近62 a华南“龙舟水”气候特征及变化.pdf
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1、伍红雨,郭尧,吴遥.2024.近62 a华南“龙舟水”气候特征及变化J.暴雨灾害,43(1):84-92.WU Hongyu,GUO Yao,WU Yao.2024.Cli-mate characteristics and variation of the Dragon-boat Precipitation in South China in the past 62 years J.Torrential Rain and Disasters,43(1):84-92(in Chinese).doi:10.12406/byzh.2023-099近62 a华南“龙舟水”气候特征及变化伍红雨1,2,郭
2、尧3,吴遥4(1.广东省气候中心,广州 510641;2.中国气象局广州热带海洋气象研究所/广东省区域数值天气预报重点实验室,广州 510641;3.南方电网数字电网集团有限责任公司,广州 510663;4.重庆市气候中心,重庆 401147)摘要:每年端午节前后龙舟竞渡之时,是华南前汛期降水最多、最为集中的时段,容易引发严重洪涝灾害,并对早稻生产造成严重影响,称之为“龙舟水”。对华南“龙舟水”期间暴雨过程的频次和强度进行研究是当前防灾减灾的迫切需求。利用19612022年华南192个国家气象观测站逐日降水资料,采用EOF、线性趋势、M-K突变等方法,分析了华南“龙舟水”期间降水量的时空特征及
3、变化;构建了一个表征华南“龙舟水”暴雨过程的综合强度指数,由此分析华南近62 a“龙舟水”期间暴雨过程频次、强度以及“龙舟水”强度年景指数的特征和变化。结果表明,华南“龙舟水”一致性变化是其最主要的特点。19612022年“龙舟水”期间,华南共出现229次暴雨过程,平均每年3.7次。近62 a来华南区域平均“龙舟水”降水量和暴雨过程频次变化趋势不显著,但“龙舟水”强度年景指数以1.2 (10 a)-1的速率显著上升。评估得到近62 a华南“龙舟水”最强暴雨过程出现在2022年6月421日,华南“龙舟水”强年有4 a,分别出现在2022年、2020年、2008年和2006年。关键词:龙舟水;暴雨
4、过程;综合强度指数;气候特征;华南中图法分类号:P468.0+24文献标识码:ADOI:10.12406/byzh.2023-099Climate characteristics and variation of the Dragon-boat Precipitationin South China in the past 62 yearsWU Hongyu1,2,GUO Yao3,WU Yao4(1.Climate Center of Guangdong Province,Guangzhou 510641;2.Institute of Tropical and Marine Meteorol
5、ogy,China MeteorologicalAdministration/Guangdong Provincial Key Laboratory of Regional Numerical Weather Prediction,Guangzhou 510641;3.China SouthernPower Grid Digital Group Institute Co.,Ltd,Guangzhou 510663;4.Climate Center of Chongqing Province,Chongqing 401147)Abstract:The precipitation reaches
6、its maximum and is most concentrated during the period of the first flood season in South China aroundthe Dragon Boat Festival every year,which is usually referred to as“Dragon-boat Precipitation”.The Dragon-boat Precipitation causes serious floods and exerts a serious impact on the production of ea
7、rly rice.It is urgent to study the frequency and intensity of rainstorms duringthe Dragon-boat Precipitation in South China for disaster prevention and reduction.Using daily precipitation data from 192 national meteorological observation stations in South China from 1961 to 2022,the spatiotemporal c
8、haracteristics and variation of precipitation during theDragon-boat Precipitation period in South China were analyzed with different methods,such as EOF analysis,linear trend analysis,andM-K mutation analysis.A comprehensive index representing the intensity of the Dragon-boat Precipitation rainstorm
9、 events in South Chinais constructed.Then,it is used to analyze the characteristics and variations of the number and intensity of the rainstorm events during theDragon-boat Precipitation period in South China in the recent 62 years,as well as the annual index of the Dragon-boat Precipitation intensi
10、ty.The results indicate that the consistent increase of the annual intensity index is the main characteristic of the Dragon-boat Precipitationin South China.During the Dragon-boat Precipitation period in the recent 62 years,there were 229 rainstorm events in South China,with anaverage of 3.7 times p
11、er year.In South China,the average precipitation and the number of rainstorm events did not change significantly,butthe annual intensity index of Dragon-boat precipitation increased significantly at a rate of 1.2 (10 a)-1.The assessment showed that the strongest Dragon-boat precipitation rainstorm e
12、vent in South China in the past 62 years would occur during June 4-21,2022.The annual variation shows that there are four peaks of Dragon-boat Precipitation in South China,which occurred in 2022,2020,2008,and 2006.Key words:Dragon-boat Precipitation;rainstorm event;comprehensive intensity index;clim
13、ate characteristics;South China收稿日期:2023-06-26;定稿日期:2023-08-25资助项目:国家自然科学基金项目(41930972);2022年广东省灾害防治及应急管理专项(粤财环 2022 16号);广东省气象局科技创新团队(GRMCTD202101)第一作者:伍红雨,主要从事气候特征及变化研究。E-mail:暴雨灾害TORRENTIAL RAIN AND DISASTERSVol.43 No.1Feb.2024第43卷 第1期2024年2月第1期引言华南地处低纬,南临南海,是我国降水最多的地区之一。每年5月下旬到6月中旬端午节前后龙舟竞渡之时,由于
14、受南海夏季风爆发带来的季风对流降水以及冷暖气流交汇的锋面降水影响,是华南前汛期(46月)降水最多且最为集中的时段,常出现持续的暴雨、大暴雨、特大暴雨天气过程,极易引发严重洪涝灾害并对早稻等农作物产生严重影响,传统称之为“龙舟水”(林良勋,2006;郑彬等,2006;钱光明,2008)。华南区域常年平均降水量前汛期为686.6 mm,“龙舟水”期间(5月21日6月20日,下同)为307.3 mm,占前汛期总降水量的44.8%,是前汛期降水最为集中的时期,也是极端短时强降水的集中期(廖胜石等,2022),有必要进行专门研究。全球气候变暖背景下极端事件频发,降水极端性特征更加突出。2022年“龙舟水
15、”期间,华南平均降雨量472.5 mm,较常年同期偏多52.7%,为有气象记录以来历史同期第二多。受其影响,珠江流域出现流域性洪水,北江流域出现1915年以来最大洪水,造成广东直接经济损失95.03亿元、广西114.5 亿元(覃卫坚等,2023)。由于华南人口密集,经济发展快,并正在加快建设粤港澳大湾区,一旦发生重大洪涝灾害,会对国民经济和社会发展产生严重影响。因此,气象学者对华南、广东“龙舟水”降水分型(胡娅敏等,2013;郭圳勉等,2016),广东“龙舟水”特征和异常气候成因进行了分析(范伶俐和郭品文,2009;伍红雨等,2017;王娟怀等,2018);对2008年广东最强“龙舟水”的成因
16、(林良勋等,2009;谷德军和纪忠萍,2011)、2020年广东典型“龙舟水”(钱维宏等,2020)、2022年广西极端“龙舟水”(刘国忠等,2023)的成因进行了分析,得到有意义的成果。这些研究主要针对华南或广东、广西在“龙舟水”期间的降水量或典型暴雨过程进行成因分析,目前还没有一个客观定量的方法或指数来评估华南“龙舟水”的暴雨过程强度以及“龙舟水”强度的年景指数。因此,还不能回答19612022年“龙舟水”期间华南发生了多少次暴雨过程,哪次是最强暴雨过程,华南“龙舟水”强度变化趋势和降水量变化是否一致。而研究这些科学问题是当前防灾减灾和“龙舟水”预报业务和服务的迫切需求。因此本文利用华南1
17、92个国家气象观测站逐日降水资料,分析19612022年华南“龙舟水”期间降水量的时空特征及变化,同时定义“龙舟水”暴雨过程的划分标准,识别并客观定量评估所有华南“龙舟水”期间暴雨过程,分析华南“龙舟水”期间暴雨过程的频次、强度等以及“龙舟水”强度年景指数的特征和变化,以期为华南“龙舟水”的预报业务和服务以及防灾减灾提供技术支撑。1 资料和方法1.1 资料说明本文使用的资料包括:华南(广东、广西、海南)195个国家气象观测站逐日降水资料,该资料经过国家气象信息中心质量控制和均一化处理,考虑资料的完整性,选取的资料时段为1961年1月1日2022年12月31日,同时剔除资料长度不足50 a的站,
18、最后选取192个站的降水资料进行“龙舟水”过程判别和强度分析;相应时段的灾情数据,来自 广东省防灾减灾年鉴(1995年卷2022年卷)、广东省志:自然灾害志、中国气象灾害大典:广东卷、中国气象灾害年鉴(2020),20042022年 广东省气候公报 等,用于与强“龙舟水”过程及“龙舟水”强弱年的对比检验。1.2 研究方法1.2.1“龙舟水”的定义“龙舟水”是指端午节(农历五月初五)前后的降水。而端午节对应的公历时间每年都不一样,统计20002022 年的端午节,对应公历时间最早 5 月 28日,最晚6月25日。为统计方便,气象部门一般将5月下旬6月中旬(5月21日6月20日)期间降水量统计为“
19、龙舟水”期间降水量。1.2.2 华南区域性暴雨过程的划分单站日降水量50 mm为暴雨,而暴雨过程的划分存在差异(伍静等,2021),参考伍红雨等(2021)对华南区域性暴雨过程的划分标准,华南192个站中有9站及以上出现暴雨则定义为华南区域性暴雨日;华南区域性暴雨日持续时间1 d及以上或间断日有1个及以上站出现暴雨的过程就定义为华南区域性暴雨过程(以下简称暴雨过程)。暴雨过程的开始日(结束日)就是暴雨过程的第一个(最后一个)暴雨日。暴雨过程的持续时间为开始日与结束日的日数。最大过程降水量为暴雨过程中单站总降水量的最大值;最大日降水量为暴雨过程中单站日降水量的最大值;暴雨范围为暴雨过程中出现暴雨
20、的总站数,单站出现一次及以上暴雨均只算为1站。华南“龙舟水”时段是5月21日6月20日,由于有的“龙舟水”暴雨过程早于5月21日开始或晚于6月20日结束,本文以识别出的暴雨过程的实际起止日期来统计华南“龙舟水”期间的暴雨过程,这样更能客观体现华南“龙舟水”的变化,而非人为确定5月下旬6月上旬,造成暴雨过程中断。1.2.3 华南“龙舟水”暴雨过程强度指数及等级划分参考邹燕等(2014)、伍红雨等(2019,2021)的暴雨伍红雨,等:近62 a华南“龙舟水”气候特征及变化85第43卷暴雨灾害过程综合强度指数评估方法,选取暴雨过程的最大过程降水量、最大日降水量、暴雨范围和持续时间这4个因子作为华南
21、暴雨过程综合强度评估指标,计算公式如下IR=AGpRp+BGdRd+CGcRc+DGtRt(1)式(1)中,IR是某场暴雨过程的综合强度指数;Gp、Gd、Gc和Gt分别是最大过程降水量、最大日降水量、暴雨范围和暴雨持续时间评估等级;Rp、Rd、Rc和Rt分别是标准化后的4个指标;A、B、C和D为权重系数。以某一指标序列与其余个指标序列之间相关系数的平均值占所有指标间相关系数平均值总和的比值作为该指标的权重系数,通过计算分别得到持续日数、暴雨范围、最大日降水量、最大过程降水量的权重系数分别为0.241、0.244、0.238、0.277。从式(1)可见,当暴雨过程的日最大降水量、累积雨量越大,持
22、续时间越长,暴雨范围越大,暴雨过程的综合强度指数IR越大,暴雨就越强。按定义对19612022年华南“龙舟水”暴雨过程进行识别得到,近62 a华南在“龙舟水”期间共发生了229次暴雨过程,计算229次暴雨过程综合强度指数,采用百分位法对其强度指数序列按60%、80%、90%、95%及以上把暴雨过程划分为弱、较弱、中等、较强、强5个等级。1.2.4 华南“龙舟水”强度年景指数及年景等级划分华南“龙舟水”强度年景指数为累加一年内“龙舟水”期间发生的所有暴雨过程综合强度指数,由此得到19612022年华南“龙舟水”强度年景指数序列,采用百分位法以10%、30%、70%和90%对应的百分位数作为临界阈
23、值划分为弱、较弱、中等、较强、强5个等级(表1)。邹燕等(2014)、伍红雨等(2019,2021)采用此区域暴雨过程相关指标及定义对福建、广东、华南的区域性暴雨过程进行识别并对其强度进行客观定量评估,得到客观和符合实际的结果,故本文采用此方法对华南“龙舟水”暴雨过程进行识别并对其综合强度指数进行客观定量评估。表1 不同百分位数(P)与华南“龙舟水”强度年景等级对应表Table 1 Correspondence between different percentiles(P)and the annualintensity grades of Dragon-boat Precipitation
24、in South China百分位P10%10%P30%30%P70%70%P90%P90%年景等级1(弱)2(较弱)3(中等)4(较强)5(强)1.2.5 分析方法1)定义华南暴雨过程的标准,识别出华南“龙舟水”期间所有暴雨过程并计算得到华南“龙舟水”期间所有的暴雨过程综合强度指数和“龙舟水”强度年景指数。2)采用EOF分析、线性趋势分析、M-K突变分析、多项式滑动平均等方法分析华南“龙舟水”期间降水量的时空特征及变化,暴雨过程频次、强度以及“龙舟水”强度年景指数特征和变化。3)常年平均指19912020年平均。2 结果分析2.1 华南“龙舟水”降水量的气候特征2.1.1 华南“龙舟水”降水
25、量的空间分布分析常年华南“龙舟水”期间降水量的空间分布(图1)可知,“龙舟水”降水量分布不均,总体呈西少东多的分布特征,降水量为136.0 mm(徐闻)540.5 mm(海丰)。广东大部和广西北部、南部局地降水量为300.0540.5 mm,雷州半岛、广西西南部和海南西部为 136.0200.0 mm,其余为 200.0300.0 mm。“龙舟水”大值区位于粤东南、西南沿海和粤北的三大暴雨中心和广西的永福、桂林、防城等地。26N24222018105110115E图1 19912020年华南“龙舟水”期间平均降水量(单位:mm)的空间分布Fig.1 Spatial distribution o
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