福建省短歷時強降水氣候變化特征分析*

楊麗慧 吳 濱 白 龍 陳 立

(福建省氣候中心，福建 福州 350001)

1 概述

近年來，受全球氣候變化影響，極端暴雨事件頻繁發生，加之城市排水防澇標準偏低，調蓄雨洪和應急管理能力不足，面對極端強降水天氣，很多城市頻繁出現了嚴重的暴雨內澇災害，極端暴雨事件逐漸引起了國內外研究者的重視[1-2]。暴雨洪澇災害已危及城市的正常運轉和公眾的正常生活，成為影響城市建設安全、經濟社會平穩發展與居民生活安定的主要氣象災害之一[3]。福建省位于歐亞大陸東南邊緣，地處亞熱帶南沿，經常受到熱帶氣旋的影響，每年登陸中國的臺風中約70%會對福建產生影響，據統計，近100年來福建平均每年登陸臺風2個，影響臺風3個[4]。近年來隨著氣候變化，福建省暴雨、大暴雨呈日數增多、強度增強趨勢，而極端降水往往多集中在短歷時，如2005年10月2～4日“龍王”臺風影響期間，福州市區出現了嚴重的內澇，其中30分鐘雨量就達62.6mm，1小時的雨量達119.9mm，24小時雨量243.8mm。2011年8月30～9月2日，“南瑪都”熱帶風暴造成莆田市1小時降水達75.4mm，6小時降水達295.7mm，莆田市受淹嚴重。因此，研究福建省短歷時強降水的特征對于完善城市排澇設計具有重要作用。

目前，短歷時強降雨研究多集中于暴雨強度公式的推算、小時及以上強降水特征和趨勢等方面[5-7]，姚莉等[6]基于我國1991—2005年逐小時降水觀測資料對東部地區雨強的研究表明，華北北部雨強為40～50 mm/h，其個別地區達80～90 mm/h，是大暴雨出現最為頻繁的地區之一。吳濱[7]等分析了福建省1h、3h、6h、24h強降雨頻次的時空分布特征，陳奕[8]研究了福州市暴雨強度公式優化工作。然而針對市政規劃、建設部門更加關心的、更短歷時的5min、10min、15min、20min、30min、45min強降水特征分析的研究報道罕見。因此，本文基于全省53個氣象站逐日逐分鐘降水資料，滑動計算構建5min、10min、15min、20min、30min、45min等各歷時的極值序列，揭示福建省不同短歷時強降水氣候變化特征。

2 資料與方法

2.1 資料

文中選取1980-2014年福建省53個氣象站點的逐日逐分鐘降水資料， 滑動計算5min、10min、15min、20min、30min、45min、60min、180min各歷時最大降水量構建極值序列，各臺站在2004年之前采用降水自記紙記錄逐分鐘降水資料(霞浦站2007年前)，之后采用自動站自動記錄逐分鐘降水資料。站點分布如圖1所示。

圖1 選取站點分布特征

2.2 方法

(1)用一次線性方程[9]定量描述研究對象的變化趨勢，y= a0+ a1x，a1×10為每10年的傾向率(變化趨勢)。方程中的系數采用最小二乘法確定，并分別進行線性趨勢的顯著性檢驗。

(2)突變檢驗均采用M-K突變檢驗法[10]。

(3)應用SPSS、Arcgis對數據進行統計處理、分析及繪圖。

3 結果與分析

3.1 福建省不同短歷時強降水時空分布特征

3.1.1 不同短歷時強降水時間變化特征

分析福建省不同短歷時強降水年際變化特征得知(圖2)，5min-15min強降水的年際變化特征一致，均呈弱下降趨勢，20min-180min強降水的年際變化特征均呈弱上升趨勢。5min、10min、15min、20min、30min、45min、60min、180min年降水極值分別是33.2mm、43.1mm、56.3mm、72.8mm、104.1mm、145.8mm、179.4mm和286.2mm。從5年滑動平均(圖2)可知，5-15min強降水在上世紀80年代末至90年代中期略有下降，2000年至今有所上升；其余各歷時強降水在上世紀80年代至今出現先上升后下降再上升的變化。

圖2 福建省不同短歷時強降水的時間變化特征

3.1.2 不同短歷時強降水空間分布特征

從福建省不同短歷時強降水空間分布特征可見(圖3)，5min強降水主要集中在南部沿海(漳州區域)和西南部龍巖區域和東北部鷲峰山脈地區(周寧)；10min強降水集中在南部沿海、西南部地區范圍擴大、中部戴云山脈部分區域和中部沿海地區(福州、長樂、福清)；15min和20min強降水特征同10min空間分布特征基本一致，強降水范圍逐步擴大，南平部分區域和東北部沿海有所增強；45min強降水在福建省沿海范圍開始擴大，西南部范圍逐漸減少；60min-180min時強降水區轉移至福建省整個沿海地區和福建西部的長汀地區。

圖3 福建省不同短歷時強降水空間分布特征

福建省內陸區域短歷時強降水形成的天氣背景主要是由鋒面降水造成[10]， 結合福建省地形特征可知(圖4)，福建省西南部地區、中部地區主要受玳瑁山、博平嶺山脈和戴云山地形抬升作用影響，5min～20min歷時強降水主要分布在這些山脈附近；沿海強降水主要是臺風引起的[10]，這主要是由于受鷲峰山脈、戴云山脈動力抬升影響，45min～180min歷時強降水主要分布南部沿海和中北部沿海區域。

圖4 福建省地形特征

3.2 福建省不同短歷時強降水突變特征分析

圖5(a)～(g)顯示了福建省各短歷時強降水的突變特征，從UF曲線可見，各歷時在1986年以前，UF值在0附近振蕩變化，之后均大于0，并逐漸增加，5min～10min均在2004年左右發生突變,但不顯著，20min～45min是在1996年左右發生突變性增加，60min歷時強降水在1998年左右發生突變性增加，180min在1999年左右發生突變。說明福建省更短歷時強降水經歷了由振蕩變化到增高的趨勢轉變，進入一個相對增高的階段。

圖5 福建省不同短歷時強降水突變特征分析

4 結論和討論

福建省不同短歷時強降水年際變化特征除:5～15min歷時降水極值呈微弱下降變化，其余各歷時強降水均呈略上升趨勢。各歷時年際變化具有明顯的階段性特點，均呈上升——降低——快速上升的態勢(5～15min除外)。突變分析表明，福建省各短歷時強降水均在20世紀90年代中末期發生突變性增加(5～10min除外)。近30多年來福建省更短歷時暴雨也進入相對增強的階段，這與吳濱[10]等研究的福建省1h、3h、6h歷時暴雨增強結果一致。

福建省短歷時強降水空間分布受地形影響較大，5～45min更短歷時強降水中心分布特征同1h、3h和6h[10]有所不同，其中5min降水中心主要集中在福建省南部沿海、西南部博平嶺山脈地區和東北部鷲峰山脈地區；10min降水中心增加了中部沿海地區；隨著歷時的增大，強降水中心范圍逐步擴大，15min和20min歷時范圍擴大到南平部分區域和東北部沿海區域；45min歷時強降水在福建省沿海范圍開始擴大，西南部范圍逐漸減少；60min-180min歷時強降水區轉移至福建省整個沿海地區和福建西部部分地區。