安順地區(qū)暴雨日數(shù)年際變化的氣候特征

白 慧，吳 龍

(1.貴州省氣候中心，貴州 貴陽 55000;2.貴州省普定縣氣象局，貴州 普定 562100)

安順地區(qū)暴雨日數(shù)年際變化的氣候特征

白 慧1，吳 龍2

(1.貴州省氣候中心，貴州 貴陽 55000;2.貴州省普定縣氣象局，貴州 普定 562100)

利用1979—2009年31a安順地區(qū)(安順、平壩、普定、鎮(zhèn)寧、關(guān)嶺和紫云)6站的降水資料，統(tǒng)計(jì)分析6站暴雨日數(shù)和暴雨量的變化特征，提取代表安順地區(qū)的代表站，對其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到安順地區(qū)暴雨日數(shù)年際變化的氣候特征。安順地區(qū)暴雨日數(shù)的在20世紀(jì)80年代末—90年代末期間具有明顯的3～5 a的年際震蕩，并在90年代初達(dá)到峰值。安順地區(qū)暴雨偏多年在高低空環(huán)流、風(fēng)場和能量場配置的主要特征為：700hPa和500hPa高低空位勢高度配置一致，位勢高度在中高緯度出現(xiàn)“東高西低”的走勢，安順地區(qū)位于異常低渦的東南部，西太平洋副熱帶高壓的西部，這樣來自異常低渦東南側(cè)的冷空氣與來自海洋北上的暖濕氣流在此交匯，利于底層切變線和準(zhǔn)靜止鋒的建立;安順地區(qū)位于高空偏西急流的右前方的出口處，低空西南急流右前方的出口處和低空東南急流左前方的出口處，這種高低空急流的配置非常有利于暴雨區(qū)垂直上升運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生;安順地區(qū)及其附近區(qū)域?qū)α鞑环€(wěn)定較強(qiáng)，利于對流不穩(wěn)定能量的積累，從而使對流不穩(wěn)定區(qū)域易出現(xiàn)強(qiáng)對流系統(tǒng)，對安順地區(qū)的不穩(wěn)定能量的儲(chǔ)存和釋放十分有利。

安順地區(qū);暴雨日數(shù);年際變化;氣候特征

1 引言

貴州地處青藏高原東南側(cè)的云貴高原北部，地形復(fù)雜，境內(nèi)各地天氣氣候差異大，雨頻次從數(shù)量上來說，雖不如我國東部和南部，但暴雨落點(diǎn)分散、時(shí)間短、強(qiáng)度大、局地性強(qiáng)，危害程度十分嚴(yán)重，對國民經(jīng)濟(jì)和人民生命財(cái)產(chǎn)有很大影響。貴州的暴雨天氣過程既是山洪、泥石流等自然災(zāi)害的主要誘發(fā)因素，又是重要的水資源補(bǔ)充，區(qū)域性強(qiáng)降水過程往往是解除農(nóng)業(yè)干旱的主要途徑之一。貴州氣象工作者對貴州暴雨的氣候特征、環(huán)流和系統(tǒng)、物理?xiàng)l件、概念模式、低空急流、衛(wèi)星云圖和雷達(dá)回波特征、地形和下墊面影響、預(yù)報(bào)方法等進(jìn)行了比較系統(tǒng)的研究［1-9］。

氣候平均上，4月上中旬貴州自東向西先后進(jìn)入雨季，暴雨天氣也隨之發(fā)生［10］。4月隨著南支槽前潮濕的西南風(fēng)的建立和盛行，貴州降水量明顯增多，逐漸進(jìn)入雨季，5月西南季風(fēng)建立，6月夏季風(fēng)強(qiáng)度到達(dá)峰值，雨季也進(jìn)入盛期。9月明顯減少;5—8月暴雨發(fā)生頻率最高，6—7月暴雨日數(shù)在全年占絕對優(yōu)勢，是暴雨高發(fā)期;10月冬季風(fēng)建立后，降水量持續(xù)減少，暴雨發(fā)生幾率也顯著減少。

貴州省夏季6—7月存在3個(gè)暴雨多發(fā)區(qū)和2個(gè)暴雨少發(fā)帶，暴雨中心強(qiáng)度最大、范圍最廣的區(qū)域位于普定、六枝、晴隆一帶，包括安順大部分地區(qū)。

本文的研究目的是希望通過以貴州夏季暴雨強(qiáng)度最大的安順地區(qū)為代表進(jìn)行初步分析，掌握暴雨發(fā)生發(fā)展的規(guī)律，尋找關(guān)于降水系統(tǒng)的演變規(guī)律及物理機(jī)制，提高對貴州暴雨的認(rèn)識(shí)，從而有利于做好實(shí)際業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)工作和研究工作。由于暴雨演變過程的復(fù)雜性和客觀條件的限制，本文的工作還是初步的，有待今后的進(jìn)一步改進(jìn)和深入。

2 資料和方法

2.1 資料

①地面人工觀測資料：1979—2009年31 a安順地區(qū)(安順、平壩、普定、鎮(zhèn)寧、關(guān)嶺和紫云)6站每日2次觀測的降水資料。

②JRA-25再分析數(shù)據(jù)資料：JRA-25(Japanese 25-year Reanalysis)提供的月平均再分析數(shù)據(jù)，選用位勢高度、風(fēng)矢量、比濕和氣溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行合成分析。

為了統(tǒng)一，上述資料的時(shí)間長度的范圍都取1979—2009年。

2.2 方法

①根據(jù)中國氣象部門規(guī)定24h雨量(20時(shí)-20時(shí))≥50 mm的降水量為暴雨，統(tǒng)計(jì)逐月暴雨量和暴雨日數(shù)。

②對安順地區(qū)6站的暴雨量和暴雨日數(shù)進(jìn)行氣候統(tǒng)計(jì)，并對6站做相關(guān)性分析，確定作為安順地區(qū)暴雨研究的代表站。

③利用功率譜和小波分析對安順地區(qū)暴雨日數(shù)的時(shí)間序列作周期提取。

④對暴雨偏多年和暴雨偏少年的高低空要素場作差值場，分析暴雨偏多年和暴雨偏少年在環(huán)流結(jié)構(gòu)、風(fēng)場、不穩(wěn)定能量的主要差異。

3 安順地區(qū)降水量和暴雨日數(shù)分析

統(tǒng)計(jì)近31 a安順地區(qū)(安順站、平壩站、普定站、鎮(zhèn)寧站、關(guān)嶺站和紫云站)6個(gè)地面氣象觀測站氣候態(tài)逐月降水量，如圖1，6站全年降水量從4月突然遞增，汛期開始，6月達(dá)到峰值，10月降水量驟減，汛期結(jié)束;6站全年降水量分別為1 322.3 mm、1 247.3 mm、1 348.0 mm、1 374.3 mm、1 344.0 mm和1 241.7 mm;6站在汛期間4—10月降水量分別為1 186.0 mm、1 090.2 mm、1 222.8 mm、1 245.2 mm、1 205.4 mm和1 101.7 mm;6站在6—7月降水高峰期的降水量分別為538.8 mm、486.9 mm、561.6 mm、598.9 mm、551.9 mm 和484.96 mm。

6站4—10月累計(jì)降水量分別占全年降水量的89.7%、87.4%、90.7%、90.6%、89.7%和88.7%，表明全年降水量主要集中在汛期4—10月;6—7月降水量在汛期4—10月降水量中占絕對優(yōu)勢，分別占 45.4%、44.7%、46.0%、48.1%、45.8% 和44.0%，表明安順地區(qū)降水量的集中期在6—7月(圖略)。

圖1 1979—2009年安順(a)、平壩(b)、普定(c)、鎮(zhèn)寧(d)、關(guān)嶺(e)和紫云(f)6站氣候平均逐月降水量(實(shí)線)及逐月累計(jì)降水量(虛線)

近31 a安順地區(qū)6站的暴雨日數(shù)最大值除關(guān)嶺出現(xiàn)在7月外，其余5站均出現(xiàn)在6月，分別為50d、40d、46d、57d、50d 和 42d。安順、平壩、普定和紫云4站在4—10月出現(xiàn)暴雨，鎮(zhèn)寧和關(guān)嶺在4—11月出現(xiàn)暴雨;6站暴雨總?cè)諗?shù)分別為137d、121d、147d、164d、136d 和 121d;6—7 月暴雨日數(shù)分別為88d、75d、84d、97d、90d 和 70d;6—7 月暴雨日數(shù)占總暴雨日數(shù)的百分比分別為 64.2%、62.0%、57.1%、59.1%、66.2%和57.9%(圖略)。

6站逐月暴雨量百分比最大值除平壩和關(guān)嶺站出現(xiàn)在7月，其余4站均出現(xiàn)在6月，分別為45%、39.6%、42.5%、52.1%、41.8%和38.7%;普定暴雨量百分比出現(xiàn)雙峰結(jié)構(gòu)，在6月和9月出現(xiàn)極值，可能與特殊的地理位置和地理環(huán)境有關(guān);6站在6—7月出現(xiàn)的暴雨日數(shù)分別占全年暴雨日數(shù)的64.0%、63.1%、60.0%、63.6%、63.8%和58.8%(圖略)。

通過以上分析，得到安順地區(qū)降水主要集中在4—10月，集中期在6—7月;暴雨從4月開始出現(xiàn)，6—7月出現(xiàn)暴雨日數(shù)最多，8月遞減，10月以后很少出現(xiàn)暴雨;需注意的是，普定暴雨日數(shù)在6月出現(xiàn)最多，9月次多，具有雙峰結(jié)構(gòu)，可能與其地理環(huán)境和地形特征有關(guān)。

對6—7月安順地區(qū)6站暴雨日數(shù)是作相關(guān)性分析。如表1，除了平壩與紫云、關(guān)嶺的相關(guān)系數(shù)沒有通過95%信度檢驗(yàn)，其余站之間的相關(guān)系數(shù)很好，表明安順、普定、鎮(zhèn)寧、關(guān)嶺和紫云5站在6—7月的暴雨日數(shù)具有一致的變化趨勢。本文以下分析選取安順、普定、鎮(zhèn)寧、關(guān)嶺和紫云5站作為安順地區(qū)暴雨研究對象。

表1 安順地區(qū)6站1979—2009年6—7月暴雨日數(shù)的相關(guān)系數(shù)

4 安順地區(qū)暴雨日數(shù)的年際變化

圖21979—2009年6—7月安順地區(qū)暴雨日數(shù)的功率譜分析(實(shí)線：譜值;虛線：95%、90%信度檢驗(yàn)線)

對近31 a 6—7月安順地區(qū)逐年暴雨量百分比和暴雨日數(shù)相關(guān)性分析，二者相關(guān)系數(shù)0.9，通過99%信度檢驗(yàn)。表明6—7月當(dāng)暴雨量偏多時(shí)，暴雨日數(shù)偏多;當(dāng)暴雨量偏少時(shí)，暴雨日數(shù)偏少。安順地區(qū)暴雨日數(shù)最多為1991年的7.2 d，最少為2006年的0.6 d，相差10倍多，表明安順地區(qū)的暴雨具有明顯的年際變化。取一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差來判定暴雨日數(shù)異常年份，1979年、1991年、1992年、1996年、1999年和2000年共6 a是暴雨偏多年;1981年、1984年、1989年和2006年共4 a是暴雨偏少年(圖略)。

4.1 功率譜分析

對近31 a 6—7月安順地區(qū)暴雨日數(shù)作功率譜分析，發(fā)現(xiàn)存在3～5 a的主要周期，過90%信度檢驗(yàn)，進(jìn)一步表明安順地區(qū)暴雨日數(shù)存在較顯著的年際震蕩(圖2)。

4.2 小波分析

為進(jìn)一步分析安順地區(qū)暴雨日數(shù)的年際變化在時(shí)域、頻域上的具體分布。如圖3(a)，在20世紀(jì)80年代末—90年代末期間3～5 a的年際震蕩最明顯，通過95%信度檢驗(yàn)。提取出暴雨日數(shù)在3～5 a尺度的平均小波能量(圖3b)，清楚的看見暴雨日數(shù)在20世紀(jì)80年代末—90年代末期間具有很明顯的能量正變化，過95%信度檢驗(yàn)，表明該時(shí)期具有3～5 a顯著震蕩周期。

5 大尺度環(huán)流背景的氣候特征

5.1 位勢高度場

如圖4，在暴雨偏多年份，700hPa和500hPa高低空異常位勢高度配置一致，位勢高度在中高緯度出現(xiàn)“東高西低”的走勢，在40°N、118°E位置附近都出現(xiàn)一異常低渦，西太平洋副熱帶高壓西脊點(diǎn)位置較常年位置偏西偏南。安順地區(qū)位于異常低渦的東南部，西太平洋副熱帶高壓的西部，這樣來自異常低渦東南側(cè)的的冷空氣與來自海洋北上的暖濕氣流在此交匯，利于底層切變線和準(zhǔn)靜止鋒的建立，為暴雨的形成提供大尺度的環(huán)流背景。

圖4 暴雨偏多年(1991)與暴雨偏少年(2006)700hPa(a)、500hPa(b)位勢高度的差值場

5.2 高低空急流

從200hPa和850hPa的高低空風(fēng)場來看(圖5)，在暴雨偏多年份，高空在 30 ～40°N，80 ～115°E區(qū)域有一異常西北向急流，中心位置位于貴州東北部;低空20～30°N，115～130°E 區(qū)域有一異常東南急流，中心位置位于貴州東部;低空5～25°N，80～100°E上游有一異常西南急流，中心位置位于貴州西南部。安順地區(qū)分別位于高空偏西急流的右前方的出口處、低空西南急流右前方的出口處和低空東南急流左前方的出口處，這種高低空急流的配置非常有利于暴雨區(qū)垂直上升運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生。

圖5 暴雨偏多年(1991年)與暴雨偏少年(2006年)850hPa(a)、200hPa(b)風(fēng)場的差值場

5.3 能量場

假相當(dāng)位溫θse是表征能量的方式之一，重要天氣系統(tǒng)一般都積聚了較高能量。用假相當(dāng)位溫隨高度的變化表示穩(wěn)定度：＞0，對流不穩(wěn)定;＜0，對流穩(wěn)定;=0為中性。如圖6，安順地區(qū)暴雨偏多年與暴雨偏少年穩(wěn)定度差值場為正，表明暴雨偏多年對流不穩(wěn)定較強(qiáng)，更利于對流不穩(wěn)定能量的積累，從而使對流不穩(wěn)定區(qū)域更易出現(xiàn)強(qiáng)對流系統(tǒng)。

6 結(jié)論

對1979—2009年6—7月安順地區(qū)6站的暴雨量和暴雨日數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到以下主要結(jié)論：

①6—7月安順、普定、鎮(zhèn)寧、關(guān)嶺和紫云5站的暴雨日數(shù)具有一致的變化趨勢，將其5站作為安順地區(qū)暴雨研究對象具有可行性和代表性。

②安順地區(qū)暴雨日數(shù)在20世紀(jì)80年代末—90年代末期間具有明顯的3～5 a的年際震蕩，并在90年代初達(dá)到峰值，通過95%信度檢驗(yàn)。

圖6 暴雨偏多年(1991年)與暴雨偏少年(2006年)的不穩(wěn)定能量差值場

③從大尺度環(huán)流背景出發(fā)，暴雨偏多年，700hPa和500hPa高低空位勢高度配置一致，位勢高度在中高緯度出現(xiàn)“東高西低”的走勢，安順地區(qū)位于異常低渦的東南部、西太平洋副熱帶高壓的西部，這樣來自異常低渦東南側(cè)的冷空氣與來自海洋北上的暖濕氣流在此交匯，利于底層切變線和準(zhǔn)靜止鋒的建立。

④對高低空風(fēng)場、急流分析，暴雨偏多年，安順地區(qū)分別位于高空偏西急流的右前方的出口處、低空西南急流右前方的出口處和低空東南急流左前方的出口處，這種高低空急流的配置非常有利于暴雨區(qū)垂直上升運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生。

⑤能量場對比分析，發(fā)現(xiàn)安順地區(qū)暴雨偏多年的對流不穩(wěn)定能量較強(qiáng)，利于對流不穩(wěn)定能量的積累，從而使對流不穩(wěn)定區(qū)域更易出現(xiàn)強(qiáng)對流系統(tǒng)。

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Interannual variation of rainfall days’climatic characteristics

BAIHui1，WU Long2

(1.GuiZhou Bureau of Meteorology ，Guiyang 550002;2.PuDing Bureau of Meteorology，Puding 562100)

This paper has analysised the climatic characteristics of the rainstorm days in the AnShun region，used by the precipitation data of six ground observation stations(AnShun，PingBa，PuDing，ZhenNing，Guanling and ZiYun)in order to choose the stations which could represent the AnShun region.The rainstorm days has 3～5 years interannual period from the late of the 1980s to the late of the 1990s in AnShun region，and this change peaks in the early of the 1990s.The main features of Climatic Characteristics of Interannual Variability of the rainstorm days in the AnShun region：the configuration the abnormal potential height at 500hPa and 700hPa are consistent，and showed the pattern of which is high in the east and is low in the west.AnShun located in the southeast of the abnormal low vorticity and located in the west of the west Pacific sub-tropic high，in favour of the cold air form the southeast of the abnormal low vorticity and the warm-moist air flow located from the west of the west Pacific subtropic high gathering in the place，and then in favour of the low level shear and quasi static font building;The An-Shun region located the right of the export of westly jet stream in high level，the right of the export of southwestly jet stream and the left of the export of southeastly jet stream in low level，the configuration maked for the vertical rising motion in the rainstorm region;the region around GuiZhou is convection instability，which is helpful for the energy of the instability saving and releasing.

AnShun region;days of rainstorm;interannual variability;climatic characteristics

P468

A

1003-6598(2011)02-0008-05

2010-12-23

白慧(1984-)，女，助工，主要從事短期氣候預(yù)測工作。