摘要 利用金華市1961~2011年的年降水量和逐日降水量資料,分析梅雨特征量(梅雨起訖日期、梅雨期長(zhǎng)度、梅雨量、梅雨強(qiáng)度)的基本統(tǒng)計(jì)特征及其相互關(guān)系,并在此基礎(chǔ)上對(duì)梅雨汛期的年際和年代際變化、周期和變化趨勢(shì)進(jìn)行了研究,最后探討了各梅雨特征量對(duì)厄爾尼諾(拉尼娜)年的響應(yīng)。結(jié)果表明,金華市梅雨年際和年代際變化明顯,大致存在22年的周期;厄爾尼諾年,金華市出梅偏遲,梅雨期長(zhǎng)度偏長(zhǎng),梅雨量偏多,梅雨強(qiáng)度偏強(qiáng);拉尼娜年,金華市梅雨量偏少,梅雨強(qiáng)度偏弱。
關(guān)鍵詞 梅雨;特征量;統(tǒng)計(jì);金華市;厄爾尼諾事件;拉尼娜事件
中圖分類號(hào)S161.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611(2014)29-10242-03
基金項(xiàng)目國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201310345019)。
作者簡(jiǎn)介應(yīng)瑤(1993-),女,浙江寧波人,本科生,專業(yè):地理科學(xué)。*通訊作者,教授,碩士生導(dǎo)師,從事災(zāi)害地理學(xué)教學(xué)與研究。
梅雨是每年6~7月江淮地區(qū)出現(xiàn)的持續(xù)降雨天氣。相關(guān)研究表明,每年梅雨特征量的變化直接與江淮地區(qū)旱澇災(zāi)害的形成有關(guān)。因此,梅雨一直是吸引廣大氣象學(xué)者研究的重要課題,目前該方面的研究也取得了較大進(jìn)展[1-3]。如魏鳳英等根據(jù)長(zhǎng)江中下游梅雨特征量的年代際變化,將1885~2000年劃分為6個(gè)不同的梅雨階段[1];閔屾等分析認(rèn)為梅雨降水特征有很強(qiáng)的地域性,劃分江淮梅雨區(qū)為3個(gè)子區(qū),研究各區(qū)域梅雨特征量的相關(guān)性[2]。金華市位于浙中地區(qū),地處金衢盆地,屬于亞熱帶季風(fēng)氣候,年平均降水量在1 414.3 mm,其中5~7月降水最集中,占5~9月汛期降水量的64.7%,其變率極大,是暴雨、強(qiáng)對(duì)流等災(zāi)害性天氣發(fā)生頻次最多時(shí)段,誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害,并嚴(yán)重地造成生命和財(cái)產(chǎn)損失。因此,筆者主要對(duì)近51年金華市梅雨特征量進(jìn)行分析,通過(guò)了解金華市梅雨的特點(diǎn)及變化趨勢(shì),輔助洪澇災(zāi)害的預(yù)報(bào)及政府部門決策,進(jìn)而減少梅雨災(zāi)害帶來(lái)的損失。
1 資料與方法
1.1 資料來(lái)源浙北地區(qū)進(jìn)入梅雨期的時(shí)間大致在6月上旬~7月中旬,考慮到某些年份在5月下旬出現(xiàn)早黃梅的情況,因此在確定入梅日、出梅日、梅雨期長(zhǎng)度與梅雨量(從入梅日到出梅日之間的時(shí)期內(nèi)降雨量的總和)時(shí)選取資料為金華站1961~2011年各年份5~7月逐日降水量;在確定梅雨強(qiáng)度時(shí)結(jié)合了金華站1961~2011年各年份年降水量。降水?dāng)?shù)據(jù)資料均來(lái)源于中國(guó)氣象局國(guó)家氣候中心,海溫資料來(lái)源于NCEP的1961~2011年全球平均海溫場(chǎng)的經(jīng)緯格網(wǎng)資料。
1.2 梅期劃分方法由于梅雨期出現(xiàn)的早晚與東亞大氣環(huán)流的季節(jié)變化有關(guān),大氣環(huán)流因子具有復(fù)雜性和多變性,各地梅期又具有差異性,因此梅雨期的劃分是廣大氣象學(xué)者的重大難題,梅期劃分尚無(wú)一個(gè)固定的標(biāo)準(zhǔn)。參考其他學(xué)者梅期劃分的方法,確定如下具體標(biāo)準(zhǔn)[4-6]:將6月15日以前結(jié)束的連續(xù)降雨時(shí)段定為春雨時(shí)段,將7月15日以后出現(xiàn)的連續(xù)降雨時(shí)段定為夏雨時(shí)段,區(qū)分出梅雨期所在時(shí)間范圍;首次出現(xiàn)連續(xù)3 d及以上連陰雨天氣,且其中有1 d雨量可達(dá)大到暴雨,則取起始日為入梅日,若首次出現(xiàn)連續(xù)5 d連陰雨天氣,也可取第1天為入梅日;在連陰雨天氣之后出現(xiàn)連續(xù)5 d以上的無(wú)雨日,則取第1天為出梅日;當(dāng)6月中下旬已出現(xiàn)出梅日,而7月上旬又出現(xiàn)較長(zhǎng)一段時(shí)間的連續(xù)陰雨天氣,則將其確定為二度梅,納入梅期之內(nèi);梅雨期長(zhǎng)度為入梅日與出梅日之間的日數(shù)。
1.3 梅雨強(qiáng)度的計(jì)算 梅雨強(qiáng)度是形容梅雨期降水集中程度的特征量,對(duì)于指示洪澇災(zāi)害有重要意義。然而對(duì)梅雨強(qiáng)度的評(píng)判沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),參考徐群等的研究[7-9],最終確定梅雨強(qiáng)度(M )用下面的公式表示:
2 結(jié)果與分析
2.1 梅雨期的變化特征分析
2.1.1時(shí)間特征。在1961~2011年的51年中,除去3年空梅(1981、2003和2006年),最早入梅日期為5月11日(1973年),最遲入梅日為6月25日(1961年),入梅日前后相差達(dá)45 d,平均入梅日期為6月9日;最早的出梅日期為6月15日(1961年),最遲出梅日期為7月20日(1999年),出梅日前后最大相差35 d,平均出梅日期為7月5日。梅雨期長(zhǎng)度最短為11 d (1982年),最長(zhǎng)達(dá)64 d(1973年),梅雨期平均長(zhǎng)度為26 d。
2.1.2年際和年代際變化特征。入梅日和出梅日均存在顯著的年際變化,經(jīng)計(jì)算,入梅日和出梅日的標(biāo)準(zhǔn)差分別為9.41和8.54,由此看出入梅日的年際變化較出梅日顯著。若定義標(biāo)準(zhǔn)化距平值<-1的年份為早入梅年;定義標(biāo)準(zhǔn)化距平值>1的年份為晚入梅年。從入、出梅標(biāo)準(zhǔn)化距平值的時(shí)間序列(圖1a、b)可以看到,早入梅年主要集中在20世紀(jì)70年代,晚入梅年主要集中在21世紀(jì)初;同理得到,早出梅年主要集中在20世紀(jì)80年代,晚出梅年集中在20世紀(jì)70和90年代。從梅雨期長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)間序列(圖1c)看出梅雨期長(zhǎng)度的年際變化亦較顯著,經(jīng)計(jì)算,其標(biāo)準(zhǔn)差為11.26,梅雨期長(zhǎng)度年際變化顯著會(huì)導(dǎo)致長(zhǎng)江中下游旱澇災(zāi)害頻繁。定義標(biāo)準(zhǔn)化距平值>1的年份為長(zhǎng)梅年,長(zhǎng)梅年主要集中在20世紀(jì)70和90年代。分析所得數(shù)據(jù)結(jié)果,長(zhǎng)梅年集中的年代與早入梅年和晚出梅年集中的年代均對(duì)應(yīng)。
2.1.3周期和變化趨勢(shì)。從入梅日的3年滑動(dòng)距平來(lái)看(圖1a),1961~2011年大致包括2.5個(gè)周期,其周期長(zhǎng)度約為22年,這與太陽(yáng)活動(dòng)的磁性周期是相同的,李邦憲研究金華市的旱澇氣候特征發(fā)現(xiàn)其周期也對(duì)應(yīng)太陽(yáng)活動(dòng)的22年周期[10],初步認(rèn)為梅雨與洪澇災(zāi)害有一定的相關(guān)性;就總體的變化趨勢(shì)上看,入梅日呈現(xiàn)較強(qiáng)的推遲趨勢(shì)。同理,根據(jù)出梅日的3年滑動(dòng)距平(圖1b),依據(jù)其波峰情況大致將其劃分為4個(gè)周期,其周期長(zhǎng)度約為12年,這與胡波等研究得出的浙江省自1975年后梅雨存在11~13年周期相吻合[11];從整體上來(lái)看,近年的出梅日期相較1961年沒(méi)有太大的變化。觀察梅期長(zhǎng)度的3年滑動(dòng)距平(圖1c),可以明顯看出2.5個(gè)波動(dòng)周期,判斷其周期亦為22年;梅期長(zhǎng)度的變短趨勢(shì)較明顯,且其與入梅日呈現(xiàn)相反的變化趨勢(shì)。
2.2 梅雨量的變化特征分析
2.2.1基本特征。統(tǒng)計(jì)1961~2011年梅雨量發(fā)現(xiàn),最少梅雨量為38 mm(2007年),最大梅雨量與最小梅雨量相差800 mm,51年的平均梅雨量為304 mm。將各年份梅雨量與其5~7月份的總雨量相比,其比值的平均值為51.9%,說(shuō)明5~7月的降水集中在梅雨期,趙賢產(chǎn)等在金華地區(qū)時(shí)段暴雨的研究中也發(fā)現(xiàn),時(shí)段暴雨旬際分布的最高峰正是6月中下旬,即梅汛期是降水最集中期[12]。梅汛期降水具有降水集中、強(qiáng)度大的特征。
2.2.2年際和年代際特征。分析梅雨量標(biāo)準(zhǔn)化距平值的時(shí)間序列(圖2),將標(biāo)準(zhǔn)化距平值<-1的年份定義為枯梅年,1961~2011年金華市則有10個(gè)枯梅年;將標(biāo)準(zhǔn)距平值>1的年份定義為豐梅年,則有8個(gè)豐梅年;枯梅年主要集中在21世紀(jì)初,而豐梅年主要集中在20世紀(jì)90年代,即進(jìn)入21世紀(jì)以后梅雨量出現(xiàn)了驟降。
2.2.3周期和變化趨勢(shì)。求取1967~1977、1978~1988、1989~1999、2000~2010年這4個(gè)時(shí)期梅雨量的平均值,其結(jié)果分別為395、209、417、201 mm,與金華市的豐枯年變化的22年周期相對(duì)應(yīng)[13]。總觀其整個(gè)變化趨勢(shì),梅雨量呈現(xiàn)出較微弱的減少趨勢(shì)。
2.3 梅雨強(qiáng)度的變化特征分析
2.3.1基本特征。采用梅雨強(qiáng)度計(jì)算公式得到1961~2011年金華市的梅雨強(qiáng)度為1.12~4.79, 51年間金華市梅雨強(qiáng)度最大的年份為1995年,其次為1999年,據(jù)了解1999年也是浙江省出現(xiàn)世紀(jì)性暴雨的年份。
2.3.2年際變化和年代際變化。當(dāng)梅雨強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)距平值<-1時(shí),認(rèn)為該年的梅雨強(qiáng)度偏弱,當(dāng)梅雨強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)距平>1時(shí),認(rèn)為該年的梅雨強(qiáng)度偏強(qiáng)。從圖3可以看出,金華市梅雨強(qiáng)度偏強(qiáng)的年份主要出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代,而梅雨強(qiáng)度偏弱的年份主要集中在21世紀(jì)初;從20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)梅雨強(qiáng)度顯著減弱,與梅雨量的年代際變化出現(xiàn)了相同的情況。
2.3.3周期和變化趨勢(shì)。分析梅雨強(qiáng)度的3年滑動(dòng)距平(圖3)發(fā)現(xiàn),1961~2011年金華市出現(xiàn)了明顯的近似于正弦曲線的周期變化,其周期約為22年。總體上,51年間具有梅雨強(qiáng)度由弱變強(qiáng)的變化趨勢(shì)。
2.4 梅雨特征量間的相互關(guān)系通過(guò)SPSS軟件對(duì)51年來(lái)的梅雨特征量進(jìn)行了相關(guān)性分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)(表1),入梅日與梅雨期長(zhǎng)度之間存在著顯著的負(fù)相關(guān)性,出梅日與梅雨期長(zhǎng)度間的相關(guān)性較入梅日的相關(guān)性低,入梅日與出梅日的相關(guān)性較低。梅雨期長(zhǎng)度對(duì)梅雨量有較強(qiáng)的影響,可以說(shuō)明梅雨期長(zhǎng)度越長(zhǎng),梅雨期雨量越大。由于梅雨強(qiáng)度中包含了梅雨量的系數(shù),梅雨強(qiáng)度與梅雨量的相關(guān)性極高??傮w而言,梅雨期長(zhǎng)度是描述梅雨的最重要特征值。
2.5 梅雨特征量與厄爾尼諾(拉尼娜)事件的相互關(guān)系長(zhǎng)江中下游入、出梅的遲早與西太平洋副熱帶高壓活動(dòng)密切相關(guān)[3],且中東赤道太平洋SST(Sea Surface Temperature)與西北太平洋副熱帶高壓的強(qiáng)度具有滯后半年左右的正相關(guān),因此可以推測(cè)中東赤道太平洋SST與長(zhǎng)江中下游梅雨存在一定的相關(guān)性。厄爾尼諾事件與拉尼娜事件是描述中東赤道太平洋海溫異常的指標(biāo),通常將中東赤道太平洋SST距平值達(dá)±0.5 ℃且持續(xù)6個(gè)月以上的事件稱為厄爾尼諾(拉尼娜)事件,由于王世平研究發(fā)現(xiàn)NINO 3區(qū)(5°N~5°S、90°~150°W)與NINO 1+2+3+4變化趨勢(shì)相同,僅振幅較小[14],所以采用NINO 3區(qū)來(lái)確定厄爾尼諾年和拉尼娜年。根據(jù)厄爾尼諾(拉尼娜)年判斷標(biāo)準(zhǔn)[15],得出1961~2011年中共有15個(gè)厄爾尼諾年(1964、1966、1970、1973、1977、1983、1987、1988、1992、1993、1995、1998、2003、2007、2010年)和15個(gè)拉尼娜年(1963、1965、1968、1971、1972、1974、1975、1976、1979、1985、1986、1990、2000、2008、2011年)。
統(tǒng)計(jì)各梅雨特征值的距平,在15個(gè)厄爾尼諾年中,入梅偏早的年份有7年,出梅偏遲的年份有9年,梅雨期偏長(zhǎng)的有8年,梅雨量偏多的年份有8年,梅雨強(qiáng)度為正距平值的年份有10年。由此表明,處于厄爾尼諾年時(shí),金華市很可能出現(xiàn)出梅偏遲、梅雨期偏長(zhǎng)、梅雨量偏多、梅雨強(qiáng)度偏強(qiáng)的情況。同理,統(tǒng)計(jì)15個(gè)拉尼娜年中的梅雨各特征值的距平值,入梅偏遲的年份有7年,出梅偏早的年份有9年,梅雨期長(zhǎng)度偏短的年份有9年,梅雨量偏少的年份有9年,梅雨強(qiáng)度平均偏弱的年份有9年。由此可以得出,當(dāng)處于拉尼娜年時(shí),金華市出梅偏早、梅雨量偏少、梅雨強(qiáng)度偏弱。對(duì)比厄爾尼諾年與梅雨特征值標(biāo)準(zhǔn)距平值>1的年份發(fā)現(xiàn),9個(gè)晚出梅年中有7年屬于厄爾尼諾年(E)或其次年(E+1),發(fā)生頻率為77.8%;8個(gè)豐梅年中有6年屬于厄爾尼諾年或其次年,發(fā)生頻率為75%;9個(gè)梅雨強(qiáng)度偏強(qiáng)的年份中有8年屬于厄爾尼諾年或其次年,發(fā)生頻率為88.9%(表2)。由此更能證明厄爾尼諾當(dāng)年或次年,金華市的出梅日偏晚、梅雨量偏多、梅雨強(qiáng)度偏強(qiáng)。
3 結(jié)論
(1)金華市入梅日期的時(shí)間分布較為分散,最大可達(dá)45 d。相較入梅日和出梅日,梅期長(zhǎng)度的年際變化最大。
(2)總體上來(lái)看,51年間金華市的入梅日呈現(xiàn)推遲的變化趨勢(shì),梅雨期長(zhǎng)度呈現(xiàn)縮短的變化趨勢(shì),梅雨量呈現(xiàn)減少的變化趨勢(shì),梅雨強(qiáng)度呈現(xiàn)增強(qiáng)的變化趨勢(shì)。
(3)入梅日、梅雨期長(zhǎng)度、梅雨量存在較明顯的周期性波動(dòng),其他特征量的周期性不太明顯,其周期大致為22年。
(4)金華市梅雨各特征量之間存在較大相關(guān)性,梅雨期長(zhǎng)度是描述梅雨的最重要特征量。