1961—2021 年广西东兴市暴雨日数气候特征分析

何莉阳，韦玉勇，廖胜石，陆 虹*

（1.广西壮族自治区气候中心，南宁 530000；2.东兴市气象局，广西 东兴 538100）

引言

在全球变暖背景下，高温热浪、干旱、暴雨等极端天气气候事件不仅频次日益增多，而且强度和影响范围也有增强和扩大的趋势［1］，其中暴雨和热带气旋引起的强降水所导致的洪涝灾害、地质次生灾害损失约占自然灾害损失的60%，是各类自然灾害中影响最大的，严重威胁社会生产建设以及人民财产安全［2－4］的气象灾害。我国华南地区是暴雨的多发区和重灾区，暴雨引起洪涝灾害的损失逐年上升［5－6］。有关研究［7－9］表明，华南区域暴雨日数及暴雨过程呈单峰型分布，最大值出现在6 月，降水大值区位于广东、广西北部、福建沿海等地区。华南地区不仅暴雨日数趋于增多，暴雨强度以及暴雨对年降水量的贡献率也有增强和增高的趋势。广西大部地区同样存在暴雨日数和雨量增多的趋势，降水特征逐渐向区域性、极端性发展和转移［10－15］。根据统计，广西沿海风暴潮主要出现在7—10 月，致灾风暴潮年平均约1.8 次［16］。影响广西北部湾地区的台风集中在7—9月，西太平洋台风引发大暴雨的次数偏多［17］；就北部湾来说，3～4d 的连续性降水最易引发洪涝灾害［18］。不少学者针对各地区的暴雨气候变化特征进行了分析和研究，不同地区暴雨的时空变化特征存在多样性和地区差异［19－25］，这与各地区独特复杂的地形地貌和天气气候系统影响密切相关［26－30］。

东兴市位于广西壮族自治区南部沿海，隶属防城港市的一个县级市，是我国大陆海岸线最西南端，因兴起于北仑河东岸而得名，与越南北方最大经济特区芒街市仅一河之隔，是我国通往越南乃至东盟国家最便捷的海陆通道。东兴属南亚热带季风海洋气候［31－32］，由于受十万大山南麓迎风坡的特殊地理环境和大气环流的共同影响，东兴市常年平均降水量2657.9mm，是我国大陆年平均降水量最多的地方［33］，也是华南地区暴雨最频发的区域，受暴雨引起的洪涝灾害影响最为严重，据统计，2005—2014 年东兴市暴雨洪涝灾害导致的直接经济损失占到全部气象灾害的35%［34］。目前针对东兴市的暴雨日数变化特征研究还比较少，因此本文利用1961—2021 年东兴国家地面气象观测站的逐日降水量资料和多种数理统计方法，研究探讨东兴市暴雨日数的气候特征，以期为当地暴雨的天气预报和气象服务提供参考依据，同时为当地政府预防和减少洪涝灾害提供科学决策依据。

1 资料与方法

所用资料为1961—2021 年东兴国家地面气象观测站的日降水量（北京时间20—20 时），资料来自中国国家气象信息中心（CMDC）提供的中国地面日值数据集。按照降水量等级国家标准（GB／T 28592-2012），定义当日日降水量在50～99.9mm 之间为1 个暴雨日，在100～249.9mm 之间为1 个大暴雨日，大于250mm 以上为1 个特大暴雨日，定义暴雨总日数为各等级暴雨日数的总和。文中多年平均值统计年份为1961—2021 年；春季为3—5 月，夏季为6—8 月，秋季为9—11 月，冬季为12 月至次年2月。采用气候趋势分析、小波分析等数理统计方法，分析1961—2021 年东兴市暴雨日数的气候特征及其变化趋势。

2 结果与分析

2.1 年际和年代际变化特征

统计结果表明，近61a 东兴暴雨总日数为901d，年平均暴雨总日数14.8d，1995 年最多（25d），1982、1991 和2018 年最少，仅有8d。如图1 所示，暴雨总日数的气候倾向率为0.06d·（10a）-1，多年变化呈增多趋势。各等级暴雨日数与暴雨总日数的年际变化特征类似，年平均暴雨日数9.7d，以0.15d·（10a）-1的速率增多；大暴雨和特大暴雨的年平均日数分别为4.7d 和0.4d，气候倾向率分别为-0.04d·（10a）-1和-0.05d·（10a）-1，呈减少趋势。暴雨总日数和各等级暴雨日数的线性趋势均未通过α＝0.1 的显著性检验，说明东兴暴雨日数没有发生显著的长期气候变化趋势（图1）。

从高斯9a 低通滤波结果来看，暴雨总日数序列变化大致可分为4 个阶段：1961 年至1972 年为波动上升阶段，1973 年至2002 年年际振荡明显，2003年至2011 年为减少阶段，2012 年转为回升阶段。暴雨日数变化可分为3 个阶段：1961 年至1995 年为波动上升阶段；1996 年至2008 年为减少阶段；2009年以来为上升阶段。大暴雨日数变化可分为4 个阶段：1961 年至1977 年为上升阶段；1978 年至1991年为减少阶段；1992 年至2002 年为上升阶段；2003年以来为减少阶段。特大暴雨日数主要出现在1965年 至1973 年、1995 年至2003 年、2013 年至2019年间。

图2 给出了1961—2021 年暴雨总日数逐年时间序列的复Morlet 小波分析结果，并使用α＝0.1 的显著性检验的Lag－1 自相关红噪声函数模型进行检验（Lag－1＝0.38）。小波全模（GWS）有3 个主要峰值：2～4a、6～9a 和20～24a，其中2～4a 和6～9a 周期通过了α＝0.1 的显著性检验。由小波功率谱（图4b）可以看到3 个周期出现在不同的时间段上，准2～4a 周期变化出现在1966—1971 年、1981—1986 年、1996—2001 年以及2016—2021 年。准6～9a 周期变化出现在1976—2002 年，对应暴雨总日数年代际振荡变化（图1a）。

各年代变化分析见表1，将各等级暴雨日数与1961—2021 年的平均值相比较，定义大于平均值为偏多期，小于平均值为偏少期。暴雨总日数在20 世纪60 年代为偏少期，70 年代至90 年代为偏多期，90 年代最多，至21 世纪00 年代后偏少。暴雨日数在20 世纪60 年代至70 年代为偏少期，80 年代至90 年代为偏多期，20 世纪00 年代为偏少期，10 年代以来转为偏多期。大暴雨日数在20 世纪60 年代偏少，70 年代至21 世纪00 年代均偏多，10 年代以来偏少。特大暴雨日数在20 世纪60 年偏多，70 年代偏多最多，至80 年代后均为偏少。

表1 东兴市1961—2021 年各年代不同等级暴雨年平均日数（单位：d）

2.2 年内变化特征

2.2.1 季节变化特征

由表2 可知，1961—2021 年东兴一年四季均可能发生暴雨发生，暴雨总日数在夏季（573d）最多，秋季（176d）次多、春季（136d）第三，冬季（16d）最少。春季暴雨、大暴雨、特大暴雨日数分别占全年暴雨总日数的9.88%、4.44%、0.78%。夏季发生暴雨以上的日数比其他季节日程要多，夏季暴雨日数、大暴雨日数分别占全年暴雨总日数的41.73%、20.64%，特大暴雨日数在61a 中仅出现22d，但其中一半发生在夏季，占全年暴雨总日数的1.22%。秋季暴雨、大暴雨日数多于春季，但特大暴雨日数较春季偏少，分别占暴雨总日数的12.65%、6.44%和0.44%。冬季暴雨天气比较少，暴雨日数只有16d，占暴雨总日数的1.78%，而且无大暴雨、特大暴雨发生。

表2 东兴市1961—2021 年各季节不同等级暴雨日数（单位：d）

2.2.2 月变化特征

东兴市全年各月均可能出现暴雨（图3），暴雨总日数月变化呈单峰型，4 月开始暴雨日数迅速增多，7 月达到峰值之后逐月减少，其中5—9 月是主要发生月份。暴雨日数、大暴雨日数的逐月变化特征与暴雨总日数的变化特征基本类似，均表现为单峰型，且在7 月达到峰值。特大暴雨日数月变化表现为双峰型，峰值和次峰值分别出现在5 月和7 月，1—3 月、11—12 月均无特大暴雨发生。从汛期（4—9月）暴雨统计分析来看，1961—2021 年东兴汛期暴雨总日数为810d，前汛期（4—6 月）和后汛期（7—9月）暴雨总日数分别为302d 和508d，可见后汛期暴雨总日数明显多于前汛期。

2.3 暴雨的持续性特征

将日降水量≥50mm，且持续3d 及以上的过程定义为持续性暴雨过程。对东兴的持续性暴雨过程进行了统计（见表3）。近61a 东兴出现持续性暴雨过程共31 次，其中持续3d 的有18 次；持续4d 和5d 的均为5 次；持续6d、7d 和8d 各1 次，分别出现在1997 年、2015 年和1994 年。春季出现持续性暴雨过程2 次，过程发生在1972 年5 月16 日至19日，1973 年5 月26 日至28 日，过程累计降水量分别为880.0mm、593.7mm。夏季是持续性暴雨过程集中期，总计出现25 次，占总数的80.6%。秋季发生持续性暴雨过程3 次，分别出现在1980 年10 月21 日至23 日、1981 年10 月2 日至4 日及1993 年9 月18 日至20 日，过程累计降水量分别为326.7mm、426.9mm 及328.5mm。冬季持续性暴雨过程仅1 次，出现在2010 年1 月21 日至23 日，过程累计降水量为157.5mm。持续时间最长的过程发生在1994 年7月14 日至21 日，共8d，过程累积降水量1156.8mm，为1961 年以来持续性暴雨过程累计降水量最多。20世纪90 年代发生持续性暴雨过程的频次最多，共有9 次，占总数的29%；20 世纪70 年代和21 世纪10年代以来持续性暴雨过程各为7 次，占22.5%。

表3 东兴市1961—2021 年持续性暴雨过程统计（单位：次）

3 结论与讨论

（1）1961—2021 年东兴市暴雨总日数和各等级暴雨日数存在明显的年际和年代际变化，东兴市暴雨总日数存在2～4a 和6～9a 准周期振荡。暴雨总日数多年平均为14.8d，最多年为25d，最少年仅8d。

（2）东兴市全年各个季节和月份均有暴雨发生，主要发生在5—9 月，暴雨总日数年内呈单峰型分布，峰值出现在7 月，后汛期暴雨明显多于前汛期。暴雨日数、大暴雨日数的逐月变化特征与暴雨总日数的变化特征基本相似，为单峰型，但特大暴雨日数月变化表现为双峰型。

（3）1961—2021 年东兴市发生连续3d 及以上的持续性暴雨过程共31 次，主要集中在夏季，持续时间最长为8d。20 世纪90 年代持续性暴雨过程最多。

本文仅从统计学角度分析了东兴市单站暴雨日数气候特征，对东兴市，乃至防城港市暴雨的精细化空间分布特征、暴雨影响因子等仍待研究。与华南、广西全区相比，东兴市暴雨日数周期变化除了准2～4a，还存在6～9a 的准周期振荡，这些周期变化受哪些环流系统的调制影响同样值得探讨。此外，东兴重点开发开放试验区建设从2010 年正式开始，同时东兴暴雨总日数也逐渐回升，其变化是否与之相关、城市化和工业化背景下暴雨的时空变化也值得在未来深入研究。