梅州市“龍舟水”時空分布特征分析

余東柏，陳金星，李丹霞

(梅州市大埔縣氣象局，廣東 梅州 514299)

5月下旬—6月中旬正值端午龍舟競渡之時,也是廣東前汛期降水量最多最集中的時期,常出現(xiàn)連續(xù)幾天暴雨、大暴雨甚至特大暴雨的降水過程,容易誘發(fā)洪澇災害,并對早稻等農作物生長有不利影響,稱之為“龍舟水”[1]。多年來，許多學者對廣東“龍舟水”的特征變化、降水分型、災害影響和氣象服務等進行研究[2-7]，其中伍紅雨、李春梅等[8]研究得出廣東“龍舟水”最主要的分布型是除雷州半島外具有“空間一致型”分布，具有顯著的年際和年代際變化。此外，還有許多學者對廣東諸多地級市的“龍舟水”時空特征和降水成因進行了探討[9-12]。但關于梅州市“龍舟水”的相關研究較少。因此本文選用梅州近年來“龍舟水”期間的降水觀測資料，利用趨勢分析、M-K檢驗、滑動t檢驗、小波分析和EOF分析等方法，對梅州市的“龍舟水”時空分布特征進行研究。以期能夠為地方政府部門提供前期指導，為防災減災提供一定參考與借鑒。

1 資料和方法

本文選用梅州市近30 a(1991—2020年)7個國家氣象觀測站和近10 a(2011—2020年)99個區(qū)域自動氣象站“龍舟水”期間(5月21日—6月20日)的降水量資料。由于梅州市的區(qū)域自動站建站較晚，因此，只選用近10 a較完整和較有代表性的降水量資料。并且采用區(qū)域一致性的方法篩除降水量明顯錯誤、缺測和降水量明顯偏少的站點，確保區(qū)域自動氣象站降水量資料的可用性。

首先選取梅州市7個國家氣象觀測站逐年“龍舟水”降水量資料，利用線性趨勢分析、M-K檢驗、滑動t檢驗和小波分析等方法，對梅州市“龍舟水”時間變化特征進行分析；然后，對近10 a來7個國家氣象觀測站和99個區(qū)域自動氣象站逐年“龍舟水”降水量資料進行EOF分析，揭示梅州市“龍舟水”空間分布特征。

2 梅州市“龍舟水”特征

2.1 時間特征

從梅州市1991—2020年全市平均(取國家觀測站平均)“龍舟水”降水量的年際變化(見圖1a)可以看出：近30 a“龍舟水”降水量呈上升趨勢，氣候傾向率為1.928 2 mm/a?！褒堉鬯苯邓孔畲鬄?39.1 mm，2007年；“龍舟水”降水量最小為100.2 mm，1991年，。

定義“龍舟水”降水量距平超過1倍標準差的年份為“龍舟水”降水量異常年[12]，從1991—2020年梅州市“龍舟水”降水量逐年距平變化(見圖1b)中可以看出：梅州市近30 a“龍舟水”降水量異常偏多的年份為1993年、2006年、2007年、2008年和2017年；“龍舟水”降水量異常偏少的年份為1991年、2004年和2011年?！褒堉鬯苯邓慨惓Ｄ攴菁s占總年份的26.7%，呈現(xiàn)異常年份偏多的狀態(tài)。

a 逐年變化

由于梅州市近30 a“龍舟水”異常年份偏多，因此，采用M-K檢驗和滑動t檢驗對“龍舟水”降水量序列進行突變檢驗。從M-K檢驗曲線(見圖2a)可以看出：梅州市“龍舟水”降水量在1991—1995年、2006—2020年呈現(xiàn)增加的趨勢；1996—2005年呈現(xiàn)減小的趨勢。由于UF曲線1991—2020年均未超過0.05顯著性檢驗線，表明梅州市“龍舟水”降水量增加(減小)的趨勢不顯著。此外，UF和UB曲線分別在1992年、1993年、2005年、2008年和2013年出現(xiàn)多個交點，且都位于0.05顯著性檢驗線內。由此可以判定上述年份是突變年份。

為確認M-K檢驗中多個交點是否為梅州市“龍舟水”降水量的突變點，進一步采用滑動t檢驗對梅州市“龍舟水”降水量序列進行檢驗。其中“龍舟水”降水量序列兩個子樣本的樣本長度n1，n2均取5 a。從滑動t檢驗曲線(見圖2b)中可以看出：1991—2020年，梅州市“龍舟水”降水量均未超過0.01的顯著性檢驗線，表明梅州市“龍舟水”降水量在1991—2020年并未發(fā)生突變。由于采用滑動t檢驗進一步進行突變檢驗時，檢驗結果與M-K檢驗結果不一致，因此，判定M-K檢驗的突變年份并不可信。

a M-K檢驗

為進一步研究梅州市“龍舟水”降水量近30 a的周期變化規(guī)律，對其進行Morlet小波分析，并繪制小波系數(shù)實部、模部等值線圖和小波方差圖(如圖3所示)。圖3a中暖色調(冷色調)代表小波系數(shù)實部為正(負)，即降水偏多(偏少)；圖3b也稱為小波能量譜圖，暖色調(冷色調)越深表示能量越強(弱)，即能量越強周期越明顯。

從圖3中可以看出，梅州市存在能量聚集、周期顯著的4個中心：

① 時間尺度7 a，波動能量影響時段為1991—1997年；

② 時間尺度10 a，波動能量集中在1997—2012年；

③ 時間尺度14 a，波動能量集中在2005—2020年；

④ 時間尺度22 a，波動能量集中在1991—2020年。

可見，1991—2020年，梅州市“龍舟水”降水量的時間尺度的顯著周期有所增長。此外，圖3c中有4個較明顯的曲線峰值分別對應7 a、10 a、14 a和22 a的時間尺度，1991—2020年梅州市“龍舟水”降水量主要受這4個時間尺度的周期振蕩影響。

a 小波系數(shù)實部等值線

2.2 空間分布特征

為研究梅州市“龍舟水”降水量的空間分布特征，利用質控處理后的近10 a區(qū)域自動氣象站降水量數(shù)據求得梅州市“龍舟水”全市降水逐年平均和變差系數(shù)(見圖4)。

從圖4a中可以看出：梅州市“龍舟水”降水量的大值區(qū)主要集中在平遠、蕉嶺和大埔北部一帶；“龍舟水”降水量小值區(qū)位于梅州的中南部和東南部。豐順東北部—大埔西南部一帶和豐順西南部兩處地區(qū)的“龍舟水”降水量相比周圍地區(qū)偏大。這主要是因為這兩處為小喇叭口地形。結合變差系數(shù)(圖4b)可以看出：興寧南部“龍舟水”降水量穩(wěn)定偏少，豐順東北部“龍舟水”降水量穩(wěn)定偏多，其余地區(qū)“龍舟水”降水量的逐年變化幅度較大。

a 逐年平均

為進一步研究梅州市“龍舟水”降水量的空間分布特征，對近10 a區(qū)域自動氣象站降水量數(shù)據進行EOF分析，得到前5個特征值及其方差貢獻率(見表1)。

a 第1模態(tài)

從表1中可以看出：梅州市“龍舟水”降水量前3個模態(tài)解釋方差占78.73%，從第4個EOF模態(tài)的方差貢獻率開始低于10%，因此，只選用前3個EOF模態(tài)將其繪制(如圖5所示)。

表1 前5個特征值及其方差貢獻率

從圖5中可以看出：模態(tài)的特征值均為正值，為全市一致偏多(少)型，表明1991—2020年，梅州市的“龍舟水”降水量變化趨勢具有高度的一致性，即呈現(xiàn)全市“龍舟水”降水量要么都大，要么都小的空間分布特征。

從第2個模態(tài)(圖5b)中可以看出：模態(tài)的分布格局大致以蓮花山脈為界，為東南—西北向偶極型，蓮花山脈以南為正值區(qū)，蓮花山脈以北為負值區(qū)，正值中心出現(xiàn)在豐順和大埔交接一帶，負值中心出現(xiàn)在平遠和興寧北部一帶，呈現(xiàn)東南—西北反向分布模式，即要么梅州西北地區(qū)“龍舟水”降水量增大，梅州東南地區(qū)“龍舟水”降水量減小，要么梅州西北地區(qū)“龍舟水”降水量減小，梅州東南地區(qū)“龍舟水”降水量增大。特征向量值從東南向西北依次減小，反映梅州市“龍舟水”降水量也是由東南向西北遞減。

從第3個模態(tài)(圖5c)中中可以看出：模態(tài)的分布格局整體上以梅州中部一帶為界，為南北向偶極型，梅州以北為正值區(qū)，梅州以南為負值區(qū)，正值中心出現(xiàn)在梅縣—大埔交界處和平遠中部，負值中心出現(xiàn)在五華南部和五華—豐順交界處，呈現(xiàn)南北反向分布模式，即要么梅州南部地區(qū)“龍舟水”降水量增大，梅州北部地區(qū)“龍舟水”降水量減小，要么梅州南部地區(qū)“龍舟水”降水量減小，梅州北部地區(qū)“龍舟水”降水量增大。特征向量值從北向南依次減小，反映梅州市“龍舟水”降水量也是由北向南遞減。

3 結語

1)1991—2020年梅州市“龍舟水”降水量呈上升趨勢，“龍舟水”降水量異常年份偏多。

2)M-K檢驗和滑動t檢驗表明：梅州市“龍舟水”降水量在1991—2020年并未發(fā)生突變。

3)1991—2020年，梅州市“龍舟水”降水量的時間尺度的顯著周期有所增長，主要受7 a左右、10 a左右、14 a左右和22 a左右時間尺度的準周期振蕩影響。

4)梅州市“龍舟水”降水量的大值區(qū)主要集中在平遠、蕉嶺和大埔北部一帶；“龍舟水”降水量小值區(qū)位于梅州的中南部和東南部。興寧南部“龍舟水”降水量穩(wěn)定偏少，豐順東北部“龍舟水”降水量穩(wěn)定偏多，其余地區(qū)“龍舟水”降水量的逐年變化幅度較大。

5)對近30 a梅州市“龍舟水”降水量作EOF分析結果表明，前3個模態(tài)解釋方差占78.73%，分別為全市一致偏多(少)型，東南—西北向偶極型(即東南多(少)西北少(多)型)，為南北向偶極型(即南部多(少)，北部少(多)型)。