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，按照廣東省降水強度等級劃分標準[1]，以24 h（20時-次日20時）日降水總量R≥50 mm 統計為一個暴雨日，R≥100 mm 統計為一個大暴雨日， 當R≥250 mm 為特大暴雨日；文中所指暴雨日數及暴雨雨量均已把大暴雨和特大暴雨包括在內；連續2 d 或以上出現的暴雨定義為連續暴雨。 運用數理統計方法、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行分析。

Mann-Kendall 突變檢驗方法是非參數方法，其優點是不需要樣本遵從一定的分布， 也不受少數異常值的干擾，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 來連州市暴雨進行突變檢驗， 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律

2.1 暴雨日的年際、年代際變化

1961-2010年連州市共出現暴雨日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，線性傾向系數通過t=0.01 的顯著性檢驗，表明連州市年暴雨總數以每年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60年代開始至今暴雨日數處于波動上升期， 尤其從20 世紀90年代開始暴雨日數增長速度加快，到21 世紀初達到61 d，這與廣東大部分地區研究結果一致[2-4]。

表1 連州市暴雨頻數的年代際分布表

2.2 暴雨日的年內變化

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

暴雨集中出現在4-8月，共185 d，占全年暴雨日數高達80.8%， 前汛期暴雨日數為141 d，占61.6%， 后汛期占22.7%。 其中5、6月份暴雨日數為108 d，占汛期暴雨日數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、東風波、西南季風等系統影響而形成暴雨或大暴雨；非汛期由于連州市獨特的山區氣候特征，10月份仍可能出現暴雨或大暴雨，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， 難以達到暴雨或大暴雨。

圖1 1961-2010年連州市暴雨日數的年內變化趨勢

2.3 暴雨日數的初終日

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，每月都有可能出現暴雨。暴雨初日最早出現在1月4日（1983年），最晚出現在11月13日（1963年），主要集中在4-5月份，分別占30%和26%；暴雨終日最早出現在5月13日（1989年），最晚出現在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， 相關系數分別為r=0.30 和r=0.16，僅暴雨初日通過α=0.05 顯著性水平檢驗。 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一步觀察。

3 檢驗分析

3.1 年暴雨（日數）與年降水量的相關性

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，年平均降水貢獻率20.8%。相關性分析標明，暴雨日與暴雨降水量、年降水量的相關系數分別為0.926、0.522， 暴雨降水量與年降水量的相關系數為0.539， 皆通過t=0.01 的顯著性檢驗。

3.2 年暴雨日數與年暴雨雨量的突變檢驗

從連州市暴雨日數MK 變化曲線 （圖2a） 中的UF 曲線可見，從20 世紀60年代開始，連州市年暴雨日數呈現波動上升的趨勢，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上升趨勢是十分顯著的。 根據UF 和UB 曲線交點的位置，第一次突變發生在1972-1973年間，第二次發生在1985-1986年間， 兩次曲線交點均位于兩條臨界線之間，因此確定連州市年暴雨日數在20 世紀70年代及90年代的增加是一突變現象。而從連州市暴雨雨量MK 變化曲線（圖2b）中亦可看出20 世紀60年代開始，連州市年暴雨雨量有明顯的增加趨勢，同樣經歷了波動增長后于20 世紀90年代初有更顯著性地增長，并且從UF 和UB 曲線交點的位置可以看出，1991年為連州市暴雨雨量的突變點。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)日數及(b)雨量M-K 變化曲線

通過對連州市1961-2010年暴雨日數和暴雨雨量的小波分析可見（圖略），年暴雨日數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系數分析中年暴雨日數和年暴雨雨量具有很好的相關性。 其中，暴雨日數和暴雨雨量均存在多重時間周期尺度上的嵌套結構現象，存在準15 a 和準27 a 的周期震蕩。 在準27 a 的年際時間變換尺度上，經歷了1974-1984年和1993-2003年的暴雨偏多期；在準15 a 的年際時間變換尺度上則經歷了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未閉合， 可以初步預測連州市未來幾年暴雨仍處于偏多期。

4 小結

(1)連州市近50 a 共出現暴雨日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90年代開始暴雨日數增長速度加快，到21 世紀10年代達到61 d。

(2)連州市除12月外其他月份均可能出現暴雨，并主要集中在3-9月；暴雨日數呈單峰型，峰值出現在5月；大暴雨日數呈多峰型，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，年平均降水貢獻率20.8%，暴雨日數與暴雨雨量、年降水量呈很好的相關性。

(3)暴雨初日最早出現在1月4日（1983年），最晚出現在11月13日（1963年），主要集中在4-5月份，分別占30%和26%；暴雨終日最早出現在5月13日（1989年），最晚出現在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 突變檢驗分析表明從20 世紀90年代起連州市暴雨日數呈明顯上升趨勢， 暴雨日數及暴雨雨量增加的突變點是1991年。 小波分析表明，連州市暴雨頻次存在準15 a 和準27 a 的周期震蕩。

[1]魏風英. 現代氣候統計診斷與預測技術[M]. 北京：氣象出版社,2007:71-104.

[2]胡麗華,袁錫沛,管勇等. 恩平市1962～2009年暴雨氣候特征[J]. 廣東氣象,2012,01:35-37,41.

[3]高亭亭,梁衛,羅聰等. 廣州前汛期暴雨氣候特征分析[J]. 廣東氣象,2012,02:1-4,9.

[4]李福勝,張仲,李斌. 湛江市1951～2011年暴雨氣候的變化特征[J]. 廣東氣象,2012,06:35-37,41.