近50年安徽省暴雨气候特征

第39卷第2期2011年4月

气 象 科 技

Vo l. 39, N o. 2A pr. 2011

近50年安徽省暴雨气候特征

谢五三 田红

(安徽省气候中心, 合肥230031)

摘要 利用安徽省71个台站1961 2008年近50年的逐日降水资料, 统计出每年各站暴雨量及暴雨次数, 通过趋势分析、EOF 分析、功率谱分析、小波分析、M ann K endall 突变检验等方法分析安徽省暴雨气候特征。结果表明:安徽省常年暴雨量呈纬向空间分布, 常年暴雨次数与其分布非常一致, 暴雨量及暴雨站次最多出现在6月下旬和7月上旬; 全省绝大部分地区的暴雨量呈现上升趋势, 上升幅度较大的地区集中在淮北西部及江南南部, 但绝大部分地区未通过显著性检验; 暴雨量距平场EO F 第1模态全省一致为正, 大值区位于安徽西南部, 第2模态表明南北暴雨量呈现相反的分布, 北多(少) 南少(多) , 第3模态表明安徽暴雨量有南北多(少) 中部少(多) 的分布特征; 暴雨量存在9~10年的主周期, 此外还存在3年左右的次周期, 在9~10年的时间尺度上, 近50年安徽暴雨量经历了由多到少5个循环交替; 在1978年前后暴雨量存在一次突变, 1979 2008年年均暴雨量比1961 1978年年均值增加了58 3mm 。

关键词 暴雨 气候特征 安徽省

引言

近年来, 全球变暖背景下极端气候事件的变化已引起社会各界的广泛关注, IPCC 第4次科学评估报告指出, 随着全球变暖, 极端高温和强降水等极端事件的发生将变得更频繁。暴雨是一种最为常见的气象灾害, 暴雨的出现对国民经济、人民生命财产的安全有很大的威胁。多年来许多气象工作者对极端降水、暴雨等的研究结果表明, 我国是多暴雨区域, 大暴雨主要出现在华南、长江流域和华北地区, 各地区暴雨存在区域性差异。如鲍名等分析了近40年我国暴雨的年代际变化特征, 指出我国各地区暴雨的年代际变化有一定的差异; 徐桂玉等[2针对我国南方暴雨的特征做了细致分析, 得出我国南方暴雨的总趋势是略有增加, 但幅度很小; 张永领等[45]分析了长江流域夏季降水的时空特征及演变趋势, 得出长江流域夏季降水存在区域性差异; 此外还有很多关于暴雨的研究, 取得了很多有建设性的成果。相对于暴雨的天气学研究而言, 迄今关于暴雨的气候学研究相对较少, 而对安徽省暴雨气候特征做系统性分析至今未见。

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[1]

安徽地处中纬度地带, 属暖温带向亚热带的过渡型气候, 天气复杂多变, 灾害频繁, 暴雨是主要灾害性天气之一, 特别是日降水量在100m m 以上的强降水, 往往引起洪涝灾害。如2008年7月底至8月初皖东地区发生的有气象记录以来最强特大暴雨, 致使滁河流域发生有实测记录以来仅次于1991年的大洪水, 造成严重的经济损失和人员伤亡。因此对安徽省暴雨气候特征的分析是很有必要的。本文利用安徽省71个台站1961 2008年近50年的逐日降水资料, 对安徽省暴雨气候特征进行系统分析, 旨在为今后暴雨预报及研究提供参考。1 资料与方法

本文采用安徽省71个气象台站1961 2008年共48年的逐日降水资料, 对安徽省近50年暴雨气候特征进行分析, 所有降水资料均来自安徽省气象档案馆整编资料, 气象站点均匀分布在全省各地, 满足研究需要。暴雨的定义为日降水量大于等于50m m, 暴雨雨量为所有暴雨日降水量的总和, 暴雨次数为所有暴雨日数之和, 再分别统计出安徽省71个气象台站1961 2008年逐年暴雨量并建立时间

中国气象局气象灾害风险区划试点建设项目子项目 安徽省洪涝灾害风险区划研究! 资助

作者简介:谢五三, 男, 1981年生, 硕士, 工程师, 主要从事极端气候事件监测及影响评估工作, Email:xiewu san _2008@sina. com :月6; :

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序列, 通过趋势分析、EOF 分析、周期分析、小波分析等方法对暴雨量进行时空特征分析, 并运用Mann Kendall 方法[11]对安徽省近50年的暴雨量进行突变检验。

2 安徽省常年暴雨量及暴雨次数

图1a 为安徽省常年暴雨量(1971 2000年平

均) 空间分布。由图可见, 常年暴雨量基本呈纬向分布, 低值区位于沿淮淮北地区, 高值区位于安徽西南部, 最大为祁门, 达602mm 。图1b 为安徽省常年暴雨次数空间分布, 其空间分布特征与暴雨量的分布非常一致, 高值区位于安徽西南部, 出现暴雨最多的地方也是祁门, 年均出现7 3

次。

图1 安徽省常年暴雨量(a, mm) 及暴雨次数(b)

分布

图2为安徽省各旬多年平均暴雨量及暴雨站次。由图可见, 各旬暴雨量及暴雨站次在数值上高度一致, 1961 2008年共48年中, 仅12月下旬安徽未出现过暴雨, 其他各旬均出现过暴雨, 暴雨量及暴雨站次最多出现在6月下旬, 其次为7月上旬, 呈

现 6下7上! 的特征, 暴雨量及暴雨站次最少出现在12月下旬, 其次为1月下旬。3 安徽省暴雨量时空特征3 1 趋势分析

图3a 为安徽省暴雨量线性倾向分布。由图可知, 全省71个台站中, 有57个站线性倾向为正, 仅14个站为负, 即全省绝大部分地区的暴雨量呈现上升趋势, 上升幅度较大的地区集中在淮北西部及江南南部, 最大为屯溪, 线性倾向达56mm /10a 。图3b 为暴雨量趋势系数分布, 样本资料为48年, 趋势系数绝对值需超过0 28才达到0 05的显著性水平, 全省仅有8个站通过0 05的显著性检验, 其他绝大部分地区均未通过显著性检验。

图2 安徽省各旬多年平均暴雨量及暴雨站次

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图3 安徽省暴雨量线性倾向(a, mm/a) 及趋势系数(b)

(图a 中虚线表示下降趋势, 实线表示上升趋势; 图b 中虚线表示通过0 05的显著性检验, 实线表示未通过0 05的显著性检验)

3 2 EOF 分析

对安徽省71个气象台站1961 2008年共48年暴雨量作EOF 分析, 目的在于了解安徽暴雨的空间分型, 采用暴雨量的距平场做EOF 分析。EOF 展开前3个模态累积方差贡献为64%, 空间分布见图4。由第1模态可知, 全省一致为正, 呈纬向空间

分布, 大值区位于安徽西南部; 第2模态零线横向将安徽分为南北两部分, 北部为正, 南部为负, 数值相当, 表明南北暴雨量呈现相反的分布, 北多(少) 南少(多) ; 第3模态零线横向将安徽分为3部分, 中间负两头正, 表明安徽暴雨量还有南北多(少) 中部少(多)

的分布特征。

图4 安徽省暴雨量距平EO F 第1(a) 、第2(b) 和第3(c) 模态的空间分布

3 3 周期分析

功率谱分析是一种应用极为广泛的分析周期的

方法, 为研究安徽省暴雨量的周期, 对其时间序列做功率谱分析, 结果见图5。由图可见, 在周期长度为

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9 3年处, 功率谱估计值为一个峰值, 且大大超过标准谱, 因此9 3年为第1显著周期, 其次在2 6年处, 功率谱估计值也超过标准谱, 因此2 6年为第2显著周期。由此可见, 安徽省暴雨量存在9~10年的主周期, 此外还存在3

年左右的次周期。

安徽省暴雨量在1978年前后存在一次突变, 1979 2008年一直有增多趋势, 由于U F 曲线未超过1 96线, 因此这种增多趋势未通过 =0 05的显著性检验。通过计算1978年突变前后的暴雨量均值可知, 1978年以后安徽省年均暴雨量明显增加, 1961 1978年年均为264 9mm , 而1979 2008年年均为323 2mm, 年均增加了58 3m m 。

图5 安徽省暴雨量功率谱分析

(虚线为a =0 05的红噪音标准谱)

小波变换方法是一种时频分析方法, 既可以了解时间序列不同时间的频率特征, 又可以了解不同

频率的时间分布特征。图6为安徽省暴雨量的小波变换图, 图的上半部分等值线相对稀疏, 对应较长时间尺度的振荡, 而下半部分等值线相对密集, 对应较短时间尺度的振荡。由图可见, 9~10年和3年左右的周期振荡较为明显, 这与功率谱分析结果是一致的, 在9~10年的时间尺度上, 安徽近50年暴雨量经历了由多到少5个循环交替, 目前正处于暴雨

量偏多时期。

图7 安徽省暴雨量M ann Kendall 突变检验

4 结论

(1) 安徽省常年暴雨量呈纬向分布, 低值区位于沿淮淮北地区, 高值区位于安徽西南部, 常年暴雨次数与暴雨量的分布非常一致, 高值区位于安徽西南部。1961年以来仅12月下旬安徽未出现过暴雨, 暴雨量及暴雨站次最多出现在6月下旬, 其次为7月上旬, 呈现 6下7上! 的特征。

(2) 安徽省绝大部分地区的暴雨量呈现上升趋势, 上升幅度较大的地区集中在淮北西部及江南南部。暴雨量趋势系数全省仅有8个站通过 =0. 05的显著性检验, 其他绝大部分地区均未通过显著性检验。

(3) 暴雨量距平场EOF 展开前3个模态累积方差贡献为64%, 第1模态全省一致为正, 呈纬向空间分布, 大值区位于安徽西南部; 第2模态北部为正, 南部为负, 表明南北暴雨量呈现相反的分布, 北多(少) 南少(多) ; 第3模态中间负两头正, 表明安徽暴雨量还有南北多(少) 中部少(多) 的分布特征。

(4) 利用功率谱及小波分析方法分析安徽省暴雨量的周期可知, 安徽省暴雨量存在9~10年的主周期, 此外还存在3年左右的次周期, 在9~10年的时间尺度上, 近50年安徽暴雨量经历了由多到少5个循环交替, 目前正处于暴雨量偏多时期。

图6 安徽省暴雨量小波变换

(虚线为负值, 实线为正值)

3 4 突变分析

Mann Kendall 检验是一种最为常见的突变检验方法, 图7为安徽省暴雨量的M ann Kendall 突变检验。由U F

曲线及UF 与UB 曲线的交点可见,

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Climate Characteristics of Heavy Rainfall in Recent 50

Years over Anhui Province

Xie Wusan T ian Hong

(A nhui Climate Center, Hefei 230031)

Abstract:By using the daily precipitation data from 71stations in Anhui prov ince from 1961to 2008, the precipitation amo unt and frequency o f annual heavy rainfall are calculated for every station, and then the climatic char acteristics of heav y rainfall ov er Anhui Pro vince are analyzed by such metho ds as trend analysis, EOF, pow er spectrum analysis, w avelet analysis, Mann Kendall test, and so o n. T he r esults show that the distribution of heav y rainfall from 1971to 2000, in accordance w ith the distr ibutio n of the frequency, show s a latitudinal patter n; the hig h am ount and fr equency of heav y rainfall appeared m ostly ar ound the end of June and the beginning of July. T he heav y rainfall in m ost parts of Anhui had an increase tr end, w ith the high value areas in the w estern H uaibei and the so uther n Jiang nan regio ns. T he values of first mo de of EOF w ere positive in all the province, w ith high values in the southw est of Anhui. The seco nd m ode of EOF indicates that the distributions of heavy rainfall in the South and North are co ntrary, greater in the North and less in the so uth. The third mode of EOF indicates that heavy rainfall w as g reater in bo th South and Nor th, and less in the central par t. There w ere periodic variations w ith the main periods being 9to 10years and the secondary perio d o f about 3year s. The heav y r ainfall in recent 50y ears in Anhui experienced five cycles in the 9to 10y ear time scale. T here was a m utatio n around 1978, and the av er ag e rainfall from 1979to 2008is 58 3mm hig her than the average from 1961to 1978. Key words:heav y r ainfall, clim ate char acteristic, Anhui Pro vince