柘荣县极端降水事件气候特征分析

柘荣县极端降水事件气候特征分析

詹青霞

(宁德市柘荣县气象局,福建宁德355300)

摘要:为给政府部门的防灾减灾救灾工作提供科学依据,减少灾害损失,基于1961—2017年柘荣县的降

水资料,采用回归分析、相关分析、线性倾向估计和F 检验等方法,分析近57a 柘荣极端降水事件的年际变化

趋势和气候突变现象.结果表明:年极端降水频次、年极端降水总量、年极端降水强度和年最大日降水量均呈线

性增长趋势,其中,年极端降水总量和年最大日降水量呈显著增长趋势;年极端降水频次和年极端降水强度呈

不显著增长趋势.累积距平法和信噪比突变检验表明,年极端降水频次的突变转折年份出现在1994年,表现为

1994年之前为下降趋势,1994年之后为上升趋势;而年极端降水总量、年极端降水强度和年最大日降水量的突变转折年份均出现在2003年,表现为2003年之前为下降趋势,2003年之后为上升趋势;但各极端降水指数

均未达到气候突变的标准,突变不显著.对比分析柘荣极端降水指数与全省平均极端降水指数,表明柘荣“暴雨

中心”的主要特征是降水总量大、频次少、降水的极端性特别突出.

关键词:极端降水;气候特征;倾向率;突变检验;福建柘荣

中图分类号:P467文献标识码:A 文章编号:2095-2481(2019)02-0211-06

收稿日期:2018-09-05

作者简介:詹青霞(1981-),女,讲师.E-mail:67065293@

项目基金:福建省自然基金项目(2017J01775);福建省中青年教师教育科研项目(JAT160533).

第31卷第2期2019年6月Vol.31No.2Jun.2019

宁德师范学院学报(自然科学版)Journal of Ningde Normal University (Natural Science)近年来,随着气候变化研究的深入,很多学者着重研究了我国各地区极端降水事件的变化特征[1-6],得出了许多有意义的可供参考的结论.就华东区域而言,李明刚等[7]分析了近50a 来华东地区各类极端降水事件的强度和发生频次的年代际变化,结果表明,华东地区极端降水事件年代际变化特征明显,近20a 来,无论是极端降水事件的平均强度还是发生次数都明显高于前30a.苏志重等[8]分析了1960—2010年福建省极端降水事件的空间分布和时间变化趋势,结果表明,福建极端降水事件在空间上存在明显的地域差异,其中南部沿海多年平均极端降水阈值大、年总降水量大,而中北部地区年极端降水频次较多;全省区域平均及各站年极端降水频次、年极端降水总量、极端降水强度和年最大日降水量均呈线性增长趋势,且变化趋势明显.这些研究结果表明了不同区域极端降水变化总体一致,但不同的地域,不同的海拔高度,极端降水事件的空间差异也很明显.

柘荣县(27°05′~27°19′N ,119°43′~120°04′E)地处福建省东北部,境内群峰叠嶂,山峦起伏,县城海拔约660m ,位于太姥山的半山腰.太姥山(鹫峰山脉的组成部分)主峰东狮山顶海拔1479m ,位于县城东侧,整体地形呈东高西低,是靠海的山区.县城的东、西、北三面环山,处于一个“口袋式”的地形环境中.“口袋式”

和东高西低的地形十分有利于抬升运动和降水增强,故该县素有福建省“暴雨中心”之称.因此,该县极端降水强度大、区域集中,易引发农田淹没、城市内涝,有时还会引发山洪、泥石流等地质灾害,造成巨大的经济损失和人员伤亡.但目前尚未见专门针对该县极端降水事件气候特征以及其与全省平均状态异同点等方面的研究.为此,本文利用该县1961—2017年逐日降水量资料,分析研究该县近57a 极端降水事件的气候规律特征,以期为柘荣暴雨预报提供理论基础,为政府部门开展防灾减灾救灾工作提供科学依据.1资料来源与研究方法

本研究使用的1961—2017年柘荣县气象站逐日降水资料,来源于柘荣县气象局气象资料数据库,其他降水资料来源于福建省气象历史资料检索系统.

本研究采用目前国际上较通用的百分位法定义极端降水事件的阈值[9-10].具体方法是:将1961—2017年逐年日降水量大于等于0.1mm 降水量序列的第95个百分位值的57a 平均值定义为极端降水事件的阈值,当某日降水量超过这一阈值时,称之为一次极端降水事件.第95个百分位的计算方法是:将n 个日降水量按升序排列为X 1,X 2,…,X m ,…,X n ,那么,某个值小于或等于X m 的概率p =(m -0.31)/(n +0.38).其

中,m 为X m 的序号,n 为降水序列长度,第95个百分位值指p =95%所对应X m 的值.为了研究极端降水事件的频次、总量、强度等气候特征,通过统计极端降水事件,定义如表1所示的

4种极端降水指数.

表14种极端降水指数的定义

此外,采用回归分析、相关分析、线性倾向估计等方法[11-12],对极端降水事件指数进行趋势分析,线性方程系数的显著性水平采用F 检验[13].极端降水指数的气候突变或转折分析,采用累积距平曲线的方法确定气候突变年份,并通过计算其信噪比进行突变检验[14].具体使用如式(1)所示的指标:C (t )=t

i =1∑(x i -x ).(1)

式(1)中,x i 为第i 年的气象要素值,x 为要素样本的多年平均值.当C (t )绝对值达最大值时,则其所对应的t 即可确定为突变年份.

为了检验转折是否达到气候突变的标准,计算转折年份信噪比.信噪比的定义[14]是:

S/N =x a -x b S a +S b .(2)

式(2)中,x a 、x b 和S a 、S b 分别为转折年份前后两阶段要素的平均值和标准差,规定S /N >1时,可认为

该要素在这个年份存在气候突变,否则突变不显著.2结果与分析

2.1年极端降水频次变化特征

计算1961—2017年柘荣逐年降水资料序列,得到近57a 柘荣极端降水事件阈值为53.0mm.从年极端降水频次变化曲线(图1(a ))可见,近57a 柘荣平均年极端降水频次为5.8d ·a -1;年极端降水频次的年际差异较大,最大值为15d ·a -1,出现在2005年,最小值0d ·a -1,出现在1993年;年极端降水频次在1999年前后变化更明显,1999年之前,其平均值基本小于多年平均值,而此后其平均值基本大于多年平均值.年极端降水频次的气候倾向率为每10a 0.386d ,但未通过琢=0.05的显著性水平检验,表明年极端降水频次呈不显著增长趋势.

从年极端降水频次累积距平变化曲线(图1(b ))可见,年极端降水频次距平在1994年之前以负值为主,1994年之后则以正值为主.年极端降水频次累积距平的绝对值最大值出现在1994年,即1994年是年极端降水频次的突变转折年份.运用公式(2)对转折年份进行突变检验,得信噪比S/N =0.375,表明1994年的突变转折未达到气候突变的标准,突变不显著.

指数名称

定义年极端降水频次/d ·a -1

某年发生极端降水事件的日数年极端降水总量/mm ·a -1

某年极端降水量之和极端降水强度/mm ·d -1

年极端降水总量与年极端降水频次之比年最大日降水量/mm 某年极端降水事件中日最大降水量宁德师范学院学报(自然科学版)2019年6月212--