銅仁西部極端降水基本特征分析

謝仁波，史向陽，白琴琴 ，毛 江，李 逸

(1.貴州省江口縣氣象局，貴州 江口 555400；2.貴州省印江縣氣象局，貴州 印江 555200)

銅仁西部極端降水基本特征分析

謝仁波1，史向陽1，白琴琴1，毛 江1，李 逸2

(1.貴州省江口縣氣象局，貴州 江口 555400；2.貴州省印江縣氣象局，貴州 印江 555200)

利用銅仁西部5個國家級臺站的最近30 a逐日降水資料界定極端強(qiáng)降水閾值的基礎(chǔ)上，對最近50 a來極端強(qiáng)降水日數(shù)和強(qiáng)降水量進(jìn)行了常規(guī)統(tǒng)計(jì)。結(jié)果表明：極端降水天數(shù)和極端降水量的離散程度大，年極端降水頻數(shù)和極端降水量變化達(dá)不到氣候突變的標(biāo)準(zhǔn)。

極端降水頻數(shù)；極端降水量；閾值；統(tǒng)計(jì)特征

1 引言

目前國內(nèi)外有許多關(guān)于極端天氣氣候事件指標(biāo)的研究，但是由于沒有做統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，指標(biāo)方法繁多，同一類極端事件各地標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，同一指標(biāo)又由于定義的時間段不同而造成結(jié)果不一樣。目前國家氣候中心發(fā)布的監(jiān)測快報(bào)中的極端天氣氣候事件的標(biāo)準(zhǔn)閾值是根據(jù)百分位法確定的：即對某一事件的氣候標(biāo)準(zhǔn)年內(nèi)的歷年最大值序列從小到大進(jìn)行排位，定義序列超過第95百分位值為極端多(高)事件，小于第5百分位值為極端少(低)事件。羅伯良[1]等將湖南各站1961—2004年降水系列中日降水量>95%分位點(diǎn)的事件定義為極端強(qiáng)降水事件。張?zhí)煊畹萚2]把1971—2000年逐年日降水量序列的第95個百分位值的30 a平均值定義為極端降水的閾值，當(dāng)某站日降水量超過極端降水事件的閾值時，就稱該日出現(xiàn)了強(qiáng)降水事件。高霞等[3]選取5個極端降水指數(shù)對河北極端降水事件進(jìn)行了研究。杜軍等[4]引用信噪比的方法對個別氣象要素進(jìn)行了突變性檢驗(yàn)。

但是，一方面，對極端降水的排序的序號確定大都沒有交代清楚，事實(shí)表明，若干等量降水的存在，如果處理方法不同，會得出不同的結(jié)論。

另一方面，如果各站閾值自成一體，統(tǒng)計(jì)得出的多年極端降水總頻數(shù)會出現(xiàn)相等和相近，銅仁西部5個縣氣象站分布在東西0.4°E，南北1°N范圍內(nèi)，最大拔海高度差200 m[5]，地形、地貌、生態(tài)都比較接近，是否給定一個共同的閾值?這些都還值得研究。

本文在前人的基礎(chǔ)上根據(jù)西部的實(shí)際分別定義了極端強(qiáng)降水的閾值，分析了時空、年際變化特征，進(jìn)行了相關(guān)性檢驗(yàn)和突變檢驗(yàn)，望能為西部防災(zāi)減災(zāi)提供參考。

2 方法

2.1 定義

極端降水事件：使用近30 a(1981—2010年)整編資料，5站閾值的平均值為西部閾值。

方法1：按文獻(xiàn)[6]將4—10月降水(R≥1.0 mm)進(jìn)行降序排列，降水量超過第5個百分位降水值的事件。其中，把降水序列的n個值按降序排列X1，X2，……Xm，……，Xn，m=5%×n，Xm即為各站的閾值。

方法2：將所有有量降水(R≥0.1 mm)進(jìn)行降序排列，降水量超過第5個百分位降水值的事件。

方法3：將所有有量降水(R≥0.1 mm)進(jìn)行降序排列，降水量相同，序號相同，降水量超過第10個百分位降水值的事件。

方法4：將逐年日降水量(R≥0.1 mm)降序序列的第95個百分位值的平均值定義為極端降水的閾值逐年降水日降水。

2.2 閾值比較

由表1可知，方法不同，極端降水的閾值相差最多達(dá)到1倍的雨量。

表1 4種方法閾值比較

2.3 閾值取舍

從歷史排位來講，并列排序在氣候統(tǒng)計(jì)中比較常用，得出的數(shù)據(jù)也還具有極端的特征，在研究時可以考慮。但是當(dāng)日降水量相等比較多時，真正位次重疊比較多，以小雨量級尤甚。若將雨量進(jìn)行取整，位次重疊就更多了，有些信息要略去。

采用方法4(逐年排序)得出的閾值大致與方法2得出的相當(dāng)。統(tǒng)計(jì)中發(fā)現(xiàn)漏掉的信息更多，如1981年因?yàn)榘l(fā)生嚴(yán)重干旱，排位第7位的22.9 mm參加了平均值計(jì)算，而洪澇為主的1996年的54.3 mm和1999年62.9 mm等暴雨日未參加平均值計(jì)算。

通過資料統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，銅仁西5縣微弱降水(小于1 mm)占到降水日數(shù)的32%～35%，將如此之高的微雨比例納入極端降水排序，除了增加計(jì)算百分位的分母外，實(shí)在沒有意義。銅仁西部極端降水大致出現(xiàn)在4—10月，因此使用方法1得出的結(jié)果比較符合西部實(shí)際。

貴州夜雨比較多，暴雨等災(zāi)害常呈跳躍性，如果各站按照閾值標(biāo)準(zhǔn)分別統(tǒng)計(jì)，得出的頻數(shù)理論上應(yīng)該相等，不利于空間比較。

根據(jù)公開報(bào)道，印江山體垮塌形成堰塞水庫，1996年9月18日19時12分—19日08時雨量為60.9 mm，自降水開始至滑坡發(fā)生時，4.5 h降雨量為40 mm[7]。印江龍井村山體滑坡，滑坡體縱長250 m、后緣寬約120 m、前緣寬約70 m，平均厚度約7 m，體積約18 萬m3，垮塌前3 d僅達(dá)到暴雨[8]。在實(shí)踐中也發(fā)現(xiàn)，有時降水接近暴雨時災(zāi)害開始發(fā)生。因此將方法1所得的各站閾值的平均值45.9 mm作為西部極端降水的閾值依據(jù)較為充分。

3 極端降水統(tǒng)計(jì)分析

3.1 極端降水空間分布

平均來看，西部5縣極端降水年均頻數(shù)介于3.1～4.3次之間，最多為德江，達(dá)到4.3次/a，最少為石阡，為3.1次/a，與平均年降水的多寡成正比。

3.2 常規(guī)用語的百分位分析

一般來講，預(yù)報(bào)有大—暴雨或暴雨以上量級時，氣象部門進(jìn)入相應(yīng)的應(yīng)對狀態(tài)，為此表2給出了4—10月暴雨和大—暴雨的數(shù)值下限所占的百分位，可供服務(wù)時參考。

表2 大—暴雨及暴雨百分位 (單位：%)

3.3 極端降水年內(nèi)變化

3.3.1 極端降水頻數(shù)及極端降水量變化 近年來降水集中度集中期的文章較為多見，一般以旬或候統(tǒng)計(jì)，通過角度的正弦、余弦與數(shù)值的積來計(jì)算[9]，不如給出旬(候)降水簡單(圖1)。

圖1 旬極端降水頻數(shù)所占百分比

從圖1可知，6月下旬極端降水的比例最大，但不占絕對優(yōu)勢，分布總體分散。

將日降水大于極端降水閾值的雨量分別計(jì)算，得出極端降水量各旬所占比例(圖2)，大致與頻數(shù)分布大體相當(dāng)，只是石阡6月中旬比例最大，分布總體分散。

3.3.2 極端降水初日與終日 極端降水初日與終日與其他項(xiàng)目的初日終日有所不同，因?yàn)閭€別年份日降水都達(dá)不到極端降水的閾值，所以將50 a中最早出現(xiàn)的日子作為初日，最晚出現(xiàn)的日子作為終日(表3)。

德江1969年3月28日就出現(xiàn)了極端降水，其余4站都出現(xiàn)在4月上旬， 11月中旬銅仁西部極端降水已結(jié)束。

3.4 極端降水年際變化

由于年際間的干濕特征不一樣，極端降水的頻數(shù)不一樣，而且相差比較大。1963年，1967年，1996年，1999年普遍為高發(fā)期(圖3)。極端降水量的年際變化與頻數(shù)變化基本一致(圖略)。

進(jìn)一步分析其變化趨勢，5站都不能通過0.05正負(fù)趨勢檢驗(yàn)，說明銅仁西5縣極端降水頻數(shù)和極端降水量沒有明顯的變化傾向。

4 討論

僅對銅仁西部5縣極端降水事件及其變化進(jìn)行了初步統(tǒng)計(jì)分析，還需逐步完善：

①方法不同，得出極端降水的閾值不同，將影響最終的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。極端降水實(shí)際服務(wù)需要不同所選取的資料也有差異，如對于城鎮(zhèn)排澇考慮數(shù)分鐘到數(shù)小時的降水強(qiáng)度是重點(diǎn)[10]，還得與城市硬化面積、排水管道等數(shù)據(jù)相結(jié)合。

②鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域自動站的建立，研究人員增加了數(shù)倍到數(shù)十倍的信息量，但由于建站時間短，資料受GPRS傳輸?shù)纫蛩赜绊懗霈F(xiàn)缺失而且補(bǔ)正困難，未列入研究，這是本文的不足之處。

[1] 羅伯良，張超，林浩.近40 a湖南省極端降水氣候變化趨勢和突變特征[J].氣象，2008，34(1)：80-85.

[2] 張?zhí)煊?，程炳巖，劉曉冉.近45 a長江中下游地區(qū)汛期極端強(qiáng)降水事件分析[J].氣象，2007，33(10)：80-87.

[3] 高霞，戴新剛，于成文，等.近45 a來河北省極端降水事件的變化研究[J].氣象，2009，35(7)：10-15.

[4] 杜軍，李春，廖健，等.近45 a拉薩淺層地溫對氣候變化的響應(yīng)[J].氣象，2007，33(10)：61-67.

[5] 謝仁波，史向陽，李曉龍.銅仁西5縣各級降水同步性初探[J].貴州氣象，2013，37(4)：23-26.

[6] 謝仁波.印江極端降水和極端強(qiáng)降水變化特征[J].貴州氣象，2010，34(2)：15-17.

[7] 冉菊華，鐘有萍.印江“918”特大山體滑坡與暴雨的關(guān)系[J].貴州氣象，2000，24(6)：33-34.

[8] 謝仁波，冉菊華.龍井壩山體滑坡與氣象條件關(guān)系淺析[J].貴州氣象，2009，33(S1)：86-87.

[9] 周明麗，婁德君.肇州降水集中度和集中期的氣候特征分析[J].黑龍江氣象，2010，27(2)：5-6.

[10] 王維國，王秀榮.2007年城市極端天氣事件及其危害分析[J].氣象，2008，34(4)：16-21.

2014-10-16

謝仁波(1966—)，男(土家族)，高工，主要從事綜合管理和公共氣象服務(wù)工作。

1003-6598(2015)05-0028-03

P426.61+4

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