1981年—2016年沈陽地區(qū)暴雨的時空變化特征

張郁+慕臣英+齊文川+張思瑤+高桐

1引言

遼寧省地處中緯度地區(qū)，是我國北方暴雨多發(fā)地之一。發(fā)生暴雨時，極易引起江河泛濫成災、平原農(nóng)業(yè)區(qū)大量雨水蓄積、農(nóng)田漬澇，嚴重威脅農(nóng)業(yè)生產(chǎn)；城區(qū)則易引起城市內(nèi)澇等問題。沈陽市為遼寧省會城市，東北地區(qū)最大的中心城市，工農(nóng)業(yè)門類齊全，暴雨對沈陽地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和城市生活都帶來極大影響。

本文旨在對沈陽地區(qū)1981-2016年暴雨時空變化特征進行相關研究，以便為暴雨預報提供參考依據(jù)。

2研究數(shù)據(jù)及方法

2.1研究區(qū)域概況及數(shù)據(jù)來源

2.1.1研究區(qū)域概況

沈陽地區(qū)位于中國東北地區(qū)南部，遼寧省北部地區(qū)，以平原為主，山地、丘陵集中在北部和東部地區(qū)。7個國家地面氣象觀測站分別為渾南、蘇家屯、沈北、遼中、新民、法庫和康平站。

2.1.2數(shù)據(jù)來源

選取1981-2016年沈陽市7個國家地面氣象觀測站20時-20時（北京時間）降水及2004年以后逐小時降水資料，氣象資料來源于沈陽市氣象局。

本文運用數(shù)理統(tǒng)計方法、空間插值等研究方法，重點分析近36年沈陽地區(qū)暴雨日數(shù)、暴雨雨量以及2004-2016年沈陽地區(qū)最大暴雨強度時空變化特征，以及暴雨對降水量的貢獻率影響。通常將24小時內(nèi)降水量>50mm的降水稱為暴雨。因沈陽地區(qū)7個國家地面氣象觀測站逐小時降雨量數(shù)據(jù)是從2004年開始記錄的，因此最大暴雨強度從2004年以后開始統(tǒng)計。

2.2研究方法

2.2.1氣候傾向率

氣象要素的趨勢變化可采用線性方程表示，即：

2.2.2反距離權重法（IDW）

空間插值的基礎是空間相關性，反距離權重法是一種常用且簡捷的空間插值方法，它以插值點雨樣本地的距離為權重進行加權平均，距離插值點越近的樣本點賦予的權重越大，反之則越小。IDW（Inverse Distance Weighting）要求離散點均勻分布，并且密度程度足以滿足在分析中反映局部表面變化，然后通過對鄰近區(qū)域的每個采樣點值平均運算獲得內(nèi)插單元。其具體插值公式如下：

其中z是P點的插值結(jié)果，zi是P點附近的第i個樣本點；k是P點附近的用于插值的點的個數(shù)；d是p到P的歐式距離；β通常取默認值2。

3結(jié)果分析

3.1沈陽地區(qū)暴雨發(fā)生時間變化特征

3.1.1暴雨年代際變化

圖1為1981-2016年沈陽地區(qū)年代際的年平均暴雨日數(shù)和暴雨雨量。從暴雨日數(shù)來看，20世紀80年代沈陽地區(qū)年平均暴雨日偏多，是近36年暴雨發(fā)生頻率最多的階段；90年代年平均暴雨日數(shù)明顯回落；到了2001-2010年達到最低值；不過從2011年以后，年平均暴雨日數(shù)又呈現(xiàn)上升趨勢。從暴雨雨量來看，80年代沈陽地區(qū)年平均暴雨雨量偏大，是近36年的最大值；90年代明顯下降；到了2001-2010年達到最小值；不過從2011年以后，年平均暴雨雨量又呈現(xiàn)上升趨勢?？傮w來說，近36年來，年平均暴雨日數(shù)的分布規(guī)律與年平均暴雨雨量分布規(guī)律基本一致。

3.1.2暴雨年際變化

1981-2016年沈陽地區(qū)年暴雨日總數(shù)的均值為6d，年暴雨雨量的均值為415.3mm；2004-2016年沈陽地區(qū)年最大暴雨強度的均值為29.7mm/h。沈陽地區(qū)年暴雨日總數(shù)、年暴雨雨量呈現(xiàn)不同程度的下降趨勢，年最大暴雨強度整體呈現(xiàn)下降趨勢。圖2為1981-2016年沈陽地區(qū)歷年暴雨日總數(shù)、暴雨雨量及2004-2016年沈陽地區(qū)年最大暴雨強度的年際變化趨勢。通過分析，發(fā)現(xiàn)近36年沈陽地區(qū)暴雨日總數(shù)、年暴雨雨量呈現(xiàn)不同程度的減少趨勢。1981-2016年沈陽地區(qū)年暴雨日總數(shù)平均每10年減少0.8d，年暴雨雨量平均每10年減少68.4mm。2004-2016年沈陽地區(qū)年最大暴雨強度每10年減少6.2mm/h。

圖3為1981-2016年沈陽地區(qū)各月暴雨日總數(shù)、暴雨雨量和2004-2016年沈陽地區(qū)各月最大暴雨強度統(tǒng)計。從月暴雨日總數(shù)來看，3月開始出現(xiàn)暴雨，5、6月逐漸增多，7月猛增并且達到最高點，8月開始稍有下降，9月則下降幅度非常明顯，10月暴雨基本結(jié)束。暴雨日集中出現(xiàn)于7-8月，這兩個月暴雨日數(shù)占全年暴雨日總數(shù)的74.8%。從暴雨出現(xiàn)的時間來看，沈陽地區(qū)暴雨最早出現(xiàn)在3月，為1983年3月26日新民；最晚出現(xiàn)在10月上旬，為2010年10月3日遼中。從月暴雨雨量來看，近36年月暴雨雨量的變化趨勢與月暴雨日總數(shù)的趨勢基本一致，暴雨主要出現(xiàn)在6-9月，集中于7-8月，這兩個月的月暴雨雨量占全年暴雨雨量的76.3%。近13年月最大暴雨強度的分布與月暴雨日總數(shù)、月暴雨雨量的分布有所不同，6月和9月的最大暴雨強度較大，7-8月居中，其他月份偏小。

3.2沈陽地區(qū)暴雨發(fā)生空間變化特征

3.2.1暴雨日空間分布特征

圖4為1981-2016年沈陽地區(qū)年平均暴雨日數(shù)分布情況。康平、法庫等北部山區(qū)暴雨日較少。暴雨日分布較多的地區(qū)為沈北、渾南、蘇家屯的東部丘陵地區(qū)和位于遼河沖積平原的遼中。沈陽地區(qū)暴雨日分布整體上是北少南多。1981-2016年沈陽地區(qū)共出現(xiàn)暴雨429站次，平均每站每年暴雨日1.4d。其中沈北年平均暴雨日最多，平均每年2d，康平、法庫的年平均暴雨日最少，為1.5d。2016年沈北出現(xiàn)暴雨日為7d，為近36年單站年暴雨日的最大值。

圖5為不同年代際沈陽地區(qū)各地年平均暴雨日數(shù)變化趨勢，由圖可知，沈陽地區(qū)暴雨日數(shù)年代際變化特征在地域上也存在一定的差異性。80年代東部山區(qū)、丘陵地帶暴雨日數(shù)較少，北部山區(qū)和西部平原暴雨日數(shù)較多；90年代北部山區(qū)暴雨日較少，東部丘陵和西南部平原地區(qū)暴雨日數(shù)較多；2001-2010年北部山區(qū)和中部平原暴雨日較少，南部渾河流域暴雨日較多；2011年以后，北部山區(qū)暴雨日較少，東部丘陵和西南部平原地區(qū)暴雨日數(shù)較多，與90年代暴雨的分布比較相似。

圖6為1981-2016年沈陽各地區(qū)年平均暴雨雨量分布情況，康平、法庫等北部山區(qū)暴雨雨量較小，沈北、渾南東部丘陵地區(qū)和遼中西南部平原地區(qū)暴雨雨量較大，沈陽地區(qū)暴雨雨量整體上是北少南多，與暴雨日分布基本一致。1981-2016年沈陽地區(qū)平均每站每年暴雨降水量126.6mm。遼中年平均暴雨雨量最多，平均每年151.9mm；康平地區(qū)最少，為109.2mm。1994年新民的年平均暴雨雨量為494.1mm，為近36年沈陽地區(qū)單站年平均暴雨雨量的最大值。

圖7為不同年代際沈陽各地年平均暴雨雨量空間分布，由圖可知，80年代整體暴雨雨量不大，東部山區(qū)、丘陵地帶和中部平原地區(qū)暴雨雨量較少，北部山區(qū)和西部平原暴雨雨量較多；90年代北部山區(qū)暴雨雨量較少，東部丘陵和西南部平原地區(qū)暴雨雨量較多；2001-2010年北部山區(qū)和中部平原暴雨雨量較少，南部渾河流域暴雨雨量較多；2011年以后，北部山區(qū)和西部平原暴雨雨量較少，東部丘陵和西南部平原地區(qū)暴雨雨量較多。

4結(jié)論

結(jié)合沈陽地區(qū)7個區(qū)域觀測站1981-2016年7個氣象觀測站逐日降水氣象數(shù)據(jù)，分析結(jié)論如下：

（1）1981-2010年沈陽地區(qū)年平均暴雨日和年平均暴雨雨量每10年整體呈現(xiàn)下降趨勢，但2011年以后年平均暴雨日和年平均暴雨雨量均呈現(xiàn)上升趨勢。近36年沈陽地區(qū)年平均暴雨日、暴雨雨量呈現(xiàn)不同程度的減少趨勢，但是變化趨勢并不顯著。近13年的年最大暴雨強度呈現(xiàn)下降趨勢。

（2）根據(jù)對沈陽地區(qū)暴雨時間分布的特征分析，從沈陽地區(qū)暴雨日和暴雨雨量分布來看，暴雨主要發(fā)生在6-9月，集中于7-8月。本文分析得出最大暴雨強度在6月和9月數(shù)值偏大，最大值出現(xiàn)在6月，這與暴雨日總數(shù)和暴雨雨量的極值分布不一致。

（3）近36年沈陽地區(qū)暴雨日和暴雨雨量的空間分布基本一致，南多北少?？灯?、法庫等北部山區(qū)暴雨日總數(shù)和暴雨雨量均較小，沈北、渾南東部丘陵地區(qū)和遼中西南部平原地區(qū)暴雨日總數(shù)和暴雨雨量較大。沈北暴雨雨量年代際變化最大，遼中暴雨雨量年代際變化最小。endprint