近42年寧波梅雨特征量統計分析

辛 欣，吳俊杰，王 杰，趙曉彤，葉 天，王健捷

(1.寧波市鄞州區氣象局，浙江 寧波 315100；2.寧波市氣象臺，浙江 寧波 315000)

1 引言

“梅雨”是指初夏時節從中國江淮流域到韓國、日本一帶雨期較長的連陰雨天氣，期間暴雨、大暴雨天氣過程頻繁出現，降水連綿不斷，多雨悶熱易生霉，謂之“霉雨”，因此時正值江南梅子成熟季節，故又稱為“梅雨”[1]。對梅雨的研究由來已久，并發現了很多有價值的結論和規律。例如陶詩言等[2]較早系統地研究了梅雨與亞洲上空大尺度環流在氣候上的關聯，指出亞洲高空西風急流的季節變化與梅雨期的開始和結束有密切關系。謝義炳[3]認為影響梅雨的原因是多種多樣的，其中最主要的影響因素是大規模的流場和濕度場的特性。李崇銀等[4]指出，東亞高空急流在6月份的北跳是江淮梅雨起始的前期征兆。魏鳳英等[5]認為當北太平洋年代際振蕩暖事件趨勢處于較強時期時，長江中下游梅雨為偏多的趨勢，反之亦然。丁一匯等[6]指出當6月中旬東亞夏季風從華南推進到長江流域，同時印度夏季風在印度次大陸爆發時，中國梅雨雨季開始。隆霄等[7]研究表明南海季風槽在向梅雨鋒區輸送水汽的過程中起到了非常重要的作用。胡婭敏和丁一匯[8]研究指出西太平洋副熱帶高壓(副高)脊位置的北移、東亞夏季風的加強以及冷空氣的減弱，可能是導致2000～2005 年江淮梅雨帶北移的原因。金榮花等[9]對2007年梅汛期異常降水的大尺度環流成因分析結果表明，阻塞高壓的頻繁出現和副熱帶季風涌的異常強盛為梅雨鋒維持和加強提供了有利的動力、熱力及水汽條件。馬音等[10]對我國東部梅雨期降水的年代際變化特征及其與大氣環流和海溫的關系進行了分析，得到海溫不同時間尺度的變化特征對梅雨期降水分布的影響。牛若蕓等[11]對2008 年梅雨異常的大尺度環流成因進行了分析，指出對流層高、中、低層多個尺度環流系統都可對江淮梅雨產生直接或者間接影響。同時許多學者對浙江區域梅雨參數的變化特征以及相互關系，或梅雨期的降水進行了深入的研究。如陳藝敏等[12]分析了116 a長江中下游梅雨集中時段，各個梅雨參數的年際、年代際變化規律和趨勢變化特征，并檢驗是否發生突變。王葉紅等[13]研究表明，1951～1998年長江中下游地區存在“多雨期—干早期—多雨期”3個不同的氣候階段，其中20世紀60年代初由多雨期轉為干旱期，20世紀80年代初由干旱期轉為多雨期。蔣薇等[14]指出2000年以來長江中下游梅雨存在入梅偏晚，出梅偏早，梅雨長度縮短，強度減弱的特征。俞燎霓[15]等表明浙江省入梅日期、出梅日期、梅雨期降水總量具有年際變化特征，梅雨期天氣形勢、梅雨日數、梅雨期總降水量有著一定的對應關系。每年汛期，出入梅時間、梅雨雨帶位置、梅雨量及梅汛期暴雨過程[16～20]等都是預報員關注和研究的重點，正確的預報對防汛有著非常積極的作用。

寧波地處我國東部沿海，東臨太平洋，西倚四明山，受海洋和地形地勢影響，氣候類型復雜多樣，災害性天氣相對頻繁。尤其是近年來，寧波的氣候在全球氣候變化的大背景下也在發生著明顯的改變，暴雨及次生災害發生的頻率、強度都有不同程度增加。進入梅汛期，冷暖空氣常在境內上空交匯，降雨量對全年降雨的貢獻最大，暴雨、洪澇災害也是時有出現。2020年寧波入梅明顯偏早、梅雨期長達50 d，梅雨量524 mm，居60年來首位，并且暴雨過程頻繁，先后經歷九輪較大范圍降雨，致災強度普遍較重。因此對寧波地區梅雨特征量進行分析，進而了解寧波梅雨的特點及變化趨勢，對防災減災具有十分重要的指導意義。

2 資料

寧波地區鄞州(58562)、北侖(58563)、慈溪(58467)、奉化(58468)、寧海(58565)、石浦(58567)、余姚(58569)等7個梅雨監測站1981～2022年站點逐日降水資料。

3 梅雨特征量定義

本文所涉及的梅雨特征量包括入梅日期、出梅日期、梅雨期長度、梅雨量和梅雨強度等5個梅雨參數。其中入梅日期、出梅日期、梅雨期長度、梅雨量、梅雨強度等參數按照GB/T 33671-2017《梅雨監測指標》[21]及浙江省出入梅標準[22]確定。

3.1 入梅標準

①5、6月份出現5 d或5 d以上日雨量≥1.0 mm的連陰雨天氣，且與整個梅期降水是連續的；②連續5 d及以上的陰雨，允許有2 d日雨量≤1.0 mm，或者有1 d無雨；且以后沒有連續5d或5 d以上的連晴天氣；③北半球500 hPa圖上副熱帶高壓脊北跳到20°N，且連續穩定二個候；④日平均氣溫穩定通過23 ℃，以后氣溫逐漸回升，其間允許1～2 d日平均氣溫<23 ℃。符合上述4條規定的首日定為浙北的入梅日。定義標準化距平值<-1的年份為早入梅年，標準化距平值>1的年份為晚入梅年。

3.2 出梅標準

①6、7月間，北半球500 hPa圖上，125°～140°E的西太平洋副熱帶高壓脊線位置在24°～25°N，且連續穩定5 d或5 d以上；②連陰雨結束后連續5 d及以上基本無雨(不包括南方熱帶系統和局部熱雷雨等造成的降水)；③日平均氣溫穩定≥25 ℃;④單站日平均氣溫、氣壓時間曲線有同步上升現象;⑤如果副高脊線已北跳到25°N，且穩定二個候，在這段時間內仍出現≥0.1 mm的連陰雨天氣，則選取日雨量≥1.0 mm的終日。定義標準化距平值<-1的年份為早出梅年，標準化距平值>1的年份為晚出梅年。

3.3 梅雨期長度

梅雨期內可以出現有一個以上的雨期，梅雨期長度為入梅日到出梅日前一天的日數。其中，雨期是指：任何連續10日的雨日比例≥40%、雨日數≥6 d且沒有連續5 d(含5 d)以上的非雨日、站平均降水強度≥5 mm/d。一個雨期長度為該雨期的開端日到結束日所經歷的日數。定義標準化距平值>1的年份為長梅年，標準化距平值<-1的年份為短梅年。

3.4 梅雨量

梅雨季節內梅雨區域累計平均降水量為梅雨季節平均降水量，因此本文中梅雨量為寧波地區7個梅雨監測站梅雨季節內平均降水量。定義標準化距平值<-1的年份定義為梅雨量偏少，標準距平值>1的年份梅雨偏多。

3.5 梅雨強度

根據《梅雨監測指標》[21]區域梅雨強度指數(M)的計算公式為：

(1)

式(1)中，L為某一年梅雨期的長度(日數)；L0為歷年梅雨期的平均長度(日數)；R為某一年梅雨期內監測站總降水量；R0為歷年梅雨期監測站總降水量的平均值(表1)。

表1 梅雨強度指數的等級劃分

4 分析結果

4.1 梅雨特征量時間分布

對寧波市1981～2022年入、出梅時間及梅期進行分析(圖1)。近42年寧波平均入梅日為6月12日(圖1a)，最早入梅日為2002年5月25日，最遲入梅日為1981年6月27日，入梅日前后相差達34d，年際變化明顯。有3個年份入梅時間偏早，分別是1996年、2000年、2020年；8個年份入梅偏晚，分別是1981年、1983年、1985年、1987年、1997年、2002年、2003年、2018年，早入梅年主要集中在20世紀90年代，晚入梅年主要集中在 20 世紀 80年代和21世紀初期。入梅時間總體變化趨勢來看，入梅呈現越來越早的趨勢。

平均出梅日為7月6日(圖1b)，最早出梅日為2006年6月18日，最晚出梅日為1987年7月28日，出梅日前后相差達41d，年際變化較入梅日期更明顯。出梅偏早年份共有7年，分別是1994年、2000年、2001年、2005年、2006年、2011年、2022年；出梅偏晚年份也是7年，分別是1982年、1983年、1984年、1987年、1999年、2019年、2020年。早出梅年主要集中在21世紀初；晚出梅年主要集中在20世紀80年代。出梅日期總體呈現出梅越來越晚的趨勢。

平均梅期長24d(圖1c)，梅雨期最長的年份2020年(50d)較梅雨期最短的年份1981年(5d)偏長45 d。年際變化來看，梅期年際振蕩振幅很大，年際變化明顯。長梅年分別是1982年、1984年、1987年、1996年、1999年、2015年、2020年，共7年；短梅年分別是1982年、1984年、1987年、1996年、1999年、2015年、2020年，也是7年。長梅年主要集中在20世紀80和90年代，與早入梅年和晚出梅年集中的年代均對應；短梅年集中在21世紀初期，與晚入梅年和早出梅年相對應。梅期總體趨勢變化不明顯。

圖1 1981～2022年寧波地區入梅日(a)、出梅日(b)時間序列和梅雨期長度(c)的標準化時間序列

同樣分析1981～2022年寧波地區的梅雨量(圖2)可發現，近42年平均梅雨量為254 mm，總體呈現緩慢增多的趨勢，其中最小梅雨量為35 mm(2006年)，最大梅雨量為523 mm(2020年)，二者相差近500 mm。1981～2022年寧波市有8個年份梅雨偏多，分別是1983、1984年、1994年、1997年、1999年、2015年、2019、2020年；8個年份梅雨偏少，分別是：1981年、1985年、1998年、2003年、2005年、2006年、2009、2022年。梅雨量偏少年份主要集中在21世紀初，而梅雨量偏多年主要集中在20 世紀90 年代和21世紀10年代，即進入21世紀以后梅雨量出現了短暫的驟降，21世紀10年代后梅雨量又開始趨于平均水平且逐漸增多。以上統計結果也與梅期長度相對應。

圖2 1981～2022年寧波市梅雨量的標準化時間序列

最后通過計算梅雨強度指數可發現(圖3)，1981～2022年寧波市梅雨強度普遍在-1.8～2.0，最強年份為2020年(2.06)，最弱為1981年(-1.84)?？傮w呈現略微增強趨勢。寧波市梅雨強度偏強的年份主要出現在20世紀80年代中后期、90年代和21世紀10年代，豐梅年分別為1984年、2015年、2020年；而梅雨強度偏弱的年份多分布在20世紀80年代前中期和 21 世紀初，枯梅年分別是1981年、1985年、2005年、2006年。從20世紀90年代至21世紀初，梅雨強度顯著減弱，進入21世紀10年代后，梅雨強度再度變強，與梅雨量變化相類似。

圖3 1981～2022年寧波市梅雨強度的標準化時間序列

綜上所述，寧波地區近42年入梅和出梅越來越早，梅雨量和梅雨強度越來越多(強)，而梅期長度變化卻并不明顯。入梅日、出梅日和梅期均存在顯著的年際變化，其中梅期年際變化最明顯。近42年有3個豐梅年(1984年、2015年、2020年)和4個枯梅年(1981年、1985年、2005年、2006年)。

4.2 梅雨特征量周期

為了進一步揭示出隱藏在寧波地區梅雨特征量時間序列中的多種變化周期，對其做Morlet小波分析(圖4)，其中左邊是小波實部填色圖及顯著性檢驗，右邊為小波方差圖，小波方差圖可以用來確定信號中不同尺度擾動的相對強度和存在的主要時間尺度，即主周期。結果表明：寧波入梅日(圖4)80年代前中期和最近5年存在4～8年振蕩周期和準2年的周期，90年代前期到00年代末期同樣存在顯著的4～8年周期。再來看看小波方差圖的結果，寧波入梅日在4～8年周期的時間尺度上表現明顯，振蕩能量最強，其次是準2年尺度。由此，我們認為，4～8年周期為1981～2022年寧波入梅變化的主周期。

圖4b是出梅日小波分析圖。結果表明：寧波出梅日在20世紀80年代、21世紀00年代到20年代均存在4～6年振蕩周期，并且小波方差圖中4～6年周期振蕩能量最強，因此4～6年為出梅日主周期。80年代中后期和90年中后期還存在2～3年振蕩周期，小波方差圖中2～3年為第二主周期。

圖4c是梅期小波分析圖，結果表明：80年代前中期存在4～6振蕩周期，80年代后期為2～4年振蕩周期。90年代中期到2000年代前期為2～4年振蕩周期，10年代中期到20年代則為顯著4～6年振蕩周期，00年代后期到10年代前期還存在準8年振蕩周期，小波方差圖中，第一主周期為4～6年，第二主周期為2～4年，第三主周期為準8年。

圖4d是梅雨量小波分析圖，結果表明，梅雨量序列在4～6年尺度存在兩次明顯波動，分別是在80年代到90年代初期和10年代中后期。2～3年尺度則是在90年代后期和10年代后期波動明顯。在小波方差圖上，第一主周期是4～6年 ，其次是2～3年。圖4e是梅雨強度小波分析圖，其結果與梅雨量小波周期相近似，即20世紀80年代4～6年及2014年后的短周期。

圖4 寧波梅雨各特征量小波分析(左側為小波實部填色圖，打點部分為通過95%顯著性檢驗，右側為小波方差圖)

綜上所述，從1981～2022年寧波入梅日、出梅日、梅期、梅雨量和梅雨強度Morlet小波結果表明，寧波梅雨各特征量均含有年際尺度的周期，且不同尺度周期分布在不同時間段上：入梅日在20世紀90年代中期到21世紀初有顯著4～8年變化周期，出梅日變化周期并不太顯著，梅期、梅雨量、梅雨強度則表現出相似的4～6年20世紀80年代及2014年后的短周期。

4.3 梅雨特征量相關性

從上面的分析已經得出長梅年與早入梅年、晚出梅年相對應；梅雨量偏多年份梅期相應的也會偏長；梅雨量和梅雨強度周期分布相近似等結論，表明各個梅雨量之間存在相互關聯。為了進一步分析梅雨各特征量之間的相互關系，對去趨勢后各個梅雨特征量進行了相關性分析(表2)。結果表明，除了入梅日和出梅日沒有明顯的相關外，其余均有一定的相關性，可以通過95%或者99%以上的顯著性水平檢驗。梅期與入梅日呈負相關，與出梅日呈正相關，并且梅期與出梅日的相關系數的絕對值大于梅期與入梅日的相關系數的絕對值，這說明出梅早晚對梅期長短的影響較入梅早晚對其影響更大。梅雨量與入梅日呈負相關，與梅期、出梅日呈正相關。三者之間，梅雨量與梅期的相關系數最大，其次是梅雨量與出梅日的相關系數，最后是梅雨量與入梅日的相關系數，這說明在入梅日、出梅日和梅長這三者之間，對梅雨量多少起第一決定作用的是梅期長度，然后是出梅日，再者是入梅日。梅雨強度與入梅日呈負相關，與出梅日、梅長、梅雨量均呈正相關，并且都通過了99%的顯著性水平檢驗，其中與梅雨量的相關系數達到0. 98，這說明梅雨強度和梅雨量變化幾乎一致，如果某一年的梅雨強度較強，則該年的梅雨量也較多，梅期偏長，入梅偏早，出梅偏晚的可能性也比較大。

表2 寧波市梅雨各特征量之間的相關系數(n=42)

5 結論

基于1981～2022年寧波地區梅雨資料及7個梅雨監測站逐日降水數據，通過對寧波入梅日、出梅日、梅期、梅雨量和梅雨強度5個梅雨特征量的時間變化特征及其相互關聯進行分析，得到以下結論：

(1)寧波近42年呈現入梅和出梅越來越早，梅雨量和梅雨強度越來越多(強)的趨勢，而梅雨期長度變化卻并不明顯。入梅日、出梅日和梅期均存在顯著的年際變化，其中梅期年際變化最明顯。

(2)近42年有3個豐梅年分別是1984年、2015年、2020年；4個枯梅年分別是1981年、1985年、2005年、2006年。梅雨偏強的年份為主要出現在20世紀80、90年代和21世紀10年代。而梅雨偏弱的年份多集中在21世紀00年代。

(3)寧波梅雨各特征量均含有年際尺度的周期，且不同尺度周期分布在不同時間段上：入梅日在20世紀90年代中期到21世紀初有顯著4～8年變化周期，出梅日變化周期并不太顯著，梅期、梅雨量、梅雨強度則表現出相似的4～6年20世紀80年代及2014年后的短周期。

(4)梅期與入梅日呈負相關，與出梅日呈正相關，并且梅期與出梅日相關性更高。梅雨量與入梅日呈負相關，與梅期、出梅日呈正相關。對梅雨量多少起第一決定作用的是梅期長度，然后是出梅日，再者是入梅日。梅雨強度與入梅日呈負相關，與出梅日、梅期、梅雨量均呈正相關，并且梅雨強度和梅雨量變化幾乎一致。