廣西臺(tái)風(fēng)與非臺(tái)風(fēng)暴雨時(shí)空變化特征差異分析

陸芊芊，黃 卓

（廣西壯族自治區(qū)氣候中心，南寧 530022）

引言

廣西暴雨洪澇災(zāi)害常見(jiàn)［1］，嚴(yán)重影響工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)秩序，危害人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全［2］。廣西暴雨過(guò)程主要由兩類天氣系統(tǒng)造成，一類是西南低渦、南支槽，另一類是熱帶氣旋［3-4］。熱帶氣旋包括熱帶低壓、熱帶風(fēng)暴、強(qiáng)熱帶風(fēng)暴、臺(tái)風(fēng)、強(qiáng)臺(tái)風(fēng)和超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，為方便表述，將達(dá)到熱帶風(fēng)暴及以上強(qiáng)度的熱帶氣旋統(tǒng)稱為臺(tái)風(fēng)。臺(tái)風(fēng)暴雨是暴雨的一種重要類型，其影響范圍深遠(yuǎn)，性質(zhì)復(fù)雜多變［5］。近年來(lái)，已有一些學(xué)者對(duì)臺(tái)風(fēng)與非臺(tái)風(fēng)暴雨的特征進(jìn)行研究，覃衛(wèi)堅(jiān)等［6］研究了廣西臺(tái)風(fēng)暴雨的氣候特征，得出在臺(tái)風(fēng)影響下沿海地區(qū)發(fā)生暴雨的可能性最大，桂北山區(qū)最小。梁維亮等［7］發(fā)現(xiàn)1980—2010 年廣西非臺(tái)風(fēng)類大范圍持續(xù)暴雨出現(xiàn)在1—9 月，主要影響系統(tǒng)有高原槽、南支槽、切變線（低渦）。目前的研究多孤立地分析臺(tái)風(fēng)與非臺(tái)風(fēng)暴雨特征，鮮有將兩者的時(shí)空特征進(jìn)行對(duì)比分析。因此，通過(guò)對(duì)1965—2020 年廣西臺(tái)風(fēng)與非臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程的發(fā)生頻次、過(guò)程強(qiáng)度、降水持續(xù)時(shí)間、降水中心、過(guò)程影響范圍等特征分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對(duì)比分析兩類暴雨過(guò)程的時(shí)間變化和空間分布特征，進(jìn)一步細(xì)化對(duì)廣西暴雨變化規(guī)律的科學(xué)認(rèn)識(shí)，為氣候預(yù)測(cè)、防災(zāi)減災(zāi)、應(yīng)對(duì)氣候變化等提供參考。

1 資料與方法

采用數(shù)據(jù)來(lái)源于廣西壯族自治區(qū)氣象信息中心1965—2020 年廣西91 個(gè)國(guó)家氣象觀測(cè)站的逐日降水資料及廣西壯族自治區(qū)氣候中心的臺(tái)風(fēng)信息數(shù)據(jù)庫(kù)。

單站暴雨日指單個(gè)氣象站日降水量≥50mm 的降水日。結(jié)合當(dāng)前廣西氣象服務(wù)業(yè)務(wù)，將廣西暴雨過(guò)程定義為［8］：廣西91 個(gè)國(guó)家站中，逐日暴雨站數(shù)≥4且持續(xù)天數(shù)≥1d，其中至少有1d 的暴雨站數(shù)≥10站的降水過(guò)程。統(tǒng)計(jì)暴雨過(guò)程的特征量有歷次過(guò)程的起止時(shí)間、持續(xù)時(shí)間、綜合強(qiáng)度指數(shù)、影響范圍等，其中綜合強(qiáng)度指數(shù)由單次過(guò)程的暴雨強(qiáng)度、影響范圍和持續(xù)時(shí)間構(gòu)成［9-10］。

當(dāng)臺(tái)風(fēng)進(jìn)入影響區(qū)（19°N～28°N、104°E～112°E），或臺(tái)風(fēng)減弱后的低壓中心進(jìn)入影響區(qū)，并在廣西國(guó)家氣象站觀測(cè)到最大日降水量≥25mm 或者大風(fēng)，即為影響廣西的臺(tái)風(fēng)［11］。

按上述定義識(shí)別1965—2020 年廣西暴雨過(guò)程，根據(jù)影響廣西的臺(tái)風(fēng)進(jìn)入影響區(qū)的起止時(shí)間，將在此期間發(fā)生的廣西暴雨過(guò)程標(biāo)記為臺(tái)風(fēng)暴雨，其他過(guò)程記為非臺(tái)風(fēng)暴雨。分別統(tǒng)計(jì)臺(tái)風(fēng)與非臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程的發(fā)生頻次、綜合強(qiáng)度指數(shù)、持續(xù)時(shí)間、過(guò)程降水中心在各站的出現(xiàn)頻率和各站受暴雨過(guò)程影響的頻率，分析兩類暴雨過(guò)程在年際、月際變化及空間分布上的異同。此外，防城港站于1991 年建站，為保證各站的頻率統(tǒng)計(jì)年限一致，空間分布特征的統(tǒng)計(jì)年份為1992—2020 年。

2 結(jié)果與分析

2.1 時(shí)間變化特征

2.1.1 年際變化

1965—2020 年，廣西臺(tái)風(fēng)與非臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程發(fā)生頻次的年際變化大（圖1）。在667 次廣西暴雨過(guò)程中，臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程有116 次，平均每年發(fā)生2.1次，最多的年份有5 次（1994 年、2013 年）；非臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程共發(fā)生551 次，平均每年9.8 次，最多的年份有18 次（2008 年），最少的年份有4 次（1989 年、2005 年）。近56a 來(lái)，廣西臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程次數(shù)變化趨勢(shì)不明顯，非臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程次數(shù)總體呈微弱的增多趨勢(shì)，增多速率為0.32 次／10a，趨勢(shì)系數(shù)為0.1977，通過(guò)了0.1 的顯著性檢驗(yàn)。

圖1 1965—2020 年廣西臺(tái)風(fēng)和非臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程發(fā)生頻次

對(duì)比兩類暴雨過(guò)程發(fā)生頻次，歷年的非臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程發(fā)生頻次均高于臺(tái)風(fēng)暴雨，兩者呈反相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為－0.24，且通過(guò)了0.1 的顯著性檢驗(yàn)。此外，大多數(shù)年份臺(tái)風(fēng)暴雨發(fā)生頻次與影響廣西臺(tái)風(fēng)個(gè)數(shù)同頻變化，說(shuō)明臺(tái)風(fēng)暴雨頻次與影響廣西的臺(tái)風(fēng)頻次密切相關(guān)。

1965—2020 年，臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程平均綜合強(qiáng)度指數(shù)普遍高于非臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程（圖2a）。臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程的綜合強(qiáng)度指數(shù)在209.2 到1149.0 之間，平均值為494.3，1967 年8 月3—7 日的臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程綜合強(qiáng)度最大，指數(shù)達(dá)1149.0。非臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程的綜合強(qiáng)度指數(shù)在172.0～1186.5 之間，平均值為397.8，低于臺(tái)風(fēng)暴雨，1994 年6 月12—17 日的非臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程綜合強(qiáng)度最大，指數(shù)達(dá)1186.5，略高于臺(tái)風(fēng)暴雨強(qiáng)度極大值。

在多數(shù)年份，臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程綜合強(qiáng)度指數(shù)正、負(fù)偏差均小于非臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程，表明非臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程強(qiáng)度的變幅更大（圖2a）。

圖2 1965—2020 年廣西臺(tái)風(fēng)和非臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程平均綜合強(qiáng)度（a）、平均持續(xù)時(shí)間（b）

1965—2020 年，廣西臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程的平均持續(xù)時(shí)間普遍比非臺(tái)風(fēng)暴雨的長(zhǎng)（圖2b）。臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程的持續(xù)日數(shù)在1～8d 之間，平均為2.2d，1981 年7 月22—29 日和1994 年7 月17—24 日的臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程持續(xù)日數(shù)最長(zhǎng)，達(dá)8d。非臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程的持續(xù)日數(shù)在1～11d 之間，平均為2d，1998 年6 月16—26日非臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程持續(xù)日數(shù)最長(zhǎng)達(dá)11d。

2.1.2 月際變化

1965—2020 年，各月廣西臺(tái)風(fēng)與非臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程的發(fā)生頻次均呈單峰型分布，但過(guò)程發(fā)生集中期不同（圖3）。臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程主要出現(xiàn)在6—10 月，共有113 次，占總數(shù)的97.4%；8 月發(fā)生頻次最多，達(dá)37 次，1—3 月無(wú)臺(tái)風(fēng)影響，4 月和12 月的臺(tái)風(fēng)未造成暴雨過(guò)程。非臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程在全年各月均有發(fā)生，4—8 月為多發(fā)期，共有464 次，占總數(shù)的84.2%，5月、6 月為頻次最多的月份，均為149 次，其余各月有5～22 次。

圖3 1965—2020 年臺(tái)風(fēng)暴雨和非臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程各月發(fā)生頻次及影響廣西臺(tái)風(fēng)個(gè)數(shù)

非臺(tái)風(fēng)和臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程頻次峰值出現(xiàn)時(shí)間與廣西的前汛期和后汛期相對(duì)應(yīng)。前汛期（4—6 月）廣西受高空槽、低渦切變、低空急流、副熱帶高壓、鋒面等天氣系統(tǒng)影響［12］，非臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程頻繁；后汛期（7—9 月）廣西受熱帶季風(fēng)控制，7 月、8 月是臺(tái)風(fēng)影響廣西的集中期［13］，臺(tái)風(fēng)暴雨發(fā)生頻次最高。

1965—2020 年，臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程的平均綜合強(qiáng)度變化趨勢(shì)不明顯，峰值出現(xiàn)在5 月和11 月，這與參與平均值統(tǒng)計(jì)的樣本數(shù)較少、樣本本身偏強(qiáng)有關(guān)。此外，在這兩個(gè)月中發(fā)生的臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程同時(shí)還受低渦切變線［14］、副熱帶西風(fēng)急流［15］等天氣系統(tǒng)的影響，多種天氣系統(tǒng)作用下增強(qiáng)了暴雨過(guò)程強(qiáng)度，另一方面，冷空氣的入侵，也能促進(jìn)臺(tái)風(fēng)暴雨的增幅［16］。非臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程的各月變化趨勢(shì)不明顯，僅在6 月和7 月略高（圖4a）。5—10 月為廣西臺(tái)風(fēng)主要影響期，除6 月外臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程的平均綜合強(qiáng)度均大于非臺(tái)風(fēng)暴雨，除5 月、6 月臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程強(qiáng)度的正、負(fù)偏差均大于非臺(tái)風(fēng)暴雨，過(guò)程強(qiáng)度變幅較大。

臺(tái)風(fēng)與非臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程平均持續(xù)時(shí)間的各月變化趨勢(shì)與平均綜合強(qiáng)度基本一致（圖4b）。臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程平均持續(xù)時(shí)間5 月最長(zhǎng)，為3.5d；非臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程平均持續(xù)時(shí)間7 月最長(zhǎng)（2.9d）。廣西臺(tái)風(fēng)主要影響期間，非臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程的平均持續(xù)時(shí)間與臺(tái)風(fēng)暴雨相近，但5—8 月非臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程的各月最長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間大于臺(tái)風(fēng)暴雨，9 月、10 月反之。

圖4 1965—2020 年各月廣西臺(tái)風(fēng)和非臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程平均綜合強(qiáng)度（a）、持續(xù)時(shí)間（b）

2.2 空間分布特征

2.2.1 降水中心

臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程降水中心落區(qū)范圍僅在桂南和桂中部分地區(qū)（圖5a），而非臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程中心落區(qū)覆蓋了廣西大部地區(qū)（圖5b）。

圖5 廣西臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程（a）、非臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程（b）降水中心出現(xiàn)頻率空間分布

臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程的降水中心主要出現(xiàn)在防城港、欽州、北海沿海三市，玉林市大部及金秀、昭平、賀州、隆安、賓陽(yáng)、凌云、河池、柳州等地，從而形成兩個(gè)臺(tái)風(fēng)暴雨中心高頻區(qū)。一是在以防城港市為中心的桂南沿海一帶，臺(tái)風(fēng)暴雨中心在防城區(qū)的出現(xiàn)頻率最高達(dá)13.8%，這與臺(tái)風(fēng)的主要影響地區(qū)一致；二是以金秀為中心的桂中大瑤山地區(qū)，臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程降水中心出現(xiàn)頻率達(dá)10.2%，這可能與臺(tái)風(fēng)移動(dòng)方向及地形影響有關(guān)，當(dāng)臺(tái)風(fēng)從廣東西部山區(qū)緩慢經(jīng)玉林、梧州等地移入廣西，經(jīng)云開(kāi)大山、六萬(wàn)大山等地時(shí)，迎風(fēng)坡對(duì)氣流的抬升作用，雨強(qiáng)加大［17］，使得大瑤山迎風(fēng)坡的金秀極易成為臺(tái)風(fēng)暴雨中心。

非臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程降水中心落區(qū)主要有4 個(gè)非臺(tái)風(fēng)暴雨中心高頻區(qū)，分別位于廣西的東、南、西、北四個(gè)方向。桂北中心位于桂林西部和柳州北部一帶，融安和永福頻率最高，達(dá)4.6%；桂南中心位于以防城港市為中心的沿海一帶，東興出現(xiàn)頻率最高，為3.9%；桂西中心位于南寧北部和河池南部一帶，出現(xiàn)頻率最高的為馬山，達(dá)3.9%；桂東中心在昭平附近，昭平出現(xiàn)頻率為3.0%。多個(gè)降水中心高頻區(qū)，表明引發(fā)非臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程的天氣系統(tǒng)種類較多；而融安、永福、昭平、東興等高頻區(qū)中心均位于山脈東南側(cè)，即夏季迎風(fēng)坡一側(cè)，有利于降水增強(qiáng)。非臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程降水中心落區(qū)未覆蓋崇左市大部及上思、隆林、樂(lè)業(yè)、南丹、環(huán)江、龍勝等地。

2.2.2 暴雨范圍

臺(tái)風(fēng)與非臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程的主要影響范圍不同，臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程主要影響桂南沿海地區(qū)（圖6a），非臺(tái)風(fēng)暴雨主要影響桂北地區(qū)（圖6b）。

圖6 廣西各地受臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程（a）、非臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程（b）影響頻率分布

各地受臺(tái)風(fēng)暴雨影響頻率由桂南沿海向桂北地區(qū)逐級(jí)遞減，臺(tái)風(fēng)暴雨影響的高頻區(qū)在沿海欽州、防城港、北海三市，防城最高（72.8%），與臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程降水中心落區(qū)的高頻區(qū)一致。

各地受非臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程影響頻率分布與出現(xiàn)降水中心頻率較為相似，在桂北形成一個(gè)具有3 個(gè)中心的高值區(qū)，在防城港市一帶形成次高值區(qū)。桂北地區(qū)的高頻中心之一位于桂林西部和柳州北部一帶，頻率最高的永福達(dá)50.2%，該區(qū)域位于秦嶺—大苗山—九萬(wàn)大山的東南側(cè)，地形的阻塞作用冷空氣經(jīng)常在該區(qū)域滯留，與南來(lái)暖濕氣流交匯［18］，造成暴雨頻發(fā)；另一高頻中心位于大瑤山東側(cè)的昭平，影響頻率為44.6%；第三個(gè)高頻中心位于馬山和都安附近，為云貴高原向丘陵地區(qū)的過(guò)渡帶，其中都安頻率為41.3%，受西北高、東南低的地形影響，東南暖濕氣流抬升，易生成暴雨［19］。沿海地區(qū)頻率次高值區(qū)的形成或與熱帶擾動(dòng)有關(guān)［20］。

可見(jiàn)，臺(tái)風(fēng)與非臺(tái)風(fēng)暴雨中心出現(xiàn)頻率分布與暴雨影響范圍空間分布基本相符，高頻區(qū)都存在一定的重合。暴雨中心與暴雨范圍的不均勻分布受地形和天氣系統(tǒng)的共同影響，非臺(tái)風(fēng)暴雨的多個(gè)降水中心高頻區(qū)，與引發(fā)非臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程的多種天氣系統(tǒng)有關(guān)；臺(tái)風(fēng)與非臺(tái)風(fēng)暴雨中心及影響范圍高頻區(qū)多位于受地形作用的迎風(fēng)坡一側(cè)，這些地方暴雨的發(fā)生發(fā)展除了合適的水汽、熱力及動(dòng)力條件外，地形因素的強(qiáng)迫抬升效應(yīng)也加劇了暴雨的產(chǎn)生［21－23］。

3 結(jié)論

廣西臺(tái)風(fēng)與非臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程的時(shí)空特征差異顯著。

（1）臺(tái)風(fēng)與非臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程平均每年發(fā)生頻次明顯不同，后者比前者偏多約4 倍。臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程發(fā)生頻次的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)不明顯，但非臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程發(fā)生頻次微弱增多。兩類暴雨過(guò)程的歷年發(fā)生頻次顯著負(fù)相關(guān)，臺(tái)風(fēng)暴雨頻次與影響廣西的臺(tái)風(fēng)頻次密切相關(guān)。

（2）多數(shù)年份臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程的平均綜合強(qiáng)度及變幅、平均持續(xù)時(shí)間均大于非臺(tái)風(fēng)暴雨，但其綜合強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間的極值均小于非臺(tái)風(fēng)暴雨。

（3）臺(tái)風(fēng)與非臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程發(fā)生頻次的月際變化均呈單峰型分布，但過(guò)程發(fā)生集中期不同，非臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程主要發(fā)生在4—8 月，而臺(tái)風(fēng)暴雨主要在6—10 月。臺(tái)風(fēng)與非臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程平均綜合強(qiáng)度和平均持續(xù)時(shí)間的月變化趨勢(shì)基本一致，5—10 月除6月外臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程的平均綜合強(qiáng)度大于非臺(tái)風(fēng)暴雨；臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程的平均持續(xù)時(shí)間與非臺(tái)風(fēng)暴雨相近，但5—8 月各月的臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程最長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間小于非臺(tái)風(fēng)暴雨，9 月、10 月反之。

（4）臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程的降水中心集中在桂南和桂中部分地區(qū)，降水中心高頻區(qū)分別為以防城港市為中心的桂南沿海一帶和以金秀為中心的桂中大瑤山地區(qū)；非臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程降水中心覆蓋了廣西大部地區(qū)，在廣西的東、南、西、北四個(gè)方向均存在降水中心高頻區(qū)。

（5）臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程主要影響沿海地區(qū)受臺(tái)風(fēng)暴雨影響頻率由桂南沿海向桂北地區(qū)逐級(jí)遞減；非臺(tái)風(fēng)暴雨主要影響桂北地區(qū)，各地受影響頻率在桂林、柳州、賀州、河池等市形成高值區(qū)，在防城港市一帶形成次高值區(qū)。臺(tái)風(fēng)和非臺(tái)風(fēng)暴雨的主要影響區(qū)與降水中心高頻區(qū)的分布具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這些區(qū)域多數(shù)位于山脈的迎風(fēng)坡，地形的強(qiáng)迫作用對(duì)暴雨的增幅效應(yīng)顯著。