1981年—2016年沈阳地区暴雨的时空变化特征

张郁+慕臣英+齐文川+张思瑶+高桐

1引言

辽宁省地处中纬度地区，是我国北方暴雨多发地之一。发生暴雨时，极易引起江河泛滥成灾、平原农业区大量雨水蓄积、农田渍涝，严重威胁农业生产；城区则易引起城市内涝等问题。沈阳市为辽宁省会城市，东北地区最大的中心城市，工农业门类齐全，暴雨对沈阳地区农业生产和城市生活都带来极大影响。

本文旨在对沈阳地区1981-2016年暴雨时空变化特征进行相关研究，以便为暴雨预报提供参考依据。

2研究数据及方法

2.1研究区域概况及数据来源

2.1.1研究区域概况

沈阳地区位于中国东北地区南部，辽宁省北部地区，以平原为主，山地、丘陵集中在北部和东部地区。7个国家地面气象观测站分别为浑南、苏家屯、沈北、辽中、新民、法库和康平站。

2.1.2数据来源

选取1981-2016年沈阳市7个国家地面气象观测站20时-20时（北京时间）降水及2004年以后逐小时降水资料，气象资料来源于沈阳市气象局。

本文运用数理统计方法、空间插值等研究方法，重点分析近36年沈阳地区暴雨日数、暴雨雨量以及2004-2016年沈阳地区最大暴雨强度时空变化特征，以及暴雨对降水量的贡献率影响。通常将24小时内降水量>50mm的降水称为暴雨。因沈阳地区7个国家地面气象观测站逐小时降雨量数据是从2004年开始记录的，因此最大暴雨强度从2004年以后开始统计。

2.2研究方法

2.2.1气候倾向率

气象要素的趋势变化可采用线性方程表示，即：

2.2.2反距离权重法（IDW）

空间插值的基础是空间相关性，反距离权重法是一种常用且简捷的空间插值方法，它以插值点雨样本地的距离为权重进行加权平均，距离插值点越近的样本点赋予的权重越大，反之则越小。IDW（Inverse Distance Weighting）要求离散点均匀分布，并且密度程度足以满足在分析中反映局部表面变化，然后通过对邻近区域的每个采样点值平均运算获得内插单元。其具体插值公式如下：

其中z是P点的插值结果，zi是P点附近的第i个样本点；k是P点附近的用于插值的点的个数；d是p到P的欧式距离；β通常取默认值2。

3结果分析

3.1沈阳地区暴雨发生时间变化特征

3.1.1暴雨年代际变化

图1为1981-2016年沈阳地区年代际的年平均暴雨日数和暴雨雨量。从暴雨日数来看，20世纪80年代沈阳地区年平均暴雨日偏多，是近36年暴雨发生频率最多的阶段；90年代年平均暴雨日数明显回落；到了2001-2010年达到最低值；不过从2011年以后，年平均暴雨日数又呈现上升趋势。从暴雨雨量来看，80年代沈阳地区年平均暴雨雨量偏大，是近36年的最大值；90年代明显下降；到了2001-2010年达到最小值；不过从2011年以后，年平均暴雨雨量又呈现上升趋势。总体来说，近36年来，年平均暴雨日数的分布规律与年平均暴雨雨量分布规律基本一致。

3.1.2暴雨年际变化

1981-2016年沈阳地区年暴雨日总数的均值为6d，年暴雨雨量的均值为415.3mm；2004-2016年沈阳地区年最大暴雨强度的均值为29.7mm/h。沈阳地区年暴雨日总数、年暴雨雨量呈现不同程度的下降趋势，年最大暴雨强度整体呈现下降趋势。图2为1981-2016年沈阳地区历年暴雨日总数、暴雨雨量及2004-2016年沈阳地区年最大暴雨强度的年际变化趋势。通过分析，发现近36年沈阳地区暴雨日总数、年暴雨雨量呈现不同程度的减少趋势。1981-2016年沈阳地区年暴雨日总数平均每10年减少0.8d，年暴雨雨量平均每10年减少68.4mm。2004-2016年沈阳地区年最大暴雨强度每10年减少6.2mm/h。

图3为1981-2016年沈阳地区各月暴雨日总数、暴雨雨量和2004-2016年沈阳地区各月最大暴雨强度统计。从月暴雨日总数来看，3月开始出现暴雨，5、6月逐渐增多，7月猛增并且达到最高点，8月开始稍有下降，9月则下降幅度非常明显，10月暴雨基本结束。暴雨日集中出現于7-8月，这两个月暴雨日数占全年暴雨日总数的74.8%。从暴雨出现的时间来看，沈阳地区暴雨最早出现在3月，为1983年3月26日新民；最晚出现在10月上旬，为2010年10月3日辽中。从月暴雨雨量来看，近36年月暴雨雨量的变化趋势与月暴雨日总数的趋势基本一致，暴雨主要出现在6-9月，集中于7-8月，这两个月的月暴雨雨量占全年暴雨雨量的76.3%。近13年月最大暴雨强度的分布与月暴雨日总数、月暴雨雨量的分布有所不同，6月和9月的最大暴雨强度较大，7-8月居中，其他月份偏小。

3.2沈阳地区暴雨发生空间变化特征

3.2.1暴雨日空间分布特征

图4为1981-2016年沈阳地区年平均暴雨日数分布情况。康平、法库等北部山区暴雨日较少。暴雨日分布较多的地区为沈北、浑南、苏家屯的东部丘陵地区和位于辽河冲积平原的辽中。沈阳地区暴雨日分布整体上是北少南多。1981-2016年沈阳地区共出现暴雨429站次，平均每站每年暴雨日1.4d。其中沈北年平均暴雨日最多，平均每年2d，康平、法库的年平均暴雨日最少，为1.5d。2016年沈北出现暴雨日为7d，为近36年单站年暴雨日的最大值。

图5为不同年代际沈阳地区各地年平均暴雨日数变化趋势，由图可知，沈阳地区暴雨日数年代际变化特征在地域上也存在一定的差异性。80年代东部山区、丘陵地带暴雨日数较少，北部山区和西部平原暴雨日数较多；90年代北部山区暴雨日较少，东部丘陵和西南部平原地区暴雨日数较多；2001-2010年北部山区和中部平原暴雨日较少，南部浑河流域暴雨日较多；2011年以后，北部山区暴雨日较少，东部丘陵和西南部平原地区暴雨日数较多，与90年代暴雨的分布比较相似。

图6为1981-2016年沈阳各地区年平均暴雨雨量分布情况，康平、法库等北部山区暴雨雨量较小，沈北、浑南东部丘陵地区和辽中西南部平原地区暴雨雨量较大，沈阳地区暴雨雨量整体上是北少南多，与暴雨日分布基本一致。1981-2016年沈阳地区平均每站每年暴雨降水量126.6mm。辽中年平均暴雨雨量最多，平均每年151.9mm；康平地区最少，为109.2mm。1994年新民的年平均暴雨雨量为494.1mm，为近36年沈阳地区单站年平均暴雨雨量的最大值。

图7为不同年代际沈阳各地年平均暴雨雨量空间分布，由图可知，80年代整体暴雨雨量不大，东部山区、丘陵地带和中部平原地区暴雨雨量较少，北部山区和西部平原暴雨雨量较多；90年代北部山区暴雨雨量较少，东部丘陵和西南部平原地区暴雨雨量较多；2001-2010年北部山区和中部平原暴雨雨量较少，南部浑河流域暴雨雨量较多；2011年以后，北部山区和西部平原暴雨雨量较少，东部丘陵和西南部平原地区暴雨雨量较多。

4结论

结合沈阳地区7个区域观测站1981-2016年7个气象观测站逐日降水气象数据，分析结论如下：

（1）1981-2010年沈阳地区年平均暴雨日和年平均暴雨雨量每10年整体呈现下降趋势，但2011年以后年平均暴雨日和年平均暴雨雨量均呈现上升趋势。近36年沈阳地区年平均暴雨日、暴雨雨量呈现不同程度的减少趋势，但是变化趋势并不显著。近13年的年最大暴雨强度呈现下降趋势。

（2）根据对沈阳地区暴雨时间分布的特征分析，从沈阳地区暴雨日和暴雨雨量分布来看，暴雨主要发生在6-9月，集中于7-8月。本文分析得出最大暴雨强度在6月和9月数值偏大，最大值出现在6月，这与暴雨日总数和暴雨雨量的极值分布不一致。

（3）近36年沈阳地区暴雨日和暴雨雨量的空间分布基本一致，南多北少。康平、法库等北部山区暴雨日总数和暴雨雨量均较小，沈北、浑南东部丘陵地区和辽中西南部平原地区暴雨日总数和暴雨雨量较大。沈北暴雨雨量年代际变化最大，辽中暴雨雨量年代际变化最小。endprint