張丹丹，雷 霆，王 棚，黎 榮，許文亞

(1.貴州省德江縣氣象局，貴州 德江 565200；2.貴州省銅仁市氣象局，貴州 銅仁 556000)

0 引言

德江縣位于烏江中下游流域，處于氣候溫潤的亞熱帶季風(fēng)區(qū)，多出現(xiàn)降水天氣過程，易受到極端降水天氣過程影響，而極端降水事件是阻礙社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大災(zāi)害性天氣，對(duì)德江縣極端降水事件特征和關(guān)系的研究是當(dāng)前迫切需要的。前人學(xué)者對(duì)極端降水已經(jīng)做了大量研究，如王苗等[1]對(duì)我國極端降水事件的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，指出極端降水的長期變化特征具有區(qū)域性，王志福等[2]對(duì)中國極端降水事件的頻數(shù)和強(qiáng)度特征進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)極端降水事件多發(fā)生在35°N以南地區(qū)，并且極端降水持續(xù)時(shí)間較長。高紅梅等[3]對(duì)烏江流域降水氣候特征進(jìn)行分析，指出烏江下游德江一帶暴雨天氣日數(shù)較多。本文將在前人學(xué)者研究的基礎(chǔ)上，針對(duì)性的對(duì)烏江中下游流域德江縣極端降水事件進(jìn)行研究，研究德江縣發(fā)生極端降水事件的頻數(shù)和強(qiáng)度特征，總結(jié)出德江縣極端降水頻數(shù)和強(qiáng)度等相關(guān)參數(shù)的特征和變化趨勢(shì)，并結(jié)合近10 a出現(xiàn)的典型極端降水事件的影響天氣系統(tǒng)，建立典型極端降水事件天氣學(xué)模型，為后期烏江中下游發(fā)生極端降水事件的預(yù)測(cè)提供參考。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)

由貴州省氣象信息中心提供的1959—2018年德江國家站逐日降水?dāng)?shù)據(jù)；1987—2017年思南、沿河國家站逐日降水?dāng)?shù)據(jù)；2010—2017年德江縣19個(gè)區(qū)域站的逐日降水?dāng)?shù)據(jù)；2007—2017年MICAPS天氣圖資料。

1.2 極端降水事件定義方法

本文采用第95位百分位法，將各站點(diǎn)逐年日降水量數(shù)據(jù)按從小到大的升序排列，選取第95位百分位的多年平均值作為極端降水事件發(fā)生的閾值，若日降水量大于閾值則記作發(fā)生一次極端降水事件。本文定義極端降水頻數(shù)是每年出現(xiàn)極端降水事件天數(shù)的和，極端降水強(qiáng)度是每年出現(xiàn)極端降水事件的日降水量總量與極端降水頻數(shù)的比。若某日降水量>100 mm則記為發(fā)生一次典型極端降水事件，典型極端降水事件年是出現(xiàn)典型極端降水事件的年份。

1.3 M-K非參數(shù)檢驗(yàn)方法

M-K檢驗(yàn)方法[4]是一種非參數(shù)檢驗(yàn)方法，廣泛用于研究分析氣象要素時(shí)間序列的長期變化趨勢(shì)，M-K檢驗(yàn)不要求樣本遵從一定分布，也不受少數(shù)異常值干擾。本文運(yùn)用M-K檢驗(yàn)方法檢驗(yàn)德江近60 a極端降水事件頻數(shù)和強(qiáng)度、極端降水量總量等降水參數(shù)的長期變化趨勢(shì)。

2 極端降水事件特征分析

2.1 極端降水頻數(shù)和強(qiáng)度基本特征

我國氣象規(guī)定日降水量>50 mm為暴雨量級(jí)，采用第95位百分位法分析德江國家站和區(qū)域站降水?dāng)?shù)據(jù)定義德江縣的極端降水閾值，研究發(fā)現(xiàn)近60 a德江出現(xiàn)極端降水事件的日降水量在30.7 mm,小于50 mm，平均極端降水頻數(shù)為8.7 d，平均極端降水強(qiáng)度在52.6 mm/d，最大日降水量為185 mm，最強(qiáng)極端降水強(qiáng)度為94.5 mm/d。分析近8 a德江19個(gè)區(qū)域站極端降水事件，發(fā)現(xiàn)近8 a出現(xiàn)極端降水事件的日降水量在26.8～39.4 mm之間，平均極端降水頻數(shù)為6.1～9.4 d，平均極端降水強(qiáng)度在45.8～62.8 mm/d之間(表1)。再對(duì)近60 a德江日降水量>100 mm的典型極端降水事件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明：德江縣發(fā)生典型降水事件30次，發(fā)生在5—10月，其中5月出現(xiàn)5次，6月出現(xiàn)9次，7月出現(xiàn)10次，8月、9月分別出現(xiàn)2次，10月出現(xiàn)1次；德江典型極端降水事件年為23 a，德江典型極端降水事件年出現(xiàn)概率為38%。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，1959—2018年德江縣60 a平均降水量為1 213.2 mm，近60 a德江發(fā)生極端降水頻數(shù)在2～16 d之間(圖1)，其中2015年僅出現(xiàn)2 d，極端降水總量為100.9 mm(圖2)，為極端降水異常偏少年，1996年出現(xiàn)16 d，極端降水總量為995.6 mm，為極端降水異常偏多年，進(jìn)一步分析近19 a的極端降水事件發(fā)現(xiàn)2014年出現(xiàn)極端降水頻數(shù)14 d為最多，極端降水總量為781 mm。近60 a德江縣極端降水強(qiáng)度在34.6～94.5 mm/d之間(圖3)，1961年極端降水強(qiáng)度最小，1971年最強(qiáng)，再分析近19 a的極端降水事件發(fā)現(xiàn)2010年極端降水強(qiáng)度64.35 mm/d為最強(qiáng)。

表1 近8 a德江縣各區(qū)域站極端降水事件相關(guān)參數(shù)值Tab.1 Parameters related to extreme precipitation events in Dejiang County in recent 8 years

圖1 近60 a德江逐年極端降水頻數(shù)圖Fig.1 Extreme precipitation frequency of Dejiang in recent 60 years

圖2 近60 a德江逐年極端降水總量圖Fig.2 Total amount of extreme precipitation in Dejiang in recent 60 years

圖3 近60 a德江逐年極端降水強(qiáng)度圖Fig.3 Extreme precipitation intensity of Dejiang in recent 60 years

2.2 極端降水頻數(shù)和強(qiáng)度的時(shí)空特征

運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)分析方法分析近8 a德江國家站和19個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站極端降水頻數(shù)和強(qiáng)度的空間分布特征。研究結(jié)果表明，近8 a平均極端降水頻數(shù)8.5 d以上主要集中在德江縣北部鄉(xiāng)鎮(zhèn)泉口和高山、西北部鄉(xiāng)鎮(zhèn)沙溪、中部德江城區(qū)、西南部鄉(xiāng)鎮(zhèn)復(fù)興，由西北向東南呈遞減的趨勢(shì)；近8 a德江縣平均極端降水強(qiáng)度由西北向東南方向加強(qiáng)，東南部烏江流經(jīng)鄉(xiāng)鎮(zhèn)共和、長堡的極端降水強(qiáng)度較強(qiáng)，極端降水強(qiáng)度在55 mm/d以上(圖4)。

圖4 近8 a德江極端降水頻數(shù)和強(qiáng)度空間分布圖Fig.4 Spatial distribution and intensity of extreme precipitation frequency in Dejiang in recent 8 years

并用M-K檢驗(yàn)法檢驗(yàn)近60 a德江站極端降水頻數(shù)、強(qiáng)度和極端降水總量的長期變化趨勢(shì)，給定顯著性水平α=0.05，臨界值U0.05=±1.96繪制趨勢(shì)圖，UF和UB曲線的交點(diǎn)為突變點(diǎn)。發(fā)現(xiàn)近60 a德江縣極端降水頻數(shù)除個(gè)別年份有減少趨勢(shì)外總體上呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，極端降水強(qiáng)度1964年后呈增強(qiáng)趨勢(shì)，極端降水總量1962—1990年、1995—2009年呈增多的趨勢(shì)，2009年后有減少的趨勢(shì)(圖5)。

圖5 近60 a德江極端降水頻數(shù)、強(qiáng)度和極端降水總量變化趨勢(shì)Fig.5 Variation trend of frequency, intensity and total amount of extreme precipitation in Dejiang in recent 60 years

3 建立極端降水天氣模型

對(duì)1987—2017年烏江中下游流域思南、德江、沿河極端降水事件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，研究近10 a出現(xiàn)的典型極端降水事件，思南2014年出現(xiàn)2次，德江出現(xiàn)3次分別出現(xiàn)在2007年、2011年、2014年，沿河出現(xiàn)3次分別出現(xiàn)在2007年、2009年、2016年(表2)，查看挑選出的近10 a共8次典型極端降水事件的天氣圖資料，并運(yùn)用MICAPS 4繪圖軟件繪制天氣形勢(shì)分析圖，綜合分析500 hPa的高空槽線、700 hPa和850 hPa切變線和急流、以及地面輻合線的位置關(guān)系(圖6)。

表2 近10 a烏江中下游流域發(fā)生的典型極端降水量事件Tab.2 Typical extreme precipitation events in the middle and lower reaches of Wujiang River in recent 10 years

根據(jù)近10 a典型極端降水事件天氣形勢(shì)分析圖，對(duì)烏江中下游流域天氣過程進(jìn)行歸納總結(jié)，得出極端降水事件天氣模型(圖7)：500 hPa高空槽位于四川東部，副高一般位于沿海一帶；700 hPa切變線位于川南—渝南—湘北一帶，西南急流位于貴州省中北部，水汽從孟加拉灣輸送至貴州；850 hPa在重慶南部存在一低渦，思南、德江、沿河位于低渦的暖式切變線南側(cè)，偏南急流從南海向貴州東部不斷輸送水汽，思南、德江、沿河處于偏南急流左側(cè)輻合區(qū)；地面上，在貴州西北部為熱低壓中心，地面中尺度輻合線從低壓中心延伸至貴州東北部，恰好位于思南、德江、沿河附近。綜合以上，在思南、德江、沿河附近動(dòng)力、水汽條件較好，利于暴雨天氣的產(chǎn)生。

4 結(jié)論

本文主要研究分析1959—2018年德江國家站、1987—2017年思南和沿河國家站、2010—2017年德江縣19個(gè)區(qū)域站的逐日降水?dāng)?shù)據(jù)。研究結(jié)果表明：

①近60 a德江縣極端降水事件閾值為30.7 mm，平均極端降水頻數(shù)為8.7 d，平均極端降水強(qiáng)度為52.6 mm/d；近8 a德江縣區(qū)域站極端降水事件閾值在26.8～39.4 mm之間，平均極端降水頻數(shù)為6.1～9.4 d，平均極端降水強(qiáng)度在45.8～62.8 mm/d之間；近60 a德江縣日降水量>100 mm的典型極端降水事件主要集中出現(xiàn)在6—7月，德江典型極端降水事件年為23 a，德江典型極端降水事件年出現(xiàn)概率為38%，最大極端降水頻數(shù)為16 d，最強(qiáng)極端降水強(qiáng)度為94.5 mm/d。

圖6 近10 a典型極端降水事件各層次天氣系統(tǒng)分析圖Fig.6 Synoptic system analysis of typical extreme precipitation events in recent 10 years

圖7 烏江中下游極端降水事件天氣模型Fig.7 Weather model of extreme precipitation events in the middle and lower reaches of Wujiang River

②近60 a德江縣極端降水頻數(shù)和強(qiáng)度時(shí)間序列上的長期變化趨勢(shì)，極端降水頻數(shù)總體呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，極端降水強(qiáng)度1994年后呈增強(qiáng)的趨勢(shì)，極端降水總量呈增多趨勢(shì)；近8 a德江縣極端降水頻數(shù)8.5 d以上主要發(fā)生在北部、西北部、中部、西南部鄉(xiāng)鎮(zhèn)，極端降水強(qiáng)度由西北向東南方向加強(qiáng)，東南部烏江流經(jīng)鄉(xiāng)鎮(zhèn)共和、長堡的極端降水強(qiáng)度較強(qiáng)。

③烏江中下游極端降水事件天氣模型。高空槽位于四川東部，中低空存在切變線配合，低空急流不斷向?yàn)踅邢掠屋斔退?，地面存在低壓中心和中尺度輻合線，在各天氣系統(tǒng)相互配合產(chǎn)生烏江中下游暴雨天氣。