贵州省1965—2015年热带气旋降水的统计特征

张娇艳，李 扬，张东海，李忠燕，罗 璇

(1.贵州省气候中心,贵州 贵阳 550002; 2.贵州省山地气候与资源重点实验室,贵州 贵阳 550002;3.贵州省贵阳市气象局,贵州 贵阳 550001; 4.民航贵州空管分局气象台，贵州 贵阳 550012)

1 引言

热带气旋是导致我国降水的重要系统之一，因此对我国热带气旋降水的研究越来越多，尤其是针对沿海城市开展的研究。例如刘通易等[1]对我国1965—2010年7—9月热带气旋的变化趋势和影响机制进行了分析，平均热带气旋降水由沿海向内陆，由东南向西北递减；巢清尘等[2]分析了珠三角、长三角等关键经济区的热带气旋的气候趋势及极端性特征，着重体现了近年来热带气旋引起的极端性降水有增加的可能；陈秋萍等[3]等对登陆福建的热带气旋短时强降水的统计特征进行了揭示；林爱兰等[4-5]等分析了几年内热带气旋在珠三角登陆过程中降水特征及其分布变化；任福民等[6]针对近60 a影响中国之热带气旋降水的气候特征和极端特征都进行了深入细致的分析。除了基于粗分辨率的台站和网格资料的研究外，近些年，关于中国大陆及东亚范围的高分辨率降水资料的累积越来越多，例如中国自动站降水和多源融合降水[7-8]，因此利用这些高分辨率降水资料开展的热带气旋降水研究将会成为热点。此外，内陆城市相对于沿海城市来说，受热带气旋的影响较小，但热带气旋在内陆地区的势力也不容小觑，例如林志强等[9]指出西北太平洋热带气旋减弱后的残留低压仍然携带大量的水汽和能量，给其经过之处带来强降水。内陆地区受热带气旋影响的研究工作开展得较少，仅在对云南省开展得较为系统，例如对云南省热带气旋降水的个例、气候统计特征和相关的环境场特征分析等[10-13]。作为应设立的最后一道热带气旋防灾减灾工作的防线，内陆城市关于热带气旋降水的统计工作意义重大，贵州省就是其中之一。因此本研究开展的贵州省热带气旋降水的统计特征，为全面了解热带气旋对内陆城市的影响程度研究工作奠定坚实的基础。

2 资料与方法

本研究所使用的降水资料来自中国气象局气象信息中心1951—2015年756站逐日降水站点资料，该资料为前一日北京时20时至当日20时的累积降水。利用上海台风研究所整编的1949—2015年“CMA-STI 西北太平洋热带气旋最佳路径数据集”，包括热带气旋每6 h一次的位置和强度，值得注意的是，为与以北京时观测的降水资料匹配，热带气旋路径资料也进行了世界时向北京时的转换。另外由于热带低压同样能带来较强的降水，因此本研究使用的是热带低压及其以上强度的热带气旋资料，在程正泉等人[14]的工作中也是这样考虑。一方面考虑到1951—1960年是我国台站陆续建立的阶段，另一方面考虑到热带气旋活动的常规监测是从20世纪60年代中期开始，因此研究时段定为1965—2015年。为了保证站点的稳定性，降水站点还进行了质量控制，即剔除在研究时段中任何一年缺测天数超过总观测天数10%的站点。研究时段的确定方法和降水站点的质量控制方法在Zhang[15]等人关于热带气旋降水的研究中已得到了认可。质量控制后，在我国符合条件的有514个站点，如图1所示，其中贵州省有19个站点，这19个站点在贵州的分布较为均匀，也经常用于贵州省的气候变化研究中，基于这19个站点的贵州省降水气候特征具有较好的代表性[16]。因此贵州省热带气旋降水的统计特征将从这19个站点开展。

热带气旋降水的分离方法也是本研究的关键方法之一。目前，有两种方法是比较常用的，一种是采用天气图人工判别的方法，以程正泉等人[14]的工作为代表；另一种是由任福民等人提出的客观天气图分析法OSAT(Objective Synoptic Analysis Technique)[17]，该方法分为自然雨带的分离及热带气旋雨带的识别两个步骤。自然雨带的分离：①对于存在降水量的n个台站，定义距离其200 km以内的站点为邻站，然后计算各降水台站的邻站降水率r(i)=m/M，其中，m为降水的台站数，M为邻站总数。将r(i)由大到小排序，并规定阈值(0.3～0.5)限制取值的个数，同时还要考虑与已入选的任一雨带中心之间的距离必须大于阈值(300 km)，由此得到K个雨带中心；②对于暂时未列入任何雨带的台站进行雨带边缘粗定义，只要它的邻站有属于哪一个已定义雨带，它就跟随该雨带(邻站数最多)，否则它是真正的离散降水站，将上步重复多次，就得到细定义的边缘。热带气旋雨带的识别：①根据各雨带的雨量加权中心与热带气旋中心距离的关系筛选出可能的热带气旋雨带；②根据台站与热带气旋中心的距离关系，筛选所有存在降水的台站。经过以上两个步骤后，识别得到可能由多条不同雨带以及零星台站组成的热带气旋雨带。该方法广泛地用于我国热带气旋降水的研究[6,15,18-20]。

趋势检验所用的显著性检验方法是Mann-Kendall检验[21]，并利用Yue和Wang[22]所使用的有效样本数(Effective Sample Size,ESS)来对MK检验中的统计量进行改进。

图1 经过质量控制的中国514个降水台站的分布图Fig.1 Spatial distribution of the selected 514 rain gauge stations in China

3 影响贵州省的热带气旋及其降水分布特征

3.1 时间分布特征

经过统计，从导致降水的角度考虑，1965—2015年全国共受到735个热带气旋的影响，年均14.4个，其中有297个影响贵州省，年均5.8个。如图2所示，1965—2015年每年均有热带气旋影响贵州省，1973年和1994年最多，达11个，2004年最少，仅1个。从年代际变化来看，影响全国的热带气旋个数总体上呈下降的趋势，每年减少0.1个，通过95%信度检验；而影响贵州省的热带气旋个数总体上也呈减少的趋势，但每年减少0.03个，未通过95%信度检验。

图2 1965—2015年影响全国(蓝色)和贵州省(红色)的热带气旋个数变化(柱状图)及线性趋势(虚线)(单位：个)Fig.2 Time series of the yearly number of TC counts (bar) and the corresponding linear trend (dashed) in China (Blue) and in Guizhou (Red) from 1965 to 2015

图3给出了1965—2015年影响全国和贵州省的热带气旋逐月分布频次，研究时段中除2月、3月以外，其他月份均有热带气旋影响全国；而贵州仅在4—12月受热带气旋带来的降水影响，其中4月、5月影响贵州省的热带气旋个数较少，进入6月影响个数陡增，7—9月达到峰值，这个阶段是热带气旋发生的盛季，占总影响数的70.7%，10月开始减少，11月骤减，到了12月仅有一次发生，这样的月季变化阶段性规律与影响全国的热带气旋变化规律基本一致。

图3 1965—2015年影响全国(蓝色)和贵州省(红色)的热带气旋逐月分布频次(单位：个)Fig.3 Monthly variation of the number of TCs in China (Blue) and in Guizhou (Red) from 1965 to 2015

如图4所示，1965—2015年贵州省热带气旋降水量无明显变化趋势，年均40.6 mm，2001年最多，达102.4 mm，2004年最少，仅1.8 mm。从演变规律来看，1995年以前贵州省热带气旋降水量的起伏变化较大，1995—2000年进入相对较少的时期，2000年以后热带气旋降水量普遍较多，尤其是2008年以后进入了较稳定的偏多时期。图5则表示1965—2015年贵州省平均每个热带气旋降水量的逐年演变，年均6.9 mm，2001年最多，达14.6 mm，1996年最少，仅1.7 mm。从年代际变化来看，贵州省平均每个热带气旋降水量总体上呈增加的趋势，每年增加0.05 mm，但未通过95%信度检验。不难看出，在2000年以后平均每个热带气旋降水量稳定在一个较多的水平。

图4 1965—2015年贵州省热带气旋降水量逐年演变(柱状图)及线性趋势(虚线)(单位：mm)Fig.4 Time series of the yearly TC precipitation (bar) and the corresponding linear trend (dashed) in China (Blue) and in Guizhou (Red) from 1965 to 2015 (unit: mm)

图5 1965—2015年贵州省平均每个热带气旋降水量逐年演变(柱状图)及线性趋势(虚线)(单位：mm)Fig.5 Time series of the yearly average precipitation for each TC (bar) and the corresponding linear trend (dashed) in China (Blue) and in Guizhou (Red) from 1965 to 2015 (unit: mm)

表1列出了贵州省1965—2015年单站平均过程总降水量排名前10位的热带气旋统计特征，统计范围为19个站。201117号热带气旋纳沙以单站平均过程总降水量达56.3 mm排名第1，单日最大降水量为75 mm，出现在遵义市湄潭县。排名前十位的热带气旋多发生于热带气旋盛季，即7—9月，影响天数介于2～4 d。另外，单站平均过程总降水量的多少并不与影响热带气旋的强度成正比，例如排名第3的19850017号热带气旋在生命史过程中最大强度仅为25 m/s，属于强热带风暴强度；又如排名第5的198609号热带气旋最大强度为20 m/s，仅为热带风暴强度。由此看来，热带气旋的强度并不能决定贵州省降水多寡，其移动路径也可能是重要因素之一。因此，本研究还统计了这10个热带气旋从生成至消散、或移出责任海区、或准静止的移动路径，如图6所示。在这10个热带气旋移动路径中，大致可分为两类，一类是非准静止类(图6a)，从西北太平洋生成后一路西行，在移动路径的右侧给贵州带来较大降水；另一类是准静止类(图6b)，生成于台湾海峡，后在华南地区反复打转直至消亡，这类以19850017号热带气旋为代表，也能为贵州省带来较大的降水。从图7可以看出，1965—2015年影响贵州省的共计297条热带气旋路径，西行路径居多，且结合图6可知，贵州省处于热带气旋路径的右侧时往往会发生较大的降水。此外，值得注意的是在贵州省1965—2015年单站平均过程总降水量排名前10位的热带气旋中，发生在2000年以后的热带气旋占了6个，这可能与热带气旋的最大强度、平均强度或者移动速度等因子有关，尚需今后的工作探究具体原因。

表1 贵州省1965—2015年单站平均过程总降水量排名前10位的热带气旋(TC)统计特征Tab.1 Top 10 tropical cyclones for the most cumulative precipitation at single station of Guizhou during 1965-2015

图6 1965—2015年贵州省单站平均过程总降水量排名前10位的热带气旋路径：(a)非准静止和(b)准静止Fig.6 The tracks of the top 10 tropical cyclones for the most cumulative precipitation at single station of Guizhou during 1965—2015: (a) non-quasi-stationary and (b) quasi-stationary

图7 1965—2015年影响贵州省的热带气旋路径分布图Fig.7 The distribution of the TC tracks in Guizhou during 1965—2015

3.2 空间分布特征

从1965—2015年影响贵州省的热带气旋个数空间分布图(图8)来看，全省19个站在51 a中总影响热带气旋个数介于123个(年均2.4个)与222个(年均4.4个)之间，贵州省的东南部影响个数最多，向西北方向逐渐减少。受影响最大的是黔东南州和黔南州，其次是黔西南州、安顺市、贵阳市和铜仁市，影响最小的是六盘水市、毕节市和遵义市。

图9a表示1965—2015年贵州省热带气旋年平均降水在20.8 mm和62.9 mm之间变化，南部最多，逐渐向西向北减少。在黔西南州、黔东南州年平均热带气旋降水大致为45～60 mm，黔南州和安顺市普遍在40～55 mm左右，六盘水市、贵阳市和铜仁市一般量级为30～40 mm，毕节市和遵义市约在20～35 mm左右。热带气旋降水在年总降水中所占比例仅为2%～5.4%(图7b)，但在热带气旋盛季，即7—9月，所占比例升至3.7%～12.4%，其中黔东南州占比最大，普遍在9%以上，黔西南州、黔南州、安顺市和贵阳市大约在6%～9%，六盘水市和铜仁市大致为5%～7%，毕节市和遵义市最少，普遍在3%～6%(图7c)。

图8 1965—2015年影响贵州省的热带气旋个数空间分布图(单位：个)Fig.8 The distribution of the TC number in Guizhou during 1965—2015

图9 1965—2015年贵州省相关统计量的分布图(a)热带气旋年平均降水(单位：mm)；(b)热带气旋降水在年总降水中所占比例(单位：%)；(c)热带气旋降水在7—9月总降水中所占比例(单位：%)Fig.9 The distribution of the statistics in Guizhou during 1965—2015(a) TC annual precipitation (unit: mm) and the percentage of (b) annual and (c) summer (July-September) TC rainfall to the total annual and summer rainfall (unit: %), respectively

通过图3统计可知，热带气旋影响贵州的主要时期在每年5—11月，因此图10给出了1965—2015年贵州省年平均的热带气旋5—10月降水量的分布图，其中8月最多，约为6～23.5 mm，7月、9月次之，5月最少。从分布特征来看，6—8月热带气旋降水主要呈现南多北少的分布，进入9月向东南多西北少态势偏转，直至10月完全呈东多西少分布，后再进入5月又偏转为东南多西北少态势，这种热带气旋的降水分布可能与西太副高的北抬和南退有关，通过边缘引导气流对热带气旋的路径产生一定的影响，但尚需进一步考证。

图10 1965—2015年贵州省年平均的热带气旋5—10月降水量的分布图(单位：mm)Fig.10 The distribution of the averaged TC precipitation from May to October in Guizhou during 1965—2015 (unit: mm)

从图11a所示的 1965—2015年影响贵州省的热带气旋降水量的变化趋势分布来看，除贵州省的东部、东南部和西北部部分地区呈减少趋势，其余大部地区呈增多趋势，且变化幅度介于-0.4和0.5 mm/a之间，但全省所有站点均未通过95%信度检验，这与Zhang等[15]的研究结果基本相似。另外影响贵州省的热带气旋个数是呈下降趋势的，以东南部和西北部的减少趋势最大，全省所有站点仍未通过95%信度检验(图11b)。但值得注意的是，从图11c得知平均每个热带气旋的降水量在全省基本上呈现增加趋势，变化幅度在0.3 mm/a以内，且有一个站点，即毕节市的黔西站通过95%信度检验，这可能是近年来极端事件逐渐增多的一种体现[23]，极端性存在增加的可能性在巢清尘等[2]关于中国关键经济区的热带气旋降水的研究中也有体现。

图11 1965—2015年贵州省相关统计量的变化趋势分布图(其中黑色方框表示通过95%信度检验)(a)热带气旋降水量(单位：mm/a)；(b)影响热带气旋个数(单位：个/a)；(c)平均每个热带气旋降水量(单位：mm/a)Fig.11 The distribution of the statistics for TC trends in Guizhou during 1965—2015 with the black squares indicating stations that are statistically significantly at the 95% level(a) TC precipitation (unit: mm/year); (b) TC number; (c) Precipitation for each TC (unit: mm/year)

4 总结

本研究利用OSAT客观天气图分析法建立在全国514个气象站的日降水资料基础上，分离得到了贵州省19个站点的热带气旋降水，从而讨论了贵州省1965—2015年热带气旋降水的统计特征，具体如下：

①1965—2015年贵州省共受到297个热带气旋的影响，年均5.8个，主要发生在每年5—10月，尤以热带气旋盛季7—9月最多，空间分布上省之东南部影响个数最多，向西北方向逐渐减少，路径上西行居多，且贵州省处于热带气旋路径的右侧时往往会发生较大的降水。

②贵州省热带气旋年平均降水在20.8 mm和62.9 mm之间变化，7—9月在总降水中所占比例为3.7%～12.4%。6—8月热带气旋降水主要呈现南多北少的分布，进入9月向东南多西北少态势偏转，直至10月完全呈东多西少分布，后再进入5月又偏转为东南多西北少态势。

③影响贵州省的热带气旋个数是呈下降趋势的，但值得注意的是平均每个热带气旋的降水量在全省基本上呈现增加趋势。

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