1959—2014年开平市暴雨的气候特征

王成， 潘心顺， 崔雪姣， 余江华， 赵亮

(1.开平市气象局，广东开平　529300；2.新会区气象局，广东新会　529100)



1959
—2014年开平市暴雨的气候特征

王成1， 潘心顺1， 崔雪姣1， 余江华1， 赵亮2

(1.开平市气象局，广东开平529300；2.新会区气象局，广东新会529100)

摘要：利用开平市国家气象观测站1959—2014年逐日降水资料，通过数理统计、经验频率公式、复Morlet小波分析、Mann-Kendall突变检验等方法分析了开平市暴雨的气候特征，结果表明：开平市年平均暴雨日数为8.1 d，暴雨平均强度为83.6 mm；全年各月均有暴雨发生，主要集中在4—9月；暴雨月际分布呈双峰型，主峰5月、次峰8月；暴雨日数的年际变化很大，最多的年份达21 d，最少仅1 d；年暴雨日数与年暴雨降水量和年降水量有很好的相关性；暴雨初日多在3月6日—5月12日出现，终日多在8月20日—10月30日；小波分析表明开平市年暴雨日数存在着9和15年的显著周期，未来几年将经过短暂的暴雨偏少期，之后迎来暴雨多发期；突变检验分析表明开平市年暴雨日数整体变化趋势并不明显，未出现突变。

关键词：气候学； 暴雨气候特征； 小波分析； 突变检验； 开平市

开平市位于珠江三角洲西南部，是全国著名的华侨之乡和碉楼之乡；2007年“开平碉楼与村落”被列入《世界遗产名录》，为中国第35处世界遗产。开平市属南亚热带季风海洋性气候区，暴雨是主要的气象灾害之一，暴雨引发的城市内涝、山洪灾害等对人民生命财产安全、工农业生产、“开平碉楼与村落”旅游业发展等均有严重影响。目前已有很多气象工作者对暴雨的气候特征[1-3]、变化规律[4]等进行了相关研究，而暴雨气候的地域差异明显，对气候变化的响应不尽相同[5-9]。本研究利用开平市国家气象观测站1959—2014年逐日降水资料，分析开平市暴雨的气候特征，以期为开平市暴雨的趋势预报、暴雨影响评估、城市防灾减灾及旅游气象服务等提供参考。

1资料与方法

采用开平市气象观测站1959—2014年逐日降水资料，规定日降水量20：00—20：00(北京时，下同)≥50 mm为1个暴雨日、≥100 mm为1个大暴雨日、≥250 mm为1个特大暴雨日，同时定义连续2 d及以上(≥2 d)的暴雨为连续暴雨。以暴雨日数为定量表征指标，分别建立相关气候序列，通过数理统计、线性趋势分析等探讨开平市暴雨的气候特征；采用经验频率公式[10]分析暴雨初、终日概率；运用复Morlet小波分析及Mann-Kendall(M-K)突变检验[11]等分析暴雨的周期变化规律。

2暴雨的气候特征

2.1基本概况

1959—2014年开平市共出现暴雨日455 d，平均8.1 d/年；其中大暴雨日106 d，占暴雨日总数的23.3%，平均1.9 d/年；特大暴雨日仅1 d，出现在1999年8月23日，日雨量为287.0 mm，这也是开平市历年日雨量的最大值，可见开平市发生特大暴雨的概率很小。定义“暴雨以上的降水量之和与暴雨日数之比”为平均暴雨强度[4]，开平市平均暴雨强度为83.6 mm/d。

2.2暴雨的月分布

图1为开平市1959—2014年逐月暴雨、大暴雨日数总和的变化趋势，可见开平市全年各月均可能出现暴雨，最早出现在1月5日(1992年)，最晚出现在12月26日(1971年)。暴雨的月际分布呈双峰型，主峰位于5月，暴雨日数占全年总暴雨日数的18.5%；次峰位于8月，占全年的14.5%，其中6月暴雨日数高于次峰8月，占全年的16.7%。大暴雨的月际分布亦呈双峰型，与暴雨月际分布特征较为一致，主峰与次峰亦分别出现在5和8月。此外，由图1还可直观看出开平市每年的1、3和12月均无大暴雨出现，2月3场暴雨中有2场为大暴雨，因此在2月的暴雨预报中需重点留意大暴雨的出现。

图1　1959—2014年开平市暴雨、大暴雨日数逐月分布

近56年开平市汛期(4—9月)内暴雨日数为408 d，占历年暴雨总日数的89.7%；其中大暴雨日数为100 d，占大暴雨总日数的94.3%。非汛期(1—3、10—12月)内暴雨、大暴雨日数分别为47、6 d，仅占历年暴雨、大暴雨总日数的10.3%、5.7%。可见开平市暴雨、大暴雨均集中出现在汛期。前汛期(4—6月)内暴雨、大暴雨日数分别为223、53 d，后汛期(7—9月)内暴雨、大暴雨日数分别为185、47 d，前汛期内暴雨、大暴雨日数均多于后汛期。

2.3暴雨的年变化

开平市暴雨日数的年际变化差异很大(图2)，最多的年份达21 d(1981年)，最少的年份仅1 d(1990年)。统计发现，年大暴雨日数最多达6 d(2009年)，有11年没有出现过大暴雨。利用最小二乘法对暴雨总日数与年份序列进行直线拟合，其线性倾向值为0.002，表明开平市年暴雨日数以0.002 d/年的速率增长，增长趋势不明显，其相关性未通过α=0.10的显著性水平检验。

图2　1959—2014年开平市逐年暴雨日数

2.4暴雨的持续性

定义持续2 d及以上(≥2 d)的暴雨为持续性暴雨。56年来开平市出现持续性暴雨共60次，总日数为130 d，占暴雨总日数的28.6%；持续2 d的暴雨52次、持续3 d的6次、持续4 d的2次(1965年9月27—30日，累积雨量472.1 mm；1981年9月29日—10月2日，累积雨量330.9 mm)，未出现持续5 d或以上的暴雨。持续性暴雨最早出现在1月30—31日(1969年)，最晚出现在11月11—12日(1965年)；持续性暴雨集中出现在汛期，占总次数的91.7%，5—6、8—9月为持续性暴雨的高发期，2—3、10和12月未出现过持续性暴雨，11月共出现11 d暴雨，其中持续2 d的暴雨出现4次，占总日数的72.7%，可见在11月的暴雨预报中需重点留意持续性暴雨的出现。

2.5暴雨日数、降水量和年降水量的相关性

1959～2014年开平市年平均降水量为1 837.6 mm，平均年暴雨日数累计降水量为679.3 mm，占年降水量的37%。相关性分析表明，年暴雨日数、年暴雨日累计降水量与年降水量的相关系数分别为0.727、0.785，远通过α=0.001显著性水平检验，这表明暴雨日多(少)的年份，年暴雨日累计降水量与年降水量一般会较多(少)，年暴雨日累计降水量对年降水量的贡献一般较大(小)。

2.6暴雨的初、终日

近56年开平市暴雨初日最早出现在1月5日(1992年)，最晚出现在7月23日(1963年)；暴雨初日主要集中在4月，占总数的41.1%，其次为5月，占23.2%。暴雨终日最早为5月4日(1990年)，最晚为12月26日(1971年)，主要集中在9和10月，分别占总数的39.3%、17.9%。采用经验频率公式Pm=m/(n+1)×100% 计算暴雨初、终日保证率，其中m为暴雨初(终)日由后(前)向前(后)排列的序号，n为样本数(56)，Pm(%)为保证率。由公示定义可知，Pm越低的日期前暴雨初日概率越大，Pm越高的日期前暴雨终日概率越大。如表1所示，80%与20%保证率下暴雨初日分别为3月6日和5月12日，即暴雨初日多在3月6日—5月12日出现；同理暴雨终日多在8月20日—10月30日出现。

表1　1959—2014年开平市不同保证率下的暴雨初、终日

暴雨初、终日的线性倾向率分别为-0.172 8 d/年和0.003 7 d/年，表明开平市暴雨有初日提前、终日推迟迹象，其相关系数分别为-0.069 4、0.001 3，但相关性均未能通过α=0.10的显著性水平检验，所以暴雨初(终)日是否具有趋势性变化特征还需进一步观察。

2.7暴雨日数的小波分析

为了进一步研究开平市年暴雨日数在多时间尺度的变化周期，本研究利用复Morlet小波分析了开平市年暴雨日数的小波系数实部时频分布(图3)，可清楚看到年暴雨日数演化过程中存在多层次的时间尺度结构和局部变化特征。开平市年暴雨日数存在明显的15年的大周期，同时还存在着8～10年的周期，在1975—1988和1997—2012年则有4年的小周期。分析最近几年暴雨日数变化可知，2012—2014年的小波分析实部等值线远未闭合，且同时存在于8～10年周期变化的暴雨偏多期和4年的暴雨偏少期中，可以初步预测开平市未来将经过短暂的暴雨偏少期，之后迎来暴雨多发期。

图3　1959—2014年开平市暴雨日数的小波系数实部等值线

2.8暴雨的突变检验

利用M-K方法对1959—2014年开平市年暴雨日数进行突变分析，以确定开平市的暴雨日数的变化是否是对气候突变的一种反映。由图(图略)可知，UF和UB曲线的值均未超过显著性水平α=0.05的临界线(u=±1.96)，可知开平市年暴雨日数变化趋势未通过α=0.05的置信度检验，因此开平市年暴雨日数整体变化趋势并不明显，未出现突变。分析UF曲线可知， 2004年以前，开平市年暴雨日数整体为上升趋势，之后为下降趋势，但其变化趋势并不显著。

3结论

1)开平市年平均暴雨日数8.1 d，平均暴雨强度为83.6 mm/d。暴雨初日多在3月6日—5月12日出现，终日多在8月20日—10月30日。年暴雨日累计降水量占年降水量的37%，年暴雨日数与年暴雨日累计降水量和年降水量有很好的相关性。

2)开平市全年各月均有暴雨发生，89.7%的暴雨出现在汛期，前汛期多于后汛期。暴雨月际分布呈双峰型，主峰5月、次峰8月，大暴雨月际分布亦呈双峰型。暴雨日数的年际变化差异很大，最多年份达21 d，最少仅1 d。

3)持续性暴雨日数占暴雨总日数的28.6%，5—6、8—9月为持续性暴雨的高发期，历史上未出现持续5 d或以上的暴雨。

4)开平市年暴雨日数存在着9和15年的显著周期，1975—1988和1997—2012年存在着4年的小周期；未来将进入短暂的暴雨偏少期，之后迎来暴雨多发期。突变检验分析表明开平市年暴雨日数整体变化趋势并不明显，未出现突变。

参考文献:

[1]邱军，李江南，梁毅进，等.广东省持续性暴雨的气候特征[J].热带地理，2008，28(5)：405-410.

[2]彭丽英，王谦谦，马慧.华南前汛期暴雨的气候特征[J].南京气象学院学报，2006，29(2)：249-253.

[3]翟志宏，何健.华南区域1961—2008年暴雨变化趋势统计特征[J].广东气象，2011，33(1)：24-27.

[4]伍红雨，杜尧东，秦鹏.华南暴雨的气候特征及变化[J].气象，2011，37(10)：1262-1269.

[5]黄先香，炎利军，李与广，等.佛山市暴雨的气候特征及天气系统配置[J].广东气象，2011，33(2)：12-15.

[6]周小云，李娜，吴珍梅.清远市暴雨降水的气候变化特征[J].安徽农业科学，2011，39(23)：14208-14209，14223.

[7]钟平威，陈敏，孙喜艳.海丰县暴雨的气候特征[J].广东气象，2009，31(3)：26-28.

[8]王辉，郑细华，李勇增，等.龙川县近50年来暴雨的变化特征[J].广东气象，2008，31(5)：28-29.

[9]胡丽华，袁锡沛，管勇，等.恩平市1962～2009年暴雨气候特征[J].广东气象，2012，34(1)：35-37，41.

[10]王成，吴善材，谢爱琼.开平市近50年雷暴的气候统计特征[J].广东气象，2009，31(6)：42-43.

[11]魏凤英.现代气候统计诊断预测技术[M].北京：气象出版社，1999.

收稿日期：2015-06-28

作者简介：王成(1984年生)，男，本科，工程师，主要从事天气预报服务工作。E-mail：001wangcheng@163.com

中图分类号：P46

文献标识码：A

doi:10.3969/j.issn.1007-6190.2016.01.010

Climatological Characteristics of Heavy Rains in Kaiping City in 1959 to 2014

WANGCheng1,PANXin-shun1,CUIXue-jiao1,YUJing-hua1,ZHAOLiang2

(1.Meteorological Bureau of Kaiping City, Kaiping 529300; 2.Meteorological Bureau of Xinhui District, Kaiping City, Kaiping 529100)

Abstract：Using day-to-day rainfall data from national meteorological observation stations in Kaiping City from 1959 to 2004 and with the methods of mathematical and physical statistics, empirical frequency formula, complex Morlet wavelet analysis and Mann-Kendall abruptness test, we analyzed the climatological characteristics of heavy rains that happened in Kaiping. The result is shown as follows. Heavy rains happened with an annual mean of 8.1 d with an average intensity of 83.6 mm. It is possible for heavy rains to take place all the year around but they concentrate in April to September. The monthly distribution of heavy rains is bimodal with the primary peak in May and the secondary peak in August. The number of heavy rain days varies much on the interannual scale with the most frequent year having 21 d but the least frequent year having only 1 d. The annual number of heavy rain days is well correlated with the annual rainfall of heavy rains and annual rainfall of all types of precipitation. The annually first day of heavy rain is mostly between March 6 and May 12, and the annually last day of heavy rain mostly between August 20 and October 30. As shown in the wavelet analysis, there are significant periods of 9 and 15 years in the annual average number of heavy rain days. In the next few years, heavy rains are expected to decrease for a short time before taking place frequently. As shown in the abruptness test, the overall trend of variation in the annual number of heavy rain days is not obvious, without any abrupt changes.

Key words：climatology; climatological characteristics of heavy rains; wavelet analysis; abruptness test; Kaiping City

王成， 潘心顺， 崔雪姣， 等.1959—2014年开平市暴雨的气候特征[J].广东气象，2016,38(1)：40-43.