武漢主汛期小時降水變化

康恒元，劉玉蓮

（1哈爾濱市氣象局，哈爾濱 150001；2黑龍江省氣候中心，哈爾濱 150030）

0 引言

2016年夏季，武漢遭遇多場暴雨洗禮，多地積水，萬人連夜緊急轉移，城區交通癱瘓。這并不是武漢第一次遭遇這樣的暴雨，與有器測以來的氣象觀測降水數據相比，2016 年的大雨對武漢來說，并不罕見。武漢市地處長江中游，季風性氣候特點顯著，南北氣流交換頻繁，雨量十分豐沛，年降水量1150～1450 mm，主要集中在6—8月[1]。城市內部江河縱橫，湖泊庫塘星布，有“百湖之市”之稱。

近年來，區域氣候變化研究普遍開展[2-3]，分析認為中緯度諸多地區總降水量呈增加趨勢的同時，強降水量以更顯著的速度增加[4-5]；有些地方甚至表現為總降水量減少，而強降水量反而增加[6-8]。在中國，1951 年以來全國總降水量呈微弱減少趨勢，但區域差異明顯：西北地區、長江中下游地區以及東南沿海地區，年降水量和極端降水量均呈顯著增加趨勢；而華北地區和四川盆地，年降水量和極端降水量均呈減少趨勢[9-12]。根據Clausius-Clapeyron方程，全球氣候模式中氣溫每增加1℃，極端日降水增加7%，而荷蘭的小時觀測資料分析表明，當日平均氣溫大于12℃時，氣溫每增加1℃，極端小時降水增加14%。短時強降水對于局地洪澇災害和土壤侵蝕等都有重要影響。降水日變率是刻畫區域氣候特征的一個重要方面，近年來受到越來越廣泛的關注。研究降水日變率特征對于理解局地降水系統有重要意義。

已有專家針對武漢市氣溫[13-14]、降水[15]及其他氣候要素[16-18]的氣候與氣候變化做了相關研究。潘家華等[19]分析了1961—2000年71個氣象站逐年平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫資料，得出40 年間湖北省年平均氣溫上升速率為0.2℃/10 a，但最低氣溫上升幅度遠高于平均氣溫，達0.4℃/10 a；最高氣溫變幅最小，為(-0.1～0.1)℃/10 a；覃軍等[20]指出，武漢在36 年左右的時間尺度上，主要表現為冷—暖—冷—暖4 個階段。20世紀30—40年代的暖期和60—70年代的冷期構成了20世紀主要氣候特征，其中1915、1950、1990年前后的突變最明顯。這些研究主要從年、季、月尺度分析了武漢氣溫及降水變化，目前關于武漢汛期小時降水的變化分析較少。因此，本研究利用武漢市氣象站小時降水的觀測資料，分析武漢市主汛期小時降水的特征及變化情況，以期為長江中下游地區防汛防內澇提供科學依據和參考。

1 資料與方法

數據來源于湖北省地面氣象觀測網觀測到的小時降水數據，時間為1955—2015年。

中國氣象局地面氣象觀測規定的汛期時間為5—9 月，武漢市的長江主汛期為6—7 月。統計1955—2015年武漢市暴雨(50 mm)及以上級別降水（見表1），有記錄263天。其中，4月25天，5月33天，6月72天，7月68天，8月35天，9月16天，10月14天。

可見，極端降水（暴雨及以上）多發生在6、7、8月，6 月最多，極端降水強度平均7 月最強，而極端日最大降水發生在6 月；特大暴雨（250 mm 以上）4 次，6 月2次（1959 年6 月9 日，1982 年6 月20 日），7、8 月各1 次（1998 年7 月21 日，1969 年8 月23 日）；大暴雨及以上（100 mm 以上）50 次（見表2）。小時降水最大值是88.4 mm，出現在1998年7月21日06時。

表1 武漢暴雨及以上級別降水統計（1955—2015年合計）

表2 武漢大暴雨及以上級別降水統計（1955—2015年合計）

因此，選取武漢市強降水最集中的長江主汛期6—7月為本研究分析時段。時段內缺測小時數為73 h，涉及7天6年（1961年1天，6月8日，7 h；1979年1天，6月23日，1 h；1985年1天，6月22日，24 h；1987年1天，7 月3 日，4 h；1990 年2 天，6 月14 日、7 月30 日，36 h；1992年1天，6月21日，1 h），對氣候及氣候變化分析影響不大，未做處理。

文中使用數理統計方法對武漢市主汛期小時降水數據進行分析，選取1981—2010年進行氣候平均值計算。主汛期指6—7月，降水小時為小時時間段內有降水發生的小時數，降水日數為當日范圍內降水小時>0，降水強度為一定時間范圍內降水量與降水時間比值。

2 結果與分析

2.1 武漢主汛期降水氣候特征

2.1.1 主汛期、各月及各旬 由表3可知，武漢市主汛期（6—7月）常年（1981—2010年）平均降水量443.5 mm，降水小時149 h，降水日數22.7天，降水強度19.5 mm/d。其中，6 月降水量219.7 mm，降水81 h，降水日數11.6天，降水強度19 mm/d；7月降水量223.8 mm，降水68 h，降水日數11.1天，降水強度20 mm/d。

表3 武漢主汛期降水（1981—2010年）

由圖1可知，武漢主汛期各旬降水量，第3旬（6月下旬）最多，95.5 mm，其次是第4、5旬（7月上中旬），分別是91.4、77.8 mm，第2旬、第1旬、第6旬降水少于這3 個旬。旬小時降水強度（旬降水量與旬降水小時比值）第5 旬（7 月中旬）最大，3.5 mm/h，其次是第6 旬（7月下旬）和第3旬（6月下旬），第4旬、第2旬、第1旬降水強度較小。

2.1.2 小時統計 由圖2 可知，主汛期及各月的小時降水量，主汛期是05 時最多28.9 mm，6 月04 時最多14.7 mm，7 月05 時最多14.7 mm；降水最少主汛期是0時11.8 mm，6月16時4.9 mm，7月0時3.7 mm。主汛期降水量集中在清晨和上午，夜間較少（見圖2a）。

主汛期內小時降水發生概率最大是04 時13.1%，最小21 時8.3%；6 月最大是04 時15.1%，最小是16 時9.4%；7 月最大是05 時和07 時11.5%，最小是21 時和23時7.0%（見圖2b）。

主汛期內小時降水強度05時最大3.6 mm/h，16時最小1.9 mm/h；6月內小時降水強度05時最大3.3 mm/h，16 時最小1.7 mm/h；7 月內小時降水強度11 時最大4.6 mm/h，0時最小1.4 mm/h。降水強度清晨到中午較大，午后到夜間較小。旬小時降水統計（圖略），1旬集中在清晨，2 旬在清晨和傍晚，3 旬凌晨，4 旬傍晚和上午，5旬清晨，6旬在中午（見圖2c）。

2.2 武漢主汛期降水變化

2.2.1 主汛期 為方便年代際比較，取1956—2015年共60 年，分析武漢主汛期降水變化。圖3 中虛線為年代際平均線，6個年代分別為1956—1965年、1966—1975年、1976—1985 年、1986—1995 年、1996—2005 年、2006—2015年。

由圖3a 可見，主汛期降水量上升趨勢明顯，通過0.05 顯著性水平檢驗；降水量最多在1991 年，較常年多106%，最少在1961年，較常年少73%。

降水小時數2000 年前增多，之后下降，整體無明顯變化趨勢，1986—2005 年最多，最近的10 年2006—2015年最少（圖3b）。

主汛期小時降水強度總體上升趨勢（通過0.05 顯著性水平檢驗），1966—1975年間小時降水強度最小，1959年主汛期平均的小時降水強度最大5.2 mm/h，60年代末70 年代初以后，1976—1985 年平均較大，1986—1995年又減小（高于1966—1975年），其后漸次增加（圖3c）。

2.2.2 降雨最多的第3、4、5旬 統計主汛期內降水最多的第3旬（6月下旬）、4旬（7月上旬）、5旬（7月中旬）降水（見圖4），可見3個旬的降水量、降水小時數、降水強度均無明顯趨勢，僅第3 旬的降水強度增加趨勢明顯（圖中降水強度無值點為當年當旬無降水）。

比較武漢主汛期第3、4、5旬日內降水發生時間前30 年（1956—1985 年）與后30 年（1986—2015 年）合計值（見圖5），第3旬前30年05時降水發生次數最多，后30 年04 時降水次數最多，變化最大的是07 時（減少）和16 時（增多），分別減少和增加了10 次；第4 旬前30年07 時降水發生次數最多，后30 年06 時降水次數最多，變化最大的是01 時，降水次數增加了19 次，后30年與前30年相比，各小時降水次數均增加，僅08時減少（減少1次）；第5旬前30年07時降水發生次數最多，后30 年04 時降水次數最多，變化最大的是07 時（減少）和19時（增多），分別減少8次和增加10次。

3 結論與討論

本研究利用武漢市氣象站1955—2015 年小時降水的觀測資料，分析武漢市主汛期小時降水的特征及變化情況，指出：

（1）武漢市主汛期降水量443.5 mm，降水小時149 h，降水日數22.7 天，降水強度19.5 mm/d。6 月降水量219.7 mm，降水小時81 h，降水日數11.6 天，降水強度19 mm/d；7月降水量223.8 mm，降水小時68 h，降水日數11.1 天，降水強度20 mm/d。武漢主汛期降水集中在6月下旬、7月上旬、和7月中旬。

（2）主汛期降水量05時最多28.9 mm，6月是04時最多14.7 mm，7月是05時最多14.7 mm。主汛期降水量集中在清晨和上午，夜間較少。主汛期降水發生概率最大是04 時13.1%，最小21 時8.3%；6 月最大是04時15.1%，最小是16 時9.4%；7 月最大是05 時和07 時11.5%，最小是21時和23時7.0%。

（3）主汛期內小時降水強度05 時最大3.6 mm/h，16 時最小1.9 mm/h；6 月內小時降水強度05 時最大3.3 mm/h，16時最小1.7 mm/h；7月內小時降水強度11時最大4.6 mm/h，0 時最小1.4 mm/h。降水強度清晨到中午較大，午后到夜間較小。

（4）主汛期降水量上升趨勢明顯，降水量最多在1991 年，較常年多106%，最少在1961 年，較常年少73%；降水小時數無明顯變化趨勢，1986—2005 年最多，2006—2015 年最少；降水強度上升趨勢。主汛期第3旬的降水強度增加趨勢明顯。

（5）武漢主汛期第3 旬小時降水發生次數前后30年變化最大的是07 時（減少10 次）和16 時（增多10次）；第4 旬變化最大的是01 時，降水次數增加了19次，后30年與前30年相比，各小時降水次數均增加，僅08時減少；第5旬變化最大的是07時（減少8次）和19時（增多10次）。

本研究使用了以前相關分析中較少使用的小時降水觀測數據，從更小時間尺度討論了武漢主汛期降水變化特點，為長江中下游地區防汛尤其是城市防內澇提供更多參考。本研究僅使用武漢氣象站觀測數據，對不同城區差異、城市化影響等分析未展開，還需在以后的工作中收集更多數據，做更多討論分析。