近56 a貴陽(yáng)市暴雨氣候特征分析

王君軍，周 林，陳海鳳，夏 陽(yáng)

(1.貴州省貴陽(yáng)市氣象局，貴州 貴陽(yáng) 550001;2.貴州省六盤(pán)水市氣象局，貴州 六盤(pán)水 553001)

0 引言

暴雨降水集中、強(qiáng)度大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，往往會(huì)引發(fā)山洪、泥石流、滑坡等災(zāi)害，因此，暴雨一直是氣象工作者的重要研究之一[1-6]。貴州地處我國(guó)西南部，暴雨帶來(lái)的山洪和泥石流等次生地質(zhì)災(zāi)害給當(dāng)?shù)厝嗣袢罕姷纳?cái)產(chǎn)造成極大的損壞和威脅，不少學(xué)者對(duì)貴州的暴雨無(wú)論是氣候特征還是暴雨的天氣、動(dòng)力學(xué)成因都進(jìn)行了不少研究[7-12]：如嚴(yán)小冬等[7]指出貴州年降水量的地區(qū)分布趨勢(shì)是南部多于北部 ,東部多于西部；陳靜等[8]指出貴州暴雨量整體呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，21世紀(jì)開(kāi)始至今表現(xiàn)為較明顯的減少趨勢(shì)，但暴雨降水量比例呈上升趨勢(shì)；張艷梅等[9]指出貴州夏季暴雨日數(shù)和暴雨量均存在15 a和準(zhǔn)10 a周期振蕩；王芬等[10]指出貴州暴雨日數(shù)呈現(xiàn)一定的增加趨勢(shì)；白慧等[11]指出貴州暴雨日數(shù)的空間分布存在3個(gè)暴雨多發(fā)區(qū)和2條暴雨少發(fā)帶，范圍最廣、強(qiáng)度最大的暴雨多發(fā)區(qū)位于貴州的西南部，大值中心在六枝、晴隆和鎮(zhèn)寧附近；盧瑞荊[12]指出貴州發(fā)生特大暴雨主要集中在5月下旬—9月中旬，造成貴州暴雨的天氣影響系統(tǒng)主要有冷鋒低槽、南支低槽、低渦切變、臺(tái)風(fēng)等，另外大尺度地形(青藏高原)有利于貴州暴雨的形成，局部地形幅合線而誘生的中尺度系統(tǒng)、喇叭口地形的輻合抬升作用對(duì)貴州暴雨的影響明顯。

貴陽(yáng)市位于貴州省自西向東山脈的北側(cè)，自南向北河谷低洼地帶的中部，四面環(huán)山，特殊的地形地貌導(dǎo)致暴雨預(yù)報(bào)難度大，目前針對(duì)貴陽(yáng)暴雨的研究較少，因此分析本地暴雨氣候特征具有現(xiàn)實(shí)意義，可為該地暴雨天氣、氣候診斷提供依據(jù)，為當(dāng)?shù)馗骷?jí)政府部門(mén)開(kāi)展氣象防災(zāi)減災(zāi)提供決策參考。

1 資料與方法

利用1963—2018年貴陽(yáng)市7個(gè)國(guó)家地面觀測(cè)站逐日降水資料統(tǒng)計(jì)該市暴雨(因貴陽(yáng)市白云區(qū)建站于1982年，與其他臺(tái)站間隔時(shí)間長(zhǎng)，故不參加本文討論)。按貴州業(yè)務(wù)服務(wù)定義：一般性暴雨(日降水量為50.0～99.9 mm)；大暴雨(日降水量為100.0～199.9 mm)；特大暴雨(日降水量為200.0 mm以上)。按照貴陽(yáng)市暴雨影響范圍，本文將暴雨分為局地暴雨和區(qū)域暴雨：一天出現(xiàn)2個(gè)及以上暴雨站定義為區(qū)域暴雨，否則定義為局地暴雨。

2 貴陽(yáng)市暴雨概況

統(tǒng)計(jì)1963—2018年近56 a貴陽(yáng)市暴雨結(jié)果表明(表1)，該市共出現(xiàn)暴雨550 d，年平均暴雨日數(shù)為9.8 d，其中以一般性暴雨最頻繁，占暴雨總頻數(shù)的86.7%，大暴雨及以上暴雨占13.3%，貴陽(yáng)市發(fā)生特大暴雨的概率小，56 a中僅出現(xiàn)3 d。局地暴雨與區(qū)域暴雨發(fā)生頻次相當(dāng)，平均每年發(fā)生局地暴雨5.1 d，區(qū)域暴雨4.7 d。最明顯的一次區(qū)域暴雨發(fā)生在2014年7月14日，該過(guò)程是受中低層低渦切變、低空急流及等地面靜止鋒(梅雨鋒)的共同影響，當(dāng)日共出現(xiàn)5個(gè)站大暴雨，2個(gè)站特大暴雨。貴陽(yáng)區(qū)域連續(xù)性暴雨過(guò)程發(fā)生頻次較少，僅出現(xiàn)11次，時(shí)間最長(zhǎng)為3 d(2017年6月22—24日)，該過(guò)程是受中低層低渦切變、低空急流及地面輻合線的共同影響，其中息烽、開(kāi)陽(yáng)、清鎮(zhèn)出現(xiàn)大暴雨。

表1 1963—2018年貴陽(yáng)市暴雨強(qiáng)度及范圍特征Tab.1 Characteristics of the intensity and range of rainstorm in Guiyang from 1963 to 2018

3 貴陽(yáng)市暴雨特征

3.1 暴雨年代際變化特征

由圖1可見(jiàn)：20世紀(jì)60年代初至80年代中后期、21世紀(jì)00年代初至10年代初暴雨次數(shù)等值線較為稀疏，為暴雨的較少期。20世紀(jì)80年代末期至90年代、21世紀(jì)10年代中期至今，暴雨次數(shù)等值線較為密集，為暴雨的多發(fā)期。從一年中暴雨集中期變化可見(jiàn)，20世紀(jì)60—80年代，暴雨集中期出現(xiàn)在6月；20世紀(jì)90年代至本世紀(jì)10年代初暴雨集中期推至7月，其中以1991年7月最多，為27站次；21世紀(jì)10年代中期至今，暴雨集中期又移至6月。

圖1 1963—2018年貴陽(yáng)市逐月暴雨頻次的年際變化(單位：次)Fig.1 Interannual Variations of Monthly Rainstorms in Guiyang from 1963 to 2018，unit：frequency

近56 a來(lái)貴陽(yáng)市年暴雨日數(shù)整體呈增多趨勢(shì)，氣候傾向率為0.13 d/10 a，未通過(guò)0.05的顯著性檢驗(yàn)，年暴雨日數(shù)最多出現(xiàn)在2015年(19 d)，最少出現(xiàn)在1966年(2 d)；近56 a來(lái)貴陽(yáng)市年平均降水量為1 147.8 mm，整體呈現(xiàn)減少趨勢(shì),氣候傾向率為-11.3 d/10 a，未通過(guò)0.05的顯著性檢驗(yàn),年降水量最多出現(xiàn)在1977年(1 491.6 mm)，最少出現(xiàn)在2011年(794.1 mm)，可見(jiàn)年暴雨日數(shù)極值出現(xiàn)的時(shí)間與年降水量并不一致，但從圖2可見(jiàn)，年暴雨日數(shù)與年降水量的年際變化趨勢(shì)存在一定相似性，相關(guān)系數(shù)為0.776，說(shuō)明兩者之間相關(guān)關(guān)系較為密切，即暴雨日數(shù)較多年，降水量較多，暴雨日數(shù)較少年，降水量較少。從年代分析可知，年暴雨日數(shù)與年降水量趨勢(shì)基本一致，即20世紀(jì)60年代初—70年代、80年代、90年代、21世紀(jì)00年代及10年代至今前后經(jīng)歷了升—降—升—降—升的變化趨勢(shì)。

圖2 1963—2018年貴陽(yáng)市暴雨日數(shù)與年降水量變化趨勢(shì)圖Fig.2 The trend of the number of rainstorm days and the annual precipitation in Guiyang from 1963 to 2018

近56 a來(lái)貴陽(yáng)市局地暴雨整體呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，氣候傾向率為-0.16 d/10 a，未通過(guò)0.05的顯著性檢驗(yàn)，區(qū)域暴雨呈增多趨勢(shì)，氣候傾向率為0.29 d/10 a，未通過(guò)0.05的顯著性檢驗(yàn)。從年代分析可知(圖3)，20世紀(jì)60年代初—70年代、80年代、90年代、21世紀(jì)00年代及10年代至今，局地暴雨前后經(jīng)歷了升—降—升—降—平的變化趨勢(shì)，特別在20世紀(jì)80年代局地暴雨呈明顯減少，其中1989年僅為1 d；而區(qū)域暴雨前后經(jīng)歷了平—升—平—略降—升的變化趨勢(shì)，特別在21世紀(jì)10年代以后貴陽(yáng)市出現(xiàn)區(qū)域暴雨的概率明顯增大，其中2015年達(dá)11 d。

圖3 1963—2018年貴陽(yáng)市局地暴雨日數(shù)(a)與區(qū)域暴雨日數(shù)(b)變化趨勢(shì)圖Fig.3 The trend of the local rainstorm and regional rainstorm days in Guiyang from 1963 to 2018

另外20世紀(jì)60—70年代，局地暴雨發(fā)生頻次高于區(qū)域暴雨，局地暴雨平均6 d·a-1，區(qū)域暴雨平均4 d·a-1；20世紀(jì)80年代—21世紀(jì)00年代，區(qū)域暴雨和局地暴雨發(fā)生頻次相當(dāng)(80年代平均4 d·a-1、90和00年代平均5 d·a-1)，21世紀(jì)10年代以后區(qū)域暴雨高于局地暴雨，局地暴雨平均5 d·a-1，區(qū)域暴雨平均6 d·a-1。

3.2 暴雨貢獻(xiàn)率

貴陽(yáng)市平均年暴雨量為207.7 mm，年降水量中暴雨平均貢獻(xiàn)率為17.7% ，最大出現(xiàn)在1995年，為31.5%；最小出現(xiàn)在1981年，僅為4.8%，兩者相差近7倍，可見(jiàn)貴陽(yáng)市年降水量中暴雨貢獻(xiàn)率年際差異大。由圖4可見(jiàn)，貴陽(yáng)市年降水量中暴雨貢獻(xiàn)率整體呈增多趨勢(shì)，氣候傾向率為1.5%/10 a，通過(guò)0.05的顯著性檢驗(yàn)。從年代分析可知(圖4)，20世紀(jì)60年代初—70年代、80年代、90年代、21世紀(jì)00年代及10年代至今，暴雨貢獻(xiàn)率前后經(jīng)歷了平—升—升—略降—升的變化趨勢(shì)，其貢獻(xiàn)率分別為15.1%、17.3%、20.6%、17.1%、20.9%。

圖4 1963—2018年貴陽(yáng)市暴雨貢獻(xiàn)率變化趨勢(shì)圖Fig.4 The trend of its contribution rate in Guiyang from 1963 to 2018

3.3 暴雨日數(shù)周期分析

圖5給出了近56 a貴陽(yáng)市暴雨日數(shù)的Morlet小波分析，由圖可見(jiàn)，貴陽(yáng)暴雨日數(shù)在20世紀(jì)60年代存在2～3 a的顯著周期，70年代存在3～4 a的顯著周期，之后活動(dòng)周期有所減弱，基本上以3～4 a為主，此外在60—70年代還表現(xiàn)出一定的準(zhǔn)12 a的活動(dòng)周期。

圖5 1963—2018年貴陽(yáng)市暴雨日數(shù)的Morlet小波分析Fig.5 Morlet wavelet analysis of rainstorm days in Guiyang from 1963 to 2018

3.4 暴雨月(旬)變化特征

貴陽(yáng)市暴雨始于春季,結(jié)束于秋季,主要出現(xiàn)在夏季,冬季(12月—次年2月)無(wú)暴雨記錄。暴雨最早出現(xiàn)在3月上旬，2016年3月5日修文站(降水量為53.1 mm)；最晚出現(xiàn)在11月上旬，2008年11月6日清鎮(zhèn)站(降水量為71.7 mm)。由圖6a可見(jiàn)，暴雨開(kāi)始及結(jié)束時(shí)間年際差異較大，暴雨主要開(kāi)始于4月中旬—5月下旬(71.4%)，集中出現(xiàn)在4月下旬—5月上旬(35.7%)；暴雨主要結(jié)束于9月中旬—10月中旬(53.6%)，其中10月上旬最頻繁(17.9%)，9月中旬次之(14.3%)。

由圖6b可見(jiàn)：貴陽(yáng)市暴雨主要出現(xiàn)在5—8月，占全年總頻次的81.8%。按旬統(tǒng)計(jì)，暴雨集中在6月中旬—7月中旬，占全年總頻次的41.2%。其中以6月下旬最高(12.0%)，6月中旬和7月上旬次之(10.1%)。貴陽(yáng)市上半年暴雨呈現(xiàn)出遞增形勢(shì)，下半年暴雨呈現(xiàn)出波動(dòng)性遞減，其中8月下旬及10月上旬存在兩個(gè)暴雨頻次小峰值。大暴雨以上降水主要出現(xiàn)在6月上旬—7月中旬，集中在7月上旬至中旬，其中7月上旬最高。

圖6 1963—2018年貴陽(yáng)市各月(旬)暴雨始末時(shí)間(a)、暴雨頻數(shù)(b)(單位：次)Fig.6 The beginning and ending time of each month ( ten days) (a) and the frequencies of rainstorm (b) (unit: times) in Guiyang from 1963 to 2018

從貴陽(yáng)市不同范圍暴雨月分布可見(jiàn)(表2)，局地暴雨和區(qū)域暴雨主要出現(xiàn)在5—9月，其中6月最高(局地暴雨累計(jì)日數(shù)74 d、區(qū)域暴雨累計(jì)日數(shù)80 d)，7月次之(局地暴雨累計(jì)日數(shù)63 d、區(qū)域暴雨累計(jì)日數(shù)64 d)。3—5月以及11月以局地暴雨為主，均占月總?cè)諗?shù)的6成以上，其中11月均為局地暴雨。6月開(kāi)始暴雨范圍擴(kuò)大，6—9月區(qū)域暴雨與局地暴雨相當(dāng)，區(qū)域暴雨略高于局地暴雨，10月以區(qū)域暴雨為主，占月總?cè)諗?shù)的63.0%。

表2 1963—2018年貴陽(yáng)市不同范圍暴雨月分布Tab.2 Distribution of monthly rainstorm in Guiyang from 1963 to 2018

4 暴雨日數(shù)和暴雨總量區(qū)域分布

從圖7a可見(jiàn), 貴陽(yáng)市累計(jì)暴雨日數(shù)自西南向東北方向遞減，西南部的清鎮(zhèn)最多(196 d)，東北部的開(kāi)陽(yáng)最少(143 d)。從近56 a貴陽(yáng)市暴雨的貢獻(xiàn)率分布可見(jiàn)(圖7b)，貴陽(yáng)市暴雨總量與累計(jì)暴雨日數(shù)分布特征基本一致，自西南(清鎮(zhèn))向東北(開(kāi)陽(yáng))方向遞減，西南地區(qū)(清鎮(zhèn))暴雨的貢獻(xiàn)率為20.8%，東北部(開(kāi)陽(yáng))最少(14.4%)。

圖7 1963—2018年貴陽(yáng)市累計(jì)暴雨日數(shù)(a，單位：d)和暴雨貢獻(xiàn)率(b，單位：%)空間分布Fig.7 Spatial distribution of accumulated days and contribution rate of rainstorm(a，unit：day)(b，unit：%) in Guiyang from 1963 to 2018

5 小結(jié)

本文利用貴陽(yáng)市7個(gè)國(guó)家氣象臺(tái)站的逐日降水資料，分析了1963—2018年貴陽(yáng)市暴雨氣候特征，主要結(jié)論如下：

①貴陽(yáng)市以一般性暴雨最為頻繁(占86.7%)，發(fā)生特大暴雨的概率?。槐┯耆諗?shù)和暴雨的貢獻(xiàn)率分布均呈自西南向東北方向遞減特征。

②貴陽(yáng)市暴雨主要開(kāi)始于4月中旬—5月中旬，結(jié)束于9月中旬—10月中旬，集中于6月中旬—7月中旬，其中6月下旬最高。

③貴陽(yáng)市年平均暴雨日數(shù)為9.8 d，局地暴雨與區(qū)域暴雨出現(xiàn)概率相當(dāng)，其中3—5月和11月以局地暴雨為主，6—9月局地暴雨與區(qū)域暴雨發(fā)生日數(shù)相當(dāng)，10月以區(qū)域暴雨為主。

④貴陽(yáng)市局地暴雨整體呈減少趨勢(shì)，而區(qū)域暴雨、年暴雨量及年降水量中暴雨貢獻(xiàn)率呈增多趨勢(shì)，貴陽(yáng)市年降水量中暴雨貢獻(xiàn)率年際差異大，其平均貢獻(xiàn)率為17.7%。

⑤近56 a暴雨日序列存在2～4 a的振蕩周期，暴雨日數(shù)與年降水量的年際變化趨勢(shì)較為密切，一般表現(xiàn)為暴雨日數(shù)較多年，降水量較多，暴雨日數(shù)較少年，降水量較少。

⑥暴雨頻次時(shí)間序列在20世紀(jì)60年代初到80年代中后期、21世紀(jì)00年代初到10年代初為較少期，20世紀(jì)80年代末期到90年代初、21世紀(jì)10年代中期至今為較多期。