南寧市短歷時暴雨演變特征分析

周紹毅，盧小鳳，羅紅磊

（廣西氣象服務(wù)中心，南寧 530022）

Zhou Shao-yi，Lu Xiao-feng，Luo Hong-lei

（Guangxi Meteorological Service Center，Nanning 530022）

南寧市短歷時暴雨演變特征分析

周紹毅，盧小鳳，羅紅磊

（廣西氣象服務(wù)中心，南寧 530022）

利用南寧氣象站1953—2014年的短歷時暴雨資料，運(yùn)用線性傾向估計、M-K突變檢驗、集中度等方法分析了南寧市短歷時暴雨演變特征。結(jié)果表明：（1）南寧市短歷時最大降雨量呈增加趨勢，時段越短增加越明顯。（2）短歷時暴雨月變化呈單峰型，6月為峰值，一天中短歷時暴雨多發(fā)生在下午時段。（3）短歷時年最大降雨量未出現(xiàn)突變。

短歷時；暴雨頻次；集中度；南寧市

Zhou Shao-yi，Lu Xiao-feng，Luo Hong-lei

（Guangxi Meteorological Service Center，Nanning 530022）

0 引言

城市暴雨內(nèi)澇與強(qiáng)降雨息息相關(guān)，歷時短、強(qiáng)度大的局部暴雨是形成城市內(nèi)澇的主要原因［1-2］。近年來，南寧市暴雨內(nèi)澇頻發(fā)，嚴(yán)重影響道路交通及人民生命財產(chǎn)安全。如2006年7月中旬，受熱帶風(fēng)暴“碧利絲”的影響，7月16日至18日，南寧普降大暴雨，城區(qū)大坑口站24h雨量達(dá)到311mm，17日20時至18日13時市區(qū)最大降雨量達(dá)310mm，致使城區(qū)有50多個地段發(fā)生嚴(yán)重內(nèi)澇，內(nèi)澇道路66條，積澇點(diǎn)200多個，浸泡水深度0.5—3.0m，受災(zāi)面積近700萬m2，把南寧變成了一座水城［3］；2011年9月30日至10月1日，受臺風(fēng)“納沙”影響，市區(qū)24h最大降雨量達(dá)329.6mm，發(fā)生內(nèi)澇的道路24條，積澇點(diǎn)72個［4］。近年來，一些學(xué)者對廣西中長時間尺度暴雨氣候特征進(jìn)行了研究［5-15］，但針對短歷時暴雨特征的研究還不多見。本文基于10min、20min、30min、1h、2h和3h暴雨序列，對南寧市短歷時暴雨演變特征進(jìn)行研究，進(jìn)一步揭示南寧市極端降雨事件演變規(guī)律，為城市內(nèi)澇防治提供參考。

1 資料與方法

本研究采用的南寧氣象站1953—2014年各短歷時（10min、20min、30min、1h、2h和3h）暴雨資料由廣西壯族自治區(qū)氣象信息中心提供。

采用線性傾向估計法計算短歷時暴雨的長期變化趨勢及大小。當(dāng)趨勢系數(shù)為正時，表示序列隨時間呈上升趨勢，反之則為下降趨勢。采用短歷時暴雨與時間之間的線性相關(guān)系數(shù)（r）對短歷時暴雨線性趨勢進(jìn)行顯著性檢驗，給定顯著性信度水平α，若|r|＞ra，表示短歷時暴雨隨時間的變化趨勢顯著，否則表明變化趨勢不顯著［16］。同時，應(yīng)用Mann-Kendall非參數(shù)統(tǒng)計檢驗法（M-K檢驗法）對短歷時暴雨進(jìn)行時間序列突變檢驗。

采用降水發(fā)生頻率的日變化來刻畫降水日變率特征，將一天分為24個小時時段，某時段的降水發(fā)生頻率定義為這一時段內(nèi)發(fā)生降水的小時數(shù)除以總觀測小時數(shù)（式（1）和式（2））。為了比較兩個不同時段降水日變率的特征，對降水發(fā)生頻率除以24h平均值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理（式（3））［17］：

式中，n表示當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)時間，D表示觀測天數(shù)，fn表示降水發(fā)生的頻率，cdn是一個計數(shù)器，pdn是小時降水量，NF是標(biāo)準(zhǔn)化的降水發(fā)生頻率。

2 結(jié)果與分析

2.1 短歷時暴雨年際變化特征

南寧市各短歷時年最大降雨量的變化趨勢見圖1和圖2，由圖可知，各短歷時最大降雨量均呈增加趨勢，其中10min、20min和30min年最大降雨量的氣候傾向率分別為0.60mm/10a、1.09mm/10a和1.15mm/10a，增加趨勢較為顯著，通過了90%的信度水平，1h、2h和3h年最大降雨量的氣候傾向率分別為0.99mm/10a、1.21mm/10a和1.34mm/10a，增加趨勢不明顯，未通過了90%的信度水平。各短歷時降雨量極值除3h出現(xiàn)在1974年外，其余歷時均出現(xiàn)在2000年以后，其中10min和20min降雨量極值分別為34.1mm和57.7mm，出現(xiàn)在2013年，30min、1h和2h降雨量極值分別為75.0mm、106.0mm和113.4mm，出現(xiàn)在2008年，說明極端強(qiáng)降雨事件呈增加趨勢。

2.2 短歷時暴雨突變檢驗

表1 南寧市各短歷時年最大降雨量變化趨勢

圖1 南寧市年最大10min、20min、30min降雨量變化曲線

圖3為南寧市各短歷時暴雨M-K檢驗曲線。由圖3a可知，10min年最大降雨量自1953年以來呈增加趨勢，其中1964—1984年、1991—1994年、1997—2002年通過了α=0.05顯著性水平（U0.05=± 1.96）；20min年最大降雨量1955—2014年呈增加趨勢（見圖3b），但未達(dá)到α=0.05顯著性水平；30min和1h年最大降雨量的變化趨勢與20min年最大降雨量相似（見圖3c，圖3d），1953-2014年呈增加趨勢，但均未通過α=0.05顯著性水平；2h年最大降水量1953—1956年、2003—2006年呈減少趨勢，但未達(dá)到α=0.05顯著性水平，1957—2002年、2007—2014年呈增加趨勢，其中1964—1966年通過了α= 0.05顯著性水平（見圖3e）；3h年最大降水量1953—2014年呈增加趨勢，其中1958—1966年達(dá)到了α=0.05顯著性水平（見圖3f）；各短歷時年最大降雨量均未有明顯的突變。

圖2 南寧市年最大1h、2h、3h降雨量變化曲線

2.3 強(qiáng)降雨的集中特征

2.3.1 強(qiáng)降雨的月集中特征

降雨不可能在一年12個月內(nèi)均勻分布，即使在汛期，不同月份的降雨量也有所不同，因此有必要研究短歷時暴雨的主要發(fā)生月份。選取每年1h內(nèi)降雨量最大的8個值，根據(jù)不同閾值（20mm/h、30mm/h、 40mm/h），統(tǒng)計62a不同級別短歷時暴雨次數(shù)，每個月分布情況如圖4所示。結(jié)果表明，南寧市短歷時暴雨次數(shù)高度集中在雨季（4—9月），呈現(xiàn)出單峰型的分布特征，其中降雨量≥20mm/h的暴雨次數(shù)6月份以105次排在首位，7月份以80次次之；降雨量≥30mm/h的暴雨次數(shù)以6月份的50次為最多，5月份次之，為29次；降雨量≥40mm/h的暴雨次數(shù)以6月份最多，為14次，7月次之，為11次。

2.3.2 強(qiáng)降雨的日集中特征

圖3 南寧市各短歷時年最大降雨量M-K檢驗曲線

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化降雨日變率可直觀了解短歷時暴雨的高發(fā)時段，本文選取每年10min歷時內(nèi)降雨量最大的8個值，計算南寧市短歷時暴雨的標(biāo)準(zhǔn)化降雨日變率（圖5）。由圖可知，南寧市短歷時暴雨標(biāo)準(zhǔn)化降雨日變率在0.3—2.5之間，其中下午13時至17時的標(biāo)準(zhǔn)化降雨日變率較大，均在1.6以上，最大值出現(xiàn)在13時，標(biāo)準(zhǔn)化降雨日變率為2.5；18至次日12時的標(biāo)準(zhǔn)化降雨日變率較小，均在1.1以下。說明南寧市短歷時暴雨大多發(fā)生在下午時段。

圖4 南寧市短歷時暴雨次數(shù)月分布特征圖

圖5 南寧市標(biāo)準(zhǔn)化強(qiáng)降雨日變率氣候特征

3 結(jié)論

（1）南寧市各短歷時最大降雨量均呈增加趨勢，10min、20min和30min年增加趨勢顯著，1h、2h和3h年增加趨勢不明顯，時段越短的短歷時降雨量增加趨勢越顯著。3h最大降雨量極值出現(xiàn)在1974年，其余歷時均出現(xiàn)在2000年以后，極端強(qiáng)降雨事件呈增加趨勢。

（2）南寧市短歷時暴雨月變化呈單峰型，主要集中在4—9月，降雨量≥20mm/h、≥30mm/h和≥40 mm/h的暴雨次數(shù)峰值均出現(xiàn)在6月份。一天中短歷時暴雨多發(fā)生在下午時段。

（3）M-K檢驗表明，南寧市各短歷時年最大降雨量均未有明顯的突變。

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Analysis on Change Characteristics of Short Duration Rainstorm in Nanning City

Based on the short duration rainstorm data of Nanning meteorological station from 1953 to 2014，the evolution characteristics of short duration rainstorm in Nanning were analyzed by using lineartrend estimate，Mann-Kendall catastrophe test and concentration degree.It is found that:（1）The short duration maximum precipitation were increasing，and the array of 10 minutes increased more obviously.（2）The monthly changes of short duration rainstorm appears unimodal with the peak in June and mostly happened in the afternoon.（3）The abrupt points of the short duration maximum precipitation were not detected.

short duration；rainstorm frequency；degree of concentration；Nanning city

P46

A

1673-8411（2016）01-0064-04

2015-09-18

廣西氣象服務(wù)中心科研項目（201511）

周紹毅（1980—），男，廣西藤縣人，高級工程師，從事氣候應(yīng)用與氣候資源研究工作。