余東柏，陳金星，李丹霞

(梅州市大埔縣氣象局，廣東 梅州 514299)

5月下旬—6月中旬正值端午龍舟競渡之時(shí),也是廣東前汛期降水量最多最集中的時(shí)期,常出現(xiàn)連續(xù)幾天暴雨、大暴雨甚至特大暴雨的降水過程,容易誘發(fā)洪澇災(zāi)害,并對(duì)早稻等農(nóng)作物生長有不利影響,稱之為“龍舟水”[1]。多年來，許多學(xué)者對(duì)廣東“龍舟水”的特征變化、降水分型、災(zāi)害影響和氣象服務(wù)等進(jìn)行研究[2-7]，其中伍紅雨、李春梅等[8]研究得出廣東“龍舟水”最主要的分布型是除雷州半島外具有“空間一致型”分布，具有顯著的年際和年代際變化。此外，還有許多學(xué)者對(duì)廣東諸多地級(jí)市的“龍舟水”時(shí)空特征和降水成因進(jìn)行了探討[9-12]。但關(guān)于梅州市“龍舟水”的相關(guān)研究較少。因此本文選用梅州近年來“龍舟水”期間的降水觀測資料，利用趨勢分析、M-K檢驗(yàn)、滑動(dòng)t檢驗(yàn)、小波分析和EOF分析等方法，對(duì)梅州市的“龍舟水”時(shí)空分布特征進(jìn)行研究。以期能夠?yàn)榈胤秸块T提供前期指導(dǎo)，為防災(zāi)減災(zāi)提供一定參考與借鑒。

1 資料和方法

本文選用梅州市近30 a(1991—2020年)7個(gè)國家氣象觀測站和近10 a(2011—2020年)99個(gè)區(qū)域自動(dòng)氣象站“龍舟水”期間(5月21日—6月20日)的降水量資料。由于梅州市的區(qū)域自動(dòng)站建站較晚，因此，只選用近10 a較完整和較有代表性的降水量資料。并且采用區(qū)域一致性的方法篩除降水量明顯錯(cuò)誤、缺測和降水量明顯偏少的站點(diǎn)，確保區(qū)域自動(dòng)氣象站降水量資料的可用性。

首先選取梅州市7個(gè)國家氣象觀測站逐年“龍舟水”降水量資料，利用線性趨勢分析、M-K檢驗(yàn)、滑動(dòng)t檢驗(yàn)和小波分析等方法，對(duì)梅州市“龍舟水”時(shí)間變化特征進(jìn)行分析；然后，對(duì)近10 a來7個(gè)國家氣象觀測站和99個(gè)區(qū)域自動(dòng)氣象站逐年“龍舟水”降水量資料進(jìn)行EOF分析，揭示梅州市“龍舟水”空間分布特征。

2 梅州市“龍舟水”特征

2.1 時(shí)間特征

從梅州市1991—2020年全市平均(取國家觀測站平均)“龍舟水”降水量的年際變化(見圖1a)可以看出：近30 a“龍舟水”降水量呈上升趨勢，氣候傾向率為1.928 2 mm/a。“龍舟水”降水量最大為539.1 mm，2007年；“龍舟水”降水量最小為100.2 mm，1991年，。

定義“龍舟水”降水量距平超過1倍標(biāo)準(zhǔn)差的年份為“龍舟水”降水量異常年[12]，從1991—2020年梅州市“龍舟水”降水量逐年距平變化(見圖1b)中可以看出：梅州市近30 a“龍舟水”降水量異常偏多的年份為1993年、2006年、2007年、2008年和2017年；“龍舟水”降水量異常偏少的年份為1991年、2004年和2011年?！褒堉鬯苯邓慨惓Ｄ攴菁s占總年份的26.7%，呈現(xiàn)異常年份偏多的狀態(tài)。

a 逐年變化

由于梅州市近30 a“龍舟水”異常年份偏多，因此，采用M-K檢驗(yàn)和滑動(dòng)t檢驗(yàn)對(duì)“龍舟水”降水量序列進(jìn)行突變檢驗(yàn)。從M-K檢驗(yàn)曲線(見圖2a)可以看出：梅州市“龍舟水”降水量在1991—1995年、2006—2020年呈現(xiàn)增加的趨勢；1996—2005年呈現(xiàn)減小的趨勢。由于UF曲線1991—2020年均未超過0.05顯著性檢驗(yàn)線，表明梅州市“龍舟水”降水量增加(減小)的趨勢不顯著。此外，UF和UB曲線分別在1992年、1993年、2005年、2008年和2013年出現(xiàn)多個(gè)交點(diǎn)，且都位于0.05顯著性檢驗(yàn)線內(nèi)。由此可以判定上述年份是突變年份。

為確認(rèn)M-K檢驗(yàn)中多個(gè)交點(diǎn)是否為梅州市“龍舟水”降水量的突變點(diǎn)，進(jìn)一步采用滑動(dòng)t檢驗(yàn)對(duì)梅州市“龍舟水”降水量序列進(jìn)行檢驗(yàn)。其中“龍舟水”降水量序列兩個(gè)子樣本的樣本長度n1，n2均取5 a。從滑動(dòng)t檢驗(yàn)曲線(見圖2b)中可以看出：1991—2020年，梅州市“龍舟水”降水量均未超過0.01的顯著性檢驗(yàn)線，表明梅州市“龍舟水”降水量在1991—2020年并未發(fā)生突變。由于采用滑動(dòng)t檢驗(yàn)進(jìn)一步進(jìn)行突變檢驗(yàn)時(shí)，檢驗(yàn)結(jié)果與M-K檢驗(yàn)結(jié)果不一致，因此，判定M-K檢驗(yàn)的突變年份并不可信。

a M-K檢驗(yàn)

為進(jìn)一步研究梅州市“龍舟水”降水量近30 a的周期變化規(guī)律，對(duì)其進(jìn)行Morlet小波分析，并繪制小波系數(shù)實(shí)部、模部等值線圖和小波方差圖(如圖3所示)。圖3a中暖色調(diào)(冷色調(diào))代表小波系數(shù)實(shí)部為正(負(fù))，即降水偏多(偏少)；圖3b也稱為小波能量譜圖，暖色調(diào)(冷色調(diào))越深表示能量越強(qiáng)(弱)，即能量越強(qiáng)周期越明顯。

從圖3中可以看出，梅州市存在能量聚集、周期顯著的4個(gè)中心：

① 時(shí)間尺度7 a，波動(dòng)能量影響時(shí)段為1991—1997年；

② 時(shí)間尺度10 a，波動(dòng)能量集中在1997—2012年；

③ 時(shí)間尺度14 a，波動(dòng)能量集中在2005—2020年；

④ 時(shí)間尺度22 a，波動(dòng)能量集中在1991—2020年。

可見，1991—2020年，梅州市“龍舟水”降水量的時(shí)間尺度的顯著周期有所增長。此外，圖3c中有4個(gè)較明顯的曲線峰值分別對(duì)應(yīng)7 a、10 a、14 a和22 a的時(shí)間尺度，1991—2020年梅州市“龍舟水”降水量主要受這4個(gè)時(shí)間尺度的周期振蕩影響。

a 小波系數(shù)實(shí)部等值線

2.2 空間分布特征

為研究梅州市“龍舟水”降水量的空間分布特征，利用質(zhì)控處理后的近10 a區(qū)域自動(dòng)氣象站降水量數(shù)據(jù)求得梅州市“龍舟水”全市降水逐年平均和變差系數(shù)(見圖4)。

從圖4a中可以看出：梅州市“龍舟水”降水量的大值區(qū)主要集中在平遠(yuǎn)、蕉嶺和大埔北部一帶；“龍舟水”降水量小值區(qū)位于梅州的中南部和東南部。豐順東北部—大埔西南部一帶和豐順西南部兩處地區(qū)的“龍舟水”降水量相比周圍地區(qū)偏大。這主要是因?yàn)檫@兩處為小喇叭口地形。結(jié)合變差系數(shù)(圖4b)可以看出：興寧南部“龍舟水”降水量穩(wěn)定偏少，豐順東北部“龍舟水”降水量穩(wěn)定偏多，其余地區(qū)“龍舟水”降水量的逐年變化幅度較大。

a 逐年平均

為進(jìn)一步研究梅州市“龍舟水”降水量的空間分布特征，對(duì)近10 a區(qū)域自動(dòng)氣象站降水量數(shù)據(jù)進(jìn)行EOF分析，得到前5個(gè)特征值及其方差貢獻(xiàn)率(見表1)。

a 第1模態(tài)

從表1中可以看出：梅州市“龍舟水”降水量前3個(gè)模態(tài)解釋方差占78.73%，從第4個(gè)EOF模態(tài)的方差貢獻(xiàn)率開始低于10%，因此，只選用前3個(gè)EOF模態(tài)將其繪制(如圖5所示)。

表1 前5個(gè)特征值及其方差貢獻(xiàn)率

從圖5中可以看出：模態(tài)的特征值均為正值，為全市一致偏多(少)型，表明1991—2020年，梅州市的“龍舟水”降水量變化趨勢具有高度的一致性，即呈現(xiàn)全市“龍舟水”降水量要么都大，要么都小的空間分布特征。

從第2個(gè)模態(tài)(圖5b)中可以看出：模態(tài)的分布格局大致以蓮花山脈為界，為東南—西北向偶極型，蓮花山脈以南為正值區(qū)，蓮花山脈以北為負(fù)值區(qū)，正值中心出現(xiàn)在豐順和大埔交接一帶，負(fù)值中心出現(xiàn)在平遠(yuǎn)和興寧北部一帶，呈現(xiàn)東南—西北反向分布模式，即要么梅州西北地區(qū)“龍舟水”降水量增大，梅州東南地區(qū)“龍舟水”降水量減小，要么梅州西北地區(qū)“龍舟水”降水量減小，梅州東南地區(qū)“龍舟水”降水量增大。特征向量值從東南向西北依次減小，反映梅州市“龍舟水”降水量也是由東南向西北遞減。

從第3個(gè)模態(tài)(圖5c)中中可以看出：模態(tài)的分布格局整體上以梅州中部一帶為界，為南北向偶極型，梅州以北為正值區(qū)，梅州以南為負(fù)值區(qū)，正值中心出現(xiàn)在梅縣—大埔交界處和平遠(yuǎn)中部，負(fù)值中心出現(xiàn)在五華南部和五華—豐順交界處，呈現(xiàn)南北反向分布模式，即要么梅州南部地區(qū)“龍舟水”降水量增大，梅州北部地區(qū)“龍舟水”降水量減小，要么梅州南部地區(qū)“龍舟水”降水量減小，梅州北部地區(qū)“龍舟水”降水量增大。特征向量值從北向南依次減小，反映梅州市“龍舟水”降水量也是由北向南遞減。

3 結(jié)語

1)1991—2020年梅州市“龍舟水”降水量呈上升趨勢，“龍舟水”降水量異常年份偏多。

2)M-K檢驗(yàn)和滑動(dòng)t檢驗(yàn)表明：梅州市“龍舟水”降水量在1991—2020年并未發(fā)生突變。

3)1991—2020年，梅州市“龍舟水”降水量的時(shí)間尺度的顯著周期有所增長，主要受7 a左右、10 a左右、14 a左右和22 a左右時(shí)間尺度的準(zhǔn)周期振蕩影響。

4)梅州市“龍舟水”降水量的大值區(qū)主要集中在平遠(yuǎn)、蕉嶺和大埔北部一帶；“龍舟水”降水量小值區(qū)位于梅州的中南部和東南部。興寧南部“龍舟水”降水量穩(wěn)定偏少，豐順東北部“龍舟水”降水量穩(wěn)定偏多，其余地區(qū)“龍舟水”降水量的逐年變化幅度較大。

5)對(duì)近30 a梅州市“龍舟水”降水量作EOF分析結(jié)果表明，前3個(gè)模態(tài)解釋方差占78.73%，分別為全市一致偏多(少)型，東南—西北向偶極型(即東南多(少)西北少(多)型)，為南北向偶極型(即南部多(少)，北部少(多)型)。