何莉陽，韋玉勇，廖勝石，陸 虹*

（1.廣西壯族自治區(qū)氣候中心，南寧 530000；2.東興市氣象局，廣西 東興 538100）

引言

在全球變暖背景下，高溫?zé)崂?、干旱、暴雨等極端天氣氣候事件不僅頻次日益增多，而且強度和影響范圍也有增強和擴大的趨勢［1］，其中暴雨和熱帶氣旋引起的強降水所導(dǎo)致的洪澇災(zāi)害、地質(zhì)次生災(zāi)害損失約占自然災(zāi)害損失的60%，是各類自然災(zāi)害中影響最大的，嚴重威脅社會生產(chǎn)建設(shè)以及人民財產(chǎn)安全［2－4］的氣象災(zāi)害。我國華南地區(qū)是暴雨的多發(fā)區(qū)和重災(zāi)區(qū)，暴雨引起洪澇災(zāi)害的損失逐年上升［5－6］。有關(guān)研究［7－9］表明，華南區(qū)域暴雨日數(shù)及暴雨過程呈單峰型分布，最大值出現(xiàn)在6 月，降水大值區(qū)位于廣東、廣西北部、福建沿海等地區(qū)。華南地區(qū)不僅暴雨日數(shù)趨于增多，暴雨強度以及暴雨對年降水量的貢獻率也有增強和增高的趨勢。廣西大部地區(qū)同樣存在暴雨日數(shù)和雨量增多的趨勢，降水特征逐漸向區(qū)域性、極端性發(fā)展和轉(zhuǎn)移［10－15］。根據(jù)統(tǒng)計，廣西沿海風(fēng)暴潮主要出現(xiàn)在7—10 月，致災(zāi)風(fēng)暴潮年平均約1.8 次［16］。影響廣西北部灣地區(qū)的臺風(fēng)集中在7—9月，西太平洋臺風(fēng)引發(fā)大暴雨的次數(shù)偏多［17］；就北部灣來說，3～4d 的連續(xù)性降水最易引發(fā)洪澇災(zāi)害［18］。不少學(xué)者針對各地區(qū)的暴雨氣候變化特征進行了分析和研究，不同地區(qū)暴雨的時空變化特征存在多樣性和地區(qū)差異［19－25］，這與各地區(qū)獨特復(fù)雜的地形地貌和天氣氣候系統(tǒng)影響密切相關(guān)［26－30］。

東興市位于廣西壯族自治區(qū)南部沿海，隸屬防城港市的一個縣級市，是我國大陸海岸線最西南端，因興起于北侖河?xùn)|岸而得名，與越南北方最大經(jīng)濟特區(qū)芒街市僅一河之隔，是我國通往越南乃至東盟國家最便捷的海陸通道。東興屬南亞熱帶季風(fēng)海洋氣候［31－32］，由于受十萬大山南麓迎風(fēng)坡的特殊地理環(huán)境和大氣環(huán)流的共同影響，東興市常年平均降水量2657.9mm，是我國大陸年平均降水量最多的地方［33］，也是華南地區(qū)暴雨最頻發(fā)的區(qū)域，受暴雨引起的洪澇災(zāi)害影響最為嚴重，據(jù)統(tǒng)計，2005—2014 年東興市暴雨洪澇災(zāi)害導(dǎo)致的直接經(jīng)濟損失占到全部氣象災(zāi)害的35%［34］。目前針對東興市的暴雨日數(shù)變化特征研究還比較少，因此本文利用1961—2021 年東興國家地面氣象觀測站的逐日降水量資料和多種數(shù)理統(tǒng)計方法，研究探討東興市暴雨日數(shù)的氣候特征，以期為當(dāng)?shù)乇┯甑奶鞖忸A(yù)報和氣象服務(wù)提供參考依據(jù)，同時為當(dāng)?shù)卣A(yù)防和減少洪澇災(zāi)害提供科學(xué)決策依據(jù)。

1 資料與方法

所用資料為1961—2021 年東興國家地面氣象觀測站的日降水量（北京時間20—20 時），資料來自中國國家氣象信息中心（CMDC）提供的中國地面日值數(shù)據(jù)集。按照降水量等級國家標準（GB／T 28592-2012），定義當(dāng)日日降水量在50～99.9mm 之間為1 個暴雨日，在100～249.9mm 之間為1 個大暴雨日，大于250mm 以上為1 個特大暴雨日，定義暴雨總?cè)諗?shù)為各等級暴雨日數(shù)的總和。文中多年平均值統(tǒng)計年份為1961—2021 年；春季為3—5 月，夏季為6—8 月，秋季為9—11 月，冬季為12 月至次年2月。采用氣候趨勢分析、小波分析等數(shù)理統(tǒng)計方法，分析1961—2021 年東興市暴雨日數(shù)的氣候特征及其變化趨勢。

2 結(jié)果與分析

2.1 年際和年代際變化特征

統(tǒng)計結(jié)果表明，近61a 東興暴雨總?cè)諗?shù)為901d，年平均暴雨總?cè)諗?shù)14.8d，1995 年最多（25d），1982、1991 和2018 年最少，僅有8d。如圖1 所示，暴雨總?cè)諗?shù)的氣候傾向率為0.06d·（10a）-1，多年變化呈增多趨勢。各等級暴雨日數(shù)與暴雨總?cè)諗?shù)的年際變化特征類似，年平均暴雨日數(shù)9.7d，以0.15d·（10a）-1的速率增多；大暴雨和特大暴雨的年平均日數(shù)分別為4.7d 和0.4d，氣候傾向率分別為-0.04d·（10a）-1和-0.05d·（10a）-1，呈減少趨勢。暴雨總?cè)諗?shù)和各等級暴雨日數(shù)的線性趨勢均未通過α＝0.1 的顯著性檢驗，說明東興暴雨日數(shù)沒有發(fā)生顯著的長期氣候變化趨勢（圖1）。

從高斯9a 低通濾波結(jié)果來看，暴雨總?cè)諗?shù)序列變化大致可分為4 個階段：1961 年至1972 年為波動上升階段，1973 年至2002 年年際振蕩明顯，2003年至2011 年為減少階段，2012 年轉(zhuǎn)為回升階段。暴雨日數(shù)變化可分為3 個階段：1961 年至1995 年為波動上升階段；1996 年至2008 年為減少階段；2009年以來為上升階段。大暴雨日數(shù)變化可分為4 個階段：1961 年至1977 年為上升階段；1978 年至1991年為減少階段；1992 年至2002 年為上升階段；2003年以來為減少階段。特大暴雨日數(shù)主要出現(xiàn)在1965年 至1973 年、1995 年至2003 年、2013 年至2019年間。

圖2 給出了1961—2021 年暴雨總?cè)諗?shù)逐年時間序列的復(fù)Morlet 小波分析結(jié)果，并使用α＝0.1 的顯著性檢驗的Lag－1 自相關(guān)紅噪聲函數(shù)模型進行檢驗（Lag－1＝0.38）。小波全模（GWS）有3 個主要峰值：2～4a、6～9a 和20～24a，其中2～4a 和6～9a 周期通過了α＝0.1 的顯著性檢驗。由小波功率譜（圖4b）可以看到3 個周期出現(xiàn)在不同的時間段上，準2～4a 周期變化出現(xiàn)在1966—1971 年、1981—1986 年、1996—2001 年以及2016—2021 年。準6～9a 周期變化出現(xiàn)在1976—2002 年，對應(yīng)暴雨總?cè)諗?shù)年代際振蕩變化（圖1a）。

各年代變化分析見表1，將各等級暴雨日數(shù)與1961—2021 年的平均值相比較，定義大于平均值為偏多期，小于平均值為偏少期。暴雨總?cè)諗?shù)在20 世紀60 年代為偏少期，70 年代至90 年代為偏多期，90 年代最多，至21 世紀00 年代后偏少。暴雨日數(shù)在20 世紀60 年代至70 年代為偏少期，80 年代至90 年代為偏多期，20 世紀00 年代為偏少期，10 年代以來轉(zhuǎn)為偏多期。大暴雨日數(shù)在20 世紀60 年代偏少，70 年代至21 世紀00 年代均偏多，10 年代以來偏少。特大暴雨日數(shù)在20 世紀60 年偏多，70 年代偏多最多，至80 年代后均為偏少。

表1 東興市1961—2021 年各年代不同等級暴雨年平均日數(shù)（單位：d）

2.2 年內(nèi)變化特征

2.2.1 季節(jié)變化特征

由表2 可知，1961—2021 年東興一年四季均可能發(fā)生暴雨發(fā)生，暴雨總?cè)諗?shù)在夏季（573d）最多，秋季（176d）次多、春季（136d）第三，冬季（16d）最少。春季暴雨、大暴雨、特大暴雨日數(shù)分別占全年暴雨總?cè)諗?shù)的9.88%、4.44%、0.78%。夏季發(fā)生暴雨以上的日數(shù)比其他季節(jié)日程要多，夏季暴雨日數(shù)、大暴雨日數(shù)分別占全年暴雨總?cè)諗?shù)的41.73%、20.64%，特大暴雨日數(shù)在61a 中僅出現(xiàn)22d，但其中一半發(fā)生在夏季，占全年暴雨總?cè)諗?shù)的1.22%。秋季暴雨、大暴雨日數(shù)多于春季，但特大暴雨日數(shù)較春季偏少，分別占暴雨總?cè)諗?shù)的12.65%、6.44%和0.44%。冬季暴雨天氣比較少，暴雨日數(shù)只有16d，占暴雨總?cè)諗?shù)的1.78%，而且無大暴雨、特大暴雨發(fā)生。

表2 東興市1961—2021 年各季節(jié)不同等級暴雨日數(shù)（單位：d）

2.2.2 月變化特征

東興市全年各月均可能出現(xiàn)暴雨（圖3），暴雨總?cè)諗?shù)月變化呈單峰型，4 月開始暴雨日數(shù)迅速增多，7 月達到峰值之后逐月減少，其中5—9 月是主要發(fā)生月份。暴雨日數(shù)、大暴雨日數(shù)的逐月變化特征與暴雨總?cè)諗?shù)的變化特征基本類似，均表現(xiàn)為單峰型，且在7 月達到峰值。特大暴雨日數(shù)月變化表現(xiàn)為雙峰型，峰值和次峰值分別出現(xiàn)在5 月和7 月，1—3 月、11—12 月均無特大暴雨發(fā)生。從汛期（4—9月）暴雨統(tǒng)計分析來看，1961—2021 年東興汛期暴雨總?cè)諗?shù)為810d，前汛期（4—6 月）和后汛期（7—9月）暴雨總?cè)諗?shù)分別為302d 和508d，可見后汛期暴雨總?cè)諗?shù)明顯多于前汛期。

2.3 暴雨的持續(xù)性特征

將日降水量≥50mm，且持續(xù)3d 及以上的過程定義為持續(xù)性暴雨過程。對東興的持續(xù)性暴雨過程進行了統(tǒng)計（見表3）。近61a 東興出現(xiàn)持續(xù)性暴雨過程共31 次，其中持續(xù)3d 的有18 次；持續(xù)4d 和5d 的均為5 次；持續(xù)6d、7d 和8d 各1 次，分別出現(xiàn)在1997 年、2015 年和1994 年。春季出現(xiàn)持續(xù)性暴雨過程2 次，過程發(fā)生在1972 年5 月16 日至19日，1973 年5 月26 日至28 日，過程累計降水量分別為880.0mm、593.7mm。夏季是持續(xù)性暴雨過程集中期，總計出現(xiàn)25 次，占總數(shù)的80.6%。秋季發(fā)生持續(xù)性暴雨過程3 次，分別出現(xiàn)在1980 年10 月21 日至23 日、1981 年10 月2 日至4 日及1993 年9 月18 日至20 日，過程累計降水量分別為326.7mm、426.9mm 及328.5mm。冬季持續(xù)性暴雨過程僅1 次，出現(xiàn)在2010 年1 月21 日至23 日，過程累計降水量為157.5mm。持續(xù)時間最長的過程發(fā)生在1994 年7月14 日至21 日，共8d，過程累積降水量1156.8mm，為1961 年以來持續(xù)性暴雨過程累計降水量最多。20世紀90 年代發(fā)生持續(xù)性暴雨過程的頻次最多，共有9 次，占總數(shù)的29%；20 世紀70 年代和21 世紀10年代以來持續(xù)性暴雨過程各為7 次，占22.5%。

表3 東興市1961—2021 年持續(xù)性暴雨過程統(tǒng)計（單位：次）

3 結(jié)論與討論

（1）1961—2021 年東興市暴雨總?cè)諗?shù)和各等級暴雨日數(shù)存在明顯的年際和年代際變化，東興市暴雨總?cè)諗?shù)存在2～4a 和6～9a 準周期振蕩。暴雨總?cè)諗?shù)多年平均為14.8d，最多年為25d，最少年僅8d。

（2）東興市全年各個季節(jié)和月份均有暴雨發(fā)生，主要發(fā)生在5—9 月，暴雨總?cè)諗?shù)年內(nèi)呈單峰型分布，峰值出現(xiàn)在7 月，后汛期暴雨明顯多于前汛期。暴雨日數(shù)、大暴雨日數(shù)的逐月變化特征與暴雨總?cè)諗?shù)的變化特征基本相似，為單峰型，但特大暴雨日數(shù)月變化表現(xiàn)為雙峰型。

（3）1961—2021 年東興市發(fā)生連續(xù)3d 及以上的持續(xù)性暴雨過程共31 次，主要集中在夏季，持續(xù)時間最長為8d。20 世紀90 年代持續(xù)性暴雨過程最多。

本文僅從統(tǒng)計學(xué)角度分析了東興市單站暴雨日數(shù)氣候特征，對東興市，乃至防城港市暴雨的精細化空間分布特征、暴雨影響因子等仍待研究。與華南、廣西全區(qū)相比，東興市暴雨日數(shù)周期變化除了準2～4a，還存在6～9a 的準周期振蕩，這些周期變化受哪些環(huán)流系統(tǒng)的調(diào)制影響同樣值得探討。此外，東興重點開發(fā)開放試驗區(qū)建設(shè)從2010 年正式開始，同時東興暴雨總?cè)諗?shù)也逐漸回升，其變化是否與之相關(guān)、城市化和工業(yè)化背景下暴雨的時空變化也值得在未來深入研究。