1959—2019年開平市雨日的氣候特征

劉儉彤，王成，吳鉤

（開平市氣象局，廣東開平 529300）

在氣候異常的背景下，不少學者重點研究降雨量和氣候的變化［1-4］，但降雨量的年代際變化趨勢不如降雨日數(shù)的變化顯著［5］，因此雨日分析可以比降雨量更加突出氣候的變化特征。

開平市位于廣東的西南部，江門五邑的中部，享有“碉樓之鄉(xiāng)”的美譽，擁有豐富的旅游資源和農(nóng)業(yè)資源。另外，開平市區(qū)河網(wǎng)密布，一旦出現(xiàn)強降雨時，容易出現(xiàn)城市內(nèi)澇。全球大部地區(qū)因氣候變暖而出現(xiàn)極端降雨偏多，但是空間分布不均勻，各個區(qū)域的響應存在差異［6-7］，如本研究所得，開平的小雨日在減少，中大雨日卻增多，暴雨日變化雖不明顯，但還是表現(xiàn)略微減少，這可能表明開平地區(qū)的極端降雨變化并不顯著，不同于很多地區(qū)的變化。但是中大雨日的增多很可能會導致持續(xù)性強降雨的頻率增加，因此，本研究將分析開平市各個量級降雨日數(shù)的氣候特征及變化趨勢，對了解該地區(qū)的氣候變化是很有意義的，也可為當?shù)氐穆糜螛I(yè)發(fā)展、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城市內(nèi)澇等方面提供一定的參考。

1 資料與方法

本研究采用開平國家氣象站1959—2019年的逐日降雨量（前1天20：00至當日20：00（北京時，下同））。將降雨量≥0.1 mm的日數(shù)定義為雨日，并按照中國氣象局下發(fā)的“降雨強度等級劃分標準”為依據(jù)，將雨日劃分為小雨日、中雨日、大雨日和暴雨日及以上4個等級。

本研究通過氣候傾向率、統(tǒng)計分析、突變檢驗、小波分析等方法對開平市4個等級雨日的氣候特征和突變轉(zhuǎn)折進行分析。

2 開平市雨日多時間尺度特征

2.1 雨日年變化

由表1可知，開平市近61年的年平均雨日為155.1 d，年平均雨量為1 426.4 mm，年均雨日數(shù)約占全年的42.5%，屬于雨水比較充沛的城市。將雨日按照等級劃分后可知，小雨日占比最高，約占總雨日的69.0%；其次是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的中雨日，雖然位居第2，但日數(shù)未達小雨日的1/4；容易造成地質(zhì)災害、城市內(nèi)澇的暴雨日及以上最少，年平均為8.1 d，僅占總雨日的5.2%。

總雨日和小雨日的氣候傾向率都為負值，其絕對值分別達到0.260和0.295 d/年，且通過了95%置信度檢驗，表明減少趨勢明顯。而其它等級的雨日中，暴雨日變化不大，氣候傾向率絕對值僅為0.004 d/年；中雨日和大雨日的氣候傾向率都是正值，但是上升幅度不如小雨日減少的明顯。另外，對開平市近10年和前50年的較大量級降雨量占年雨量的百分比進行分析，得出近10年的中雨及以上和大雨及以上的占比是84.2%和64.3%，比前 50年分別提高了 4.4%和5.3%。這表明降雨越來越趨向于中雨及以上的量級，降雨強度的增大可能導致地質(zhì)災害和城市內(nèi)澇。

對減少趨勢最為明顯的總雨日和小雨日分別進行10年滑動平均，如圖1所示，從1962至1967年總雨日和小雨日都是逐漸增加，在20世紀70年代初達到峰值，隨后以小幅減少的態(tài)勢發(fā)展，在20世紀90年代后期降幅較大，直至21世紀初達到最低值，然后再緩慢回升。

表1 開平市不同等級降雨日數(shù)分布

圖1 開平市1959—2019年總雨日（a）和小雨日（b）變化趨勢

2.2 雨日月變化

開平市的平均雨日和平均雨量都具有明顯的月變化，呈雙峰型分布，其中6月為主峰，平均雨日為20.1 d，約占6月天數(shù)的67.3%，平均雨量為230.0 mm；8月為次峰，平均雨日為18.0 d，平均雨量為214.0 mm；平均雨日和平均雨量的最少月都是非汛期的12月（圖2）。

圖2 開平市1959—2019年月平均雨日和月平均雨量

將雨日按等級劃分（圖3），可見各等級的雨日大致上滿足春夏季最多、冬季最少的季風氣候特征，且它們出現(xiàn)極值的時間各不相同，如小雨日在3月較多，春夏之交，多冷暖空氣交匯，容易出現(xiàn)陰雨天氣；中雨日及以上級別的在汛期（5—8月）最多；各個月都可能出現(xiàn)災害性降雨，但在4—9月出現(xiàn)暴雨的可能性最大，約占全年暴雨日的88.3%，其中2和12月出現(xiàn)的日數(shù)最少，開平市61年來當月累計暴雨日數(shù)分別為3和4 d，說明這兩個月出現(xiàn)暴雨的可能性非常小。

圖3 不同強度雨日的逐月變化

2.3 雨日季節(jié)變化

由于小雨日和總雨日的年變化都呈現(xiàn)出顯著性減少，且小雨日在總雨日的占比最大，因此將小雨日按照氣象學定義劃分為春、夏、秋、冬4個時間序列。統(tǒng)計可知（表2），春季和夏季在總小雨日中占比最大，占了全年小雨日的61.3%；4個季節(jié)的氣候傾向率都為負值，冬季減少得最為明顯，秋季次之，春、夏季減少幅度一致，但都沒有通過顯著性檢驗；雖然冬季小雨日的氣候傾向率絕對值最大，但是在總小雨日的占比最低，所以冬季小雨日的減少不是導致年小雨日減少的主要原因，考慮秋季和春季才是關(guān)鍵。

表2 開平市雨日季節(jié)分布情況

3 開平市雨日突變分析

對減少趨勢一致的總雨日和小雨日采用MK檢驗法來進行突變分析（如圖4），UF和UB曲線分別是雨日順序和逆序時間序列曲線，虛線表示95%置信度檢驗線。由圖4可知，總雨日和小雨日的檢驗曲線的交點出現(xiàn)在1987年前后，且在臨界線之間，表明1987年是突變年。從1962—1987年，除了1973、1975、1976等部分年份出現(xiàn)小幅增長外，其余都表現(xiàn)為減少，并且在1987年后轉(zhuǎn)為統(tǒng)一的減少，因此1987年是雨日急劇減少的轉(zhuǎn)折點。另外，總雨日在2004—2019年下降趨勢最為明顯，突破了檢驗線，而小雨日從2000年開始就已經(jīng)突破了，可知小雨日在2000—2004年間的減少幅度大于總雨日。

4 開平市雨日周期分析

為了直觀地體現(xiàn)雨日在不同時間尺度的周期變化以及在時間軸上的分布，對總雨日進行小波分析，結(jié)果見圖5。

圖4 開平市1959—2019年總雨日（a）和小雨日（b）的Mann-Kendall檢驗曲線

圖5 小波系數(shù)實部等值線圖

圖5的實線（虛線）表示系數(shù)實部值是正（負）值，代表雨日偏多（偏少）。由圖5可知，雨日的周期變化不穩(wěn)定，在時間軸上并沒有出現(xiàn)連續(xù)性較為明顯的周期振蕩。在20世紀70年代之前主要是4～6年的高頻振蕩，20世紀70年代到90年代初為8～17年的低頻振蕩，到了21世紀中后期出現(xiàn)周期為13～20年的低頻振蕩。

5 結(jié)論

1）開平市屬于雨日較多和雨量豐富的城市，年均雨日數(shù)約占全年的42.5%，其中小雨日所占比例最高，且兩者的年際變化都是減少的態(tài)勢，可見小雨日的減少直接導致年雨日的減少。

2）開平市平均雨日與平均雨量的逐月變化呈雙峰型分布，兩個峰值都出現(xiàn)在汛期。由季節(jié)變化來看，秋季和春季的小雨日減少是年小雨日減少的主要原因，表明春旱將逐漸加重，秋季持續(xù)干旱少雨，因此開平的春耕作物應選取較為耐旱的作物。

3）由M-K檢驗法得出1987年是開平市雨日急劇減少的突變年，而當時的氣候特征是氣候變暖，大氣環(huán)流更傾向于緯向環(huán)流，減少了開平市冷暖氣團交匯的次數(shù)，暖濕氣團缺乏動力抬升，不利于降雨，從而導致雨日減少［8］。還有研究表明大氣氣溶膠對降雨也有明顯的影響［9］，如果城市的懸浮物較多，各自吸附水汽后會使水滴變小，不容易降落，直至與其他水滴碰并變成大水滴，以較大雨強的形式落下，使雨日變少，雨強增大。因此，影響雨日減少的原因比較復雜，具體原因還有待進一步研究。

4）開平市總雨日存在3個不同時間尺度的振蕩周期，分別是20世紀70年代前出現(xiàn)的4～6年的高頻振蕩、70到90年代中期出現(xiàn)的8～17年的低頻振蕩以及21世紀中后期的13～20年的準1次振蕩。