玉屏县暴雨气候特征与日最大降雨量重现期分析

吴丽华，杨 明，李小兰，陈 军

(1.贵州省玉屏侗族自治县气象局，贵州 玉屏 554000；2.贵州省铜仁市气象局，贵州 铜仁 554300)

玉屏县暴雨气候特征与日最大降雨量重现期分析

吴丽华1，杨 明1，李小兰1，陈 军2

(1.贵州省玉屏侗族自治县气象局，贵州 玉屏 554000；2.贵州省铜仁市气象局，贵州 铜仁 554300)

利用贵州玉屏国家气象站1959—2015年逐日降水资料及乡镇区域自动气象站2010—2015年逐日降水资料，采用线性倾向估计法、皮尔森-Ⅲ等方法，对玉屏县暴雨气候特征及日最大降雨量进行分析。结果表明：玉屏县暴雨日数年变化呈略上升趋势，20世纪70年代中期—80年代前期为暴雨偏少时段，60年代后期—70年代前期、80年代中后期为暴雨偏多时段。暴雨发生在夜间的概率较大，尤其是4—7月；玉屏县暴雨降雨持续时间大多在3～12 h之间，占72%。暴雨过程出现短时强降水的概率及极值较大。玉屏县有2个多暴雨中心，分别位于亚鱼乡、大龙镇。用皮尔森-Ⅲ推算，玉屏县10 a出现一次的日最大降雨量为114.8 mm，20 a出现一次的日最大降雨量为139.6 mm，50 a出现一次的日最大降雨量为174.0 mm。1960年出现的日降雨量226.2 mm，属于188 a重现一次，2007年出现的次大日降雨量191.9 mm，属于75 a重现一次。

暴雨；气候特征；日最大降雨量；重现期

1 引言

暴雨是贵州玉屏县主要灾害性天气之一，暴雨时常引起山洪暴发、城市内涝、山体滑坡等灾害。在玉屏县有“有雨遍坡流，无雨渴死牛”的说法。国内外相关专家学者对暴雨进行了多方面的研究[1-5]，得出了不同地区暴雨的气候特征，也提出了不同预报方法，但暴雨的成因错综复杂，局地性很强，各地气候特征差异大，对其落区和强度预报是一个很大难题。本文拟通过对玉屏县暴雨气候特征进行统计，为开展暴雨短时临近预警服务，提供一些基础依据和气候背景。

2 资料来源

本文所用资料为贵州玉屏国家气象站1959年1月1日—2015年12月31日逐日降水资料及玉屏县乡镇区域自动气象站2010年1月1日—2015年12月31日逐日降水资料。资料取自贵州省气象信息中心，所用的A文件经过格式审查和质量控制。

3 暴雨的时间变化特征

3.1 暴雨的年变化特征

采用线性倾向估计法分析玉屏县暴雨日数的年变化趋势如图1[6]。由图1可以得出，1959—2015年玉屏县共出现暴雨日134 d，年平均暴雨日2.4 d。暴雨日数的年变化呈略上升趋势，气候倾向率为0.167 d/10 a，但未能通过0.05显著性检验，20世纪70年代中期—80年代前期为暴雨偏少时段，有3 a未出现暴雨天气，年平均暴雨日1.1 d，60年代后期—70年代前期、80年代中后期，为暴雨偏多时段，年平均暴雨日3.0 d和3.2 d， 90年代以后，暴雨日数呈波动式上升阶段。

图1 玉屏县1959—2015年暴雨日数趋势演变图(左图粗实线为5 a滑动曲线，右图粗实线为6阶多项式拟合曲线)Fig.1 The trend evolution chart of rainstorm days for Yuping County from1959 to 2015 year (The left solid line was 5 years sliding curve, and the thick solid line on the right was a sixth order polynomial fitting curve)

3.2 暴雨的月分布特征

统计玉屏县各月暴雨出现的频率如图2所示。从图2中可以看出，玉屏县暴雨最早出现在3月，最晚出现在11月， 5—8月是暴雨集中出现时段，占总次数的79.9%， 6月暴雨出现的频率最大(占暴雨总次数的29.1%)，5月次之(占暴雨总次数的20.1%)。

图2 玉屏县1959—2015年各月暴雨频率分布图Fig.2 The distribution map of monthly rainstorm frequency for Yuping County from1959 to 2015 year

3.3 暴雨出现的时段特征

按仅夜间降雨量达到了暴雨(20—08时降雨量≥50 mm)、仅白天降雨量达到了暴雨(08—20时降雨量≥50 mm)、从夜间到白天累计降雨量达到了暴雨(20—20时降雨量≥50 mm，统计时，剔除夜间或白天已单独出现暴雨的次数)，对玉屏县暴雨在各时段出现的次数进行统计如表1。从表1可以看出，玉屏县暴雨出现在夜间的概率最大，为54次，出现在白天的概率最小，为33次，夜间到白天累计降雨量达到暴雨的次数居中，为47次。同时，还可以看出，4—7月暴雨主要出现在夜间，3月、10月、11月暴雨，降雨时间较长，以夜间累计到白天时段为主，8—9月暴雨在出现时段上没有明显差异。

3.4 暴雨的降雨持续时间特征

玉屏县连续2 d降雨量达到暴雨的过程共出现4次，即1996年7月15日(109.8 mm)、16日(55.6 mm)，2004年7月18日(86.7 mm)、19日(74.9 mm)，1990年9月21日(69.3 mm)、22日(59.7 mm)，2013年9月24日(90.9 mm)、25日(75.9 mm)，还未出现连续3 d达到暴雨的天气过程。

表1 玉屏县暴雨各时段出现的次数统计表Tab.1 The statistical table of rainstorm times in Yuping County

暴雨过程的降雨持续时间长短将直接影响灾害的严重程度。降雨时间长，降雨就缓，降雨时间短，降雨就急。统计得出，玉屏县暴雨过程持续时间最短为1 h，最长为24 h，持续时间在7～12 h最多，达38次占43%，持续时间在3～6 h次之，为26次占29%，持续时间在2 h以内最少，仅有2次(表2)。

表2 玉屏县暴雨过程降雨持续时间统计Tab.2 The statistics of duration for rainstorm in Yuchang County

4 暴雨的空间分布

当某日20—20时只要有一个乡镇区域自动站出现暴雨统计为一次暴雨过程。2010—2015年玉屏县共出现暴雨过程38次95站，其中，只有1个乡镇出现暴雨的过程最多达16次，有2～3个乡镇出现暴雨的过程次之达13次，有4～6个乡镇同时出现暴雨的过程最少仅9次，说明玉屏县暴雨的局地性很强。进一步统计玉屏县各乡镇暴雨出现次数如图3，从图3可以看出，玉屏县有2个多暴雨中心，1个是亚鱼乡，平均每年3.2 d，1个是大龙镇，平均每年3.0 d，朱家场镇的暴雨最少，平均每年2.0 d。

根据定义，1 h降雨量≥20 mm时，称为短时强降水。1981年以前没有自记雨量记录，统计玉屏国家气象站1981—2015年90次暴雨天气过程中，有35次出现了短时强降水，占总暴雨次数的38.9%； 3月、10月、11月的暴雨过程中未出现短时强降水，6月、7月出现短时强降水的频率达到72.0%和83.3%，也就说，6—7月多突发性强降水发生。

玉屏县短时强降水最大值为72.6mm，出现在1997年9月2日，短时强降水的第95%个百分位阈值55.8mm。3 h累计降雨量最大值为93.9mm，出现在1982年5月12日，3 h累计降雨量第95%个百分位阈值78.5mm。

图3 玉屏县2010—2015年暴雨空间分布图Fig.3 The spatial distribution of rainstorm in Yuping County from 2010 to 2015 year

各乡镇暴雨过程出现短时强降水次数及短时强降水最大值如表3。从表3可以看出，各乡镇出现短时强降水的极值及概率较大，当短时强降水的降雨量与过程降雨量均偏大时，由此造成的灾害就相当严重。如 2012年5月14时暴雨造成大龙镇山体滑坡、居民房屋倒塌，2012年7月17日亚鱼暴雨导致山洪暴发，出现山体滑坡、垮塌，溪水泛滥，冲刷农田，损坏房屋。

表3 玉屏县2010—2015年乡镇短时强降水统计Tab.3 The short-term and severe precipitation statistics for townships in Yuping County from 2010 to 2015 year

5 暴雨日数与年降水量的关系

定义将年降雨量比常年偏少10%的年份为降雨量偏少年，偏多10%的年份为降雨量偏多年，年暴雨日数≤1次为少暴雨年，年暴雨日数≥4次为多暴雨年。统计得出，玉屏县57 a中有14 a为多暴雨年，19 a为少暴雨年。在14 a多暴雨年中，年降雨量偏多有3 a；在19 a的少暴雨年中，年降雨量偏少有9 a(表4、表5)。由此可以得出，玉屏县多暴雨年份的暴雨量对年降雨量的贡献不明显，少暴雨年份的暴雨量对年降雨量的影响相对较大。

表4 玉屏县暴雨日数≥4次的年份与年降雨量统计Tab.4 The years of rainstorm day for more than 4 times and annual rainfall

表5 玉屏县暴雨日数≤1次的年份与年降雨量统计Tab.5 The years of rainstorm day for less than 1 times and annual rainfall

6 日最大降雨量重现期分析

皮尔森P-Ⅲ分布[7-10]具有广泛的概括和模拟能力，在气象上用来拟合年、月的最大风速和日最大降雨量的极值分布。P-Ⅲ分布的概率密度函数和保证率分布函数分别为：

(1)

和

(2)

其中参数x0为随机变量x所能取的最小值，α称为形状参数，它反映了随机变量x的离散程度，β称为尺度参数，它是以方差为单位来衡量随机变量x平均值的大小，Γ(α)是α的伽玛函数。3个参数x0、α、β可以通过下式分别计算：

(3)

(4)

(5)

用适线法对P-Ⅲ参数估计，对玉屏县日最大降雨量资料进行拟合如图4。由图4可以看出，玉屏县日最大降雨量与实况曲线比较一致，平均误差为0.43mm，拟合较好。由此可见，用P-Ⅲ分布来推算玉屏县日最大降雨量的重现期及不同重现期下的极值估计结果是可信的。

图4 玉屏县日最大降雨量p-Ⅲ型保证率曲线的适线图Fig.4 The guarantee rate curve of the maximum rainfall p-Ⅲ type

用适线法确定P-Ⅲ分布曲线后，即可算出各种概率P对应的P-Ⅲ分布的日最大降雨量的理论值，也即各种重现期下的极值(图5)。

图5 玉屏县日最大降雨量重现期分布曲线图Fig.5 The distribution curve of the maximum rainfall reappearing period in Yuping County

由图5可以看出：玉屏县10a出现一次的日最大降雨量是114.8mm，20a出现一次的日最大降雨量是139.6mm，50a出现一次的日最大降雨量是174.0mm，100a出现一次的日最大降雨量是201.0mm，200a出现一次的日最大降水量是228.3mm。用玉屏县57a实况资料对比(图略)，1960年已出现的最大日降雨量226.2mm，属于188a重现一次，2007年出现的次大日降雨量191.9mm，属于75a重现一次。

7 小结

①玉屏县暴雨日数年变化呈略上升趋势，20世纪70年代中期—80年代前期为暴雨偏少时段,60年代后期—70年代前期、80年代中后期为暴雨偏多时段，90年代以后，暴雨日数呈波动式上升阶段。月际分布上，5—8月为暴雨集中发生时段，6月份暴雨出现的概率最大。

②玉屏县暴雨多发生在夜间，尤其是4—7月；暴雨的降雨持续时间大多在3～12h之间，占总暴雨过程的72%；暴雨过程中出现短时强降水的概率及短时强降水极值较大，尤其是6—7月出现短时强降水的概率达到78.3%和82.4%。玉屏县短时强降水最大阈值为72.6mm，第95%个百分位阈值55.8mm，3h累计降雨量最大阈值为93.9mm，第95%个百分位阈值78.5mm。

③玉屏县有2个多暴雨有中心，分别位于亚鱼乡、大龙镇。

④在14a多暴雨年中，降雨量偏多年份只有3a，在19a少暴雨年中，降雨量偏少年份有9a，多暴雨年的暴雨对年降雨量的贡献不明显，少暴雨年的暴雨对年降雨量的影响相对较大。

⑤采用皮尔森-Ⅲ分布拟合，玉屏县10a出现一次的日最大降雨量为114.8mm，20a出现一次的日最大降雨量为139.6mm，50a出现一次的日最大降雨量为174.0mm，100a出现一次的日最大降雨量为201.0mm，200a出现一次的日最大降水量为228.3mm。对比实况，1960年出现的最大日降雨量226.2mm，属于188年重现一次， 2007年出现的次大日降雨量191.9mm，属于75a重现一次。

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Study on climate characteristic of rainstorm and rainfall reappearing period of maximum daily precipitation in Yuping of Guizhou Province

WU Lihua1, YANG Ming1, LI Xiaolan1, CHEN Jun2

(1.Yuping Meteorological Station of Guizhou Province, Yuping 554000, Guizhou;2.Tongren Meteorological Bureau of Guizhou Province, Tongren 554300, Guizhou)

Based on daily data of surface observations during 1959—2014 and daily data of automatic stations during 2010-2014,climate trend analysis, Pearson III method were applied to analyze the rainstorm and annual maximum daily precipitation. The results indicate that the annual rainstorm days revealed an increasing tendency.The rainstorms were less than normal during the mid-1970 s to the early 1980s, but it was more than normal from the late 1960s to the early 1970s and in the middle and late 1980s.The rainstorms often occurred at night, especially from April to July. The duration of rainstorm was mostly between 3～12 hours, which account for 72%. The probability and extreme value of short - term heavy rainfall were larger. There were two more rain centers that located in Yayu township and Dalong town. Pearson-III projected that appeared the maximum daily rainfall in 10 years was 114.8 mm, and 139.6mm for 20 years, and 174.0 mm for 50 years. The daily rainfall of 226.2 mm in 1960 year was reappeared for 188 years, and 191.9 mm in 2007 year was reappeared for 75 years.

rainstorm; climate characteristics; daily maximum precipitation; reappearing period

1003-6598(2017)02-0020-06

2016-11-14

吴丽华(1964—)，女(侗族)，副高，主要从事气象服务和应用气象工作，E-mail:ypgxj@163.com。

贵州省气象局气象科技开放研究基金项目(黔气科合﹝2016)08号)：基于区域自动气象站资料的暴雨‘三个叫应’阈值研究。

P426.6

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