導(dǎo)語：華南強(qiáng)降雨頻次時(shí)空分布一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1引言

近年來，氣候變暖背景下，極端強(qiáng)降水事件造成的災(zāi)害越來越大，引起普遍關(guān)注，很多科學(xué)家對極端強(qiáng)降水事件的強(qiáng)度和頻率變化特征進(jìn)行了研究。Zhai等[1]研究了中國極端強(qiáng)降水50年來的變化趨勢，發(fā)現(xiàn)在我國西部地區(qū)、長江流域和東南沿海地區(qū)有上升趨勢，而華北和四川盆地有顯著減弱的趨勢；一些研究發(fā)現(xiàn)，最近50年，我國華北地區(qū)的年降水量明顯趨于減少[2－3]，在年降水量趨向減少的地區(qū)，極端強(qiáng)降水事件頻率一般也趨于減少[4]；楊金虎等[5]發(fā)現(xiàn)西北地區(qū)6個(gè)分區(qū)近45年逐年汛期極端強(qiáng)降水事件的發(fā)生頻次變化趨勢各不相同，其中北疆區(qū)、南疆區(qū)、青海高原區(qū)及河套區(qū)表現(xiàn)為較明顯的增長趨勢；鄒用昌等[6]研究發(fā)現(xiàn)，長江中下游、西北地區(qū)北部和西南地區(qū)西部年極端強(qiáng)降水過程頻數(shù)呈現(xiàn)趨勢性增加，華北等地區(qū)呈現(xiàn)趨勢性減少；閔屾等[7]發(fā)現(xiàn)：長江以南地區(qū)夏季極端強(qiáng)降水的區(qū)域性與持續(xù)性均較好，容易導(dǎo)致區(qū)域性洪澇災(zāi)害的發(fā)生，而東南沿海冬季極端強(qiáng)降水的區(qū)域性與持續(xù)性均較好。華南處于對氣候變化敏感的南海季風(fēng)區(qū)，下墊面類型復(fù)雜多樣，海-陸-氣交換強(qiáng)烈，極端強(qiáng)降水頻繁。近年來，華南地區(qū)由極端強(qiáng)降水造成的洪澇災(zāi)害頻繁發(fā)生，造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，因此分析研究華南極端強(qiáng)降水的時(shí)空分布特征、發(fā)生頻率和強(qiáng)度的變化，對災(zāi)害防御和應(yīng)急管理具有非常重要的意義。目前已有許多關(guān)于華南地區(qū)降水的研究[8－13]，但這些研究多集中在降水氣候平均態(tài)的變化方面，對極端強(qiáng)降水事件的分布特征及其變化研究較少。本文利用華南地區(qū)近50年的逐日降水資料，研究其極端強(qiáng)降水頻次時(shí)空分布特征和變化趨勢，以期為華南地區(qū)極端強(qiáng)降水預(yù)測和影響評(píng)估、降低極端強(qiáng)降水造成的損失提供參考依據(jù)。

2資料和方法

所用資料為華南(指廣東、廣西、海南三省區(qū)，下同)196個(gè)氣象觀測站1961—2008年逐日降水觀測資料。由于華南地區(qū)有部分站點(diǎn)是在1960年代后才建站，并且在1980、1990年代后，由于觀測環(huán)境被破壞，一些站點(diǎn)進(jìn)行了搬遷，因此，為保證資料開始時(shí)間的一致性以及考慮到資料的穩(wěn)定性和代表性，在挑選代表測站時(shí)，選用1961年后建站且48年中無缺測資料的測站，同時(shí)剔除48年中站址變動(dòng)2次以上的測站，然后對符合以上條件測站的資料，運(yùn)用單站資料序列t檢驗(yàn)法進(jìn)行均一性檢驗(yàn)，最后通過檢驗(yàn)的站點(diǎn)共有110個(gè)。以這110個(gè)站點(diǎn)1961—2008年共48年的逐日降水量作為基本研究資料。按照我國目前業(yè)務(wù)規(guī)定，把日降水量超過50mm的降水事件稱為暴雨，把日降水量超過25mm小于50mm的降水事件稱為大雨。由于極端氣候事件發(fā)生具有很強(qiáng)的地區(qū)差異，采用同一的尺度來定義極端氣候事件，可能出現(xiàn)部分地區(qū)極端氣候事件過于頻繁，而另外一些地區(qū)極端氣候事件極少發(fā)生[14]，所以根據(jù)各地的情況確定極端事件的閾值對研究更有實(shí)際意義。因此，本文嘗試按目前國際上流行的百分位法，根據(jù)每一個(gè)測站的日降水量定義極端強(qiáng)降水事件的閾值，具體方法[15]是：把1971—2000年逐年日降水量序列的第95個(gè)百分位值的30年平均值定義為極端強(qiáng)降水事件的閾值，當(dāng)某站某日降水量超過該閾值，就認(rèn)為該站該日出現(xiàn)了極端強(qiáng)降水事件。

如果以表示極端強(qiáng)降水事件的氣候趨勢系數(shù)，則年極端強(qiáng)降水日數(shù)的趨勢定量變化可用一次線性方程表示，即：xy=a0+a1y(y=1，2，3，，n)(2)其中將a1•10稱為氣候傾向率。本文用百分位法確定出所選110個(gè)站點(diǎn)的極端強(qiáng)降水事件閾值，用公式(1)、(2)計(jì)算極端強(qiáng)降水事件的氣候傾向率變化趨勢，并運(yùn)用M-K非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)法，正交函數(shù)分解(EOF)、旋轉(zhuǎn)經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分解(REOF)等方法對極端強(qiáng)降水事件進(jìn)行檢測，揭示華南地區(qū)極端強(qiáng)降水事件的時(shí)空演變特征。

3極端強(qiáng)降水頻次的空間分布特征

3.1閾值和極端強(qiáng)降水頻次的空間分布

圖1a給出了華南極端強(qiáng)降水事件閾值和極端強(qiáng)降水事件發(fā)生頻次的空間分布，華南極端強(qiáng)降水事件閾值在18~44.2mm之間，大致呈東南-西北方向、沿海到內(nèi)陸逐漸減小的分布，閾值大于30mm的區(qū)域基本上分布在華南東南沿海和廣西沿海地區(qū)，最大東興站的閾值為44.2mm，閾值小于25mm的區(qū)域主要分布在廣西的中西部，其中廣西右江河谷站點(diǎn)的閾值較小，最小百色站僅為18mm。華南極端強(qiáng)降水事件閾值的空間分布與華南年降水量的分布極為相似，說明極端強(qiáng)降水與年降水總量的關(guān)系非常密切，這與王志福等[14]研究得出的結(jié)論相似。而從極端強(qiáng)降水頻次分布圖(圖1b)可以發(fā)現(xiàn)，極端強(qiáng)降水事件發(fā)生頻次的分布與閾值的分布有較大的差別。華南地區(qū)極端強(qiáng)降水事件發(fā)生頻次在16.5～18.9d/a之間，最大和最小相差2.4d/a，較大的地區(qū)主要集中在華南中部，即廣西中東部的南寧市和貴港市一帶，發(fā)生頻次大于18.5d/a以上，最大為上林和桂平，達(dá)到18.9d/a，而頻次較小的地區(qū)分布在廣西的十萬大山到左江河谷一帶以及百色和河池西北部、廣東沿海、海南的東南角，在16.5～17.5d/a之間，最小為十萬大山北側(cè)的上思16.5d/a。其余各測站極端強(qiáng)降水頻次相差較小，分布相對較為均勻。

3.2極端強(qiáng)降水頻次的空間異常分布特征

為了分析華南不同區(qū)域極端強(qiáng)降水頻次的特征，對華南110個(gè)站點(diǎn)1961—2008年逐年極端強(qiáng)降水頻次作EOF和REOF分解，利用其載荷向量和旋轉(zhuǎn)載荷向量分析華南極端強(qiáng)降水頻次的空間異常特征。表1給出了旋轉(zhuǎn)前后EOF和REOF對總方差的貢獻(xiàn)率和累積貢獻(xiàn)率，旋轉(zhuǎn)前后的前8個(gè)模態(tài)累積貢獻(xiàn)率就達(dá)到了69.5%。圖2是華南地區(qū)極端強(qiáng)降水逐年發(fā)生頻次EOF分解的前三個(gè)模態(tài)的空間分布，從第1模態(tài)(圖2a)分布可以看出，整個(gè)華南區(qū)域的載荷向量為一致的正值，說明整個(gè)華南地區(qū)的極端強(qiáng)降水事件發(fā)生表現(xiàn)出一致的同位相變化，這種變化特征表明華南一般是在同一大尺度天氣系統(tǒng)控制之下，出現(xiàn)極端強(qiáng)降水事件的時(shí)間基本一致。而且還可以看出，廣西東南部、廣東西北部載荷值較大，說明這些區(qū)域極端強(qiáng)降水事件最容易出現(xiàn)異常。該模態(tài)方差的貢獻(xiàn)為32.3%。從第2模態(tài)分布(圖2b)來看，載荷值零線基本上把華南區(qū)域分為東西兩大區(qū)域，廣東和海南區(qū)域的載荷值小于零，而廣西區(qū)域載荷值大于零，極端強(qiáng)降水事件發(fā)生頻次呈現(xiàn)東西反向的分布特征，之所以出現(xiàn)這種特征，與華南地區(qū)降雨受西太平洋副熱帶高壓影響非常大有關(guān)[8]，當(dāng)西太平洋副高位置偏東，海南、廣東位于副高邊緣，易受副高邊緣偏南氣流影響出現(xiàn)降雨，而廣西則少雨；當(dāng)副高西伸控制華南沿海時(shí)，廣西處于副高邊緣易出現(xiàn)降雨，海南、廣東則因受副高控制而高溫少雨。可見西太平洋副高的偏東或偏西導(dǎo)致了華南東西部出現(xiàn)極端強(qiáng)降水事件的步調(diào)不太一致。該模態(tài)方差的貢獻(xiàn)為9.3%；而從第3模態(tài)分布(圖2c)來看，載荷值零線穿越華南中部地區(qū)，基本上把華南分為南北兩大區(qū)域，極端強(qiáng)降水事件發(fā)生的頻次呈現(xiàn)明顯的南北反向分布特征。形成這一特征的主要原因與造成華南強(qiáng)降水的兩個(gè)影響系統(tǒng)——冷空氣與熱帶系統(tǒng)有關(guān)：華南的北部受北面的系統(tǒng)影響較大，當(dāng)受北方冷空氣南下影響產(chǎn)生強(qiáng)降水時(shí)，如果冷空氣較弱，則其影響區(qū)域主要是華南的北部地區(qū)，而熱帶系統(tǒng)影響時(shí)，其主要造成強(qiáng)降水區(qū)域是在華南南部地區(qū)，對北部的影響則較小，特別從圖上可以看出，海南和雷州半島載荷值較大，表明這些地方的極端強(qiáng)降水易受南面熱帶系統(tǒng)的影響而出現(xiàn)異常。該模態(tài)方差的貢獻(xiàn)率為8.8%。從方差貢獻(xiàn)率來看，極端強(qiáng)降水日的前3個(gè)模態(tài)總貢獻(xiàn)率已達(dá)50.4%，是華南極端強(qiáng)降水頻次分布的3個(gè)最主要的空間異常模態(tài)。

4極端強(qiáng)降水頻次的時(shí)間演變特征

4.1年際和年代際變化特征

圖3是華南極端強(qiáng)降水頻數(shù)的月際分布，可以分析華南極端強(qiáng)降水事件年內(nèi)各月分布情況，華南的極端強(qiáng)降水事件發(fā)生的高峰月為6月，占全年的18.6%，其次為5月和9月，發(fā)生最少的月份為12月和1月，僅占全年的1.3%。統(tǒng)計(jì)表明，華南極端強(qiáng)降水事件夏半年(4—9月，下同)發(fā)生的頻次占全年次數(shù)的83.7%，而冬半年(10月—次年的3月)僅占全年次數(shù)的16.7%。從各站資料分析來看，華南地區(qū)各站的極端強(qiáng)降水事件夏半年發(fā)生的頻次各占本站全年次數(shù)的63.5%~91.4%，除萬寧、瓊中低于70%以外，其余都占70%以上，特別是凌云、天娥和深圳超過90%，而冬半年各站的極端強(qiáng)降水事件除萬寧、瓊中各占全年次數(shù)的35.4%、30.6%外，其余不超過30%，這說明華南的極端強(qiáng)降水事件主要發(fā)生在夏半年，冬半年發(fā)生的頻率較小，這與實(shí)際上華南地區(qū)的降雨特別是強(qiáng)降雨主要出現(xiàn)在夏半年非常相符。用華南地區(qū)110站逐年的極端強(qiáng)降水頻次的算術(shù)平均建立區(qū)域的逐年平均降水頻次序列，分析華南極端強(qiáng)降水頻次的年際和年代際變化。圖4是華南年均極端強(qiáng)降水頻次的時(shí)間序列及11年滑動(dòng)平均曲線，華南極端強(qiáng)降水頻次具有明顯的年際變化，偏多的年份為1997、1973、1994、2001、2008年，均超過22d/a，最多年份為1997年為23.7d/a；偏少年份為1963、1991、1989、2004年，均少于13d/a，最少年份為1963年為11.8d/a，多年平均頻次為17.8d/a。從各年代平均發(fā)生次數(shù)來看，從1960年代開始各年代的平均發(fā)生次數(shù)分別為17.1、18.0、17.4、18.4、20.1d/a，其中1960年代和1980年代華南極端強(qiáng)降水次數(shù)較多年平均值小，說明這兩個(gè)年生極端強(qiáng)降水頻數(shù)相對較少，而進(jìn)入1990年代以后，極端強(qiáng)降水頻次在增加，特別是進(jìn)入21世紀(jì)以來，前8年的平均頻次比前4個(gè)年代的平均頻次高，比多年平均值增加了2.3d/a，11a滑動(dòng)平均也表明了這一特性，可以看出，從1980年代中后期起，極端強(qiáng)降水頻次呈現(xiàn)由少變多的趨勢。

4.2趨勢分析

為了分析華南極端強(qiáng)降水頻數(shù)的變化趨勢，分別計(jì)算了華南各站和各站平均的極端強(qiáng)降水頻次系列的氣候傾向率。結(jié)果表明(圖5)，華南區(qū)域各站極端強(qiáng)降水頻次氣候傾向率并不一致，廣西中部至廣東西南部的中部、桂東南至雷州半島、海南中部極端強(qiáng)降水頻數(shù)呈減少趨勢，氣候傾向率在-0.1～-0.5a-1之間，均未通過0.1的顯著性檢驗(yàn)，說明減弱趨勢不顯著；華南其余地區(qū)呈增加趨勢，其中廣東東部沿海、廣西東北部和西北部、海南的西南部增加的趨勢較為明顯，氣候傾向率都大于0.5d/(10a)，其中饒平、橫縣、海豐、澄海和宜州的氣候傾向率大于1.0d/(10a)，最大的饒平10年增長率為1.2次，各站的趨勢系數(shù)在0.29～0.35之間，都通過了0.05的顯著性檢驗(yàn)。華南各站極端強(qiáng)降水頻次的平均序列則呈上升的趨勢(圖4)，氣候傾向率為0.24d/(10a)，趨勢系數(shù)為0.14，未達(dá)到0.1的顯著性檢驗(yàn)水平，上升的趨勢不顯著。利用M-K方法對其進(jìn)行突變檢驗(yàn)(圖6)，可看到序列在1967年發(fā)生了1次增多的突變，但這次增多的突變未通過0.05的顯著性檢驗(yàn)，序列在1980年代前期開始有一個(gè)波動(dòng)減少的趨勢，1991年開始又轉(zhuǎn)向波動(dòng)增多的態(tài)勢。

5不同區(qū)域極端強(qiáng)降水事件特征

為了進(jìn)一步了解華南地區(qū)極端強(qiáng)降水發(fā)生頻次的次地域特點(diǎn)，本文對前8個(gè)主成分對應(yīng)的載荷向量進(jìn)行了旋轉(zhuǎn)，得到6個(gè)主要的空間分區(qū)模態(tài)，并用REOF各模態(tài)對應(yīng)的時(shí)間系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化距平序列和二階時(shí)間趨勢來分析不同區(qū)域極端強(qiáng)降水發(fā)生頻次的年際變化特征(圖7a～7f)。圖中陰影區(qū)為旋轉(zhuǎn)載荷量絕對值大于0.5的區(qū)域，當(dāng)分區(qū)模態(tài)圖中載荷向量為負(fù)值時(shí)，對荷載值及所對應(yīng)的時(shí)間系數(shù)乘以-1，以便更直觀地分析。

Ⅰ區(qū)(圖7a)主要位于廣東北部及廣西中部以東部分地區(qū)，旋轉(zhuǎn)載荷向量大值區(qū)集中在粵東地區(qū)，載荷絕對值最大值為0.86。Ⅰ區(qū)48年來極端強(qiáng)降水發(fā)生頻次表現(xiàn)為一致較強(qiáng)的增長趨勢，1963、1965、1967、1971和2002年極端強(qiáng)降水事件異常偏少，而1973、1983、1992、1997和2006年異常偏多。

Ⅱ區(qū)(圖7b)主要在廣西西部地區(qū)，旋轉(zhuǎn)載荷向量大值區(qū)位于桂中偏西地區(qū)，載荷絕對值最大值為0.78。48年來Ⅱ區(qū)極端強(qiáng)降水發(fā)生頻次呈弱的減少趨勢，發(fā)生頻次異常偏少年為1963、1975、1976、1995和2000年，異常偏多年為1961、1973、1986、1994和2001年。

Ⅲ區(qū)(圖7c)位于廣西東部及廣東西部地區(qū)，旋轉(zhuǎn)載荷向量大值區(qū)位于廣西東部偏南地區(qū)，載荷絕對值最大值為0.75。48年來極端強(qiáng)降水發(fā)生頻次表現(xiàn)為反拋物線狀，轉(zhuǎn)折期在1986年左右，之前呈減少趨勢，之后呈增長趨勢。Ⅳ～Ⅵ區(qū)主要(圖7d～7f)位于廣東西部、廣西東北部及海南省，載荷絕對值最大值分別為0.81、0.78、0.79。

Ⅳ區(qū)48年極端強(qiáng)降水發(fā)生頻次呈拋物線狀，1987年以前為弱的上升趨勢，1987年以后逐漸呈減少趨勢。

Ⅴ區(qū)48年極端強(qiáng)降水發(fā)生頻次呈上升趨勢，發(fā)生頻次異常偏少年為1965、1966、1969、1984和1986年，異常偏多年為1968、1993、1994、1999和2002年。

Ⅵ區(qū)48年極端強(qiáng)降水發(fā)生頻次呈緩慢上升趨勢。

由于REOF各模態(tài)高值中心站點(diǎn)能較好地代表各區(qū)域氣候特征，下面分別從各空間分區(qū)中挑選荷載向量大值站：澄海、靖西、平南、新興、三亞、全州作為各個(gè)區(qū)域的代表站，分析不同區(qū)域極端強(qiáng)降水事件的變化特征及趨勢。表2是各代表站趨勢系數(shù)、氣候傾向率及其檢驗(yàn)。圖8是用6個(gè)氣候區(qū)代表站的極端強(qiáng)降水頻次序列的M-K突變檢測結(jié)果，6個(gè)代表站中澄海、三亞、全州3站序列發(fā)生了顯著增多的突變，但發(fā)生突變的時(shí)間各不相同：Ⅰ區(qū)代表站澄海極端強(qiáng)降水頻次的UF(正序)線(圖8a)在1966年開始上升，1980年代初期達(dá)到1.96臨界值，1990年代之后持續(xù)超過1.96臨界線，UF線與UB(反序)線1966年相交，交點(diǎn)在±1.96之間，可以斷定澄海的極端強(qiáng)降水頻次在1960年代中期發(fā)生了顯著增多的突變。Ⅴ區(qū)代表站三亞極端強(qiáng)降水頻次的UF線和UB線(圖8e)在1970年相交，UF線1970年代至今為持續(xù)的上升趨勢，2000年至今UF線都在1.96值之上，說明三亞的極端強(qiáng)降水頻次在1970年發(fā)生了顯著增多的突變。Ⅵ區(qū)代表站全州極端強(qiáng)降水頻次的UF線和UB線(圖8f)在1960年代中期以后呈上升趨勢，1990年代初上升趨勢明顯，1980年代前期兩曲線相交，交點(diǎn)在±1.96之間，說明全州的極端強(qiáng)降水頻次在1980年生了顯著增多的突變。而對于其他的3個(gè)區(qū)域的代表站，Ⅱ區(qū)代表站靖西極端強(qiáng)降水頻次的UF線和UB線在1960年代—1980年代為平穩(wěn)的波動(dòng)變化，在1990年代開始呈明顯上升趨勢，雖然1996年超過1.96臨界值，但UF線和UB線并無相交點(diǎn)，因此不能確定靖西極端強(qiáng)降水頻次發(fā)生了突變。Ⅲ區(qū)代表站平南和Ⅳ區(qū)代表站新興極端強(qiáng)降水頻次的UF線呈現(xiàn)階段性波動(dòng)變化的趨勢，平南極端強(qiáng)降水頻次在1960年代呈上升趨勢，1970年代—1990年代初呈下降趨勢，1990年代之后略有上升。新興極端強(qiáng)降水頻次在1960年代前期呈現(xiàn)波動(dòng)較小的振動(dòng)，1960年代末發(fā)生了一次增多的突變，轉(zhuǎn)為持續(xù)上升趨勢，1990年代末開始呈下降趨勢。兩代表站極端強(qiáng)降水頻次的UF線變化值都未超出±1.96臨界值，它們發(fā)生的突變均未通過0.05的顯著性檢驗(yàn)。

6結(jié)論

(1)華南極端強(qiáng)降水閾值分布呈沿海到內(nèi)陸逐漸減少的分布特征，與年降水量的分布較為相似；而極端強(qiáng)降水頻次分布則為華南中部較大，廣東沿海和廣西西部內(nèi)陸較小的分布特征。

(2)華南極端強(qiáng)降水頻次有3個(gè)最主要的空間異常模態(tài)，一致性異常特征是華南極端強(qiáng)降水頻次分布的最主要空間模態(tài)，而東、西反向和南、北反向變化模態(tài)也是比較重要的異常模態(tài)。

(3)華南的極端強(qiáng)降水事件主要發(fā)生在夏半年，夏半年極端強(qiáng)降水頻次占全年總頻次的83.7%。1960年代和1980年代是極端強(qiáng)降水頻次較少的年代，1990年代特別是進(jìn)入21世紀(jì)后華南極端強(qiáng)降水頻次增加明顯。

(4)華南區(qū)域各站極端強(qiáng)降水頻次氣候傾向率并不一致，除中部呈減少趨勢外，其余大部呈增加趨勢；華南各站極端強(qiáng)降水頻次的平均序列則呈上升的趨勢，但上升趨勢不顯著，在1980年代前期開始有一個(gè)波動(dòng)減少的趨勢，至1991年開始轉(zhuǎn)向波動(dòng)增多的態(tài)勢。

(5)華南極端強(qiáng)降水事件發(fā)生頻次具有很大的空間差異，可分為具有不同空間特征的6個(gè)主要區(qū)域,各個(gè)氣候區(qū)極端強(qiáng)降水發(fā)生頻次變化各有特點(diǎn)，其中6個(gè)氣候區(qū)代表站中澄海、三亞、全州3站發(fā)生了顯著增多的突變。