我國東南沿岸及復(fù)雜山地近31年主汛期降水氣候特征分析

吳政秋 龐波 賴輝煌 陳鈺

摘要 選取福建省1990—2020年4—9月國家自動氣象站逐小時降水資料，采用數(shù)理統(tǒng)計和百分位法等對我國東南沿岸及復(fù)雜山地近31年主汛期降水氣候特征進行研究。結(jié)果表明：（1）我國東南沿岸及復(fù)雜山地近31年主汛期降水極不均勻，強降水帶位于山區(qū)，平原盆地降水較弱；全省年平均降水量為1 216.60 mm，年降水量最大值在東部柘榮、周寧、壽寧和寧德等山地，超過1 500 mm，最小值位于東南沿岸地區(qū)，不足500 mm；（2）降水標準差分布受極端強降水影響較大，90%、95%、99%百分位極端強降水在東部、西北部和南部年降水量波動大且強度較強，中部地區(qū)較弱且相對平均值變幅較小；（3）上述氣候特征受到復(fù)雜地形因素的影響，高海拔山地丘陵地形復(fù)雜，東南沿岸多平原盆地，海陸差異較大，降水具有極強的不均勻性。

關(guān)鍵詞 東南沿岸；復(fù)雜山地；主汛期降水；氣候特征

中圖分類號：P458 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）07–0141-03

我國東南沿岸及復(fù)雜山地城市人口密集，經(jīng)濟發(fā)達，主汛期強降水引發(fā)的氣象災(zāi)害嚴重威脅著人民群眾生命及財產(chǎn)安全，主汛期降水氣候變化一直是氣象業(yè)務(wù)研究的重點問題。東南沿岸及復(fù)雜山地主汛期時間與我國華南地區(qū)主汛期一致，集中在4—9月，其中，4—6月為前汛期，7—9月為后汛期。研究表明，我國東南沿岸前汛期降水主要發(fā)生在南海季風(fēng)建立時和暴發(fā)后，受活躍季風(fēng)影響，降水既有我國暴雨的共性，也有獨特的地域特征，降水大值區(qū)主要位于武夷山及其周邊地區(qū)，降水強度大、范圍集中、持續(xù)時間長，是引發(fā)暴雨洪澇災(zāi)害的主要原因[1-2]；后汛期降水主要受臺風(fēng)和對流活動影響，閩北地區(qū)山脈居多，東南沿岸臨近海洋且地勢較低，極不均勻的地面高度和熱力環(huán)流使局部地區(qū)產(chǎn)生日變化性降水，東南沿岸近海區(qū)受地形抬升和海陸差異影響降水集中在清晨，而內(nèi)陸山區(qū)受地形熱力效應(yīng)及海陸風(fēng)影響降水集中于午后[3]。以福建省為研究對象，采用數(shù)理統(tǒng)計法及百分位法等討論1990—2020年我國東南沿岸及復(fù)雜山地主汛期降水氣候特征，并探討特征形成的原因，為氣象業(yè)務(wù)部門中、短期氣候預(yù)測提供有效的參考依據(jù)。

1 資料來源與研究方法

1.1 資料來源

福建省觀測臺站分布均勻，站點之間的距離合理，形成分鐘級別的海陸空觀測網(wǎng)，其中，壽寧站、周寧站、福安站和柘榮站位于福建省鷲峰山脈一帶，地勢較高，氣溫常年低于福建省平均氣溫，位于武夷山、杉嶺山和太姥山等山脈部分站點也呈現(xiàn)不同于低海拔地區(qū)站點的氣候特征。

選取福建省66個國家自動氣象觀測站1990—2020年主汛期4—9月逐小時站點降水資料，計算過程中為減小離散點到目標點的誤差，本文采用反距離加權(quán)法將66個氣象站點降水?dāng)?shù)據(jù)逐步訂正內(nèi)插值到800×800的網(wǎng)格中，研究區(qū)域為福建省（23.50°N28.50°N、115.50°E120.50°E）；地形資料來自ASTER GDEM V2全球數(shù)字高程模型（DEM）格點數(shù)據(jù)，水平分辨率為30 km。

1.2 研究方法

本研究主要采用平均值、極值和標準差數(shù)理統(tǒng)計方法和百分位法確定降水閾值90%、95%、99%3個百分位，通過對每個站點有降水發(fā)生的降水量進行升序排列，分別取第90%、95%、99%百分位的日降水量作為整個區(qū)域降水閾值，即最高10%、5%、1%的降水量數(shù)值研究我國東南沿岸及復(fù)雜山地近31年主汛期4—9月90%、95%、99%百分位的日降水量空間分布特征。

2 福建省主汛期降水氣候空間分布特征

2.1 福建省主汛期降水氣候特征

分析我國東南沿岸及復(fù)雜山地近31年主汛期年降水量空間分布（圖1a）可知，近31年主汛期降水空間分布極不均勻，我國東南海拔較高復(fù)雜山地降水量明顯大于東南沿岸等盆地平原區(qū)。年主汛期平均降水量為1 216.6 mm，柘榮（1 558.19 mm）、壽寧（1 451.04 mm）、周寧（1 515.28 mm）和寧德（1 430.5 mm）等山地維持強降水帶，均超過1 400 mm；在福建省西北部武夷山（1 373.45 mm）、光澤（1 389.12 mm）和建寧（1 340.2 mm）等地出現(xiàn)降水量大值區(qū)，3個站點年平均降水量達1 373.61 mm；南部云霄、平和和南靖等地降水均值處于過渡區(qū)，平均降水量為1 399.22 mm；沙縣和德化等山區(qū)高海拔地也出現(xiàn)主汛期降水異常大值區(qū)，平均降水量達1 451.23 mm；弱降水帶出現(xiàn)在我國東南沿海海岸線處，崇武（799.72 mm）、平潭（923.77 mm）、晉江（953.48 mm）、廈門（989.00 mm）、東山（992.97 mm）和霞浦（994.42 mm）等地區(qū)每年主汛期平均降水量不足1 000 mm。上述氣候特征是由于福建省地形復(fù)雜，山地丘陵等高海拔地區(qū)降水影響因子較多，天氣尺度系統(tǒng)配合顯著，降水頻次更高，而東南沿岸平原地區(qū)多受臺風(fēng)等因素影響，降水僅固定時段較明顯，沒有出現(xiàn)臺風(fēng)時，甚至存在氣象干旱風(fēng)險，所以福建省呈現(xiàn)高海拔地區(qū)降水多、東南沿岸平原地區(qū)降水少的氣候特征。

相比于平均降水量，最大值和最小值具體落區(qū)更能直觀地體現(xiàn)我國東南沿岸及復(fù)雜山地（福建省）主汛期極端降水分布。分析近31年主汛期降水最大值和最小值空間分布可知：最大值（圖1b）降水落區(qū)在空間上與年平均降水空間分布極其相似，每個站點年最大降水量值均大于1 500 mm，東部拓榮和周寧等高海拔地區(qū)年最大降水量達2 250.80 mm，南部云霄（2 548.10 mm）和詔安（2 305.90 mm）也出現(xiàn)最大值降水區(qū)；中部過渡帶汛期降水最大值為1 500～1 800 mm；全省每年汛期降水最小值（圖1c）均在1 000 mm以下，降水最小值活躍區(qū)位于福建省中南部德化（1 004.8 mm）、永春（972.10 mm）、云霄（941.10 mm）和平和（876.40 mm）等地，同時與均值的小值區(qū)類似，沿海岸線附近崇武（330.10 mm）、廈門（373.80 mm）和晉江（465.40 mm）等地每年汛期降水最小值不足500 mm。年平均降水極值特征主要源于局地降水影響因素不同，高海拔山地丘陵地形復(fù)雜，溝壑縱橫，晝夜溫差大，降水具有極強的不確定性，微小的地形變化配合天氣尺度系統(tǒng)就能帶來較明顯的極端降水；反之，東南沿岸平原等地區(qū)降水影響因素確定，各影響因子對降水影響的權(quán)重明確，降水年際具有一定的規(guī)律性，降水極端性較弱，甚至出現(xiàn)氣象干旱風(fēng)險。

從我國東南沿岸及復(fù)雜山地（福建省）年平均降水標準差空間分布（圖1d）可知：標準差空間分布主要受年最大降水量影響，東部、西北部、南部等地降水量標準差每年達350 mm，相對平均降水起伏程度較大；而中部海拔相對較高的山區(qū)降水量標準差反而最小，形成標準差小值帶，其中，大田縣降水量標準差最小不足170 mm，相對平均降水起伏程度較小。這是由于局地降水成因不同，高海拔山地丘陵地區(qū)地形復(fù)雜，常年受各種尺度的天氣系統(tǒng)影響，降水成因較多，降水充足，因此降水較平均值起伏程度較小；反之，東南沿岸平原等地區(qū)降水主要受臺風(fēng)影響，每年臺風(fēng)是否登陸或影響福建省具有極大的不確定性，年降水量常出現(xiàn)極大波動，導(dǎo)致其降水較平均值起伏程度較大。

2.2 汛期極端降水空間分布特征

福建省是暴雨高頻區(qū)之一，主汛期極端強降水最顯著。對全省每個站點1990—2020年主汛期4—9月逐日降水中有降水發(fā)生的降水量升序排列，分別取90%、95%、99%百分位降水量，得到近31年極端降水空間分布特征（圖2），90%、95%、99%百分位降水量與上述標準差空間分布極其相似，呈現(xiàn)東部、西北部及南部地區(qū)90%、95%、99%百分位降水量大值區(qū)，而中部山地90%、95%、99%百分位降水量較小的特征。其中90%百分位降水量最大落區(qū)位于福建東北部拓榮（2 171.3 mm）、壽寧縣（1 869.3 mm）和周寧縣（2 026.9 mm）等山地，最小值出現(xiàn)在崇武（1 103 mm）、晉江（1 187.4 mm）和平潭（1 190.7 mm）等沿岸地區(qū)，中部過渡區(qū)域90%百分位降水量基本維持在1 300～1 600 mm。95%百分位降水量最大落區(qū)除拓榮（2 171.3 mm）、壽寧（1 869.3 mm）和周寧（2 026.9 mm）3個站點外，寧德市也出現(xiàn)最大值2 029.5 mm，最小值依然在出現(xiàn)崇武（1 219.5 mm）和平潭（1 225.75 mm）等沿岸區(qū)，中部過渡區(qū)域95%百分位降水量基本維持在1 500～1 700 mm；99%百分位降水量值最高，最大值出現(xiàn)在福建省東北部云霄（2 226.93 mm）、拓榮（2 265.94 mm）和寧德（2 424.98 mm），東南沿岸最小值不足1 200 mm。90%、95%、99%百分位降水量數(shù)值的整體空間分布與上述均值及標準差空間分布相似，最大值基本位于福建省東北部及西北部個別站點，最小值均出現(xiàn)在東南沿海岸的平潭和崇武等地，呈由南到北先減少后增加的趨勢。

3 結(jié)論

（1）我國東南沿岸與內(nèi)陸復(fù)雜山地地形復(fù)雜，各區(qū)域近31年主汛期降水在均值及強度上差異顯著。年降水量大值區(qū)位于東部、中南部和西北武夷山一帶，年均降水量為1 216.6 mm；年降水最大值出現(xiàn)在東部柘榮、周寧、壽寧和寧德等山地，超過1 500 mm，年最小值出現(xiàn)在東南沿岸地區(qū)，不足500 mm；年最大值落區(qū)在空間上與年均值的特征相似，年最小值活躍區(qū)與均值小值區(qū)的特征相似。

（2）降水標準差分布顯示東部、西北部和南部降水較平均值起伏程度大，且出現(xiàn)極端降水大值區(qū)，中部和沿海岸區(qū)為極端降水小值區(qū)。90%、95%、99%百分位降水量整體空間分布與均值及標準差相似，最大值出現(xiàn)在福建省東北部和西北部個別站點，最小值均出現(xiàn)在東南沿海岸平潭和崇武等地，呈現(xiàn)由南到北先減少后增加的趨勢。

（3）上述氣候特征受到復(fù)雜地形因素影響，高海拔山地丘陵地形復(fù)雜，溝壑縱橫，晝夜溫差較大，降水具有極強的不確定性，微小的地形變化配合天氣尺度系統(tǒng)就能帶來極端降水，常年降水充足；反之，東南沿岸平原等地區(qū)降水影響因素確定，主要受臺風(fēng)等影響，因此降水年際尺度具有規(guī)律性，降水極端性相對較弱，甚至出現(xiàn)氣象干旱風(fēng)險。

參考文獻

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Analysis of Climatic Characteristics of Precipitation in the Main Flood Season in the Southeast Coast and Complex Mountainous Areas of China in the Last 31 Years

Wu Zheng-qiu et al（Climate Center of Fujian Province， Fuzhou， Fujian 350028）

Abstract Using hourly precipitation data from the National Automatic Weather Station in Fujian Province from April to September 1990， mathematical statistics and percentile methods were used to study the climatic characteristics of precipitation during the main flood season in the southeast coast and complex mountainous areas of China in the past 31 years. The results show that： （1） The main flood season precipitation in the southeast coast and complex mountainous areas of China in the past 31 years was extremely uneven， with strong precipitation zones located in mountainous areas and weak precipitation in plain basins; The average annual precipitation of the whole province was 1216.60 mm， with the maximum annual precipitation in the eastern mountains of Zherong， Zhouning， Shouning， and Ningde， exceeding 1500 mm， and the minimum annual precipitation in the southeast coastal areas， less than 500 mm; （2） The distribution of precipitation standard deviation was greatly affected by extreme strong precipitation， with 90%， 95%， and 99% percentile extreme strong precipitation in the east， northwest， and south having large fluctuations and strong intensity in annual precipitation， while the central region has weak fluctuations and small relative average variation; （3） The above climatic characteristics were due to the influence of complex topographic factors. The terrain of high altitude mountains and hills was complex， and there were many plains and basins along the southeast coast. There were significant differences between land and sea， and precipitation was highly uneven.

Key words Southeast Coast; Complex mountainous areas; Precipitation in main flood season; Climatic characteristics