1953—2019年深圳市极端降水事件变化特征分析

张超，周佐欢，蔡伟源，陈潜，5，李超，5

（1.深圳市气象局，广东深圳 518040；2.深圳市国家气候观象台，广东深圳 518040；3.深圳市气象服务中心，广东深圳 518040；4.深圳市突发事件预警信息发布中心，广东深圳 518040；5.深圳南方强天气研究重点实验室，广东深圳 518040）

近年来，城市快速发展的同时伴随着全球气候变暖，极端天气与气候事件发生频率及强度不断提升，中国大部分区域极端降水发生频率显著提高［1-3］，严重影响了城市的经济和生态发展。针对极端降水事件，目前国内外学者在极端降水阈值的确定、时空分布特征、极端降水成因以及极端降水预估等方面展开了研究［4-7］。其中，广东省极端强降水表现出一定区域性特征，极端降水由内陆到沿海呈现递增趋势，极端降水量和极端降水次数发生最多的区域为粤东和粤西沿海［8］。罗律［9］对清远市极端降水进行分析，得出其极端降水总量和强度呈现增大的趋势，而极端降水频数显著减少。

深圳市位于珠江三角洲东岸，属于亚热带海洋性气候，雨量充沛但又时空分布极不均匀。在全球变暖和城市化发展的影响下，近年来深圳的气候特征已发生明显的变化，主要表现在热岛效应更加明显、汛期强降水显著增加以及极端的天气气候事件增多［10-11］，而年降水天数明显减少［12］；雒翠等［13］指出深圳年降水存在17～20和5～7年的准周期特征，同时认为深圳年降水量将会持续偏多的趋势。许多学者在气候以及气候变化方面开展了对深圳降水的研究，而现有对于深圳市极端降水的研究中，王明洁等［14］发现深圳市汛期极端降水强度呈弱增强的趋势。本研究将汛期分为前汛期和后汛期两个阶段，对深圳市1953—2019年前、后汛期极端降水事件的各项指标进行分析，得出其相应特征。

1 资料和方法

本研究所用数据为深圳国家基本站1953—2019年逐日降水资料，采用国际上较通用的95%百分位法［15］，计算出深圳地区前汛期（4—6月）和后汛期（7—9月）极端降水阈值分别是43.0和50.6 mm，即在深圳市前（后）汛期，若某日降水量≥43.0 mm（50.6 mm），则视为一次极端降水事件。

本研究的分析方法：把1953—2019年前汛期和后汛期的全部日降水量进行依次上升排序，定义第95个百分位数的降水量值为极端降水事件的阈值，极端降水量即为超过极端降水阈值的降水量。统计出1953—2019年深圳地区前、后汛期的极端降水日数、极端降水量和极端降水强度（极端降水强度＝极端降水量／极端降水日数）。运用线性倾向估计法对降水指标的线性变化趋势进行分析，采用t检验对显著性进行检验。利用累积距平法［16］来分辨极端降水强度的年际变化。小波分析方法在Lau K-M等［17］的研究中已经得到较成熟的应用，本研究运用该方法分析极端降水强度的多时间尺度变化特征。

2 结果与分析

2.1 气候特征

统计可知，深圳市前汛期平均每年出现4.58 d极端降水事件，占前汛期和年降水日数的比例分别为9.3%和3.3%，极端降水量为369.76 mm，在前汛期和年降水量平均中分别占51.1%和19.3%，极端降水强度为80.73 mm／d；而后汛期的年平均极端降水事件天数为4.64 d，分别占后汛期和年降水日数的10.2%和3.3%，极端降水量为427.6 mm，在后汛期和年降水量中的比例分别为46.9%和22.3%，极端降水强度为92.15 mm／d。

2.2 极端降水日数年际变化

从深圳市汛期极端降水日数的逐年变化（图1）来看，前汛期极端降水日数出现最大值的年份为2001年（11 d），1963和1988年极端降水日数为0 d，即没有出现极端降水事件，前汛期极端降水日数呈缓慢上升趋势，其线性倾向率为0.007 d／年，未通过0.05的显著性水平检验。后汛期极端降水日数的线性倾向率为-0.008 d／年，呈缓慢下降趋势，未通过0.05显著性水平检验。最大值为10 d，出现在1997年；最小值为1 d，出现在1963、1974、1975、2011年。

图1 1953—2019年深圳市前汛期（a）和后汛期（b）极端降水日的逐年变化

2.3 极端降水量年度变化

前汛期极端降水量在长时间系列上变化趋势很小，其线性趋势线基本与x轴平行，1963和1988年未出现极端降水，2008年最大极端降水量为1 311 mm。后汛期极端降水量以0.18 mm／年减少趋势，1994年最大极端降水量为947.3 mm。对极端降水量累积距平变化进行分析得知，深圳市前汛期极端降水量的累积距平值具有较明显的阶段特点。其中，在1955—1962年，累积距平值呈现持续上升趋势，表明深圳市前汛期极端降水量在这一时期比平均水平偏高；1981—2000年，累积距平值处于相对平稳的状态，但存在小幅度的波动；1977—1981年是累积距平曲线的下降时段，表明该段时间深圳市前汛期极端降水量连续偏少，此后偏少的时段还有2009—2019年。后汛期极端降水量年际变化更加明显，从图2b可以看出，累积距平整体呈现“上升-下降-上升-下降”的变化趋势，其中1983—1992和2006—2019年累积距平值呈现明显下降趋势，表明该时段极端降水量小于平均水平，1993—2005年极端降水量较平均水平偏多。从图2a可以看出，前汛期的极端降水量峰值很大，达到1 311 mm，明显高于后汛期（图2b），但也出现了无极端降水量的年份，两者相差巨大，而且前汛期的平均极端降水量是小于后汛期的。对深圳市后汛期日降水序列超过99%分位的61 d极端降水事件进行分析发现，其中54 d是受到热带气旋影响，占全部的88.5%。深圳市前汛期受锋面低槽、西南季风等西风带天气系统影响［18-19］，而后汛期主要受热带气旋等东风带天气系统影响，带来的平均极端降水量偏大，造成的灾害性偏强。

图2 1953—2019年深圳市前汛期（a）、后汛期（b）极端降水量的年际变化和累积距平曲线

2.4 极端降水强度年度变化

深圳市汛期极端降水强度年际变化较大（图3），1960年前汛期极端降水强度最大为132.27 mm／d，1963和1988年没有出现极端降水。1994和2011年分别出现最大和最小后汛期极端降水强度，极端降水强度极值为157.88和53.00 mm／d。近67年间深圳市前、后汛期极端降水强度均呈弱减少趋势。从累积距平图来看，20世纪50年代、21世纪10年代为前汛期极端降水强度偏强期，而20世纪60年代中期到90年代末，累积距平呈现持续下降的趋势，此期间前汛期极端降水强度较平均值偏低，存在剧烈的变化。20世纪60年代初到70年代初以及90年代初期后汛期极端降水强度偏强，20世纪70年代中期到80年代中期极端降水强度基本维持在平均水平不变。21世纪起，累积距平开始呈现下降的趋势，极端降水强度低于平均水平。

如图4所示，深圳市汛期极端降水强度变化存在多时间尺度变率。

图3 1953—2019年深圳市前汛期（a）、后汛期（b）极端降水强度的年际变化和累积距平曲线

图4 深圳市前汛期（a、b）和后汛期（c、d）极端降水强度的小波功率谱（a、c）和全局小波普（b、d）分析

深圳市的前汛期极端降水强度近67年来存在1～2、2～4、4～6年的周期振荡。其中20世纪60年代前后存在1～2和4～6年的周期振荡，80年代末存在2～4年的周期振荡，其中4年的变化周期更为显著。后汛期的极端降水强度在20世纪70年代存在1～2年的周期振荡，90年代至2000年前后存在2～3和5～8年的周期振荡，其中5～8年的周期更为显著。另外，20世纪70—90年代之间也可能存在30年的周期，但未经过可信度检验。深圳市前后汛期极端降水强度存在不同的变化周期，且年代际周期不明显，因此，应该分两次进行汛期极端降水分析。

3 结论

1）深圳后汛期的极端降水阈值、极端降水量、极端降水强度均大于前汛期，原因主要是后汛期受热带气旋等东风带天气系统影响，易出现极端暴雨天气。

2）深圳市前后汛期极端降水强度年际变化特征明显，前汛期极端降水强度近67年来存在1～2、2～4、4～6年的周期振荡。其中1～2和4～6年的周期振荡主要贡献体现在20世纪60年代前后，2～4年的周期振荡总体贡献主要在20世纪80年代末存在。后汛期的极端降水强度在20世纪70年代存在1～2年的显著周期，90年代至2000年前后存在2～3和5～8年的显著周期。

3）前汛期极端降水总量长期变化趋势不明显，极端降水日数有所增加，极端降水强度减弱；后汛期极端降水总量和极端降水强度均小幅减小。

本研究仅利用深圳单站降水数据从时间变化上分析了极端降水事件变化特征，具有一定的局限性。为了更全面地反映深圳市极端降水事件的变化特征，今后需尽可能地使用该区域内自动气象观测站的降雨数据来研究各极端降水指数在空间上的变化特征；后续可对极端降水日的环流特征进行分析，以研究深圳市极端降水形成的原因。