1959—2019年开平市雨日的气候特征

刘俭彤，王成，吴钩

（开平市气象局，广东开平 529300）

在气候异常的背景下，不少学者重点研究降雨量和气候的变化［1-4］，但降雨量的年代际变化趋势不如降雨日数的变化显著［5］，因此雨日分析可以比降雨量更加突出气候的变化特征。

开平市位于广东的西南部，江门五邑的中部，享有“碉楼之乡”的美誉，拥有丰富的旅游资源和农业资源。另外，开平市区河网密布，一旦出现强降雨时，容易出现城市内涝。全球大部地区因气候变暖而出现极端降雨偏多，但是空间分布不均匀，各个区域的响应存在差异［6-7］，如本研究所得，开平的小雨日在减少，中大雨日却增多，暴雨日变化虽不明显，但还是表现略微减少，这可能表明开平地区的极端降雨变化并不显著，不同于很多地区的变化。但是中大雨日的增多很可能会导致持续性强降雨的频率增加，因此，本研究将分析开平市各个量级降雨日数的气候特征及变化趋势，对了解该地区的气候变化是很有意义的，也可为当地的旅游业发展、农业生产、城市内涝等方面提供一定的参考。

1 资料与方法

本研究采用开平国家气象站1959—2019年的逐日降雨量（前1天20：00至当日20：00（北京时，下同））。将降雨量≥0.1 mm的日数定义为雨日，并按照中国气象局下发的“降雨强度等级划分标准”为依据，将雨日划分为小雨日、中雨日、大雨日和暴雨日及以上4个等级。

本研究通过气候倾向率、统计分析、突变检验、小波分析等方法对开平市4个等级雨日的气候特征和突变转折进行分析。

2 开平市雨日多时间尺度特征

2.1 雨日年变化

由表1可知，开平市近61年的年平均雨日为155.1 d，年平均雨量为1 426.4 mm，年均雨日数约占全年的42.5%，属于雨水比较充沛的城市。将雨日按照等级划分后可知，小雨日占比最高，约占总雨日的69.0%；其次是影响农业生产的中雨日，虽然位居第2，但日数未达小雨日的1/4；容易造成地质灾害、城市内涝的暴雨日及以上最少，年平均为8.1 d，仅占总雨日的5.2%。

总雨日和小雨日的气候倾向率都为负值，其绝对值分别达到0.260和0.295 d/年，且通过了95%置信度检验，表明减少趋势明显。而其它等级的雨日中，暴雨日变化不大，气候倾向率绝对值仅为0.004 d/年；中雨日和大雨日的气候倾向率都是正值，但是上升幅度不如小雨日减少的明显。另外，对开平市近10年和前50年的较大量级降雨量占年雨量的百分比进行分析，得出近10年的中雨及以上和大雨及以上的占比是84.2%和64.3%，比前 50年分别提高了 4.4%和5.3%。这表明降雨越来越趋向于中雨及以上的量级，降雨强度的增大可能导致地质灾害和城市内涝。

对减少趋势最为明显的总雨日和小雨日分别进行10年滑动平均，如图1所示，从1962至1967年总雨日和小雨日都是逐渐增加，在20世纪70年代初达到峰值，随后以小幅减少的态势发展，在20世纪90年代后期降幅较大，直至21世纪初达到最低值，然后再缓慢回升。

表1 开平市不同等级降雨日数分布

图1 开平市1959—2019年总雨日（a）和小雨日（b）变化趋势

2.2 雨日月变化

开平市的平均雨日和平均雨量都具有明显的月变化，呈双峰型分布，其中6月为主峰，平均雨日为20.1 d，约占6月天数的67.3%，平均雨量为230.0 mm；8月为次峰，平均雨日为18.0 d，平均雨量为214.0 mm；平均雨日和平均雨量的最少月都是非汛期的12月（图2）。

图2 开平市1959—2019年月平均雨日和月平均雨量

将雨日按等级划分（图3），可见各等级的雨日大致上满足春夏季最多、冬季最少的季风气候特征，且它们出现极值的时间各不相同，如小雨日在3月较多，春夏之交，多冷暖空气交汇，容易出现阴雨天气；中雨日及以上级别的在汛期（5—8月）最多；各个月都可能出现灾害性降雨，但在4—9月出现暴雨的可能性最大，约占全年暴雨日的88.3%，其中2和12月出现的日数最少，开平市61年来当月累计暴雨日数分别为3和4 d，说明这两个月出现暴雨的可能性非常小。

图3 不同强度雨日的逐月变化

2.3 雨日季节变化

由于小雨日和总雨日的年变化都呈现出显著性减少，且小雨日在总雨日的占比最大，因此将小雨日按照气象学定义划分为春、夏、秋、冬4个时间序列。统计可知（表2），春季和夏季在总小雨日中占比最大，占了全年小雨日的61.3%；4个季节的气候倾向率都为负值，冬季减少得最为明显，秋季次之，春、夏季减少幅度一致，但都没有通过显著性检验；虽然冬季小雨日的气候倾向率绝对值最大，但是在总小雨日的占比最低，所以冬季小雨日的减少不是导致年小雨日减少的主要原因，考虑秋季和春季才是关键。

表2 开平市雨日季节分布情况

3 开平市雨日突变分析

对减少趋势一致的总雨日和小雨日采用MK检验法来进行突变分析（如图4），UF和UB曲线分别是雨日顺序和逆序时间序列曲线，虚线表示95%置信度检验线。由图4可知，总雨日和小雨日的检验曲线的交点出现在1987年前后，且在临界线之间，表明1987年是突变年。从1962—1987年，除了1973、1975、1976等部分年份出现小幅增长外，其余都表现为减少，并且在1987年后转为统一的减少，因此1987年是雨日急剧减少的转折点。另外，总雨日在2004—2019年下降趋势最为明显，突破了检验线，而小雨日从2000年开始就已经突破了，可知小雨日在2000—2004年间的减少幅度大于总雨日。

4 开平市雨日周期分析

为了直观地体现雨日在不同时间尺度的周期变化以及在时间轴上的分布，对总雨日进行小波分析，结果见图5。

图4 开平市1959—2019年总雨日（a）和小雨日（b）的Mann-Kendall检验曲线

图5 小波系数实部等值线图

图5的实线（虚线）表示系数实部值是正（负）值，代表雨日偏多（偏少）。由图5可知，雨日的周期变化不稳定，在时间轴上并没有出现连续性较为明显的周期振荡。在20世纪70年代之前主要是4～6年的高频振荡，20世纪70年代到90年代初为8～17年的低频振荡，到了21世纪中后期出现周期为13～20年的低频振荡。

5 结论

1）开平市属于雨日较多和雨量丰富的城市，年均雨日数约占全年的42.5%，其中小雨日所占比例最高，且两者的年际变化都是减少的态势，可见小雨日的减少直接导致年雨日的减少。

2）开平市平均雨日与平均雨量的逐月变化呈双峰型分布，两个峰值都出现在汛期。由季节变化来看，秋季和春季的小雨日减少是年小雨日减少的主要原因，表明春旱将逐渐加重，秋季持续干旱少雨，因此开平的春耕作物应选取较为耐旱的作物。

3）由M-K检验法得出1987年是开平市雨日急剧减少的突变年，而当时的气候特征是气候变暖，大气环流更倾向于纬向环流，减少了开平市冷暖气团交汇的次数，暖湿气团缺乏动力抬升，不利于降雨，从而导致雨日减少［8］。还有研究表明大气气溶胶对降雨也有明显的影响［9］，如果城市的悬浮物较多，各自吸附水汽后会使水滴变小，不容易降落，直至与其他水滴碰并变成大水滴，以较大雨强的形式落下，使雨日变少，雨强增大。因此，影响雨日减少的原因比较复杂，具体原因还有待进一步研究。

4）开平市总雨日存在3个不同时间尺度的振荡周期，分别是20世纪70年代前出现的4～6年的高频振荡、70到90年代中期出现的8～17年的低频振荡以及21世纪中后期的13～20年的准1次振荡。