廣東極端降水事件的頻數(shù)和強度特征

鄧漢虞 孫麗穎

摘 要：基于1961—2011年廣東25個測站的逐日降水資料，采用百分位法定義極端降水事件的閾值，分析了不同持續(xù)時間的極端降水事件的時空分布特征。結(jié)果表明：極端降水的閾值從南到北逐漸增加，大值主要分布在沿海地區(qū)，最大閾值為70mm;持續(xù)性極端降水類型以1d為主，占到總頻數(shù)的80%以上，主要分布在粵北地區(qū);持續(xù)1d極端降水的高貢獻率地區(qū)主要位于南部沿海地區(qū)，占年降水量的20%以上，部分地區(qū)可達30%;極端降水平均強度也是南部沿海大于北部內(nèi)陸地區(qū);季節(jié)分布上，極端降水事件主要集中在汛期4—9月，且以低持續(xù)性事件為主;持續(xù)時間越長的事件，降雨強度往往越強;趨勢分析表明，全省極端降水事件頻數(shù)和平均強度均有增加趨勢。

關(guān)鍵詞：極端降水;頻數(shù);強度;變化趨勢

受人類活動和全球氣候變暖的共同影響，各地區(qū)域降水結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化，極端降水事件更加頻繁，其引發(fā)次生災害的幾率非常高，造成了日益增多的破壞性后果，給社會、經(jīng)濟和人民生活造成了嚴重影響[1-6]。廣東地處熱帶和亞熱帶，瀕臨南海，臨近孟加拉灣和太平洋，水汽來源豐富，多鋒面暴雨和熱帶氣旋暴雨，洪澇災害頻繁發(fā)生。加強對廣東極端降水事件的研究，可以為洪澇災害的預防提供一定的參考依據(jù)和指導，從而減少該地區(qū)的經(jīng)濟損失。

在廣東極端降水事件研究領域，黃茂棟等[7]認為太平洋SSTA變化與廣東前汛期極端降水事件的變化有著顯著的相關(guān)關(guān)系;趙一飛等[8]發(fā)現(xiàn)珠江流域極端降水變化存在空間差異;劉占明等[9]利用Copula函數(shù)對北江流域極端降水指標概率分布特征進行了研究;陳芳麗等[10]、田付友等[11]應用極端降水個例資料對其觸發(fā)條件和維持機制進行了分析。這些研究成果可以幫助我們了解廣東極端降水的特征，但以往的研究對廣東持續(xù)性極端降水的時空分布特征及其變化趨勢研究甚少，因此這個方面的研究也有必要進行補充和完善。

本文分析了廣東不同持續(xù)時間的極端降水事件的時空分布和趨勢變化特征，以提高對廣東氣候變化特征及氣象災害演變規(guī)律的認識，也為該地區(qū)災害預警及防御重點提供科學參考。

1 ?資料和方法

本文利用1961—2011年廣東25個測站的逐日降水資料，通過百分比法確定單站降水極端事件閾值。具體方法為：對單站1951—2011年共61年的日降水資料進行按升序排列，取非零日降水序列的第95個百分位的日降水量，作為氣候平均極端降水閾值，當該站某日降水量超過閾值時，就統(tǒng)計為一次降水極端事件。若從某日開始連續(xù)n天降水量都大于閾值，則認為出現(xiàn)一次持續(xù)時間為n天的極端降水事件，以出現(xiàn)降水的第1天作為持續(xù)極端降水的時間，由于持續(xù)4d以上的事件相對較少，因此將極端降水事件分為持續(xù)1d、2d、3d和4d及以上四類事件進行討論。在此基礎上定義以下幾個極端降水特征指數(shù)：每個測站出現(xiàn)各類極端降水事件的次數(shù)為極端降水頻數(shù)，各持續(xù)事件的降水總量為極端降水量，極端降水量與年降水總量的百分比為極端降水貢獻率，極端降水量與極端降水日數(shù)的比值為極端降水平均強度。

2 ?極端降水事件的空間分布

2.1 ?閾值與平均雨日分布

從平均極端降水日數(shù)空間分布（圖1（a））可看出，極端降水事件多發(fā)于粵西北，平均雨日可達8d;廣東中部為次大值區(qū)域，平均雨日達7d;而粵東和粵西沿海地區(qū)極端雨日最少，只有6d。而閾值的分布（圖1（b））與平均極端雨日不同，大值分布在廣東沿海地區(qū)，可達50mm以上，最大值為上川島，達到70.1mm;而北部內(nèi)陸地區(qū)則普遍低于40mm。這種空間分布與年降水總量分布（圖略）非常相似。結(jié)合閾值和平均雨日分析，廣東南部極端雨日較少而閾值較大表明該地區(qū)降雨日數(shù)少而降水強度大;而廣東北部地區(qū)極端雨日較多而閾值較小，表明該地區(qū)雨日較多但降水強度不大。

2.2 ?極端降水事件的空間分布

2.2.1 ?頻數(shù)分布

圖2給出了4類極端降水事件頻數(shù)的空間分布，可以看出，持續(xù)1d的極端降水頻數(shù)的分布（圖2（a））與平均極端雨日的分布（圖1（a））極為相似，表明極端降水事件以持續(xù)1d的事件為主?；洷钡貐^(qū)的頻數(shù)最大，幾乎都在380次以上，其中連州頻數(shù)最大達392次，頻數(shù)自北向南逐漸減小，低值區(qū)集中在南部沿海地區(qū)，最小值在惠來，僅為239次。持續(xù)2d的極端降水頻數(shù)則大大減少（圖2（b）），大值主要集中在南部沿海地區(qū)，其中上川島頻數(shù)最大，達51次。持續(xù)2d頻數(shù)的空間分布呈現(xiàn)出與持續(xù)1d事件相反的分布規(guī)律，東南沿海地區(qū)明顯比北部地區(qū)多。持續(xù)3d的極端降水事件頻數(shù)分布與持續(xù)2d事件相似，呈現(xiàn)出的是從西北到東南遞增的規(guī)律，大值區(qū)分布在粵東（圖2（c））。而4d及以上的事件發(fā)生較偶然，沒有表現(xiàn)出明顯的規(guī)律（圖2（d））。

2.2.2 ?極端降水量對年降水量的貢獻

極端降水量對年降水量的貢獻從一定意義上反映極端降水事件對洪澇的貢獻率[近40 年我國暴雨的年代際變化特征]。從圖3可以看出，持續(xù)1d極端降水貢獻率均能達到20%以上，而大值區(qū)普遍位于沿海地區(qū)，徐聞地區(qū)附近能達到30%以上，低值區(qū)域位于廣東東北部，但也能達22.26%～24.04%，這說明廣東地區(qū)洪澇災害主要是由于1d的極端降水造成的。持續(xù)2d極端降水貢獻率在空間分布上體現(xiàn)出南多北少的規(guī)律，南部沿海地區(qū)貢獻率達到9%以上，粵北地區(qū)有3.66%～5.23%。持續(xù)3d極端降水貢獻率與持續(xù)2d相似。而持續(xù)4d以上的極端降水貢獻率較少，全省均在1%以下，發(fā)生的站點數(shù)減少，范圍也減少，主要分布在廣東南部沿海地區(qū)?？傮w而言，廣東屬于極端降水事件多發(fā)區(qū)，預防洪澇災害顯得尤為重要。

2.2.3 ?極端降水的平均強度

強度是衡量極端降水的另一重要標準，圖4給出了是極端降水事件平均強度的空間分布。持續(xù)1d、2d和3d的降水強度都是從北到南逐漸加強，南部沿海地區(qū)均是強度最大區(qū)，其中上川島的強度在3類事件中分布達到了118.07mm/d、134.4mm/d和145.09mm/d，對比強度分布和極值的情況可以發(fā)現(xiàn)，持續(xù)3d的極端降水事件強度最大，危害性極強。而4d及以上事件發(fā)生頻率較低，少數(shù)地方發(fā)生，也主要分布在廣東沿海地區(qū)，個別發(fā)生在廣東中部地區(qū)。

3 ?極端降水事件的時間特征

3.1 ?季節(jié)分布

1961-2011年廣東地區(qū)共發(fā)生極端降水事件9250站次，以持續(xù)1d的極端降水事件為主，4類降水事件分別占87.61%、10.37%、1.36%和0.14%。從季節(jié)分布上看（圖5），極端降水事件主要集中在4—9月爆發(fā)，正好是廣東前、后汛期。這個時段的發(fā)生頻數(shù)高達8042次，占發(fā)生總頻數(shù)的比例高達86.94%;且以夏季三個月最為集中，達到4389次，占比47.44%。進一步分析可知，持續(xù)時間越長的極端降水事件，其發(fā)生的頻次越少，且以持續(xù)1d的極端降水事件為主，同時平均強度越強。持續(xù)3d以上的極端降雨事件平均強度能達到50mm/d以上。不同持續(xù)時間的極端降水事件特征基本相似都是冬春季少發(fā)，雨季多發(fā)，特別是持續(xù)時間較長的極端降水事件。各個持續(xù)時間的極端降水事件的平均強度，都是冬春季偏弱而夏秋季明顯較強。

3.2 ?趨勢分析

計算得到1961—2011年極端降水事件頻數(shù)和平均強度的歷年變化和5年滑動平均曲線（圖6）。從圖中可以看出，發(fā)生頻數(shù)有增加趨勢，振幅在100次-250次之間;80年代中期到90年代中期變化較為明顯， 70年代到80年代中期和90年代到21世紀處于相對偏多的階段，80年代末相對偏少。平均強度也有增加的趨勢，這種增加趨勢的原因是極端降水事件頻數(shù)增加的同時，該地區(qū)總雨量也同步增加。另外，平均強度變化的年代差異也較為明顯，在不同的年代有不同的變化趨勢，60年代到70年代初年際變化較大，70年代到80年代初年際變化較小，80年代到90年代初年際變化較大，90年代到90年代末年際變化不大，21世紀年際變化大。

4 ?結(jié)論

1）極端降水事件以低持續(xù)性事件為主，全省范圍內(nèi)普遍發(fā)生，持續(xù)1d極端降水事件發(fā)生在粵北較多，而沿海地區(qū)則相對較少，持續(xù)2d和3d極端降水事件發(fā)生頻數(shù)則呈現(xiàn)出南多北少的格局。

2）廣東沿海地區(qū)閾值大而平均雨日少，內(nèi)陸地區(qū)閾值小而平均雨日多，但強度上沿海地區(qū)明顯大于內(nèi)陸地區(qū)，說明沿海地區(qū)的極端降水事件破壞性更強。

3）極端降水事件具有明顯的季節(jié)性特征，主要集中在汛期4—9月，但全年平均強度相差不大。趨勢分析表明，極端降水事件發(fā)生頻數(shù)和平均強度均有增加趨勢。

參考文獻：

[1]尤莉，戴新剛，張宇.1961—2008年內(nèi)蒙古降水極端事件分析[J].氣候變化研究進展，2010，6（06）：411-416.

[2]陸虹，陳思蓉，郭媛，何慧，徐圣璇.近50年華南地區(qū)極端強降水頻次的時空變化特征[J].熱帶氣象學報，2012，28（02）：219-227.

[3]楊志剛，建軍，洪建昌.1961—2010年西藏極端降水事件時空分布特征[J].高原氣象，2014，33（01）：37-42.

作者簡介：

鄧漢虞（1992.8.6），男，漢族，廣東，本科，中國民用航空中南地區(qū)空中交通管理局，助理工程師，從事工作：氣象觀測。