近59 a德江縣暴雨特征分析

黎 榮，陳 軍，張丹丹，潘婭瑩，王 棚，許文亞

(1.貴州省德江縣氣象局，貴州 德江 565200；2.貴州省銅仁市氣象局，貴州 銅仁 554000；3.貴州省松桃縣氣象局，貴州 松桃 554100)

0 引言

暴雨是貴州當(dāng)前發(fā)生的最重要的幾種氣象災(zāi)害之一,暴雨以來(lái)得急、去得快及突發(fā)性的特點(diǎn)給經(jīng)濟(jì)社會(huì)和人民生產(chǎn)生活帶來(lái)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失[1-8],德江縣境內(nèi)有復(fù)雜的山地地形特征，使得強(qiáng)降雨極易引發(fā)山洪、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，而德江縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村居民有依山傍水而居的習(xí)俗，一旦發(fā)生災(zāi)情往往損失慘重[9]。王芬等對(duì)近48 a貴州暴雨日數(shù)及降水總量的變化特征[10]、楊群等對(duì)銅仁近40 a暴雨氣候特征[11]、徐菲菲等基于小波分析的宿州地區(qū)暴雨時(shí)空分布特征[12]均只用到國(guó)家級(jí)自動(dòng)站的數(shù)據(jù)，每個(gè)縣只選取其中一個(gè)點(diǎn)，只對(duì)大范圍的地區(qū)進(jìn)行了分析，對(duì)一個(gè)縣域內(nèi)的暴雨時(shí)空分布及短時(shí)強(qiáng)降水等研究較少，對(duì)德江縣暴雨的特征分析幾乎沒有開展過研究。本文擬研究德江縣暴雨日數(shù)、暴雨量的年際變化、空間分布等特征，為開展德江縣暴雨“三個(gè)叫應(yīng)”氣象服務(wù)，提供一些基礎(chǔ)依據(jù)。

1 資料與方法

本文所使用降雨資料為貴州省德江縣國(guó)家級(jí)氣象站1959—2017年的逐日數(shù)據(jù)，鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域自動(dòng)2011年1月1日—2017年12月31日逐日小時(shí)降雨量。資料來(lái)源于貴州省氣象信息中心經(jīng)質(zhì)量控制和格式審查合格的A文件。在氣象業(yè)務(wù)工作中，暴雨日定義為單個(gè)臺(tái)站24 h(20時(shí)至次日20時(shí))累計(jì)降雨量達(dá)到或者超過50 mm;超過100 mm，則定義為一個(gè)大暴雨日;超過250 mm，則定義為一個(gè)特大暴雨日，統(tǒng)計(jì)暴雨日數(shù)時(shí)將暴雨日、大暴雨日和特大暴雨日包含在內(nèi)[13]。文章采用統(tǒng)計(jì)分析、線性趨勢(shì)分析及小波分析等方法進(jìn)行研究。

2 暴雨的時(shí)間變化特征

2.1 暴雨的月分布特征

統(tǒng)計(jì)德江縣1959—2017年暴雨日數(shù)(圖1)，結(jié)果表明：59 a來(lái)德江縣暴雨日最早出現(xiàn)在3月，最晚結(jié)束于11月，3—11月每月均有出現(xiàn)，暴雨日主要集中在5—7月，其中6月暴雨日最多，達(dá)到63 d，占總暴雨日30%，7月份次之，9月開始出現(xiàn)暴雨的急劇減少。德江縣59 a來(lái)未出現(xiàn)特大暴雨，而12、1、2月未出現(xiàn)過暴雨天氣。

圖1 德江縣1959—2017年暴雨日數(shù)月分布圖Fig.1 Distribution of rainstorm days in Dejiang County from 1959 to 2017

2.2 暴雨的年際變化特征

統(tǒng)計(jì)1959—2017年德江縣每年暴雨日變化，從圖2可知，近59 a來(lái)德江縣暴雨日數(shù)年變化較大，其中1963、1967、1996、1999、2014年暴雨最多，而1961、2009年未出現(xiàn)暴雨。近59 a來(lái)德江縣共出現(xiàn)暴雨日210 d，暴雨日數(shù)年平均為3.6 d，暴雨日數(shù)的年變化呈現(xiàn)略有上升趨勢(shì)，氣候傾向率為0.076 d/10 a。

圖2 德江縣1959—2017年暴雨日數(shù)統(tǒng)計(jì) Fig.2 Statistics on the number of rainstorm days in Dejiang County from 1959 to 2017

對(duì)1959—2017年德江縣暴雨進(jìn)行分類，從表1中可以看出，1960—2017年暴雨、大暴雨出現(xiàn)的頻率呈現(xiàn)出先增多后減少再增多的趨勢(shì)，其中2000—2009年暴雨日數(shù)最少，而到了2011—2017年又呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。從德江縣年降雨量變化可知 (圖3)，德江縣年降水量變化大，年降雨總量最多年份為1967年的1 745.2 mm，其次是1963年，年降雨量為1 652.6 mm，再次是1996年，為1 624.9 mm，最少的年份為1960年，年降雨量?jī)H有823.8 mm。

2.3 暴雨的周期分析

為深入研究德江縣暴雨日數(shù)的年際周期性變化特征，通過使用Morlet小波分析方法，對(duì)德江縣1959—2017年降水的年際變化進(jìn)行分析，以加強(qiáng)對(duì)德江縣暴雨氣候特征的研究認(rèn)識(shí)。由Morlet小波變化系數(shù)實(shí)譜圖(圖4)可得出，德江縣暴雨發(fā)生次數(shù)多重時(shí)間周期尺度上結(jié)構(gòu)不太明顯，其中3 a左右的周期在20世紀(jì)90年代中后期到21世紀(jì)初較明顯,4 a左右的周期在20世紀(jì)60年代中后期，周期均通過了是95%的信度檢驗(yàn)。

表1 德江1960—2017年各類暴雨日數(shù)年際變化Tab.1 Interannual variations of various types of heavy rains in Dejiang from 1960 to 2017

2.4 暴雨出現(xiàn)的時(shí)段特征

按只出現(xiàn)在夜間(20—次日08時(shí))累計(jì)雨量≥50 mm確定為暴雨次數(shù)，只出現(xiàn)在白天(08—20時(shí))累計(jì)雨量≥50 mm確定為暴雨次數(shù)，出現(xiàn)在夜間到白天(20—20時(shí))累計(jì)雨量≥50 mm確定為暴雨次數(shù)，確定全天暴雨次數(shù)時(shí)，不包括白天或夜間獨(dú)立發(fā)生的暴雨次數(shù)[13]。通過對(duì)分時(shí)段發(fā)生暴雨的次數(shù)統(tǒng)計(jì)，從表2得出，德江縣暴雨發(fā)生于夜間的有115次，暴雨從夜間持續(xù)到白天的為62次，白天出現(xiàn)的幾率最小，為33次。

圖3 德江縣1959—2017年年總降雨量變化趨勢(shì)圖Fig.3 Trends in annual total rainfall from 1959 to 2017 in Dejiang County

圖4 1959—2017年德江縣暴雨頻次的小波結(jié)果分析Fig.4 Wavelet analysis of rainstorm frequency in Dejiang County from 1959 to 2017

表2 1959—2017年德江縣各月暴雨日出現(xiàn)的次數(shù)統(tǒng)計(jì)表Tab.2 Statistics on the number of occurrences of each month's rainstorm days in Dejiang County, 1959—2017a

2.5 暴雨的降雨持續(xù)時(shí)間特征

統(tǒng)計(jì)德江縣暴雨連續(xù)出現(xiàn)的日數(shù)(表略)，連續(xù)2 d維持暴雨的天氣過程為14次，其中1963、1982、1985、1992、1996、1998、1999、2002、2004、2014年為每年出現(xiàn)一次連續(xù)2 d的暴雨過程，1999年(5月、6月)、2002年(6月、7月)中出現(xiàn)兩次連續(xù)2 d降雨量達(dá)到暴雨的過程，僅出現(xiàn)一次維持3 d(1967年6月19—21日)的暴雨天氣，未出現(xiàn)維持4 d及以上的暴雨天氣。

3 暴雨的空間分布

3.1 德江暴雨過程的空間分布

按照某一天(20—20時(shí))中有一個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)達(dá)到暴雨時(shí)統(tǒng)計(jì)為一次暴雨過程。德江縣20個(gè)自動(dòng)站2011—2017年共出現(xiàn)88次442站暴雨天氣過程，其中僅有1個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)達(dá)到暴雨次數(shù)最多為30次，其次為同時(shí)有2～3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)達(dá)到暴雨21次，同時(shí)有4～6個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)達(dá)到暴雨為14次，同時(shí)有7～9個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)達(dá)到暴雨次數(shù)為9次，同時(shí)有10～15個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)達(dá)到暴雨次數(shù)為11次，同時(shí)有16～20個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)達(dá)到暴雨次數(shù)為3次，2011年6月4日、10月1日均同時(shí)出現(xiàn)18個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)達(dá)到暴雨。說(shuō)明德江縣暴雨過程不僅局地性很強(qiáng)，空間分布的覆蓋范圍也很廣。從圖5中可以看出，德江縣暴雨主要分布在縣的南部，有合興、共和、楓香溪3個(gè)暴雨大值區(qū)，北部地區(qū)暴雨日數(shù)相對(duì)較少，西部?jī)蓚€(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)未出現(xiàn)過暴雨。

圖5 德江縣2011—2017年暴雨次數(shù)空間分布特征Fig.5 Spatial distribution characteristics of heavy rains in Dejiang County from 2011 to 2017

3.2 強(qiáng)降雨與受災(zāi)情況分析

結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害滑坡的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2011—2017年德江縣共出現(xiàn)2次地質(zhì)災(zāi)害，兩次過程出現(xiàn)的致災(zāi)原因有所不同。2014年7月14—17日潮砥鎮(zhèn)過程降雨量178.4 mm，因前期過程累計(jì)降水量大，土壤水分過飽和，導(dǎo)致潮砥鎮(zhèn)小溪村白沙溪發(fā)生滑坡地質(zhì)災(zāi)害，毀壞通村公路和耕地同時(shí)造成直接經(jīng)濟(jì)損失。2012年5月12日02時(shí)(25.4 mm)、03時(shí)(42 mm)、04時(shí)(38.9 mm)出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水，全天累計(jì)出現(xiàn)156.5 mm的降水，導(dǎo)致沙溪鄉(xiāng)大泉村大泉組水井灣發(fā)生突發(fā)性滑坡自然災(zāi)害，造成房屋被掩埋，公路沖毀等財(cái)產(chǎn)損失。可以看出，暴雨天氣過程易導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生。

4 小結(jié)

通過對(duì)德江縣1959—2017年暴雨日數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)合區(qū)域自動(dòng)站降水資料，對(duì)德江縣的暴雨時(shí)空特征進(jìn)行了分析，得出以下結(jié)論：

①近59 a來(lái)德江縣暴雨日主要集中在5—7月，其中6月暴雨日最多，占總暴雨日30%，59 a來(lái)未出現(xiàn)特大暴雨，而冬季未出現(xiàn)過暴雨天氣；暴雨日數(shù)年變化明顯，但總體呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)；小波分析得出德江縣暴雨日時(shí)間尺度上在20世紀(jì)90年代中后期到21世紀(jì)初、20世紀(jì)60年代中后期存在一個(gè)3～4 a左右的周期振蕩。

②德江縣暴雨出現(xiàn)時(shí)段主要在夜間，有115次，占77.7%。

③空間分布上看，德江縣暴雨主要集中在縣的南部鄉(xiāng)鎮(zhèn)，西北部暴雨相對(duì)較少。