周 藝 孫巍巍 蔡英群

(寧德市氣象局，福建 寧德 352100)

0 引言

臺(tái)風(fēng)是影響福建最嚴(yán)重的災(zāi)害性天氣之一，臺(tái)風(fēng)帶來的大風(fēng)、暴雨、風(fēng)暴潮和巨浪等災(zāi)害， 常常造成重大人員傷亡和巨大的經(jīng)濟(jì)損失[1]。有統(tǒng)計(jì)表明，福建沿海地區(qū)年平均臺(tái)風(fēng)降水對(duì)年總降水的貢獻(xiàn)率達(dá)20%～30%，臺(tái)風(fēng)大暴雨日數(shù)占總大暴雨日數(shù)的30%～50%[2]。臺(tái)風(fēng)帶來的強(qiáng)降水特點(diǎn)有降水范圍廣、強(qiáng)度強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，其引發(fā)的山洪、地質(zhì)災(zāi)害危害極大[3]。

研究表明，長(zhǎng)三角、珠三角地區(qū)受臺(tái)風(fēng)影響的過程雨量年極值自20世紀(jì)70年代開始緩慢上升，表明近年來臺(tái)風(fēng)引起的降水在增加，我國熱帶氣旋降水的極端性存在明顯增加趨勢(shì)[4]。而在福建，無論是出現(xiàn)極端強(qiáng)降水的臺(tái)風(fēng)個(gè)數(shù)還是臺(tái)風(fēng)極端強(qiáng)降水的出現(xiàn)次數(shù)，都有隨時(shí)間增多的趨勢(shì)[5]。寧德地區(qū)位于福建省東北部沿海，常被稱為閩東地區(qū)，受福建山地地形作用，山脈以東的臺(tái)風(fēng)暴雨發(fā)生概率要大大高于山脈西側(cè)地區(qū)[6]，故寧德地區(qū)常為福建臺(tái)風(fēng)降水最強(qiáng)的地區(qū)。目前已有關(guān)于寧德地區(qū)臺(tái)風(fēng)降水特征的研究，對(duì)臺(tái)風(fēng)個(gè)例影響寧德地區(qū)的極端性降水研究也非常多，但對(duì)于寧德地區(qū)本地的極端降水臺(tái)風(fēng)的選取與研究仍為空白。對(duì)于氣候極值變化的研究，國內(nèi)許多專家學(xué)者引進(jìn)了國際上通常采用的百分位法：取某個(gè)百分位值作為閾值，超過閾值的值被認(rèn)為是極值，該事件被認(rèn)為是極端事件。本文統(tǒng)計(jì)了1990—2019年登陸福建的臺(tái)風(fēng)，利用寧德地區(qū)9個(gè)國家基本觀測(cè)站日降水資料，首先分析了登陸福建的臺(tái)風(fēng)對(duì)寧德地區(qū)降水影響的分布規(guī)律，再通過95百分位法對(duì)寧德地區(qū)臺(tái)風(fēng)極端降水進(jìn)行初步的閾值研究，分析其時(shí)空分布特征，對(duì)日后寧德地區(qū)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害庫的建立打下基礎(chǔ)，也為將來可能在寧德地區(qū)發(fā)生極端降水的臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)提供判斷依據(jù)。

1 資料分析與處理

本文統(tǒng)計(jì)了1990—2019年進(jìn)入我國24小時(shí)警戒線的臺(tái)風(fēng)，選取登陸福建的55個(gè)臺(tái)風(fēng)研究其對(duì)寧德地區(qū)的降水影響。利用寧德地區(qū)9個(gè)國家基本站的日降水量資料，參考江漫、漆梁波[7]確定臺(tái)站臺(tái)風(fēng)極端降水閾值的方法， 本文關(guān)于登陸福建的臺(tái)風(fēng)對(duì)閩東地區(qū)各縣市(區(qū))“單站臺(tái)風(fēng)極端降水閾值”選取方法如下：對(duì)于每個(gè)測(cè)站，把1990—2019年登陸福建臺(tái)風(fēng)影響閩東地區(qū)的臺(tái)風(fēng)日降水量所有樣本按從小到大排序，取日降水量≥0.1mm的子樣本的第95個(gè)百分位的日降水量，確定為該站的臺(tái)風(fēng)極端降水閾值。當(dāng)臺(tái)風(fēng)造成的日降水量大于單站臺(tái)風(fēng)極端降水閾值時(shí)，可以認(rèn)為該站出現(xiàn)了臺(tái)風(fēng)極端降水，將站點(diǎn)的臺(tái)風(fēng)日降水達(dá)到或大于該臺(tái)風(fēng)極端降水閾值的日期定義為該站的單站臺(tái)風(fēng)極端降水日。因?qū)幍碌貐^(qū)共有9個(gè)縣市(區(qū))，本文將在寧德地區(qū)出現(xiàn)了5個(gè)及以上站次的臺(tái)風(fēng)極端降水日的臺(tái)風(fēng)定義為“寧德地區(qū)的極端降水臺(tái)風(fēng)”，當(dāng)同一天出現(xiàn)5個(gè)及以上“單站臺(tái)風(fēng)極端降水日”時(shí)，則定義為該臺(tái)風(fēng)的“極端降水日”。

2 登陸福建臺(tái)風(fēng)統(tǒng)計(jì)

統(tǒng)計(jì)1990年—2019年臺(tái)風(fēng)，進(jìn)入我國24小時(shí)警戒線的臺(tái)風(fēng)共有298個(gè)，平均每年9.9個(gè)。登陸福建的臺(tái)風(fēng)有55個(gè)，平均每年1.8個(gè)，其中有34個(gè)先登陸臺(tái)灣后再次登陸福建，占登陸福建臺(tái)風(fēng)數(shù)量的61.8%；臺(tái)風(fēng)中心經(jīng)過寧德地區(qū)的有19個(gè)，占登陸福建臺(tái)風(fēng)數(shù)的34.5%，登陸寧德的有6個(gè)，登陸強(qiáng)度最強(qiáng)為強(qiáng)臺(tái)風(fēng)(1323“菲特”)，經(jīng)過寧德強(qiáng)度最強(qiáng)為超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)(0608“桑美”)，其中9017號(hào)和1323號(hào)臺(tái)風(fēng)未經(jīng)過臺(tái)灣直接登陸寧德地區(qū)。登陸福建臺(tái)風(fēng)個(gè)數(shù)最多的年份為2010年(5個(gè))，而1991年、1993年、1995年、2002年無臺(tái)風(fēng)登陸福建。

從近30年進(jìn)入福建的55個(gè)臺(tái)風(fēng)的月際分布來看，最多的是8月，共有19個(gè)；其次為7月(15個(gè))與9月(12個(gè))，5～10月均有臺(tái)風(fēng)進(jìn)入福建，其余月份無登陸福建的臺(tái)風(fēng)(見圖1)。

圖1 1990—2019年各月份登陸福建臺(tái)風(fēng)個(gè)數(shù)

臺(tái)風(fēng)的影響程度因其登陸地點(diǎn)不同有明顯差異[8]，不同的登陸地點(diǎn)對(duì)其在寧德地區(qū)的強(qiáng)降水發(fā)生概率也會(huì)有所差別。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，臺(tái)風(fēng)登陸福建地點(diǎn)存在登陸后重新入海再二次或三次登陸福建，還有登陸浙江或廣東后進(jìn)入福建的情況，故將55個(gè)登陸福建的臺(tái)風(fēng)按首次登陸福建的地點(diǎn)分為4類:①寧德地區(qū)，②福州地區(qū)，③莆田到泉州區(qū)域，④廈門到漳州區(qū)域。由表1可見，首次進(jìn)入福建的臺(tái)風(fēng)中，廈門到漳州區(qū)域的臺(tái)風(fēng)個(gè)數(shù)最多，為17個(gè)，占進(jìn)入福建臺(tái)風(fēng)總數(shù)的30.9%；其次為福州地區(qū)、莆田到泉州區(qū)域，均為15個(gè)，占臺(tái)風(fēng)總數(shù)量的27.3%；登陸寧德地區(qū)的臺(tái)風(fēng)數(shù)量最少，僅為8個(gè)。

表1 1990—2019年登陸福建臺(tái)風(fēng)首次登陸福建地點(diǎn)分布

3 登陸福建的臺(tái)風(fēng)對(duì)寧德地區(qū)降水影響

55個(gè)登陸福建的臺(tái)風(fēng)在寧德地區(qū)的降水與近30年的逐年總降水量對(duì)比分析，1990—2019年寧德地區(qū)年平均降水量為16680.8mm，登陸福建臺(tái)風(fēng)的臺(tái)風(fēng)日在寧德地區(qū)年平均降水量為1918.1mm，占總平均降水量的10.8%，將年降水量按升序排列發(fā)現(xiàn)，年總降水量最小的前三年中，有兩年為無臺(tái)風(fēng)進(jìn)入福建省的年份(1991年、1993年)。登陸福建臺(tái)風(fēng)個(gè)數(shù)大于3個(gè)的年份，臺(tái)風(fēng)降水在全年降水的占比大于16%(圖2)，但2010年為登陸福建省臺(tái)風(fēng)數(shù)量最多的一年，但這5個(gè)臺(tái)風(fēng)對(duì)寧德地區(qū)的降水貢獻(xiàn)率僅為全年總降水量的5.6%。

圖2 1990—2019年登陸福建臺(tái)風(fēng)個(gè)數(shù)與寧德地區(qū)降水量

統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，2010年登陸福建的5個(gè)臺(tái)風(fēng)登陸點(diǎn)均在泉州和漳州，距離寧德地區(qū)較遠(yuǎn)，降水影響較弱，故這5個(gè)臺(tái)風(fēng)對(duì)寧德地區(qū)的累計(jì)雨量較小。且該年登陸福建省的臺(tái)風(fēng)時(shí)間均相對(duì)常年較遲，最早登陸福建的臺(tái)風(fēng)為1008號(hào)臺(tái)風(fēng)“南川”，于2010年9月1日登陸；最遲登陸福建的臺(tái)風(fēng)為1013號(hào)臺(tái)風(fēng)“鲇魚”，于2010年10月23日登陸。由于臺(tái)風(fēng)登陸時(shí)間對(duì)寧德地區(qū)的臺(tái)風(fēng)降水影響有關(guān)，本文對(duì)進(jìn)入福建臺(tái)風(fēng)影響寧德地區(qū)的月際降水量分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

根據(jù)寧德市9個(gè)國家基本站降水資料進(jìn)行的臺(tái)風(fēng)降水月際統(tǒng)計(jì)，臺(tái)風(fēng)的30年累計(jì)逐月總降水量最多的為8月(26526.0mm)，其次為7月(17051.0mm)，其余月份遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于7月、8月，均在10000mm以下。由于每個(gè)月登陸福建的臺(tái)風(fēng)數(shù)量大不相同，故將臺(tái)風(fēng)的逐月總降水量按逐月登陸福建臺(tái)風(fēng)的個(gè)數(shù)降水平均，得出逐月平均每個(gè)臺(tái)風(fēng)降水量，發(fā)現(xiàn)其規(guī)律與總降水量相似，仍是8月最大，為1396.1mm，第二亦為7月(1136.7mm)，其余月份在800mm以下(圖3)。這說明8月和7月不僅是進(jìn)入福建臺(tái)風(fēng)最多的月份，還是臺(tái)風(fēng)降水最強(qiáng)的月份。故不同月份登陸的臺(tái)風(fēng)會(huì)對(duì)寧德地區(qū)的臺(tái)風(fēng)降水強(qiáng)度有較大影響，2010年登陸福建臺(tái)風(fēng)最多，而對(duì)寧德地區(qū)的降水影響較弱的原因之二。

圖3 1990—2019年登陸福建臺(tái)風(fēng)影響寧德地區(qū)的月際降水量

有研究發(fā)現(xiàn)[4]，寧德地區(qū)最經(jīng)常出現(xiàn)的分布類型為兩個(gè)中心型臺(tái)風(fēng)降水，兩個(gè)降水中心分別出現(xiàn)在蕉城(即寧德)西部，以及福鼎、柘榮和霞浦的交界附近區(qū)域。將寧德地區(qū)各縣市(區(qū))對(duì)于近30年進(jìn)入福建臺(tái)風(fēng)影響寧德地區(qū)的臺(tái)風(fēng)日，取日降水量≥0.1mm的子樣本作降水日平均，在9個(gè)縣市(區(qū))中日平均雨量大于50mm的縣市(區(qū))有4個(gè)，也出現(xiàn)了柘榮與蕉城兩個(gè)強(qiáng)降水中心，其中柘榮的降水量為92.3mm，遠(yuǎn)大于蕉城(60.3mm)。由于寧德地區(qū)多山脈，山脈地形作用在一定程度上會(huì)急劇加強(qiáng)臺(tái)風(fēng)及其殘渦的暴雨，大型山脈向風(fēng)坡的地形輻合線往往是產(chǎn)生中小尺度 (包括龍卷) 強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)的源 (Sources)。強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)一個(gè)一個(gè)在此產(chǎn)生移出，加強(qiáng)暴雨[4，9]。從寧德市地形圖可以看出(圖5)，福鼎、柘榮、福安和霞浦的交界處和蕉城的西部以及周寧中部海拔較高，福鼎、柘榮和蕉城都位于山脈東側(cè)，在偏東氣流下被地形強(qiáng)迫抬升，對(duì)降水有很強(qiáng)的增幅作用，臺(tái)風(fēng)暴雨常出現(xiàn)在柘榮與蕉城。由于太姥山附近的風(fēng)速往往比臺(tái)風(fēng)中心附近的風(fēng)速更大[1]，而柘榮縣正處太姥山西部，臺(tái)風(fēng)環(huán)流北部的偏東氣流到達(dá)柘榮縣東部的地形動(dòng)力抬升比蕉城附近更強(qiáng)，對(duì)降水的增幅更大，所以柘榮的臺(tái)風(fēng)暴雨遠(yuǎn)大于其他縣市(區(qū))。由于古田與屏南為寧德市內(nèi)陸最西部的兩個(gè)縣，中心經(jīng)過這兩個(gè)縣的臺(tái)風(fēng)個(gè)數(shù)少，且經(jīng)過時(shí)的強(qiáng)度以熱帶風(fēng)暴～熱帶低壓為主，所以臺(tái)風(fēng)日平均雨量相對(duì)較小，尤其是古田縣僅為24.9mm。

圖4 1990—2019年進(jìn)入福建臺(tái)風(fēng)日平均降水量

圖5 寧德市地形圖

4 登陸福建的臺(tái)風(fēng)在寧德地區(qū)的臺(tái)風(fēng)極端降水閾值特征

從進(jìn)入福建的臺(tái)風(fēng)在寧德地區(qū)的單站臺(tái)風(fēng)極端降水閾值分布(圖6)可見，臺(tái)風(fēng)日極端降水閾值的極大值與極小值出現(xiàn)的地點(diǎn)與臺(tái)風(fēng)日平均降水相同，臺(tái)風(fēng)日極端降水閾值最大值為柘榮(271.6mm)，最小值為古田(70.3mm)。臺(tái)風(fēng)日極端降水閾值與臺(tái)風(fēng)日平均降水的明顯不同點(diǎn)在于僅出現(xiàn)了柘榮一個(gè)極大值中心，第二為柘榮東部的福鼎(194mm)，可見柘榮的極端降水閾值遠(yuǎn)大于其他站點(diǎn)。吳啟樹等[10]研究發(fā)現(xiàn)，降水量的增幅與山脈坡度和正交氣流速度乘積成正比。由于臺(tái)風(fēng)在太姥山附近的風(fēng)速大[1]，柘榮縣東部太姥地形坡度陡，呈南北走向，臺(tái)風(fēng)北部偏東氣流與其陡度的正交氣流比其余山脈的更強(qiáng)，所以在臺(tái)風(fēng)環(huán)流的影響下，地形對(duì)柘榮降水量的增幅作用是寧德地區(qū)最強(qiáng)的。臺(tái)風(fēng)日極端降水閾值分布與臺(tái)風(fēng)日平均降水分布還有一個(gè)共同特征，就是寧德中部的福安市降水量相對(duì)于周邊縣市(區(qū))明顯偏小。由于寧德地區(qū)地形復(fù)雜，福鼎、柘榮、福安和霞浦的交界處海拔較高，而壽寧的東南部到福安中部地區(qū)為谷區(qū)(圖5)，當(dāng)臺(tái)風(fēng)北部的偏東氣流經(jīng)過福安時(shí)為背風(fēng)坡，呈下沉氣流，導(dǎo)致降水減弱，出現(xiàn)了福安的臺(tái)風(fēng)降水低值中心。而古田地區(qū)同樣也處于屏南到蕉城一帶的山脈西部的谷區(qū)，且古田地處內(nèi)陸地區(qū)，故臺(tái)風(fēng)對(duì)古田的降水影響明顯小于其他縣市(區(qū))。

圖6 1990—2019年進(jìn)入福建臺(tái)風(fēng)單站臺(tái)風(fēng)極端降水閾值

5 登陸福建的臺(tái)風(fēng)在寧德地區(qū)的極端降水臺(tái)風(fēng)

將站點(diǎn)的臺(tái)風(fēng)日降水達(dá)到或大于該臺(tái)風(fēng)極端降水閾值的日期定義為該站的“單站臺(tái)風(fēng)極端降水日”。從近30年進(jìn)入福建臺(tái)風(fēng)對(duì)寧德地區(qū)各站點(diǎn)的臺(tái)風(fēng)極端降水日的月際分布來看，單站臺(tái)風(fēng)極端降水日出現(xiàn)站次最多的為8月，各占總臺(tái)風(fēng)極端降水日站次的57.3%，10月最少，僅為3站次。1990—2019年登陸福建的臺(tái)風(fēng)中，寧德地區(qū)同時(shí)出現(xiàn)5個(gè)及以上站次的臺(tái)風(fēng)極端降水日共有5個(gè)，分別為9012號(hào)臺(tái)風(fēng)“Yancy”，0708號(hào)臺(tái)風(fēng)“圣帕”，0808號(hào)臺(tái)風(fēng)“鳳凰”，1513號(hào)臺(tái)風(fēng)“蘇迪羅”，1617號(hào)臺(tái)風(fēng)“鲇魚”(表2)。

表2 1990—2019年寧德地區(qū)極端降水臺(tái)風(fēng)統(tǒng)計(jì)

從表2可以看出，寧德地區(qū)極端降水臺(tái)風(fēng)路徑相似，都經(jīng)過了臺(tái)灣島后二次登陸福州至泉州一帶沿海，臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度強(qiáng)，二次登陸福建時(shí)的強(qiáng)度除9012號(hào)臺(tái)風(fēng)“Yancy”外，其余4個(gè)臺(tái)風(fēng)都達(dá)到了臺(tái)風(fēng)級(jí)。由于臺(tái)風(fēng)登陸福建后發(fā)生的降水比登陸前更強(qiáng)，范圍更廣，寧德地區(qū)的臺(tái)風(fēng)極端降水日都在臺(tái)風(fēng)登陸福建后的24小時(shí)內(nèi)。

由表2可知，寧德地區(qū)極端降水臺(tái)風(fēng)登陸地點(diǎn)均位于寧德地區(qū)南部，位于福州至泉州一帶沿海，由于登陸福建中部沿海的臺(tái)風(fēng)，太姥山脈對(duì)當(dāng)?shù)嘏_(tái)風(fēng)暴雨具有明顯的增幅作用[10]，所以受此類臺(tái)風(fēng)對(duì)寧德地區(qū)的降水影響比在寧德地區(qū)登陸的臺(tái)風(fēng)更強(qiáng)。極端降水臺(tái)風(fēng)登陸前，寧德地區(qū)主要為臺(tái)風(fēng)第一象限的東北氣流影響，臺(tái)風(fēng)登陸時(shí)及登陸后為臺(tái)風(fēng)第二象限的偏東到東南氣流影響。從寧德地區(qū)東北～西南走向的海岸線走向和山脈地形來看，臺(tái)風(fēng)登陸前的東北氣流與海岸線與山脈的交角沒有臺(tái)風(fēng)登陸時(shí)及登陸后的偏東氣流大，且此類路徑的臺(tái)風(fēng)登陸前與內(nèi)陸地區(qū)距離較遠(yuǎn)，而臺(tái)風(fēng)登陸前整體強(qiáng)度強(qiáng)，寧德地區(qū)也有地形輻合抬升配合，也會(huì)有站點(diǎn)臺(tái)風(fēng)極端降水日出現(xiàn)，但出現(xiàn)的站點(diǎn)較少。而臺(tái)風(fēng)登陸后強(qiáng)度雖然快速減弱，但無論從流場(chǎng)的地形強(qiáng)迫抬升的強(qiáng)度，還是臺(tái)風(fēng)本體降水影響看，臺(tái)風(fēng)登陸后對(duì)寧德地區(qū)極端降水的強(qiáng)度更強(qiáng)，范圍更大，出現(xiàn)臺(tái)風(fēng)極端降水日的站點(diǎn)更多，反映出登陸福建的“寧德地區(qū)的極端降水臺(tái)風(fēng)”的“臺(tái)風(fēng)極端降水日”為臺(tái)風(fēng)登陸后24小時(shí)內(nèi)的可能性更大。

6 結(jié)論與討論

統(tǒng)計(jì)1990年—2019年登陸福建的55個(gè)臺(tái)風(fēng)，通過對(duì)這55個(gè)臺(tái)風(fēng)首次進(jìn)入福建的時(shí)間、地點(diǎn)及對(duì)寧德地區(qū)的降水影響分析，利用95百分位法對(duì)55個(gè)臺(tái)風(fēng)影響寧德地區(qū)的臺(tái)風(fēng)降水進(jìn)行單站臺(tái)風(fēng)極端降水閾值研究，確定了5個(gè)寧德地區(qū)極端降水臺(tái)風(fēng)，得到了以下結(jié)論：

登陸福建的臺(tái)風(fēng)降水對(duì)寧德地區(qū)影響最大的月份為8月，寧德地區(qū)年臺(tái)風(fēng)降水量與當(dāng)年臺(tái)風(fēng)登陸數(shù)量、時(shí)間、強(qiáng)度和地點(diǎn)有關(guān)。寧德地區(qū)臺(tái)風(fēng)的日平均降水分布出現(xiàn)了柘榮與蕉城兩個(gè)強(qiáng)降水中心，而寧德地區(qū)的“單站臺(tái)風(fēng)極端降水閾值”分布僅出現(xiàn)柘榮一個(gè)大值中心，且遠(yuǎn)大于其它站點(diǎn)。由于寧德地區(qū)地形復(fù)雜，受迎風(fēng)坡地形抬升的作用，臺(tái)風(fēng)日平均降水量與單站臺(tái)風(fēng)極端降水閾值最大的均為柘榮；受背風(fēng)坡下沉氣流影響，臺(tái)風(fēng)日平均降水量與單站臺(tái)風(fēng)極端降水閾值分布最小的均為古田，而福安也因此成為了一個(gè)相對(duì)低值的中心。

寧德地區(qū)的5個(gè)極端降水臺(tái)風(fēng)都經(jīng)過了臺(tái)灣島后二次登陸福州～泉州一帶沿海，登陸時(shí)，有4個(gè)達(dá)臺(tái)風(fēng)級(jí)，1個(gè)為強(qiáng)熱帶風(fēng)暴級(jí)。由于臺(tái)風(fēng)環(huán)流與寧德地區(qū)山脈地形和海岸線交角的作用影響，在臺(tái)風(fēng)登陸時(shí)及登陸后，寧德地區(qū)臺(tái)風(fēng)極端降水的強(qiáng)度更強(qiáng)、范圍更大，這5個(gè)臺(tái)風(fēng)的“臺(tái)風(fēng)極端降水日”均出現(xiàn)在登陸的24小時(shí)內(nèi)。

本文對(duì)寧德地區(qū)臺(tái)風(fēng)極端降水開展初步研究，而登陸浙江、廣東、及近海北上等其他路徑的臺(tái)風(fēng)對(duì)寧德地區(qū)的降水也有較大影響，對(duì)于其他路徑的臺(tái)風(fēng)降水極端性與登陸福建臺(tái)風(fēng)的極端降水的對(duì)比，今后將繼續(xù)探討，對(duì)于極端降水臺(tái)風(fēng)的歸類與極端降水的成因還有待進(jìn)一步研究和分析。