泉州地區(qū)30年夏季降水時(shí)空分布規(guī)律研究

林偉家 歐陽(yáng)再根 劉德和 徐海燕 林偉清

(1.福建省永春縣氣象局，福建 泉州 362600；2.福建省漳州市氣象局，福建 漳州 363000)

1 概述

泉州地區(qū)位于福建省東南沿海，屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，它位于閩東南沿海丘陵平原中段和閩東山地中段，泉州西北部地區(qū)為戴云山主體部分，東南地區(qū)靠近臺(tái)灣海峽，泉州地區(qū)整體依山面海，地勢(shì)特征為東南低西北高，泉州地區(qū)擁有山地、丘陵、沿海平原等地形地貌，它具有較明顯區(qū)域性氣候特征。

暴雨是指24小時(shí)降水量為50mm或以上的強(qiáng)降水過(guò)程，在我國(guó)都發(fā)生在6～8月，暴雨災(zāi)害是極端強(qiáng)降水事件，突發(fā)性強(qiáng)、預(yù)測(cè)難，容易造成重大財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡[1-2]。極端強(qiáng)降水事件的頻發(fā)，使得全球氣候變化更加明顯，比如山體滑坡、洪水頻發(fā)、土壤侵蝕、內(nèi)澇等。泉州地區(qū)是福建暴雨多發(fā)區(qū)域，也是我國(guó)經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的區(qū)域，夏季平均暴雨日數(shù)在3d以上，降水量占夏季總降水量的29.3%，所以，研究夏季降水問(wèn)題，在一定程度上減少降水事件對(duì)社會(huì)與環(huán)境造成損壞和經(jīng)濟(jì)的損失，具有重要意義。楊宏青等研究我國(guó)長(zhǎng)江流域極端降水的頻次及日最大降水強(qiáng)度時(shí)空分布，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)江流域極端降水呈現(xiàn)出顯著增加的趨勢(shì)[3]。

以上研究大多是利用站點(diǎn)來(lái)分析，而用多個(gè)時(shí)間序列、多個(gè)站點(diǎn)的氣象資料來(lái)分析區(qū)域夏季(7～9月)不同降水等級(jí)的規(guī)律文獻(xiàn)很少，不能準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)泉州地區(qū)夏季降水的變化規(guī)律。本文利用泉州地區(qū)1985-2014年7個(gè)氣象站的氣象數(shù)據(jù)，對(duì)泉州地區(qū)不同等級(jí)的降水進(jìn)行時(shí)空分布規(guī)律的分析以及周期性變化的分析。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文資料年限是1985-2014年，主要為泉州地區(qū)夏季的日降水?dāng)?shù)據(jù)。選取了泉州地區(qū)的7個(gè)氣象站點(diǎn)，如圖1所示。

圖1 泉州地區(qū)氣象站點(diǎn)分布

2.2 降水等級(jí)的劃分

本文根據(jù)國(guó)家氣象局頒布的《降水強(qiáng)度劃分等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》(見(jiàn)表1)，將降水等級(jí)劃分為大雨、暴雨、大暴雨三大類(lèi)別[4],并對(duì)這三大類(lèi)別夏季(7～9月)發(fā)生的時(shí)空分布規(guī)律進(jìn)行分析。

表1 降水強(qiáng)度等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn) 單位：mm

2.3 研究方法

運(yùn)用Excel、克里金插值和Morlet小波分析等方法對(duì)泉州地區(qū)夏季降水時(shí)空分布規(guī)律以及周期變化進(jìn)行研究。并依據(jù)環(huán)流形勢(shì)、天氣過(guò)程和要素特征的轉(zhuǎn)折[5]，按自然天氣季節(jié)劃分各季：春季(3～6月)、夏季(7～9月)、秋季(10～11月)和冬季(12～2月)。

3 結(jié)果分析

3.1 夏季大雨分布規(guī)律

泉州地區(qū)夏季30年大雨月平均頻數(shù)的空間分布見(jiàn)圖2。由圖2(a)可見(jiàn)，泉州地區(qū)夏季大雨發(fā)生的頻次在4.2～8.9次/a，并且由東南沿海地區(qū)向西北內(nèi)陸地區(qū)遞增，其中安溪、永春、德化大雨發(fā)生頻次最高，平均達(dá)到8.2次以上，惠安大雨發(fā)生頻次最低，月平均為4.2次。由圖2(b)可見(jiàn)，7月份大雨發(fā)生的頻次東南沿海地區(qū)小于西北內(nèi)陸地區(qū)，大雨發(fā)生頻次最少是惠安，月平均為1.43次，頻次最多發(fā)生在安溪，月平均在3.03次。由圖2(c)可見(jiàn)，8月份泉州地區(qū)大雨發(fā)生平均頻次在1.8～3.7次/a，西北地區(qū)大于東南沿海地區(qū)，其中德化月平均發(fā)生頻次最高，最低出現(xiàn)在惠安。由圖2(d)可見(jiàn)，9月份大雨發(fā)生頻次在1.03～2.53次/a，西北大部分地區(qū)都比東南沿海地區(qū)出現(xiàn)的概率高，其中永春9月份大雨出現(xiàn)頻率最高，惠安出現(xiàn)頻率最低。由以上分析可以得出，泉州地區(qū)大雨發(fā)生的頻次總體表現(xiàn)為東南沿海地區(qū)向西北內(nèi)陸地區(qū)遞增。

3.2 夏季暴雨分布規(guī)律

泉州地區(qū)夏季30年暴雨月平均頻數(shù)的空間分布見(jiàn)圖3。由圖3(a)可見(jiàn)，泉州地區(qū)夏季暴雨發(fā)生頻次在1.7～3.7次/a，并且以永春地區(qū)向西北和東南方向逐漸遞減，其中永春發(fā)生的頻次最多，平均達(dá)到3.77次。最少發(fā)生在惠安月平均達(dá)到1.6次。由圖3(b)可見(jiàn)，7月份暴雨發(fā)生的頻次也是以永春向西北和東南方向逐漸遞減，最高頻次發(fā)生在永春，月平均達(dá)到1.17次。最少發(fā)生在惠安，月平均達(dá)到0.63次。由圖3(c)可見(jiàn)，8月份大暴雨發(fā)生頻次最多是永春，月平均達(dá)到1.57次，發(fā)生頻次最少是惠安，月平均為0.5次。由圖3(d)可見(jiàn)，9月份大暴雨發(fā)生頻次最多是永春，月平均達(dá)到1.03次，最少發(fā)生在九仙山，月平均為0.4次。由以上分析可以得出，泉州地區(qū)夏季暴雨發(fā)生頻次都是永春較泉州其他地區(qū)偏多，并且向著永春西北和東南方向逐漸遞減。泉州地區(qū)8月份暴雨發(fā)生的頻次比7月份和9月份偏多。

圖3 泉州地區(qū)夏季暴雨頻次分布(a：夏季，b：7月，c：8月,d:9月)

3.3 夏季大暴雨分布規(guī)律

泉州地區(qū)夏季30年大暴雨月平均頻數(shù)的空間分布見(jiàn)圖4。由圖4(a)可見(jiàn)，泉州地區(qū)夏季大暴雨發(fā)生頻次在0.3～0.8次之間，并且以安溪地區(qū)向東和向北地區(qū)逐漸遞減，其中安溪發(fā)生頻次最多，平均為0.87次，最少發(fā)生在惠安，月平均為0.36次。由圖4(b)可見(jiàn)，7月份大暴雨發(fā)生頻次最多的是安溪，月平均在0.23次，最少的發(fā)生在九仙山，月平均在0.03次。由圖4(c)可見(jiàn)，8月份大暴雨發(fā)生頻次由東南沿海地區(qū)向西北內(nèi)陸地區(qū)逐漸遞增，其中發(fā)生頻次最少的是惠安，月平均為0.03次，發(fā)生最多的是安溪，月平均為0.54次。由圖4(d)可見(jiàn)，9月份大暴雨發(fā)生頻次由東南沿海地區(qū)向西北內(nèi)陸地區(qū)逐漸遞減，其中發(fā)生頻次最少的是九仙山，月平均為0.03次，發(fā)生最多的是惠安，月平均為0.23次。由以上分析可以得出，泉州地區(qū)夏季大暴雨發(fā)生頻次安溪大于其他地區(qū)，并且8月份大暴雨發(fā)生頻次由東南沿海地區(qū)向西北內(nèi)陸地區(qū)遞增，而9月份大暴雨發(fā)生的頻次由東南沿海地區(qū)遞減。

通過(guò)以上對(duì)泉州30年夏季降水空間分布分析，得出泉州地區(qū)夏季大雨、暴雨、大暴雨發(fā)生頻次大多是西北山區(qū)較東南沿海偏多，主要由于夏季多臺(tái)風(fēng)影響，而西北地區(qū)受地形抬升作用和山地的阻擋，使低值系統(tǒng)移動(dòng)緩慢或停滯，延長(zhǎng)了降水時(shí)間，增加了降水強(qiáng)度。另外，西北地區(qū)地形復(fù)雜，地處臺(tái)風(fēng)東南與西南氣流的交匯地區(qū)，正好是迎風(fēng)坡，地形的動(dòng)力抬升帶來(lái)強(qiáng)降水。

圖4 泉州地區(qū)夏季大暴雨頻次分布(a：7月，b：8月，c：9月，d:夏季)

4 不同降水等級(jí)周期變化

從泉州地區(qū)夏季大雨發(fā)生天數(shù)的小波變化分析圖(圖5)可以看出，大雨發(fā)生天數(shù)周期振蕩存在2～3年和8～9年左右振蕩周期，因?yàn)閿?shù)據(jù)邊界效應(yīng)的影響，8～9年振蕩周期沒(méi)有在網(wǎng)格內(nèi)，所以不考慮。在1997年到2002年期間，泉州地區(qū)大雨發(fā)生天數(shù)周期通過(guò)95%顯著性檢驗(yàn)，周期振蕩較為明顯，這段時(shí)間里，大雨天數(shù)變化經(jīng)歷了多-少-多-少-多的循環(huán)交替變化。

從泉州地區(qū)夏季暴雨發(fā)生天數(shù)的小波變化分析圖(圖6)可以看出，暴雨天數(shù)周期振蕩存在6～7年和8～10年左右振蕩周期。暴雨天數(shù)周期都沒(méi)有通過(guò)95%顯著性檢驗(yàn)，所有暴雨發(fā)生天數(shù)周期不顯著。

從泉州地區(qū)夏季大暴雨發(fā)生天數(shù)的小波變化分析圖(圖7)可以看出，大暴雨天數(shù)以2～5年、7～8年、14～15年左右周期震蕩為主，因?yàn)閿?shù)據(jù)邊界效應(yīng)的影響，14～15年周期振蕩沒(méi)有在網(wǎng)格內(nèi)，所以不考慮。在1987-1991年期間，大暴雨天數(shù)周期通過(guò)95%顯著性檢驗(yàn)，并且周期振蕩較為明顯。1998-2005年期間，大暴雨發(fā)生的天數(shù)較多。

圖5 1985-2014年泉州地區(qū)大雨指數(shù)Morlet小波圖

圖6 1985-2014年泉州市地區(qū)暴雨指數(shù)Morlet小波圖

圖7 1985-2014年泉州市地區(qū)大暴雨指數(shù)Morlet小波圖

5 結(jié)論

(1)泉州地區(qū)夏季大雨、暴雨、大暴雨發(fā)生的頻次總體上是西北山區(qū)大于東南沿海地區(qū)，且主要集中在7月、8月。

(2)泉州地區(qū)夏季大雨發(fā)生的頻次在4.2～8.9次/a，暴雨發(fā)生的頻次在1.7～3.7次/a，大暴雨發(fā)生的頻次在0.3～0.8次/a。

(3)泉州地區(qū)大雨發(fā)生天數(shù)存在2～3年周期振蕩，但暴雨發(fā)生天數(shù)周期不顯著，大暴雨發(fā)生天數(shù)存在2～5年顯著的周期振蕩。大雨和大暴雨周期性較強(qiáng)，其中大雨突變時(shí)間大約相隔3年，而大暴雨突變時(shí)間大約相隔5年。