孔 鋒, 呂麗莉, 方 建, 方佳毅, 王一飛, 劉 凡, 應(yīng)卓容

(1.中國氣象局氣象 干部培訓(xùn)學(xué)院, 北京 100081；2.中國氣象局發(fā)展研究中心, 北京 100081; 3.北京師范大學(xué)地表過程與資源生態(tài)國家重點實驗室, 北京 100875; 4.北京師范大學(xué) 環(huán)境演變與自然災(zāi)害教育部重點實驗室,北京 100875; 5.民政部/教育部 減災(zāi)與應(yīng)急管理研究院, 北京 100875; 6.武漢大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 武漢 430079)

基于中國氣候變化區(qū)劃的1951-2010年暴雨統(tǒng)計分析

孔 鋒1,2,3, 呂麗莉1,2, 方 建6, 方佳毅3,4,5, 王一飛1, 劉 凡3,4,5, 應(yīng)卓容3,4,5

(1.中國氣象局氣象 干部培訓(xùn)學(xué)院, 北京 100081；2.中國氣象局發(fā)展研究中心, 北京 100081; 3.北京師范大學(xué)地表過程與資源生態(tài)國家重點實驗室, 北京 100875; 4.北京師范大學(xué) 環(huán)境演變與自然災(zāi)害教育部重點實驗室,北京 100875; 5.民政部/教育部 減災(zāi)與應(yīng)急管理研究院, 北京 100875; 6.武漢大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 武漢 430079)

采用659個氣象觀測站日值降水?dāng)?shù)據(jù)計算了中國年際和年代際暴雨雨量和暴雨雨日，然后基于中國氣候變化區(qū)劃(1961—2010年)對中國暴雨進行了分區(qū)統(tǒng)計。結(jié)果表明：在中國氣候變化區(qū)劃降水呈增加和減少的區(qū)域，絕大多數(shù)的暴雨呈現(xiàn)相應(yīng)的年際和年代際的增加和減少趨勢。但也有在降水趨勢減少的I1東北—華北暖干趨勢帶的小興安嶺—長白山—三江平原氣溫波動增強、降水量波動減弱區(qū)和Ⅲ3西南—華南干暖趨勢帶的云貴高原—南嶺西部山地丘陵降水量波動增強、氣溫波動增強區(qū)兩個二級氣候變化分區(qū)，暴雨呈現(xiàn)增加趨勢；反之在降水趨勢增加的Ⅳ1藏東南—西南濕暖趨勢帶的藏東南山地—高原降水量波動增強、氣溫波動增強區(qū)，暴雨呈現(xiàn)減少趨勢。進一步對暴雨分為短歷時的對流型暴雨和長歷時的過程型暴雨也有類似的結(jié)論。說明現(xiàn)有的一級和二級氣候變化區(qū)劃在一定程度上可以反映暴雨的變化，但仍需要深入采用以極端降水為指標(biāo)的三級區(qū)劃對暴雨變化進行研究。

氣候變化區(qū)劃; 年際和年代際; 暴雨; 時空變化; 中國

全球氣候變化背景下頻發(fā)的極端強降水事件導(dǎo)致多地城市受淹，帶來嚴(yán)重的人員傷亡、財產(chǎn)損毀和生態(tài)系統(tǒng)破壞，在經(jīng)濟社會發(fā)展、生命安全和生態(tài)系統(tǒng)等諸多方面造成了巨大的危害，對災(zāi)區(qū)可持續(xù)發(fā)展帶來深遠影響，并成為全球和區(qū)域災(zāi)害與環(huán)境風(fēng)險的重要因素，越來越受到學(xué)術(shù)與社會各界的關(guān)注[1-3]。

在暴雨研究方面，目前國內(nèi)外觀測研究結(jié)果認(rèn)為，全球變暖使得地表蒸發(fā)加劇，導(dǎo)致大氣保水能力增加，全球和區(qū)域水循環(huán)加快，勢必造成部分地區(qū)降水增多[4-7]，其中對流性降水的增多大于層狀降水[8]。自1950年以來的觀測證據(jù)表明，在全球尺度上，極端強降水事件數(shù)量顯著增加的區(qū)域可能多于顯著減少的區(qū)域[9]。IPCC第五次報告中指出，當(dāng)溫室氣體CO2加倍時，極端強降水顯著增加，其幅度遠大于平均強度的降水[6]。在氣候變化背景下，中國全國尺度上的總降水量變化趨勢不明顯，但暴雨強度在增強[10-12]，遭受異常強降水事件的地區(qū)也在增加[13-14]；但中國的不同區(qū)域上卻表現(xiàn)出顯著的區(qū)域差異[10,11,14]，因此，需要尋找一個合理的分區(qū)來對暴雨錯綜復(fù)雜的時空特征進行深入研究。已有的研究結(jié)果表明，不斷變化的氣候可導(dǎo)致極端天氣和氣候事件在頻率、強度、空間范圍、持續(xù)時間和發(fā)生時間上的變化，并能夠?qū)е虑八从械臉O端天氣和氣候事件；具有高信度的是，與天氣和氣候災(zāi)害有關(guān)的經(jīng)濟損失已經(jīng)增加[4-6]。因此，在做暴雨研究時，需要充分考慮氣候變化對不同區(qū)域的暴雨影響。目前，全球范圍內(nèi)已有很多氣候區(qū)劃方面研究工作，但其核心都是氣候狀態(tài)區(qū)劃，而不是氣候變化區(qū)劃。在氣候變化速率不斷加快的今天，已有的氣候區(qū)劃并不能表達氣候變化的區(qū)域差異?！吨袊鴼夂蜃兓瘏^(qū)劃(1961—2010)》一文中針對氣候變化的本質(zhì)，建立了一套能夠診斷氣候變化及其影響的區(qū)域差異的分類方法，即根據(jù)氣候變化的變化趨勢(上升/下降/無明顯變化趨勢)和波動特征(增強/減弱/無明顯波動特征)可以將氣候變化分為9種模態(tài)。以此9種模態(tài)作為中國氣候變化區(qū)劃的基礎(chǔ)，將中國分為5個一級變化趨勢帶和14個二級波動特征區(qū)[15]。

由于不同區(qū)域具有不同氣候變化類型，不同的氣候變化類型下暴雨變化可能較以往的對一個行政區(qū)域或地理區(qū)域的變化會有不同。一個行政區(qū)域或地理區(qū)域可能包含多種氣候變化的類型，整體對一個行政區(qū)域或地理區(qū)域進行研究可能會弱化暴雨研究中的一些信號，進而不能正確反映不同氣候變化區(qū)暴雨的時空格局。因此，我們亟需在氣候變化區(qū)劃下，分區(qū)域深入研究在氣候變化的背景下暴雨時空格局變化。從而有利于因地制宜地為中國極端降水變化風(fēng)險防范提出合理的適應(yīng)性對策。

1 數(shù)據(jù)和方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本文采用的氣象站點數(shù)據(jù)來自中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)地面氣象資料數(shù)據(jù)庫(http:∥cdc.cma.gov.cn/home.do)，其中，包括中國地面氣候資料日值數(shù)據(jù)集(756個基本、基準(zhǔn)地面氣象觀測站)、中國地面國際交換站的氣候資料日值數(shù)據(jù)集(194個基本、基準(zhǔn)地面氣象觀測站)、中國地面氣候資料日值數(shù)據(jù)集(V3.0)(824個基本、基準(zhǔn)地面氣象觀測站)和中國地面定時報(2 514個中國地面氣象觀測站)等日值降水?dāng)?shù)據(jù)集。本文以“中國地面氣候資料日值數(shù)據(jù)集”中的756個站的日值降水?dāng)?shù)據(jù)為基準(zhǔn)，對相關(guān)數(shù)據(jù)進行校驗，對于其中缺失的數(shù)據(jù)，利用上述其他數(shù)據(jù)集中同站點同日期的替代，或利用缺失站點的相鄰前后年份相加后的均值補缺該日值。以上校核完成之后，根據(jù)盡量保留最多站點并保證觀測時間連續(xù)的原則，參考已有的研究成果[11,14]，如果站點日值缺測率超過50 a日值總數(shù)的5%，則剔除該站點；站點日值缺測率小于50 a日值總數(shù)的5%，利用臨近站點相同時段補缺或利用本站點的年代際該日值均值補缺本站點的缺測日值，最后得到可用的659個降水觀測站點，如圖1中分布所示。

本文采用的中國氣候變化區(qū)劃(1961—2010)分區(qū)數(shù)據(jù)來自北京師范大學(xué)地表過程與資源生態(tài)國家重點實驗室(http:∥www.espre.cn)，其區(qū)劃分區(qū)和各區(qū)的特征分別如圖2和表1所示[15]。從分區(qū)的站點數(shù)比例來看，絕大多數(shù)的分區(qū)占總站點數(shù)的百分比相對均勻，尤其從各分區(qū)單位面積占有的站點數(shù)來看，最大的是I4(黃土高原—汾河谷地)，占1.47個，最小的是Ⅳ1(藏東南山地—高原)，占0.49，絕大多數(shù)的分區(qū)站有站點數(shù)相對均勻，大致占有0.80個站點。因此，整體來看，站點數(shù)量在各分區(qū)具有面代表性。

圖1 中國氣象站點分布和數(shù)字高程

圖2 1961-2010年中國氣候變化區(qū)劃

變化趨勢帶波動特征區(qū)面積/萬km2縣級行政單元/個暴雨趨勢雨量雨日站點數(shù)占總站點百分比單位分區(qū)面積占有站點數(shù)目水災(zāi)發(fā)生頻次I東北—華北暖干趨勢帶I1小興安嶺—長白山—三江平原52.9110增加增加406.07%0.76360氣溫波動增強、降水量波動減弱區(qū)I2大興安嶺—遼西山地—科爾沁沙地97.2226減少減少8212.44%0.84327氣溫波動減弱、降水量波動增強區(qū)I3華北山地—平原—山東半島35.8224減少減少304.55%0.84187氣溫波動減弱、降水量波動減弱區(qū)I4黃土高原—汾河谷地31.2170減少減少466.98%1.47256氣溫波動增強、降水量波動減弱區(qū)Ⅱ華東—華中濕暖趨勢帶Ⅱ1淮河流域—長江下游平原36.5257增加增加416.22%1.12408氣溫波動減弱、降水量波動增強區(qū)Ⅱ2長江下游沿江平原—浙江—贛北—湘東51.0284增加增加619.26%1.20395降水量波動增強、氣溫波動減弱區(qū)Ⅱ3南嶺東部丘陵山地45.0223增加增加487.28%1.07512氣溫波動減弱、降水量波動減弱區(qū)Ⅲ西南—華南干暖趨勢帶Ⅲ1秦嶺西部山地—四川盆地40.2182減少減少395.92%0.97667氣溫波動增強、降水量波動減弱區(qū)Ⅲ2秦嶺東部—鄂西山地24.5120減少減少304.55%1.22142氣溫波動增強、降水量波動減弱區(qū)Ⅲ3云貴高原—南嶺西部山地丘陵67.1247增加增加598.95%0.88491降水量波動增強、氣溫波動增強區(qū)Ⅳ藏東南—西南濕暖趨勢帶Ⅳ1藏東南山地—高原54.465減少減少274.10%0.5064降水量波動增強、氣溫波動增強區(qū)Ⅳ2橫斷山區(qū)山地嶺谷25.371增加增加284.25%1.11138降水量波動增強、氣溫波動增強區(qū)V西北—青藏高原暖濕趨勢帶V1新疆山地—祁連山—內(nèi)蒙古高原242.4147增加增加10015.17%0.41337氣溫波動減弱、降水量波動增強區(qū)V2青藏高原111.745增加增加284.25%0.2535氣溫波動增強、降水量波動增強區(qū)

1.2 計算方法

根據(jù)中國國家氣象局和中國氣象臺對暴雨標(biāo)準(zhǔn)的定義，如果一天內(nèi)的累積降水量達到50 mm則為一個暴雨雨日；當(dāng)暴雨雨日發(fā)生時，該暴雨雨日內(nèi)累積的雨量即為暴雨雨量。對流型暴雨和過程型暴雨的定義如下：僅持續(xù)一天的短歷時暴雨定義為對流型暴雨；連續(xù)至少兩天的長歷時暴雨定義為過程型暴雨。由于中國氣候變化區(qū)劃(1961—2010)各分區(qū)內(nèi)的氣象臺站數(shù)目不一致，為了便于比較各個分區(qū)暴雨雨量和暴雨雨日年際和年代際的變化，本文首先累加了各個分區(qū)內(nèi)各個氣象臺站的年際和年代際暴雨雨量和暴雨雨日的總和，然后除以對應(yīng)分區(qū)內(nèi)氣象臺站的數(shù)目，這樣就得到了各個分區(qū)內(nèi)平均每個臺站的暴雨雨量和暴雨雨日，即分別分區(qū)計算1961—2010年各個分區(qū)平均單個站點的年際和年代際暴雨雨量和暴雨雨日總和，并對對流型暴雨和過程型暴雨的暴雨雨量和暴雨雨日也進行分區(qū)統(tǒng)計。對于年代際暴雨雨量和暴雨雨日則主要計算1961—1970年、1971—1980年、1981—1990年、1991—2000年、2001—2010年5個年代內(nèi)每個分區(qū)平均單站的暴雨雨量和暴雨雨日的總和，具體詳見文獻[14]。值得注意的是文獻[14]沒有明確中國年代際暴雨時空變化格局系中國年代際累積暴雨時空變化格局。

2 結(jié)果與分析

2.1 中國整體暴雨分區(qū)統(tǒng)計

從暴雨總量分布來看，在平均單站暴雨雨量方面，從一級氣候變化區(qū)劃分區(qū)來看，年際和年代際的平均單站暴雨雨量從大到小依次是Ⅱ華東—華中濕暖趨勢帶、Ⅲ西南—華南干暖趨勢帶、I東北—華北暖干趨勢帶、Ⅳ藏東南—西南濕暖趨勢帶和V西北—青藏高原暖濕趨勢帶(圖3)，且Ⅱ華東—華中濕暖趨勢帶和Ⅲ西南—華南干暖趨勢帶分區(qū)的超過6 000 mm的站點數(shù)目占全國總站點數(shù)目的比例在增加(表2)，暴雨雨量的分級參考《中國年代際暴雨時空變化格局》[14]一文中的劃分標(biāo)準(zhǔn)。從二級氣候變化區(qū)劃分區(qū)來看，年際和年代際平均單站暴雨雨量最高的且排在前三位的依次是Ⅱ3南嶺東部丘陵山地氣溫波動減弱、降水量波動減弱區(qū)、Ⅱ2長江下游沿江平原—浙江—贛北—湘東降水量波動增強、氣溫波動減弱區(qū)和Ⅲ3云貴高原—南嶺西部山地丘陵降水量波動增強、氣溫波動增強區(qū)，從地理位置來看，這三個二級氣候變化區(qū)劃分區(qū)主要分布在中國長江以南的廣大地區(qū)，這里也是中國年降水量最為集中的地區(qū)；年際和年代際平均單站暴雨雨量最低的且排在前三位的是V2青藏高原氣溫波動增強、降水量波動增強區(qū)、V1新疆山地—祁連山—內(nèi)蒙古高原氣溫波動減弱、降水量波動增強區(qū)和Ⅳ1藏東南山地—高原降水量波動增強、氣溫波動增強區(qū)；從地理位置來看，這三個二級氣候變化區(qū)劃分區(qū)主要分布在中國的西部地區(qū)，從行政區(qū)劃上來看，主要分布在新疆和西藏全境及內(nèi)蒙古和甘肅的部分地區(qū)，這里是身處中國內(nèi)陸腹地，水汽來源相比Ⅱ3南嶺東部丘陵山地氣溫波動減弱、降水量波動減弱區(qū)、Ⅱ2長江下游沿江平原—浙江—贛北—湘東降水量波動增強、氣溫波動減弱區(qū)和Ⅲ3云貴高原—南嶺西部山地丘陵降水量波動增強、氣溫波動增強區(qū)十分缺乏。

在平均單站暴雨雨日方面，平均單站暴雨雨日與平均單站暴雨雨量具有類似的空間分布規(guī)律(圖4)，且在Ⅱ華東—華中濕暖趨勢帶和Ⅲ西南—華南干暖趨勢帶分區(qū)年代際暴雨雨日超過60 d的站點數(shù)目占全國總站點數(shù)目的比例在增加(表3)。

圖3基于中國氣候變化區(qū)劃的14個二級分區(qū)的

平均單站的暴雨雨量分區(qū)統(tǒng)計

從暴雨變化趨勢來看，在平均單站暴雨雨量方面：全國14個二級氣候變化區(qū)劃分區(qū)中總共有8個呈現(xiàn)增加趨勢，覆蓋1 384個縣級行政單位，631.9萬km2，占全國總面積的69.04%；6個二級氣候變化區(qū)劃分區(qū)呈現(xiàn)減少趨勢，覆蓋987個縣級行政單位，283.3萬km2，占全國總面積的30.96%。

根據(jù)中國氣候變化區(qū)劃(1961—2010)的一級分區(qū)結(jié)果(表1)可知，Ⅱ華東—華中濕暖趨勢帶、Ⅳ藏東南—西南濕暖趨勢帶和V西北—青藏高原暖濕趨勢帶三個一級分區(qū)是降水呈現(xiàn)增加趨勢的分區(qū)；I東北—華北暖干趨勢帶和Ⅲ西南—華南干暖趨勢帶兩個一級分區(qū)是降水呈現(xiàn)減少趨勢的分區(qū)。但是在降水趨勢增加的二級氣候變化分區(qū)Ⅳ1藏東南山地—高原降水量波動增強、氣溫波動增強區(qū)，平均單站暴雨雨量呈現(xiàn)減少趨勢；在降水趨勢減少的I1小興安嶺—長白山—三江平原氣溫波動增強、降水量波動減弱區(qū)和Ⅲ3云貴高原—南嶺西部山地丘陵降水量波動增強、氣溫波動增強區(qū)兩個二級氣候變化分區(qū)，平均單站暴雨雨量呈現(xiàn)增加趨勢。在平均單站暴雨雨日方面：平均單站暴雨雨日的變化與平均單站暴雨雨量具有類似的空間分布規(guī)律。

以上分析表明現(xiàn)有的氣候變化區(qū)劃只能在一定程度上解釋中國暴雨變化規(guī)律，而不能全面包含暴雨的時空變化特征，這可能是由于現(xiàn)有的氣候變化區(qū)是氣候的趨勢變化和波動變化的體現(xiàn)，但沒有完全包含極端事件的變化。雖然波動變化中可能包含了部分極端事件的變化，但是極端事件變化卻不能完全包含于波動變化之中。這也表明氣候變化的研究應(yīng)該包含氣候要素的變化趨勢、波動變化和極端事件三方面。只有從這三方面系統(tǒng)深入開展研究，才能全面了解氣候要素的變化特征。

表2 基于中國氣候變化區(qū)劃的14個二級分區(qū)的年代際暴雨雨量的站點數(shù)百分比變化 %

2.2 對流型和過程型暴雨的分區(qū)統(tǒng)計

在《中國年代際暴雨時空變化格局》中計算暴雨雨量和暴雨雨日的變化，但是沒有劃分出短歷時暴雨和長歷時暴雨的變化。本文利用計算方法中的劃分標(biāo)準(zhǔn)將暴雨劃分為對流型暴雨和過程型暴雨。

從全國整體來看，在暴雨雨量方面，對流型暴雨雨量占總暴雨雨量的比例達80%以上。同時，對流型暴雨雨量和過程型暴雨雨量都呈現(xiàn)增加的趨勢(圖4)，但對流型暴雨雨量增加更顯著，且年際變化幅度小，波動??；過程型暴雨雨量增加不如對流型暴雨雨量明顯，且年際變化幅度大，波動大。在暴雨雨日方面，對流型暴雨雨日和過程型暴雨雨日與對流型暴雨雨量和過程型暴雨雨量具有類似的規(guī)律(圖5)。

從氣候變化區(qū)劃分區(qū)上來看，在平均單站對流型暴雨雨量方面，從一級氣候變化區(qū)劃分區(qū)來看，年代際的平均單站對流型暴雨雨量從大到小依次是Ⅱ華東—華中濕暖趨勢帶、Ⅲ西南—華南干暖趨勢帶、I東北—華北暖干趨勢帶、Ⅳ藏東南—西南濕暖趨勢帶和V西北—青藏高原暖濕趨勢帶(圖6)。從二級氣候變化區(qū)劃分區(qū)來看，年代際平均單站對流型暴雨雨量最高的且排在前三位的依次是Ⅱ3南嶺東部丘陵山地氣溫波動減弱、降水量波動減弱區(qū)、Ⅱ2長江下游沿江平原—浙江—贛北—湘東降水量波動增強、氣溫波動減弱區(qū)和Ⅱ1淮河流域—長江下游平原氣溫波動減弱、降水量波動增強區(qū)。從地理位置來看，這三個二級氣候變化區(qū)劃分區(qū)主要分布在中國經(jīng)濟發(fā)展最為迅猛的東南沿海地區(qū)；年代際平均單站對流型暴雨雨量最低的且排在前三位的是V2青藏高原氣溫波動增強、降水量波動增強區(qū)、V1新疆山地—祁連山—內(nèi)蒙古高原氣溫波動減弱、降水量波動增強區(qū)和Ⅳ1藏東南山地—高原降水量波動增強、氣溫波動增強區(qū)。從地理位置來看，這三個二級氣候變化區(qū)劃分區(qū)主要分布在中國的西部地區(qū)，從行政區(qū)劃上來看，主要分布在新疆和西藏全境及內(nèi)蒙古和甘肅的部分地區(qū)，這里是身處中國內(nèi)陸腹地，水汽來源相比Ⅱ3南嶺東部丘陵山地氣溫波動減弱、降水量波動減弱區(qū)、Ⅱ2長江下游沿江平原—浙江—贛北—湘東降水量波動增強、氣溫波動減弱區(qū)和Ⅱ1淮河流域—長江下游平原氣溫波動減弱、降水量波動增強區(qū)缺乏。

在平均單站過程型暴雨雨量方面，從一級氣候變化區(qū)劃分區(qū)來看，年代際的平均單站過程型暴雨雨量從大到小依次是Ⅲ西南—華南干暖趨勢帶、Ⅱ華東—華中濕暖趨勢帶、I東北—華北暖干趨勢帶、Ⅳ藏東南—西南濕暖趨勢帶和V西北—青藏高原暖濕趨勢帶(圖6)。從二級氣候變化區(qū)劃分區(qū)來看，年代際平均單站過程型暴雨雨量最高的且排在前三位的依次是Ⅲ2秦嶺東部—鄂西山地氣溫波動增強、降水量波動減弱區(qū)、Ⅲ3云貴高原—南嶺西部山地丘陵降水量波動增強、氣溫波動增強區(qū)和Ⅲ1秦嶺西部山地—四川盆地氣溫波動增強、降水量波動減弱區(qū)；從地理位置來看，這三個二級氣候變化區(qū)劃分區(qū)主要分布在中國的中部和西南部地區(qū)；從行政區(qū)劃上來看，主要分布在四川、廣州和貴州地區(qū)。

圖4 基于中國氣候變化區(qū)劃的14個二級分區(qū)的平均

%

在平均單站對流型暴雨雨日方面，對流型暴雨雨日與對流型暴雨雨量具有類似的空間分布格局；在平均單站過程型暴雨雨日方面，從一級氣候變化區(qū)劃分區(qū)來看，年代際的平均單站過程型暴雨雨日從大到小依次是Ⅱ華東—華中濕暖趨勢帶、Ⅲ西南—華南干暖趨勢帶、I東北—華北暖干趨勢帶、Ⅳ藏東南—西南濕暖趨勢帶和V西北—青藏高原暖濕趨勢帶(圖4)，且Ⅱ華東—華中濕暖趨勢帶和Ⅲ西南—華南干暖趨勢帶遠大于其他分區(qū)；從二級氣候變化區(qū)劃分區(qū)來看，年代際平均單站過程型暴雨雨日最高的且排在前三位的依次是Ⅱ3南嶺東部丘陵山地氣溫波動減弱、降水量波動減弱區(qū)、Ⅱ2長江下游沿江平原—浙江—贛北—湘東降水量波動增強、氣溫波動減弱區(qū)和Ⅲ3云貴高原—南嶺西部山地丘陵降水量波動增強、氣溫波動增強區(qū)；從地理位置來看，這三個二級氣候變化區(qū)劃分區(qū)主要分布在中國長江以南的區(qū)域。

以上分析表明對流型暴雨在顯著增加，而過程型暴雨相比對流型暴雨則變化相對較小。對流型暴雨一般雨強相對較大，持續(xù)時間較短，在城市地區(qū)的午后常常發(fā)生。而以上分析中對流型暴雨顯著增加的區(qū)域都是人口集中，大都市區(qū)密集分布的地方。這表明全球變暖背景下人類活動可能在一定程度上加劇了對流型暴雨的顯著增加。而過程型暴雨一般是天氣過程的產(chǎn)物，其增加的地區(qū)主要集中在東南沿海臺風(fēng)登陸高發(fā)區(qū)和天氣氣旋的過程。這說明以快速城市化為表征的人類活動疊加全球氣候變暖和自然氣候因子是氣候變化的主要影響因素。

圖5 中國對流型暴雨和過程型暴雨年際變化

圖6 基于中國氣候變化區(qū)劃的14個二級分區(qū)的對流型暴雨和過程型暴雨的分區(qū)統(tǒng)計

3 結(jié)論和討論

3.1 結(jié) 論

(1) 從一級氣候變化區(qū)劃分區(qū)來看，年際和年代際的平均單站暴雨雨量和暴雨雨日從大到小依次是Ⅱ華東—華中濕暖趨勢帶、Ⅲ西南—華南干暖趨勢帶、I東北—華北暖干趨勢帶、Ⅳ藏東南—西南濕暖趨勢帶和V西北—青藏高原暖濕趨勢帶；從二級氣候變化區(qū)劃分區(qū)來看，年際和年代際平均單站暴雨雨量和暴雨雨日最高的且排在前三位的依次是Ⅱ3南嶺東部丘陵山地氣溫波動減弱、降水量波動減弱區(qū)、Ⅱ2長江下游沿江平原—浙江—贛北—湘東降水量波動增強、氣溫波動減弱區(qū)和Ⅲ3云貴高原—南嶺西部山地丘陵降水量波動增強、氣溫波動增強區(qū)；年際和年代際平均單站暴雨雨量和暴雨雨日最低的且排在前三位的是V2青藏高原氣溫波動增強、降水量波動增強區(qū)、V1新疆山地—祁連山—內(nèi)蒙古高原氣溫波動減弱、降水量波動增強區(qū)和Ⅳ1藏東南山地—高原降水量波動增強、氣溫波動增強區(qū)。

(2) 從暴雨變化趨勢來看，全國14個二級氣候變化區(qū)劃分區(qū)中總共有8個呈現(xiàn)增加趨勢，占全國總面積的69.04%；6個二級氣候變化區(qū)劃分區(qū)呈現(xiàn)減少趨勢，占全國總面積的30.96%。在降水趨勢減少的I1和Ⅲ3兩個二級氣候變化分區(qū)，平均單站暴雨雨量和暴雨雨日呈現(xiàn)增加趨勢；在降水趨勢增加的二級氣候變化分區(qū)Ⅳ1藏東南山地—高原降水量波動增強、氣溫波動增強區(qū)，平均單站暴雨雨量和暴雨雨日呈現(xiàn)減少趨勢?，F(xiàn)有的氣候變化區(qū)劃不能全面反映暴雨變化，需要增加極端降水的三級氣候變化區(qū)劃。

(3) 從全國整體來看，對流型暴雨占總暴雨的比例達80%以上，過程型暴雨僅占不到20%。在暴雨變化趨勢上，對流型暴雨和過程型暴雨都呈現(xiàn)增加的趨勢，但對流型暴雨增加的更顯著，且年際變化幅度小，波動?。贿^程型暴雨增加小，年際變化幅度大，波動大。對流型暴雨增加顯著的區(qū)域主要分布在人口密集和大都市聚集的地區(qū)。而過程型暴雨增加的地區(qū)則主要分布在東南沿海臺風(fēng)登陸高發(fā)區(qū)和天氣過程頻發(fā)的地區(qū)。表明人類活動可能在一定程度上加劇了暴雨的顯著增加。

3.2 討 論

(1) 氣候變化區(qū)劃的穩(wěn)定性問題。由于氣候變化區(qū)劃的結(jié)果與所選擇的時間尺度有很大的關(guān)系，即在不同時間尺度下，氣候變化區(qū)劃結(jié)果可能表現(xiàn)出較大差異。按照不同的氣候變化分區(qū)統(tǒng)計暴雨，會對暴雨的時空變化特征產(chǎn)生很大的差異。本文只采用了1961—2010年中國氣候變化整體表現(xiàn)的氣候變化分區(qū)，那么2010年以后的氣候變化是否在這5個一級趨勢變化區(qū)和14個二級波動特征區(qū)表現(xiàn)出相同的趨勢變化和波動特征，即現(xiàn)有的中國氣候變化區(qū)劃(1961—2010)在未來是否具有穩(wěn)定性，還有待于時間的進一步檢驗；未來的暴雨在現(xiàn)有的氣候變化分區(qū)表現(xiàn)出何種特征，也有待以時間的進一步檢驗。

(2) 氣候變化區(qū)劃的三級區(qū)劃：極端氣候事件。由于《中國氣候變化區(qū)劃(1961—2010)》一文中所采用的氣候波動特征指標(biāo)在一定程度上包含了暴雨事件的變化，但是還未能完全反映暴雨事件的變化；且氣候變化區(qū)劃是基于年值降水和氣溫數(shù)據(jù)，利用趨勢和波動特征對中國整體氣候變化進行的區(qū)劃，不能夠正確反映極端降水的變化趨勢。因此有必要針對暴雨進行氣候變化區(qū)劃的三級區(qū)劃，即極端氣候事件的區(qū)劃。

(3) 人類社會經(jīng)濟活動影響問題。中國暴雨變化不但受區(qū)域大氣可降水量和水汽通量及諸多大氣、海洋等氣候因子的影響，且越來越受到人類社會經(jīng)濟活動的影響。已有研究表明，當(dāng)前全球18%的強降水是由人類活動引起的全球變暖所導(dǎo)致的。隨著未來氣溫上升，這個比例還會增加；模擬結(jié)果顯示，如果氣溫比工業(yè)發(fā)展前的水平多升高2°C，那么人類活動將影響40%的極端降水[16]。因此，若要深刻理解中國暴雨在年際和年代際尺度上的顯著變化，還應(yīng)考慮人類社會經(jīng)濟活動的影響。伴隨著城市建成區(qū)面積的增加，地表景觀發(fā)生了重大改變。1996—2010年，中國城市個數(shù)年均增長率1.01%，建成區(qū)面積年均增長率7.91%。大規(guī)模城市數(shù)量和大面積建成區(qū)的增加有利于對流型暴雨的增加。伴隨能源使用的增加，年均霾日數(shù)增加。中國年均霾日數(shù)從1951年的2.3 d，增加到2010年的11.74 d，年均增長0.16 d，年均增長率為2.78%，1996—2010年年均增長0.37 d，年均增長率為4.21%。年均霾日數(shù)的增加，有利于降雨凝結(jié)核的形成，即也有利于對流型暴雨的增加。一方面在給定觀測的自然和人為強迫因子的條件下，合理再現(xiàn)和確認(rèn)大尺度區(qū)域暴雨年際和年代際變化的穩(wěn)健信號；另一方面，通過模擬研究加深不同氣候變化分區(qū)下人類活動對區(qū)域暴雨的熱力、動力、云物理等過程影響的科學(xué)理解；從而進一步揭示氣候變化的區(qū)域分異規(guī)律與暴雨災(zāi)害風(fēng)險之間的關(guān)系。

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StatisticalAnalysisofHeavyRainfallBasedonChina′sClimateChangeRegionalizationfrom1951to2010

KONG Feng1,2,3, Lü Lili1, FANG Jian6, FANG Jiayi3,4,5,WANG Yifei1, LIU Fan3,4,5, YING Zhuorong3,4,5

(1.ChinaMeteorologicalAdministrationTrainingCenter,Beijing100081,China; 2.ResearchCentreforStrategicDevelopment,ChinaMeteorologicalAdministration,Beijing100081,China; 3.StateKeyLaboratoryofEarthSurfaceProcessesandResourceEcology,BeijingNormalUniversity,Beijing100875,China; 4.AcademyofDisasterReductionandEmergencyManagement,MinistryofCivilAffairs&MinistryofEducation,Beijing100875,China;5.KeyLaboratoryofEnvironmentalChangeandNaturalDisaster,MinistryofEducationofChina,BeijingNormalUniversity,Beijing100875,China; 6.SchoolofResourceandEnvironmentalScience,WuhanUniversity,Wuhan430079,China)

Daily precipitation data from 659 meteorological observation stations were used to calculate the interannual and decadal heavy rainfall and heavy rainfall days in China. Then, based on China′s climate change regionalization (1961—2010), heavy rainfall in China was analyzed. The results show that in the increasing and decreasing trend of total precipitation fall in the region climate change regionalization in China, most of the heavy rainfall rendered the corresponding interannual and decadal increasing and decreasing trend. But there are also decreasing trend in total precipitation in I1temperature fluctuation increasing, precipitation fluctuation decreasing of Xiaoxinganling—Changbaishan Montain—Sanjiang Plain of Northeast China—North China warm-dry trend zone and Ⅲ3temperature fluctuation increasing, precipitation fluctuation increasing of Yunnan—Guizhou Plateau—Western Nanling Mountain—Hills of Southwest China—South China dry-warm trend zone and, whereas heavy rainfall shows increasing trend; on the contrary increasing trend in total precipitation fall in Ⅳ1temperature fluctuation increasing, precipitation fluctuation increasing of Southeast Tibet Mountain—Plateau of Southeast Tibet—Southwest China wet-warm trend zone, whereas heavy rainfall shows decreasing trend. The similar conclusions can be drawn under the short duration and long duration of heavy rainfall. It shows that the existing primary and secondary climate change regionalization (1961—2010) reflect the changes of heavy rainfall to a certain extent. But it still need to use extreme precipitation as an indicator of the three divisions of the China′s climate change regionalization (1961—2010) to analyze the heavy rainfall in China.

climate change regionalization; annual and decadal variation; heavy rainfall; spatial and temporal pattern; global scale

2016-07-26

：2016-08-21

國家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體項目“地表過程模型與模擬”(41621061)

孔鋒(1986—),男,山西臨汾人,博士,主要研究方向為區(qū)域暴雨診斷及其成因機制研究。E-mail:kongfeng0824@qq.com

P333.2

：A

：1005-3409(2017)05-0189-08