-0.0219 d/a， 相關(guān)系數(shù)分別為r=0.30 和r=0.16，僅暴雨初日通過α=0.05 顯著性水平檢驗(yàn)。 因此暴雨初日會以0.04 d/a 的速率逐漸提早，而暴雨終日的變化特征則有待進(jìn)一步觀察。

3 檢驗(yàn)分析

3.1 年暴雨（日數(shù)）與年降水量的相關(guān)性

1961-2010年連州市年平均降水量為1 615.1 mm，汛期平均降水量為1 199.7 mm，其中暴雨的年平均降水量為336.1 mm，年平均降水貢獻(xiàn)率20.8%。相關(guān)性分析標(biāo)明，暴雨日與暴雨降水量、年降水量的相關(guān)系數(shù)分別為0.926、0.522， 暴雨降水量與年降水量的相關(guān)系數(shù)為0.539， 皆通過t=0.01 的顯著性檢驗(yàn)。

3.2 年暴雨日數(shù)與年暴雨雨量的突變檢驗(yàn)

從連州市暴雨日數(shù)MK 變化曲線 （圖2a） 中的UF 曲線可見，從20 世紀(jì)60年代開始，連州市年暴雨日數(shù)呈現(xiàn)波動上升的趨勢，1977、1983年為波峰，1979、1991年為波谷， 并于1991年之后增加趨勢更為明顯，大大超過顯著性水平0.05 臨界線，甚至超過0.001 顯著性水平（U0.001=2.56），表明連州市年暴雨日數(shù)上升趨勢是十分顯著的。 根據(jù)UF 和UB 曲線交點(diǎn)的位置，第一次突變發(fā)生在1972-1973年間，第二次發(fā)生在1985-1986年間， 兩次曲線交點(diǎn)均位于兩條臨界線之間，因此確定連州市年暴雨日數(shù)在20 世紀(jì)70年代及90年代的增加是一突變現(xiàn)象。而從連州市暴雨雨量MK 變化曲線（圖2b）中亦可看出20 世紀(jì)60年代開始，連州市年暴雨雨量有明顯的增加趨勢，同樣經(jīng)歷了波動增長后于20 世紀(jì)90年代初有更顯著性地增長，并且從UF 和UB 曲線交點(diǎn)的位置可以看出，1991年為連州市暴雨雨量的突變點(diǎn)。綜上分析可以得出，1991年為連州市暴雨的突變年份。

3.3 年暴雨的小波分析

圖2 連州市暴雨(a)日數(shù)及(b)雨量M-K 變化曲線

通過對連州市1961-2010年暴雨日數(shù)和暴雨雨量的小波分析可見（圖略），年暴雨日數(shù)和年暴雨雨量的小波分析圖有很大的相似性， 這同時也證明了相關(guān)系數(shù)分析中年暴雨日數(shù)和年暴雨雨量具有很好的相關(guān)性。 其中，暴雨日數(shù)和暴雨雨量均存在多重時間周期尺度上的嵌套結(jié)構(gòu)現(xiàn)象，存在準(zhǔn)15 a 和準(zhǔn)27 a 的周期震蕩。 在準(zhǔn)27 a 的年際時間變換尺度上，經(jīng)歷了1974-1984年和1993-2003年的暴雨偏多期；在準(zhǔn)15 a 的年際時間變換尺度上則經(jīng)歷了1968-1975年、1980-1987年、1990-1996年、2000-2006年的暴雨偏多期，而且2010 之后的震蕩周期等值線遠(yuǎn)未閉合， 可以初步預(yù)測連州市未來幾年暴雨仍處于偏多期。

4 小結(jié)

(1)連州市近50 a 共出現(xiàn)暴雨日229 d，平均4.6 d/a，暴雨日的年際變化差異大，最多的年份達(dá)12 d，最少的年份則全年無暴雨日；暴雨日總體呈0.039 d/a 的線性增長趨勢；尤其從20 世紀(jì)90年代開始暴雨日數(shù)增長速度加快，到21 世紀(jì)10年代達(dá)到61 d。

(2)連州市除12月外其他月份均可能出現(xiàn)暴雨，并主要集中在3-9月；暴雨日數(shù)呈單峰型，峰值出現(xiàn)在5月；大暴雨日數(shù)呈多峰型，7月份最多，4、6月份次之，且非汛期的3、10月份亦可能出現(xiàn)大暴雨。 汛期平均降水量為1 199.7 mm， 其中暴雨的年平均降水量為336.1 mm，年平均降水貢獻(xiàn)率20.8%，暴雨日數(shù)與暴雨雨量、年降水量呈很好的相關(guān)性。

(3)暴雨初日最早出現(xiàn)在1月4日（1983年），最晚出現(xiàn)在11月13日（1963年），主要集中在4-5月份，分別占30%和26%；暴雨終日最早出現(xiàn)在5月13日（1989年），最晚出現(xiàn)在11月28日（1982年），終日的分布則較為平均，以6-11月份為主。 暴雨初日有提早的趨勢。

(4)Mann-Kendall 突變檢驗(yàn)分析表明從20 世紀(jì)90年代起連州市暴雨日數(shù)呈明顯上升趨勢， 暴雨日數(shù)及暴雨雨量增加的突變點(diǎn)是1991年。 小波分析表明，連州市暴雨頻次存在準(zhǔn)15 a 和準(zhǔn)27 a 的周期震蕩。

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