張嬌艷，李 揚，張東海，李忠燕，羅 璇

(1.貴州省氣候中心,貴州 貴陽 550002; 2.貴州省山地氣候與資源重點實驗室,貴州 貴陽 550002;3.貴州省貴陽市氣象局,貴州 貴陽 550001; 4.民航貴州空管分局氣象臺，貴州 貴陽 550012)

1 引言

熱帶氣旋是導(dǎo)致我國降水的重要系統(tǒng)之一，因此對我國熱帶氣旋降水的研究越來越多，尤其是針對沿海城市開展的研究。例如劉通易等[1]對我國1965—2010年7—9月熱帶氣旋的變化趨勢和影響機制進(jìn)行了分析，平均熱帶氣旋降水由沿海向內(nèi)陸，由東南向西北遞減；巢清塵等[2]分析了珠三角、長三角等關(guān)鍵經(jīng)濟區(qū)的熱帶氣旋的氣候趨勢及極端性特征，著重體現(xiàn)了近年來熱帶氣旋引起的極端性降水有增加的可能；陳秋萍等[3]等對登陸福建的熱帶氣旋短時強降水的統(tǒng)計特征進(jìn)行了揭示；林愛蘭等[4-5]等分析了幾年內(nèi)熱帶氣旋在珠三角登陸過程中降水特征及其分布變化；任福民等[6]針對近60 a影響中國之熱帶氣旋降水的氣候特征和極端特征都進(jìn)行了深入細(xì)致的分析。除了基于粗分辨率的臺站和網(wǎng)格資料的研究外，近些年，關(guān)于中國大陸及東亞范圍的高分辨率降水資料的累積越來越多，例如中國自動站降水和多源融合降水[7-8]，因此利用這些高分辨率降水資料開展的熱帶氣旋降水研究將會成為熱點。此外，內(nèi)陸城市相對于沿海城市來說，受熱帶氣旋的影響較小，但熱帶氣旋在內(nèi)陸地區(qū)的勢力也不容小覷，例如林志強等[9]指出西北太平洋熱帶氣旋減弱后的殘留低壓仍然攜帶大量的水汽和能量，給其經(jīng)過之處帶來強降水。內(nèi)陸地區(qū)受熱帶氣旋影響的研究工作開展得較少，僅在對云南省開展得較為系統(tǒng)，例如對云南省熱帶氣旋降水的個例、氣候統(tǒng)計特征和相關(guān)的環(huán)境場特征分析等[10-13]。作為應(yīng)設(shè)立的最后一道熱帶氣旋防災(zāi)減災(zāi)工作的防線，內(nèi)陸城市關(guān)于熱帶氣旋降水的統(tǒng)計工作意義重大，貴州省就是其中之一。因此本研究開展的貴州省熱帶氣旋降水的統(tǒng)計特征，為全面了解熱帶氣旋對內(nèi)陸城市的影響程度研究工作奠定堅實的基礎(chǔ)。

2 資料與方法

本研究所使用的降水資料來自中國氣象局氣象信息中心1951—2015年756站逐日降水站點資料，該資料為前一日北京時20時至當(dāng)日20時的累積降水。利用上海臺風(fēng)研究所整編的1949—2015年“CMA-STI 西北太平洋熱帶氣旋最佳路徑數(shù)據(jù)集”，包括熱帶氣旋每6 h一次的位置和強度，值得注意的是，為與以北京時觀測的降水資料匹配，熱帶氣旋路徑資料也進(jìn)行了世界時向北京時的轉(zhuǎn)換。另外由于熱帶低壓同樣能帶來較強的降水，因此本研究使用的是熱帶低壓及其以上強度的熱帶氣旋資料，在程正泉等人[14]的工作中也是這樣考慮。一方面考慮到1951—1960年是我國臺站陸續(xù)建立的階段，另一方面考慮到熱帶氣旋活動的常規(guī)監(jiān)測是從20世紀(jì)60年代中期開始，因此研究時段定為1965—2015年。為了保證站點的穩(wěn)定性，降水站點還進(jìn)行了質(zhì)量控制，即剔除在研究時段中任何一年缺測天數(shù)超過總觀測天數(shù)10%的站點。研究時段的確定方法和降水站點的質(zhì)量控制方法在Zhang[15]等人關(guān)于熱帶氣旋降水的研究中已得到了認(rèn)可。質(zhì)量控制后，在我國符合條件的有514個站點，如圖1所示，其中貴州省有19個站點，這19個站點在貴州的分布較為均勻，也經(jīng)常用于貴州省的氣候變化研究中，基于這19個站點的貴州省降水氣候特征具有較好的代表性[16]。因此貴州省熱帶氣旋降水的統(tǒng)計特征將從這19個站點開展。

熱帶氣旋降水的分離方法也是本研究的關(guān)鍵方法之一。目前，有兩種方法是比較常用的，一種是采用天氣圖人工判別的方法，以程正泉等人[14]的工作為代表；另一種是由任福民等人提出的客觀天氣圖分析法OSAT(Objective Synoptic Analysis Technique)[17]，該方法分為自然雨帶的分離及熱帶氣旋雨帶的識別兩個步驟。自然雨帶的分離：①對于存在降水量的n個臺站，定義距離其200 km以內(nèi)的站點為鄰站，然后計算各降水臺站的鄰站降水率r(i)=m/M，其中，m為降水的臺站數(shù)，M為鄰站總數(shù)。將r(i)由大到小排序，并規(guī)定閾值(0.3～0.5)限制取值的個數(shù)，同時還要考慮與已入選的任一雨帶中心之間的距離必須大于閾值(300 km)，由此得到K個雨帶中心；②對于暫時未列入任何雨帶的臺站進(jìn)行雨帶邊緣粗定義，只要它的鄰站有屬于哪一個已定義雨帶，它就跟隨該雨帶(鄰站數(shù)最多)，否則它是真正的離散降水站，將上步重復(fù)多次，就得到細(xì)定義的邊緣。熱帶氣旋雨帶的識別：①根據(jù)各雨帶的雨量加權(quán)中心與熱帶氣旋中心距離的關(guān)系篩選出可能的熱帶氣旋雨帶；②根據(jù)臺站與熱帶氣旋中心的距離關(guān)系，篩選所有存在降水的臺站。經(jīng)過以上兩個步驟后，識別得到可能由多條不同雨帶以及零星臺站組成的熱帶氣旋雨帶。該方法廣泛地用于我國熱帶氣旋降水的研究[6,15,18-20]。

趨勢檢驗所用的顯著性檢驗方法是Mann-Kendall檢驗[21]，并利用Yue和Wang[22]所使用的有效樣本數(shù)(Effective Sample Size,ESS)來對MK檢驗中的統(tǒng)計量進(jìn)行改進(jìn)。

圖1 經(jīng)過質(zhì)量控制的中國514個降水臺站的分布圖Fig.1 Spatial distribution of the selected 514 rain gauge stations in China

3 影響貴州省的熱帶氣旋及其降水分布特征

3.1 時間分布特征

經(jīng)過統(tǒng)計，從導(dǎo)致降水的角度考慮，1965—2015年全國共受到735個熱帶氣旋的影響，年均14.4個，其中有297個影響貴州省，年均5.8個。如圖2所示，1965—2015年每年均有熱帶氣旋影響貴州省，1973年和1994年最多，達(dá)11個，2004年最少，僅1個。從年代際變化來看，影響全國的熱帶氣旋個數(shù)總體上呈下降的趨勢，每年減少0.1個，通過95%信度檢驗；而影響貴州省的熱帶氣旋個數(shù)總體上也呈減少的趨勢，但每年減少0.03個，未通過95%信度檢驗。

圖2 1965—2015年影響全國(藍(lán)色)和貴州省(紅色)的熱帶氣旋個數(shù)變化(柱狀圖)及線性趨勢(虛線)(單位：個)Fig.2 Time series of the yearly number of TC counts (bar) and the corresponding linear trend (dashed) in China (Blue) and in Guizhou (Red) from 1965 to 2015

圖3給出了1965—2015年影響全國和貴州省的熱帶氣旋逐月分布頻次，研究時段中除2月、3月以外，其他月份均有熱帶氣旋影響全國；而貴州僅在4—12月受熱帶氣旋帶來的降水影響，其中4月、5月影響貴州省的熱帶氣旋個數(shù)較少，進(jìn)入6月影響個數(shù)陡增，7—9月達(dá)到峰值，這個階段是熱帶氣旋發(fā)生的盛季，占總影響數(shù)的70.7%，10月開始減少，11月驟減，到了12月僅有一次發(fā)生，這樣的月季變化階段性規(guī)律與影響全國的熱帶氣旋變化規(guī)律基本一致。

圖3 1965—2015年影響全國(藍(lán)色)和貴州省(紅色)的熱帶氣旋逐月分布頻次(單位：個)Fig.3 Monthly variation of the number of TCs in China (Blue) and in Guizhou (Red) from 1965 to 2015

如圖4所示，1965—2015年貴州省熱帶氣旋降水量無明顯變化趨勢，年均40.6 mm，2001年最多，達(dá)102.4 mm，2004年最少，僅1.8 mm。從演變規(guī)律來看，1995年以前貴州省熱帶氣旋降水量的起伏變化較大，1995—2000年進(jìn)入相對較少的時期，2000年以后熱帶氣旋降水量普遍較多，尤其是2008年以后進(jìn)入了較穩(wěn)定的偏多時期。圖5則表示1965—2015年貴州省平均每個熱帶氣旋降水量的逐年演變，年均6.9 mm，2001年最多，達(dá)14.6 mm，1996年最少，僅1.7 mm。從年代際變化來看，貴州省平均每個熱帶氣旋降水量總體上呈增加的趨勢，每年增加0.05 mm，但未通過95%信度檢驗。不難看出，在2000年以后平均每個熱帶氣旋降水量穩(wěn)定在一個較多的水平。

圖4 1965—2015年貴州省熱帶氣旋降水量逐年演變(柱狀圖)及線性趨勢(虛線)(單位：mm)Fig.4 Time series of the yearly TC precipitation (bar) and the corresponding linear trend (dashed) in China (Blue) and in Guizhou (Red) from 1965 to 2015 (unit: mm)

圖5 1965—2015年貴州省平均每個熱帶氣旋降水量逐年演變(柱狀圖)及線性趨勢(虛線)(單位：mm)Fig.5 Time series of the yearly average precipitation for each TC (bar) and the corresponding linear trend (dashed) in China (Blue) and in Guizhou (Red) from 1965 to 2015 (unit: mm)

表1列出了貴州省1965—2015年單站平均過程總降水量排名前10位的熱帶氣旋統(tǒng)計特征，統(tǒng)計范圍為19個站。201117號熱帶氣旋納沙以單站平均過程總降水量達(dá)56.3 mm排名第1，單日最大降水量為75 mm，出現(xiàn)在遵義市湄潭縣。排名前十位的熱帶氣旋多發(fā)生于熱帶氣旋盛季，即7—9月，影響天數(shù)介于2～4 d。另外，單站平均過程總降水量的多少并不與影響熱帶氣旋的強度成正比，例如排名第3的19850017號熱帶氣旋在生命史過程中最大強度僅為25 m/s，屬于強熱帶風(fēng)暴強度；又如排名第5的198609號熱帶氣旋最大強度為20 m/s，僅為熱帶風(fēng)暴強度。由此看來，熱帶氣旋的強度并不能決定貴州省降水多寡，其移動路徑也可能是重要因素之一。因此，本研究還統(tǒng)計了這10個熱帶氣旋從生成至消散、或移出責(zé)任海區(qū)、或準(zhǔn)靜止的移動路徑，如圖6所示。在這10個熱帶氣旋移動路徑中，大致可分為兩類，一類是非準(zhǔn)靜止類(圖6a)，從西北太平洋生成后一路西行，在移動路徑的右側(cè)給貴州帶來較大降水；另一類是準(zhǔn)靜止類(圖6b)，生成于臺灣海峽，后在華南地區(qū)反復(fù)打轉(zhuǎn)直至消亡，這類以19850017號熱帶氣旋為代表，也能為貴州省帶來較大的降水。從圖7可以看出，1965—2015年影響貴州省的共計297條熱帶氣旋路徑，西行路徑居多，且結(jié)合圖6可知，貴州省處于熱帶氣旋路徑的右側(cè)時往往會發(fā)生較大的降水。此外，值得注意的是在貴州省1965—2015年單站平均過程總降水量排名前10位的熱帶氣旋中，發(fā)生在2000年以后的熱帶氣旋占了6個，這可能與熱帶氣旋的最大強度、平均強度或者移動速度等因子有關(guān)，尚需今后的工作探究具體原因。

表1 貴州省1965—2015年單站平均過程總降水量排名前10位的熱帶氣旋(TC)統(tǒng)計特征Tab.1 Top 10 tropical cyclones for the most cumulative precipitation at single station of Guizhou during 1965-2015

圖6 1965—2015年貴州省單站平均過程總降水量排名前10位的熱帶氣旋路徑：(a)非準(zhǔn)靜止和(b)準(zhǔn)靜止Fig.6 The tracks of the top 10 tropical cyclones for the most cumulative precipitation at single station of Guizhou during 1965—2015: (a) non-quasi-stationary and (b) quasi-stationary

圖7 1965—2015年影響貴州省的熱帶氣旋路徑分布圖Fig.7 The distribution of the TC tracks in Guizhou during 1965—2015

3.2 空間分布特征

從1965—2015年影響貴州省的熱帶氣旋個數(shù)空間分布圖(圖8)來看，全省19個站在51 a中總影響熱帶氣旋個數(shù)介于123個(年均2.4個)與222個(年均4.4個)之間，貴州省的東南部影響個數(shù)最多，向西北方向逐漸減少。受影響最大的是黔東南州和黔南州，其次是黔西南州、安順市、貴陽市和銅仁市，影響最小的是六盤水市、畢節(jié)市和遵義市。

圖9a表示1965—2015年貴州省熱帶氣旋年平均降水在20.8 mm和62.9 mm之間變化，南部最多，逐漸向西向北減少。在黔西南州、黔東南州年平均熱帶氣旋降水大致為45～60 mm，黔南州和安順市普遍在40～55 mm左右，六盤水市、貴陽市和銅仁市一般量級為30～40 mm，畢節(jié)市和遵義市約在20～35 mm左右。熱帶氣旋降水在年總降水中所占比例僅為2%～5.4%(圖7b)，但在熱帶氣旋盛季，即7—9月，所占比例升至3.7%～12.4%，其中黔東南州占比最大，普遍在9%以上，黔西南州、黔南州、安順市和貴陽市大約在6%～9%，六盤水市和銅仁市大致為5%～7%，畢節(jié)市和遵義市最少，普遍在3%～6%(圖7c)。

圖8 1965—2015年影響貴州省的熱帶氣旋個數(shù)空間分布圖(單位：個)Fig.8 The distribution of the TC number in Guizhou during 1965—2015

圖9 1965—2015年貴州省相關(guān)統(tǒng)計量的分布圖(a)熱帶氣旋年平均降水(單位：mm)；(b)熱帶氣旋降水在年總降水中所占比例(單位：%)；(c)熱帶氣旋降水在7—9月總降水中所占比例(單位：%)Fig.9 The distribution of the statistics in Guizhou during 1965—2015(a) TC annual precipitation (unit: mm) and the percentage of (b) annual and (c) summer (July-September) TC rainfall to the total annual and summer rainfall (unit: %), respectively

通過圖3統(tǒng)計可知，熱帶氣旋影響貴州的主要時期在每年5—11月，因此圖10給出了1965—2015年貴州省年平均的熱帶氣旋5—10月降水量的分布圖，其中8月最多，約為6～23.5 mm，7月、9月次之，5月最少。從分布特征來看，6—8月熱帶氣旋降水主要呈現(xiàn)南多北少的分布，進(jìn)入9月向東南多西北少態(tài)勢偏轉(zhuǎn)，直至10月完全呈東多西少分布，后再進(jìn)入5月又偏轉(zhuǎn)為東南多西北少態(tài)勢，這種熱帶氣旋的降水分布可能與西太副高的北抬和南退有關(guān)，通過邊緣引導(dǎo)氣流對熱帶氣旋的路徑產(chǎn)生一定的影響，但尚需進(jìn)一步考證。

圖10 1965—2015年貴州省年平均的熱帶氣旋5—10月降水量的分布圖(單位：mm)Fig.10 The distribution of the averaged TC precipitation from May to October in Guizhou during 1965—2015 (unit: mm)

從圖11a所示的 1965—2015年影響貴州省的熱帶氣旋降水量的變化趨勢分布來看，除貴州省的東部、東南部和西北部部分地區(qū)呈減少趨勢，其余大部地區(qū)呈增多趨勢，且變化幅度介于-0.4和0.5 mm/a之間，但全省所有站點均未通過95%信度檢驗，這與Zhang等[15]的研究結(jié)果基本相似。另外影響貴州省的熱帶氣旋個數(shù)是呈下降趨勢的，以東南部和西北部的減少趨勢最大，全省所有站點仍未通過95%信度檢驗(圖11b)。但值得注意的是，從圖11c得知平均每個熱帶氣旋的降水量在全省基本上呈現(xiàn)增加趨勢，變化幅度在0.3 mm/a以內(nèi)，且有一個站點，即畢節(jié)市的黔西站通過95%信度檢驗，這可能是近年來極端事件逐漸增多的一種體現(xiàn)[23]，極端性存在增加的可能性在巢清塵等[2]關(guān)于中國關(guān)鍵經(jīng)濟區(qū)的熱帶氣旋降水的研究中也有體現(xiàn)。

圖11 1965—2015年貴州省相關(guān)統(tǒng)計量的變化趨勢分布圖(其中黑色方框表示通過95%信度檢驗)(a)熱帶氣旋降水量(單位：mm/a)；(b)影響熱帶氣旋個數(shù)(單位：個/a)；(c)平均每個熱帶氣旋降水量(單位：mm/a)Fig.11 The distribution of the statistics for TC trends in Guizhou during 1965—2015 with the black squares indicating stations that are statistically significantly at the 95% level(a) TC precipitation (unit: mm/year); (b) TC number; (c) Precipitation for each TC (unit: mm/year)

4 總結(jié)

本研究利用OSAT客觀天氣圖分析法建立在全國514個氣象站的日降水資料基礎(chǔ)上，分離得到了貴州省19個站點的熱帶氣旋降水，從而討論了貴州省1965—2015年熱帶氣旋降水的統(tǒng)計特征，具體如下：

①1965—2015年貴州省共受到297個熱帶氣旋的影響，年均5.8個，主要發(fā)生在每年5—10月，尤以熱帶氣旋盛季7—9月最多，空間分布上省之東南部影響個數(shù)最多，向西北方向逐漸減少，路徑上西行居多，且貴州省處于熱帶氣旋路徑的右側(cè)時往往會發(fā)生較大的降水。

②貴州省熱帶氣旋年平均降水在20.8 mm和62.9 mm之間變化，7—9月在總降水中所占比例為3.7%～12.4%。6—8月熱帶氣旋降水主要呈現(xiàn)南多北少的分布，進(jìn)入9月向東南多西北少態(tài)勢偏轉(zhuǎn)，直至10月完全呈東多西少分布，后再進(jìn)入5月又偏轉(zhuǎn)為東南多西北少態(tài)勢。

③影響貴州省的熱帶氣旋個數(shù)是呈下降趨勢的，但值得注意的是平均每個熱帶氣旋的降水量在全省基本上呈現(xiàn)增加趨勢。

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