最近46年山西省夏季極端降水事件特征分析

張澤秀 周鵬 周晉紅 田曉婷

【摘 ? 要】 分析近46a山西省極端降水事件的時空分布和變化趨勢特征，結(jié)果表明：山西省極端降水事件在空間上存在明顯的地域差異。

【關(guān)鍵詞】 極端降水事件;極端降水閾值;特征分析

Characteristics of Summer extreme precipitation events in Shanxi Province in recent 46 years

[Abstract] The spatial and temporal distribution and variation trend of extreme precipitation events in Shanxi Province in recent 46 years are analyzed. The results show that there are obvious regional differences in spatial distribution of extreme precipitation events in Shanxi Province.

[Keywords] extreme precipitation event; extreme precipitation threshold; characteristic analysis

1 ?資料及方法

本文選取山西省1970～2015年的具有代表性的73個氣象站逐日降水量（來源于山西省信息中心）。著重針對山西省夏季6～8月的極端降水事件的時空分布及變化趨勢特征做出研究。

并采用百分位閾值定義方法、線性傾向估計方法分析山西省上述各極端降水指數(shù)的變化趨勢;用Mann-Kendall法分析山西省極端降水指數(shù)的突變或轉(zhuǎn)折。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?極端降水閾值空間特征分析

山西省夏季極端降水閾值表現(xiàn)為從南向北減小、同緯度山區(qū)大于平川且西部山區(qū)少于東部山區(qū)的特征，全省平均極端閾值為18.8～29.1mm·d-1。其中閾值最大的是運(yùn)城垣曲站29.1 mm·d-1，閾值最小的為大同渾源站18.8mm·d-1，具有明顯的緯向性。這主要與山西的地形有很大的關(guān)系，即暴雨多發(fā)區(qū)主要分布在山脈的迎風(fēng)坡地區(qū)，因此太行山南端的晉東南降水強(qiáng)度較大、頻次多，極端降水閾值也為大值區(qū);同時由于山西南北跨度較大，晉西北緯度較高，水汽輸送較差，導(dǎo)致降水整體偏少，因此極端降水閾值也較小。

2.2 ?極端降水事件空間特征分析

山西省近46a年極端降水量的分布與極端降水閾值的分布一致，呈從南向北減少，同緯度山區(qū)大于平川且西部山區(qū)比東部山區(qū)明顯偏小，大值區(qū)主要位于晉東南（年極端降水量達(dá)到190mm/a以上），主要位于垣曲、沁水、陵川、晉城站;另外五臺山站的年極端降水量為214.0mm/a，這與五臺山站較高的海拔（2208.3m）有很大的關(guān)系，而最小的為朔州山陰站（111.6mm/a），呈現(xiàn)出明顯的區(qū)域差異。

山西省近46a平均極端降水頻次的空間分布和極端降水量的分布較為一致，極端降水日數(shù)平均為3.1～5.6d/a，即晉東南和東、西山區(qū)極端降水頻次較大，均在4.0d/a以上，其中頻次最大為忻州五臺山站（5.7d/a）。而山西平川及北部頻次均在4d/a以下。

山西省近46a極端降水強(qiáng)度的空間分布和極端降水量分布較為一致，晉東南極端降水強(qiáng)度為全省大值中心，中心值為48 mm/d，但不同的是東部山區(qū)和西部山區(qū)相差不大，具有明顯的緯向性特征。

山西省近46a日最大降水量分布和極端降水強(qiáng)度分布較為一致。山西北部（山西大同、朔州和忻州北部）僅有18站沒有出現(xiàn)100 mm以上的大暴雨天氣，而日降水量大的區(qū)域亦主要位于山西省南部。近46a來山西省有2站日最大降水量超過200mm，分別為垣曲縣（224mm，為山西省1970年以來日最大降水極值）和晉城站（221.2mm）。

2.3 ?極端降水事件的變化趨勢分析

1970～2017年山西的中北部、臨汾西部及運(yùn)城東部共40站極端降水量頻率呈增多趨勢（僅石樓站通過了0.05顯著性檢驗），平均每10a增加6.8mm，其中增幅最大的為渾源站（22.695mm/a/10a）。另外極端降水頻率下降幅度大值區(qū)主要分布在晉東南和運(yùn)城西部，其中陵川站（-24.323mm/a/10a）降低最大，并通過了0.05顯著性檢驗。

全省平均極端降水頻次與平均極端降水量分布較為一致，其中全省有43站呈增加趨勢，主要位于山西中北部，增幅最大的為石樓站（0.532d/a/10a）。其余站平均極端降水頻次呈減少的趨勢，主要分布在晉南、忻州東部，同樣陵川站（-0.360d/a/10a）為減幅最大的站，但均未通過0.05顯著性檢驗。

全省極端降水強(qiáng)度的變化趨勢具有明顯的緯向性特征，呈增長趨勢的區(qū)域主要分布在晉南（運(yùn)城、臨汾南部、晉城）、太原以北至大同以南（寧武站和繁峙站通過了0.05顯著性檢驗），增幅最大的為渾源站（4.050mm/d/10a）。其余30站均呈減少趨勢（僅廣靈站通過了0.05顯著檢驗），主要分布在山西中南部，運(yùn)城南部及大同，其中減少最大的站為芮城站（-2.327mm/d/10a）。

全省日最大降水量主要分布在大同、朔州北部、呂梁市及臨運(yùn)盆地西部、晉城及長治東部的31站呈減少趨勢，其中萬榮站（-5.260mm/d/10a）為減幅最大的站。其余42站（主要分布在忻州、太原、東部山區(qū)及運(yùn)城晉城的北部）為增加趨勢，其最大日降水量中心位于晉東南的晉城站（7.848mm/10a），其次是臨汾的安澤站（5.466mm/10a），其余各站的氣候傾向率在0～4.0mm/10a之間，同樣也均未通過0.05顯著性檢驗。

全省年極端降水量和頻次具有一致的年際變化特征。從20世紀(jì)70年代中期到80年代初年極端降水量和頻次都偏多，但從80年代到2000年極端降水量和極端降水頻次都是處于較低的狀態(tài)，其中1986年年極端降水量為78.2mm/a，出現(xiàn)了全省大面積干旱;年極端降水頻次為2.2d/a，二者都出現(xiàn)了1970年以來歷史極低值，但80年代后期及90年代后期，年極端降水量和頻次都有一個短暫但卻明顯的增加，在1988和1996年出現(xiàn)了峰值。2006～2014年均呈增加的趨勢，并在2013年增加到240.4mm/a，為近46a最大值，但到2015年二者呈快速較少趨勢，年極端降水量減少到78.7mm/a，頻次減少到2.3d/a均出現(xiàn)僅次于1986年的第二歷史極小值。

全省極端降水強(qiáng)度的平均值為38.3mm/d。1972～2000年極端降水強(qiáng)度大多在平均值以下，2000～2014年極端降水強(qiáng)度明顯增大，到2015年極端降水強(qiáng)度下降到29.4mm/d，為近46a歷史最低值。

全省日最大降水量的平均值為129.1mm，達(dá)到大暴雨標(biāo)準(zhǔn)，但年際變化較大。1970～2006年全省日最大降水量大多都低于平均值，期間1995～2000年山西省日最大降水量有一個短暫的上升期，2007年以后大多都高于平均值，僅2008年日最大降水量降低到71.9mm，為近46a歷史最低值。

極端降水事件的變化具有一定的月變化特征，各極端降水指數(shù)在3月、4月、6月、8月、10月均呈減少的趨勢，在5月、7月、9月、11月均呈增加的趨勢（但均未通過0.05顯著性檢驗），其中各極端降水指數(shù)在9月增加趨勢最為明顯，尤其是年極端降水量氣候傾向率為3.756mm/a/10a，而在8月減少趨勢最明顯，減少幅度最大的亦為年極端降水量（-3.180mm/10a），7月除極端降水頻次略有減少外，其余極端降水指數(shù)均為增加趨勢。

2.4 ?極端降水事件的突變分析

1970～2015年山西省極端降水頻次呈增長的趨勢，突變點(diǎn)也在1984年，和極端降水量的突變時間一致，但在1970～2006年期間UF曲線始終在置信度范圍之內(nèi)，只有在2006年以后極端降水頻次才略超過1.95置信度線，但UF線呈平穩(wěn)狀態(tài)，這說明1970～2006年極端降水頻率沒有發(fā)生突變現(xiàn)象，其增多趨勢并不顯著。同樣極端降水強(qiáng)度在1970～2015年呈增長趨勢，但前期基本在信度區(qū)范圍內(nèi)，直到2006年在1.95信度線附近且變化比較平穩(wěn)，說明其增長趨勢并不顯著，從山西省日最大降水增長趨勢可以看到，1970～1996年日最大降水量呈增加趨勢，1996年后變化較為平緩，且UF曲線在可信度范圍之內(nèi)，說明近46a日最大降水量沒有發(fā)生突變現(xiàn)象，只是在正常范圍內(nèi)呈現(xiàn)增多或減少的波動。

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