1981年—2016年沈陽地區暴雨的時空變化特征

張郁+慕臣英+齊文川+張思瑤+高桐

1引言

遼寧省地處中緯度地區，是我國北方暴雨多發地之一。發生暴雨時，極易引起江河泛濫成災、平原農業區大量雨水蓄積、農田漬澇，嚴重威脅農業生產；城區則易引起城市內澇等問題。沈陽市為遼寧省會城市，東北地區最大的中心城市，工農業門類齊全，暴雨對沈陽地區農業生產和城市生活都帶來極大影響。

本文旨在對沈陽地區1981-2016年暴雨時空變化特征進行相關研究，以便為暴雨預報提供參考依據。

2研究數據及方法

2.1研究區域概況及數據來源

2.1.1研究區域概況

沈陽地區位于中國東北地區南部，遼寧省北部地區，以平原為主，山地、丘陵集中在北部和東部地區。7個國家地面氣象觀測站分別為渾南、蘇家屯、沈北、遼中、新民、法庫和康平站。

2.1.2數據來源

選取1981-2016年沈陽市7個國家地面氣象觀測站20時-20時（北京時間）降水及2004年以后逐小時降水資料，氣象資料來源于沈陽市氣象局。

本文運用數理統計方法、空間插值等研究方法，重點分析近36年沈陽地區暴雨日數、暴雨雨量以及2004-2016年沈陽地區最大暴雨強度時空變化特征，以及暴雨對降水量的貢獻率影響。通常將24小時內降水量>50mm的降水稱為暴雨。因沈陽地區7個國家地面氣象觀測站逐小時降雨量數據是從2004年開始記錄的，因此最大暴雨強度從2004年以后開始統計。

2.2研究方法

2.2.1氣候傾向率

氣象要素的趨勢變化可采用線性方程表示，即：

2.2.2反距離權重法（IDW）

空間插值的基礎是空間相關性，反距離權重法是一種常用且簡捷的空間插值方法，它以插值點雨樣本地的距離為權重進行加權平均，距離插值點越近的樣本點賦予的權重越大，反之則越小。IDW（Inverse Distance Weighting）要求離散點均勻分布，并且密度程度足以滿足在分析中反映局部表面變化，然后通過對鄰近區域的每個采樣點值平均運算獲得內插單元。其具體插值公式如下：

其中z是P點的插值結果，zi是P點附近的第i個樣本點；k是P點附近的用于插值的點的個數；d是p到P的歐式距離；β通常取默認值2。

3結果分析

3.1沈陽地區暴雨發生時間變化特征

3.1.1暴雨年代際變化

圖1為1981-2016年沈陽地區年代際的年平均暴雨日數和暴雨雨量。從暴雨日數來看，20世紀80年代沈陽地區年平均暴雨日偏多，是近36年暴雨發生頻率最多的階段；90年代年平均暴雨日數明顯回落；到了2001-2010年達到最低值；不過從2011年以后，年平均暴雨日數又呈現上升趨勢。從暴雨雨量來看，80年代沈陽地區年平均暴雨雨量偏大，是近36年的最大值；90年代明顯下降；到了2001-2010年達到最小值；不過從2011年以后，年平均暴雨雨量又呈現上升趨勢。總體來說，近36年來，年平均暴雨日數的分布規律與年平均暴雨雨量分布規律基本一致。

3.1.2暴雨年際變化

1981-2016年沈陽地區年暴雨日總數的均值為6d，年暴雨雨量的均值為415.3mm；2004-2016年沈陽地區年最大暴雨強度的均值為29.7mm/h。沈陽地區年暴雨日總數、年暴雨雨量呈現不同程度的下降趨勢，年最大暴雨強度整體呈現下降趨勢。圖2為1981-2016年沈陽地區歷年暴雨日總數、暴雨雨量及2004-2016年沈陽地區年最大暴雨強度的年際變化趨勢。通過分析，發現近36年沈陽地區暴雨日總數、年暴雨雨量呈現不同程度的減少趨勢。1981-2016年沈陽地區年暴雨日總數平均每10年減少0.8d，年暴雨雨量平均每10年減少68.4mm。2004-2016年沈陽地區年最大暴雨強度每10年減少6.2mm/h。

圖3為1981-2016年沈陽地區各月暴雨日總數、暴雨雨量和2004-2016年沈陽地區各月最大暴雨強度統計。從月暴雨日總數來看，3月開始出現暴雨，5、6月逐漸增多，7月猛增并且達到最高點，8月開始稍有下降，9月則下降幅度非常明顯，10月暴雨基本結束。暴雨日集中出現于7-8月，這兩個月暴雨日數占全年暴雨日總數的74.8%。從暴雨出現的時間來看，沈陽地區暴雨最早出現在3月，為1983年3月26日新民；最晚出現在10月上旬，為2010年10月3日遼中。從月暴雨雨量來看，近36年月暴雨雨量的變化趨勢與月暴雨日總數的趨勢基本一致，暴雨主要出現在6-9月，集中于7-8月，這兩個月的月暴雨雨量占全年暴雨雨量的76.3%。近13年月最大暴雨強度的分布與月暴雨日總數、月暴雨雨量的分布有所不同，6月和9月的最大暴雨強度較大，7-8月居中，其他月份偏小。

3.2沈陽地區暴雨發生空間變化特征

3.2.1暴雨日空間分布特征

圖4為1981-2016年沈陽地區年平均暴雨日數分布情況。康平、法庫等北部山區暴雨日較少。暴雨日分布較多的地區為沈北、渾南、蘇家屯的東部丘陵地區和位于遼河沖積平原的遼中。沈陽地區暴雨日分布整體上是北少南多。1981-2016年沈陽地區共出現暴雨429站次，平均每站每年暴雨日1.4d。其中沈北年平均暴雨日最多，平均每年2d，康平、法庫的年平均暴雨日最少，為1.5d。2016年沈北出現暴雨日為7d，為近36年單站年暴雨日的最大值。

圖5為不同年代際沈陽地區各地年平均暴雨日數變化趨勢，由圖可知，沈陽地區暴雨日數年代際變化特征在地域上也存在一定的差異性。80年代東部山區、丘陵地帶暴雨日數較少，北部山區和西部平原暴雨日數較多；90年代北部山區暴雨日較少，東部丘陵和西南部平原地區暴雨日數較多；2001-2010年北部山區和中部平原暴雨日較少，南部渾河流域暴雨日較多；2011年以后，北部山區暴雨日較少，東部丘陵和西南部平原地區暴雨日數較多，與90年代暴雨的分布比較相似。

圖6為1981-2016年沈陽各地區年平均暴雨雨量分布情況，康平、法庫等北部山區暴雨雨量較小，沈北、渾南東部丘陵地區和遼中西南部平原地區暴雨雨量較大，沈陽地區暴雨雨量整體上是北少南多，與暴雨日分布基本一致。1981-2016年沈陽地區平均每站每年暴雨降水量126.6mm。遼中年平均暴雨雨量最多，平均每年151.9mm；康平地區最少，為109.2mm。1994年新民的年平均暴雨雨量為494.1mm，為近36年沈陽地區單站年平均暴雨雨量的最大值。

圖7為不同年代際沈陽各地年平均暴雨雨量空間分布，由圖可知，80年代整體暴雨雨量不大，東部山區、丘陵地帶和中部平原地區暴雨雨量較少，北部山區和西部平原暴雨雨量較多；90年代北部山區暴雨雨量較少，東部丘陵和西南部平原地區暴雨雨量較多；2001-2010年北部山區和中部平原暴雨雨量較少，南部渾河流域暴雨雨量較多；2011年以后，北部山區和西部平原暴雨雨量較少，東部丘陵和西南部平原地區暴雨雨量較多。

4結論

結合沈陽地區7個區域觀測站1981-2016年7個氣象觀測站逐日降水氣象數據，分析結論如下：

（1）1981-2010年沈陽地區年平均暴雨日和年平均暴雨雨量每10年整體呈現下降趨勢，但2011年以后年平均暴雨日和年平均暴雨雨量均呈現上升趨勢。近36年沈陽地區年平均暴雨日、暴雨雨量呈現不同程度的減少趨勢，但是變化趨勢并不顯著。近13年的年最大暴雨強度呈現下降趨勢。

（2）根據對沈陽地區暴雨時間分布的特征分析，從沈陽地區暴雨日和暴雨雨量分布來看，暴雨主要發生在6-9月，集中于7-8月。本文分析得出最大暴雨強度在6月和9月數值偏大，最大值出現在6月，這與暴雨日總數和暴雨雨量的極值分布不一致。

（3）近36年沈陽地區暴雨日和暴雨雨量的空間分布基本一致，南多北少。康平、法庫等北部山區暴雨日總數和暴雨雨量均較小，沈北、渾南東部丘陵地區和遼中西南部平原地區暴雨日總數和暴雨雨量較大。沈北暴雨雨量年代際變化最大，遼中暴雨雨量年代際變化最小。endprint