陳 靜，龍 俐，段 瑩

(貴州省氣候中心， 貴州 貴陽 550002)

近53 a貴州極端降水事件氣候分析

陳 靜，龍 俐，段 瑩

(貴州省氣候中心， 貴州 貴陽 550002)

利用貴州省81個(gè)測站1961—2013年53 a的逐日降水量資料，采用一元線性回歸和百分位閾值法分析了近53 a貴州省極端降水的基本變化特征。結(jié)果表明：①貴州的極端降水事件閾值的空間分布存在地域差異，南部多于北部，東部多于西部；5—9月是極端降水事件集中出現(xiàn)的月份，特別是7月和6月。②貴州的極端降水事件趨多、趨強(qiáng)，極端降水量占總降水量比例趨于增大。③年暴雨日數(shù)整體變化趨勢不明顯，21世紀(jì)至今呈相對明顯的下降趨勢。④暴雨量整體上呈增長趨勢，21世紀(jì)開始至今表現(xiàn)為較明顯的減少趨勢，但暴雨降水量比例呈上升趨勢。⑤ 5 min極端降雨量強(qiáng)度多為中雨，局地出現(xiàn)大雨，10～20 min大部分達(dá)到大雨，局地出現(xiàn)暴雨，30～60 min大部分地區(qū)為暴雨，局地出現(xiàn)大暴雨；60～90 min大暴雨范圍擴(kuò)大，90～180 min大暴雨范圍擴(kuò)大到全省大部分。

極端降水；極端降水閾值；時(shí)空變化特征

1 引言

在全球變暖的大背景下， 極端天氣氣候事件的發(fā)生越來越頻繁， 給世界各國造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

貴州位于我國西南部，云貴高原東部，24°37′～29°13′N，103°36′～109°35′E，面積約17.6 km2；東與湖南省接壤，南與廣西壯族自治區(qū)毗鄰，西與云南省交界，北與四川省、重慶市相連，地勢西高東低，易受極端天氣氣候事件所造成的災(zāi)害影響。之前大量研究主要集中在貴州平均氣候的異常變化方面，如蔣海明等[1]對貴州省近47 a來降水的小波變換分析，嚴(yán)小東等[2]研究了近5 a貴州降水時(shí)空分布分析，張嬌艷等[3]分析了不同排放情景下貴州21世紀(jì)氣候變化預(yù)估等等。

目前我們對貴州省年極端降水事件變化規(guī)律尚沒有一個(gè)較為全面的認(rèn)識，而正確認(rèn)識貴州省年極端降水事件發(fā)生發(fā)展的時(shí)空變化特征和規(guī)律，是今后極端降水事件影響評估和氣候預(yù)測工作的重要基礎(chǔ)。

極端降水事件是高風(fēng)險(xiǎn)小概率事件，極端降水事件降水量的多少因受地理環(huán)境的制約，不同區(qū)域有不同量值，那么貴州日降水量達(dá)到多少才成為一個(gè)極端降水事件？其時(shí)空變化又有什么規(guī)律和特點(diǎn)？本文將針對這幾個(gè)問題進(jìn)行研究。

2 資料和方法

2.1 資料

本文使用的資料來源于貴州省氣象局整編資料。貴州共有85個(gè)觀測站，其中匯川、萬山、黃平、白云4個(gè)站的資料缺失嚴(yán)重，故只選用剩余81個(gè)臺站1961—2013年共53 a的逐日降水量資料，個(gè)別缺測資料采用多年平均值代替。圖1為所選取的81個(gè)站點(diǎn)的分布情況。

圖1 貴州省氣象站點(diǎn)的分布

2.2 極端氣候的定義

本文極端降水的的定義是依據(jù)翟盤茂的百分位閾值法[4]，具體為：選取1981—2010年內(nèi)每年日降水量的極值和次值，得到一個(gè)包含60個(gè)樣本的序列，對序列按從小到大進(jìn)行排序，第95個(gè)百分位值定義為極端事件閾值，當(dāng)某站某日降水量超過這一閾值時(shí)， 就稱之為極端降水。具體參照Bonsal[5]的計(jì)算方法， 如下：如果某個(gè)氣象要素有n個(gè)值， 將這n個(gè)值按升序排列x1，x2，…，xm，…，xn，某個(gè)值小于或等于xm的概率：P=(m-0.31)/(n+0.38)。其中，m為xm的序號，n為某個(gè)氣象要素值的個(gè)數(shù)。第95個(gè)百分位值是指P= 95% 所對應(yīng)的xm值。

2.3 方法

趨勢的計(jì)算[6]：

用xi表示樣本量為n的某一個(gè)氣候變量，用ti表示xi所對應(yīng)的時(shí)間，建立xi和ti之間的一元線性回歸方程：

xi=a+bti，i=1，2，…，n

(1)

其中a，b為回歸系數(shù)，a和b可以用最小二乘法進(jìn)行估計(jì)。它的含意是用一條合理的直線表示時(shí)序數(shù)據(jù)x與年份之間的關(guān)系，b值的大小反映上升或下降的速率的快慢。

3 極端降水事件的時(shí)空變化特征

3.1 極端降水事件閾值的空間分布和月際變化

利用上述極端降水閾值方法給出了貴州地區(qū)極端降水事件閾值的空間分布圖(圖2)?？梢钥闯?，貴州地區(qū)極端降水事件閾值的空間分布確實(shí)存在明顯的地域差異：全省有3個(gè)極端降水閾值大值中心，分別位于貴州西南部望謨及安順、鎮(zhèn)寧、興義附近，省東南部的都勻、貴定、凱里附近，還有一個(gè)高值中心位于貴州東部偏北的江口一帶，西南部多于北部，東部多于西部，數(shù)值在89.8～192.5 mm/d之間，最大閾值中心出現(xiàn)在望謨，其值大于190 mm/d，而西部的赫章最小，小于90 mm/d。

圖2 極端降水事件閾值的空間分布(單位：mm)

同時(shí)，貴州極端降水事件出現(xiàn)的頻率存在明顯的月際變化(表1)，統(tǒng)計(jì)表明，從4—10月極端降水事件出現(xiàn)的頻率分別為0.9%、9.5%、2.0%、40.5%、7.3%、7.5%、2.2%，5—9月是極端降水事件集中出現(xiàn)的時(shí)段，特別是7月和6月，分別達(dá)40.5%和32%；1、2、3、11、12月無極端強(qiáng)降水出現(xiàn)。

表1 1961—2013年1—12月各月降水極值出現(xiàn)的頻率 (單位：%)

3.2 極端降水事件的年代際演變特征

3.2.1 極端降水事件日數(shù)變化 將日降水量超過極端降水事件閾值的降水日數(shù)定義為極端降水日數(shù)。從貴州極端降水事件日數(shù)變化曲線(圖3)可以看出，極端降水事件略有增強(qiáng)趨勢，為0.48次/10 a，極端降水日數(shù)最多為22 d(1996年)，1991年次之，為20 d，平均為8.5 d。在60年代、70年代和80年代(1970年除外)極端降水事件偏少，在90年代偏多，近10 a極端降水事件日數(shù)是偏少的(除2007年外)。

3.2.2 極端降水強(qiáng)度 將極端降水強(qiáng)度定義為日降水量超過極端降水事件閾值的降水量與極端降水日數(shù)之比。貴州極端降水強(qiáng)度(圖4)的增強(qiáng)趨勢為13.36 mm/10 a。極端降水強(qiáng)度距平的最大值為479.12 mm，出現(xiàn)在1962年，2001年次之；最小值為-388.54 mm， 出現(xiàn)在1981年，1973年次之。在20世紀(jì)60年代的多雨區(qū)里，極端降水強(qiáng)度是偏強(qiáng)的，在70年代的多雨區(qū)里，極端降水強(qiáng)度是偏弱的，在80年代的少雨區(qū)，極端降雨強(qiáng)度也是減少的，而在年降水總量較為豐富的90年代，極端降水強(qiáng)度的距平頻頻偏強(qiáng)，近10 a，在年降水量偏少，極端降水事件偏少的大背景下，極端降水強(qiáng)度是增強(qiáng)的。

圖3 極端降水事件日數(shù)變化曲線

圖4 1961—2013年極端降水強(qiáng)度曲線圖

3.2.3 極端降雨量占總降雨量比例 貴州的極端降水量占總降水量比例趨于增大(圖5)，變化趨勢為0.075/10 a。極端降水量占總降水量比例在20世紀(jì)60、70年代的多雨區(qū)里是偏少的(1970年除外)，在90年代的多雨區(qū)偏多(除1990、1994和1997年)，1996年最多。1996年5月下旬到7月下旬，我省出現(xiàn)9次大范圍強(qiáng)降水天氣過程，全省暴雨279站次，特大暴雨4站次，暴雨中心在貴陽和凱里。貴陽市、凱里市及10多個(gè)縣城被淹，全省84個(gè)縣受災(zāi)，其中受重災(zāi)45個(gè)縣，特重災(zāi)29個(gè)縣，毀壞房屋31.7萬間，死亡511人，直接經(jīng)濟(jì)損失99億元。

圖5 極端降雨量占總降雨量比例

4 暴雨

4.1 平均暴雨日數(shù)

從年平均暴雨日數(shù)上看，53 a來整體變化趨勢不明顯。從年代際變化趨勢上看，20世紀(jì)60年代呈上升趨勢，70年代略有降低，80年代再次開始上升，直至21世紀(jì)至今呈相對明顯的下降趨勢(圖6)。

4.2 近53 a暴雨量的變化

圖7是1961—2013年貴州平均年暴雨量距平及其變化趨勢。分析結(jié)果顯示，53 a來年暴雨量整體上呈增長趨勢，上升速率為0.016/10 a。1961—2013年期間，暴雨量最多的年份是1996年，年暴雨量346 mm，比常年偏多52.1%，暴雨量最少的年份是1981年，年暴雨量109.1 mm，比常年偏少52.0%。

圖6 貴州省1961—2013年年平均暴雨日數(shù)變化

從年代際變化趨勢看，20世紀(jì)60年代暴雨量增長趨勢明顯，70年代略呈減少趨勢，80年底開始再次增長，直至21世紀(jì)開始至今表現(xiàn)為較明顯的減少趨勢。

圖7 貴州省1961—2013年平均年暴雨量距平百分率及其變化趨勢

4.3 近50 a暴雨量占總降水量比例的變化趨勢

從圖8分析得出，整體上看，暴雨占總雨量比例呈上升趨勢，說明暴雨量有所增加，其增加速率約為0.007%/10a。20世紀(jì)90年代前，暴雨量占總雨量的比例基本表現(xiàn)為上升趨勢，其中以20世紀(jì)60年代表現(xiàn)的最為明顯；90年代中期該比例達(dá)到近53 a來最高，暴雨量所占比例振蕩明顯，90年代后期開始呈現(xiàn)持續(xù)下降趨勢； 進(jìn)入21世紀(jì)的振蕩幅度有所減小。

圖8 貴州省1961—2013年年暴雨量占總雨量比例年變化

4.4 短歷時(shí)極端降水量

統(tǒng)計(jì)全省各氣象站1981—2013年5、10、15、20、30、45、60、90、120、180 min10個(gè)降雨歷時(shí)的極端降雨量。

5 min極端降雨量：除赤水、習(xí)水、沿河、納雍、織金、望謨、冊亨和羅甸在25 mm以上，全省其余地區(qū)在13.4～24.9 mm；

10 min極端降雨量：除畢節(jié)西部、省中部以東局地在25 mm以下，全省其余地區(qū)在25.0～47.9 mm；

15 min極端降雨量：除織金、福泉在50 mm以上，全省其余地區(qū)在27.5～49.9 mm；

20 min極端降雨量：除鳳岡、德江、黔南南部及北部局地、從江、冊亨、畢節(jié)東南部、六枝、安順在50 mm以上，全省其余地區(qū)在29.4～49.9 mm；

30 min極端降雨量：除省西北部、北部局地、中部局地及東部局地在50 mm以下，全省其余地區(qū)在50.0～88.8 mm；

45 min極端降雨量：除威寧、納雍、匯川、長順在50 mm以下，全省其余地區(qū)在50.0～95.1 mm；

60 min極端降雨量：除德江、福泉在100 mm以上，全省其余地區(qū)在52.7～99.9 mm；

90 min極端降雨量：除織金、六枝、安順大部、黔西南東部、黔南與黔東南交界處、銅仁局地、鳳岡在100 mm以上，全省其余地區(qū)在55.2～99.9 mm；

120 min極端降雨量：除省西南部、東部大部在100 mm以上，全省其余地區(qū)在60.1～154.4 mm；

180 min極端降雨量：除省西北部、北部中部局地、南部局地、東部局地在100 mm以下，全省其余地區(qū)在100.0～195.5 mm。

5 結(jié)論

①貴州的極端降水事件閾值的空間分布存在地域差異，西南部多于北部，東部多于西部，數(shù)值在89.8～192.5 mm/d之間，最大閾值中心出現(xiàn)在望謨，其值>190 mm/d，而西部的赫章最小。

② 5—9月是極端降水事件集中出現(xiàn)的時(shí)段，特別是7月和6月，分別達(dá)40.5%和32%；1、2、3、11、12月無極端強(qiáng)降水出現(xiàn)。

③貴州的極端降水事件略有增強(qiáng)，但近10 a極端降水事件日數(shù)是偏少的；極端降水強(qiáng)度是增強(qiáng)的趨勢，在近10 a，年降水量偏少，極端降水事件偏少的大背景下，極端降水強(qiáng)度是增強(qiáng)的；極端降水量占總降水量比例趨于增大。

④暴雨日數(shù)整體變化趨勢不明顯。21世紀(jì)至今呈相對明顯的下降趨勢。

⑤暴雨量整體上呈增長趨勢，上升速率為0.016/10a；21世紀(jì)開始至今表現(xiàn)為較明顯的減少趨勢，但暴雨降水量比例呈上升趨勢，其增加速率約為0.007/10a。

⑥ 5 min極端降雨量強(qiáng)度多為中雨，局地出現(xiàn)大雨，10～20 min大部分達(dá)到大雨，局地出現(xiàn)暴雨，30～60 min大部分地區(qū)為暴雨，局地出現(xiàn)大暴雨；60～90 min大暴雨范圍擴(kuò)大，90～180 min大暴雨范圍擴(kuò)大到全省大部分。

[1] 蔣海明，魏娜.貴州省近47 a來降水的小波變換分析[J].貴州氣象，2008，01：18-20.

[2] 嚴(yán)小冬，金建德，雷云.近50 a貴州降水時(shí)空分布分析[J].貴州氣象，2004，S1：3-7.

[3] 張嬌艷，白慧，吳戰(zhàn)平，等.不同排放情景下貴州21世紀(jì)氣候變化預(yù)估[J].貴州氣象，2011，06：1-6.

[4] 翟盤茂， 潘曉華.中國北方近50 a溫度和降水極端事件變化[J].地理學(xué)報(bào)， 2003， 58(9)： 1-10.

[5] Bonsal BR， Zhang XB， VincentLA， etal .Characteristic of dailyand extreme temperature over Canada.J.Climate， 2001， 14(9)：1959-1976.

[6] 魏鳳英.現(xiàn)代氣候統(tǒng)計(jì)診斷與預(yù)測技術(shù)[M].北京：氣象出版社，1999.

2014-12-04

陳靜(1964—)，女，高工，主要從事氣候監(jiān)測和氣候變化研究工作。

1003-6598(2015)04-0012-04

P426.61+4

B