唐傳師 ， 甘瑞杰 , 程宗佩 , 馬鋒敏

1. 南昌市氣象局， 江西 南昌 330038

2. 江西省氣候中心， 江西 南昌 330096

0 引 言

江西省地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，是暴雨頻發(fā)、多發(fā)省份之一，暴雨常常導(dǎo)致嚴重的洪澇災(zāi)害，造成國民經(jīng)濟和人民生命財產(chǎn)的巨大損失。如2020年7月7—10日江西省出現(xiàn)連續(xù)區(qū)域性大暴雨天氣過程，雨量之多排歷史同期第一位，區(qū)域性大暴雨持續(xù)時間和縣市站次均為1961年以來歷史之最，致使全省99個縣(市、區(qū))746.8萬人受災(zāi)，緊急轉(zhuǎn)移安置70.2萬人，需緊急生活救助30.3萬人，農(nóng)作物受災(zāi)面積7.38×105hm2，絕收1.86×105hm2，倒塌房屋950戶1 866間，嚴重損壞房屋3 796戶7 245間，一般損壞房屋1.81萬戶2.39萬間，直接經(jīng)濟損失245.7億元。因此，暴雨預(yù)報服務(wù)是我國南方地區(qū)暴雨洪澇防災(zāi)減災(zāi)的重中之重，加強暴雨方面的研究有著迫切的業(yè)務(wù)與服務(wù)需求和防災(zāi)減災(zāi)意義。

近幾年，許多氣象工作者開展了全國或區(qū)域暴雨氣候變化特征方面的研究，取得了有意義的研究成果。鮑名等(2006)研究了1961—2000年我國暴雨發(fā)生頻率的變化特征，指出我國夏季暴雨多發(fā)生在長江中下游、華南、四川中東部、黃淮地區(qū)和華北東部，夏季暴雨發(fā)生頻率具有明顯的年代際變化，且各地區(qū)暴雨的年代際變化有一定差異，東部季風(fēng)區(qū)夏季暴雨與洪澇的關(guān)系非常密切。伍紅雨等(2011)研究了華南地區(qū)暴雨的氣候特征，指出72%的華南暴雨發(fā)生在汛期，華南年平均暴雨日數(shù)和暴雨強度有微弱上升趨勢。李施穎等(2016)研究了1980—2014年云貴高原暴雨的特征，指出云貴高原的暴雨貢獻率為5%—20%，暴雨量未出現(xiàn)明顯變化趨勢。劉毅等(2020)指出重慶暴雨日數(shù)變化趨勢不明顯，年平均暴雨強度和貢獻率在增加。王琪等(2020)指出湖南年暴雨與大暴雨日數(shù)、強度及對降水的貢獻率在1981—2017年呈顯著上升趨勢。

江西省也有不少氣象工作者從以下幾個方面開展了關(guān)于暴雨的相關(guān)研究，單九生等(2007)通過分析江西省致洪暴雨天氣形勢特征，根據(jù)中低層天氣形勢特征分型建立了致洪暴雨的預(yù)報模式；尹潔等(2004)對江西省主汛期53個連續(xù)暴雨過程中的阻塞高壓、副高等系統(tǒng)的活動規(guī)律及連續(xù)暴雨的動力、熱力條件分布特征進行了分析,并利用歐洲中心數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品建立了汛期連續(xù)暴雨中期預(yù)報模型；鄒海波等(2013)分析了江西省82次持續(xù)性強降雨過程的年代際變化以及空間分布特征，指出江西省持續(xù)性強降雨的大尺度背景環(huán)流形勢主要劃分為低槽型、南槽北脊型、臺風(fēng)型和轉(zhuǎn)換型等4種類型；馬鋒敏等(2013)對江西省汛期極端降水的空間模態(tài)特征及其影響機制進行了分析，指出赤道東太平洋前期5—6月和冬季的海表溫度與江西省汛期極端降水存在明顯的正相關(guān)；孫素琴等(2016)對江西省汛期暴雨時空特征進行了分析，將汛期區(qū)域性暴雨分為6種分布型態(tài)。同時還有不少氣象工作者開展了江西暴雨個例研究(孫素琴等，2015；詹華斌等，2015；周雨等，2016；孫素琴等，2017；胡洋等，2019；許彬等，2019；凌婷等，2020)。暴雨和極端降水的預(yù)報一直是江西汛期防汛會商的重點，也是決策服務(wù)中的難點。但目前關(guān)于江西省暴雨日數(shù)、強度、貢獻率等總體氣候特征和降水極值及其變化規(guī)律的研究較少。文中利用江西省83個國家氣象觀測站的逐日降水資料，分析暴雨日數(shù)、強度、貢獻率等的氣候特征及其變化規(guī)律，并進一步分析不同重現(xiàn)期的降水極值問題。這些研究將有助于了解江西暴雨變化特征，對暴雨預(yù)報與暴雨災(zāi)害評估有直接的指示作用，以期為開展防洪防澇、減災(zāi)氣象服務(wù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

文中選取1961—2020年江西省83站國家氣象觀測站的日降水量資料，日降水量大于等于50 mm為一個暴雨日，暴雨降水量定義為暴雨期間降水量之和，暴雨強度定義為暴雨降水量與暴雨頻次之比，暴雨貢獻率定義為暴雨降水量與年降水總量之比。采用線性傾向估計法，分析暴雨日數(shù)、暴雨降水量、暴雨貢獻率的變化趨勢；采用年最大值法以及耿貝爾Ι型極值分布理論(戴有學(xué)等，2017)，進行不同重現(xiàn)期的降水極值分析。

2 暴雨時空分布特征

2.1 暴雨日數(shù)

圖1a為1961—2020年江西省83站年平均暴雨日數(shù)空間分布，從氣候分布上，江西省各地年平均暴雨日數(shù)存在明顯的差異，總體呈現(xiàn)“東北多、西南少”的分布特征。江西省年均暴雨日數(shù)為3.3—7.5 d，年均暴雨日數(shù)以九江廬山7.5 d最多，其次為上饒婺源、德興、弋陽7.3 d，上饒為暴雨高發(fā)中心，各站年平均暴雨日數(shù)大多在6 d以上；年均暴雨日數(shù)最少為吉安遂川、泰和兩地，均為3.3 d，吉安和贛州為暴雨發(fā)生次數(shù)較少的地區(qū)，各站年均暴雨日數(shù)大部分在5 d以下。

為了了解暴雨日數(shù)的長期時空變化特征，對江西省83站逐年暴雨日數(shù)進行線性傾向分析，得到年暴雨日數(shù)傾向率空間分布(圖1b)。從分析結(jié)果可以看出，江西省除2站年暴雨日數(shù)傾向率小于0(贛州瑞金暴雨日數(shù)傾向率為-0.10 d/(10 a)，宜春上高暴雨日數(shù)傾向率為-0.07 d/(10 a))，其他所有站點年暴雨日數(shù)傾向率均大于0，表明在全球氣候變暖的大背景下，江西省絕大部分地區(qū)年暴雨日數(shù)均呈增加趨勢。同時，年暴雨日數(shù)增加趨勢呈現(xiàn)東部和東北部快速增加，西部和南部增速略慢的態(tài)勢。增速較快的撫州、景德鎮(zhèn)和上饒等地以0.30—0.80 d/(10 a)的趨勢增加，撫州南城0.88 d/(10 a)為最大，其次為撫州資溪(0.57 d/(10 a))、景德鎮(zhèn)(0.53 d/(10 a))、上饒婺源(0.51 d/(10 a))等地；宜春和贛州等地以0.10—0.20 d/(10 a)的趨勢增加,增速略慢。值得注意的是，江西省東北地區(qū)既是暴雨的高發(fā)中心，也是暴雨日數(shù)的增長中心，以0.30—0.50 d/(10 a)的增速增加；吉安暴雨發(fā)生次數(shù)偏少，其暴雨日數(shù)增速為0.20—0.40 d/(10 a)。

圖1 1961—2020年江西省年平均暴雨日數(shù)(a，單位:d)和年暴雨日數(shù)傾向率(b，單位:d/(10 a))分布

2.2 暴雨降水量

對1961—2020年江西省83站暴雨降水量進行分析，得到各站年平均暴雨降水量空間分布以及暴雨貢獻率空間分布(圖2a、b)。分析可知，江西省各地年平均暴雨降水量和暴雨貢獻率分布形態(tài)較為一致，呈現(xiàn)“東北多、西南少”的分布特征。江西省年平均暴雨降水量達231.7—633.3 mm，最大值633.3 mm出現(xiàn)在廬山，其次婺源為582.6 mm、德興564.9 mm；最小出現(xiàn)在遂川為231.7 mm，其次為泰和240.7 mm、萬安254.5 mm。江西省年平均暴雨貢獻率為14.9%—29.8%，最大出現(xiàn)在廬山為29.8%，其次為婺源29.0%、景德鎮(zhèn)28.9%；最小出現(xiàn)在遂川為14.9%，其次為泰和16.2%、井岡山16.5%。景德鎮(zhèn)和上饒為年暴雨降水量高值區(qū)，年均441.6—582.6 mm，其暴雨貢獻率也對應(yīng)高值區(qū)，為25.8%—29.0%；贛州北部和吉安南部為暴雨降水量低值區(qū)，年均231.7—277.8 mm，其暴雨貢獻率也對應(yīng)低值區(qū)，為14.9%—18.4%；其他地區(qū)年均暴雨降水量300.0—450.0 mm，其暴雨貢獻率為22.0%—26.0%。

為了了解年暴雨降水量及暴雨貢獻率長期時空變化情況，對江西省83站逐年暴雨降水量及暴雨貢獻率進行線性傾向分析，得到各站暴雨降水量傾向率空間分布以及暴雨貢獻率傾向率空間分布(圖2c、d)。通過對各站逐年暴雨降水量進行分析發(fā)現(xiàn)，暴雨降水量傾向率分布有2個呈明顯增長趨勢的中心，一個高增長中心是撫州市，其中南城暴雨降水量增長幅度最大達60.3 mm/(10 a)，其次資溪增長幅度為50.3 mm/(10 a)；另一個高增長中心是景德鎮(zhèn)和上饒婺源，其中景德鎮(zhèn)暴雨降水量增長幅度為49.6 mm/(10 a)，婺源為47.1 mm/(10 a)。暴雨降水量低值區(qū)的贛州北部和吉安南部以20—30 mm/(10 a)的中等幅度增長。另外，暴雨降水量增長趨勢不明顯的地區(qū)位于宜春、萍鄉(xiāng)、新余、贛州南部等地，其暴雨降水量傾向率大部分都小于10.0 mm/(10 a)。

圖2 1961—2020年江西省年平均暴雨降水量(a，單位:mm)、暴雨貢獻率(b，單位:%)、暴雨降水量傾向率(c，單位:mm/(10 a))、暴雨貢獻率傾向率(d，單位:%/(10 a))分布

分析各站逐年暴雨貢獻率發(fā)現(xiàn)，暴雨貢獻率有3個明顯的增長中心，一個是撫州，增長幅度為1.5%/(10 a)—2.5 %/(10 a)，其中南城暴雨貢獻率增長幅度最大為2.5 %/(10 a)，其次資溪增長幅度為1.7 %/(10 a)；第二個中心是景德鎮(zhèn)和上饒，增長幅度為1.3 %/(10 a)—1.8 %/(10 a)，其中景德鎮(zhèn)暴雨貢獻率增長幅度最大，為1.8 %/(10 a)，其次上饒婺源增長幅度為1.5 %/(10 a)；第三個高增長中心是暴雨貢獻率為低值區(qū)的贛州北部和吉安南部，增長幅度為1.2 %/(10 a)—1.4 %/(10 a)，其中石城增長幅度最大為1.4 %/(10 a)，其次興國增長幅度為1.3 %/(10 a)。九江西部、宜春、萍鄉(xiāng)、新余、贛州中南部等地的增長趨勢不明顯，暴雨貢獻率傾向率大多低于0.5 %/(10 a)。

2.3 暴雨降水強度

對1961—2020年江西省83站暴雨降水量及暴雨頻次進行分析，得到各站平均暴雨強度空間分布以及暴雨強度傾向率空間分布(圖3)。分析發(fā)現(xiàn)，江西省各地平均暴雨強度呈北部大、南部小的分布特征。平均暴雨強度的高值中心在上饒、景德鎮(zhèn)、南昌、九江東部等地，平均暴雨強度為76—80 mm；低值中心在贛州北部，平均暴雨強度為68—70 mm；其他地區(qū)平均暴雨強度大部在72—76 mm。而暴雨強度長期變化則呈現(xiàn)西部增強、東部減弱的趨勢。暴雨強度變化有3個明顯的強度增強中心，贛州北部有一個2.7—3.2 mm/(10 a)的強度增長中心，在宜春和鷹潭也分別有一個2.5—2.9 mm/(10 a)和2.1—2.3 mm/(10 a)的強度增長中心。而在上饒、九江東部，有一個-2.4—-1.9 mm/(10 a)的強度負增長中心，在撫州有一個-0.5—-1.1 mm/(10 a)的強度負增長中心。綜上所述，在平均暴雨強度低值區(qū)的贛州北部，其暴雨強度呈現(xiàn)明顯的增長趨勢，而在平均暴雨強度高值區(qū)的上饒、九江東部，其暴雨強度呈現(xiàn)負增長趨勢。

圖3 1961—2020年江西省平均暴雨強度(a，單位：mm)、暴雨強度傾向率(b，單位：mm/(10 a))分布

3 日雨量極值特征

圖4為1961—2020年江西省83站日雨量極值空間分布。從日雨量極值空間分布來看，江西省日雨量極值大致呈現(xiàn)東北部大、西南部小的分布特點。日雨量極值有3個高值中心，以宜春靖安為最大達399.7 mm，其次分別為撫州廣昌393.8 mm和景德鎮(zhèn)364.6 mm；日雨量極值高值區(qū)主要分布在景德鎮(zhèn)、上饒、宜春和撫州一帶，為260—300 mm；低值區(qū)在吉安南部以及贛州中北部，日雨量極值為150—180 mm；其他地區(qū)大部為180—240 mm。

圖4 1961—2020年江西省日雨量極值分布(單位：mm)

根據(jù)1961—2020年江西省各站年最大日雨量，采用年最大值法以及耿貝爾Ι型極值分布理論，按照5、10、50、100 a的重現(xiàn)期進行極值分析，給出江西省不同重現(xiàn)期日雨量極值空間分布(圖5)。分析可見，江西省不同重現(xiàn)期的日雨量極值空間分布較為一致，均呈現(xiàn)東北大、西南小的特征，高值區(qū)主要分布在上饒、景德鎮(zhèn)和撫州一帶，低值區(qū)主要在吉安南部和贛州。5 a一遇的極值高值區(qū)為180—190 mm，低值區(qū)為100—120 mm；10 a一遇的極值高值區(qū)為180—200 mm，低值區(qū)為120—140 mm；50 a一遇的極值高值區(qū)為240—300 mm，低值區(qū)為160—200 mm；100 a一遇的極值高值區(qū)為270—330 mm，低值區(qū)為180—210 mm。

圖5 江西省5(a)、10(b)、50(c)和100(d) a重現(xiàn)期日雨量極值空間分布(單位：mm)

為了了解江西各地市日雨量不同重現(xiàn)期極值情況，每年從各市所轄縣區(qū)挑選出本市年最大日雨量，得到江西省11個地市1961—2020年逐年最大日雨量，采用年最大值法以及耿貝爾Ι型極值分布理論，按照5、10、50、100 a的重現(xiàn)期進行極值分析，給出江西省11市不同重現(xiàn)期日雨量極值分布(表1)。從表1可以看出，江西省11個市5 a一遇的日雨量極值為151.4—232.7 mm，10 a一遇的日雨量極值為146.8—271.2 mm，50 a一遇的日雨量極值為187.5—355.9 mm，100 a一遇的日雨量極值為204.7—391.8 mm。江西全省5 a一遇的日雨量極值為295.6 mm，10 a一遇的日雨量極值為332.4 mm，50 a一遇的日雨量極值為413.5 mm，100 a一遇的日雨量極值為447.7 mm。

表1 1961—2020年江西省各地區(qū)不同重現(xiàn)期日雨量極值(單位：mm)

4 結(jié) 論

文中利用1961—2020年江西省83站國家氣象觀測站的日雨量資料，對江西省各地年平均暴雨日數(shù)、暴雨降水量、暴雨貢獻率、暴雨強度等變化特征進行了研究和分析，并采用年最大值法以及耿貝爾Ι型極值分布理論，進行給定重現(xiàn)期極值分析。主要結(jié)論如下：

1) 江西省各地年平均暴雨日數(shù)總體呈現(xiàn)西南向東北遞增分布，且呈增加趨勢，具體表現(xiàn)為西部和南部增加略慢，東部和東北部快速增加的態(tài)勢；尤其是江西省東北地區(qū)既是暴雨高發(fā)中心，也是暴雨日數(shù)增長中心。

2) 江西省各地年平均暴雨降水量和暴雨貢獻率一致呈現(xiàn)東北多、西南少分布。景德鎮(zhèn)和上饒既是暴雨降水量高值區(qū)，也是暴雨貢獻率高值區(qū)，同時還是暴雨降水量和暴雨貢獻率增長中心；贛州北部和吉安南部既是暴雨降水量低值區(qū)，也是暴雨貢獻率低值區(qū)，但其暴雨降水量及暴雨貢獻率也呈現(xiàn)較明顯的增長趨勢。

3) 江西省各地平均暴雨強度呈現(xiàn)較明顯的北部大、南部小的分布特征，暴雨強度長期變化呈現(xiàn)西部增強，東部減弱的趨勢。

4) 江西省不同重現(xiàn)期的日雨量極值一致呈現(xiàn)東北大、西南小分布，高值區(qū)主要分布在上饒、景德鎮(zhèn)和撫州一帶，低值區(qū)主要在吉安南部和贛州。