福建省短历时强降水气候变化特征分析*

杨丽慧 吴 滨 白 龙 陈 立

(福建省气候中心，福建 福州 350001)

1 概述

近年来，受全球气候变化影响，极端暴雨事件频繁发生，加之城市排水防涝标准偏低，调蓄雨洪和应急管理能力不足，面对极端强降水天气，很多城市频繁出现了严重的暴雨内涝灾害，极端暴雨事件逐渐引起了国内外研究者的重视[1-2]。暴雨洪涝灾害已危及城市的正常运转和公众的正常生活，成为影响城市建设安全、经济社会平稳发展与居民生活安定的主要气象灾害之一[3]。福建省位于欧亚大陆东南边缘，地处亚热带南沿，经常受到热带气旋的影响，每年登陆中国的台风中约70%会对福建产生影响，据统计，近100年来福建平均每年登陆台风2个，影响台风3个[4]。近年来随着气候变化，福建省暴雨、大暴雨呈日数增多、强度增强趋势，而极端降水往往多集中在短历时，如2005年10月2～4日“龙王”台风影响期间，福州市区出现了严重的内涝，其中30分钟雨量就达62.6mm，1小时的雨量达119.9mm，24小时雨量243.8mm。2011年8月30～9月2日，“南玛都”热带风暴造成莆田市1小时降水达75.4mm，6小时降水达295.7mm，莆田市受淹严重。因此，研究福建省短历时强降水的特征对于完善城市排涝设计具有重要作用。

目前，短历时强降雨研究多集中于暴雨强度公式的推算、小时及以上强降水特征和趋势等方面[5-7]，姚莉等[6]基于我国1991—2005年逐小时降水观测资料对东部地区雨强的研究表明，华北北部雨强为40～50 mm/h，其个别地区达80～90 mm/h，是大暴雨出现最为频繁的地区之一。吴滨[7]等分析了福建省1h、3h、6h、24h强降雨频次的时空分布特征，陈奕[8]研究了福州市暴雨强度公式优化工作。然而针对市政规划、建设部门更加关心的、更短历时的5min、10min、15min、20min、30min、45min强降水特征分析的研究报道罕见。因此，本文基于全省53个气象站逐日逐分钟降水资料，滑动计算构建5min、10min、15min、20min、30min、45min等各历时的极值序列，揭示福建省不同短历时强降水气候变化特征。

2 资料与方法

2.1 资料

文中选取1980-2014年福建省53个气象站点的逐日逐分钟降水资料， 滑动计算5min、10min、15min、20min、30min、45min、60min、180min各历时最大降水量构建极值序列，各台站在2004年之前采用降水自记纸记录逐分钟降水资料(霞浦站2007年前)，之后采用自动站自动记录逐分钟降水资料。站点分布如图1所示。

图1 选取站点分布特征

2.2 方法

(1)用一次线性方程[9]定量描述研究对象的变化趋势，y= a0+ a1x，a1×10为每10年的倾向率(变化趋势)。方程中的系数采用最小二乘法确定，并分别进行线性趋势的显著性检验。

(2)突变检验均采用M-K突变检验法[10]。

(3)应用SPSS、Arcgis对数据进行统计处理、分析及绘图。

3 结果与分析

3.1 福建省不同短历时强降水时空分布特征

3.1.1 不同短历时强降水时间变化特征

分析福建省不同短历时强降水年际变化特征得知(图2)，5min-15min强降水的年际变化特征一致，均呈弱下降趋势，20min-180min强降水的年际变化特征均呈弱上升趋势。5min、10min、15min、20min、30min、45min、60min、180min年降水极值分别是33.2mm、43.1mm、56.3mm、72.8mm、104.1mm、145.8mm、179.4mm和286.2mm。从5年滑动平均(图2)可知，5-15min强降水在上世纪80年代末至90年代中期略有下降，2000年至今有所上升；其余各历时强降水在上世纪80年代至今出现先上升后下降再上升的变化。

图2 福建省不同短历时强降水的时间变化特征

3.1.2 不同短历时强降水空间分布特征

从福建省不同短历时强降水空间分布特征可见(图3)，5min强降水主要集中在南部沿海(漳州区域)和西南部龙岩区域和东北部鹫峰山脉地区(周宁)；10min强降水集中在南部沿海、西南部地区范围扩大、中部戴云山脉部分区域和中部沿海地区(福州、长乐、福清)；15min和20min强降水特征同10min空间分布特征基本一致，强降水范围逐步扩大，南平部分区域和东北部沿海有所增强；45min强降水在福建省沿海范围开始扩大，西南部范围逐渐减少；60min-180min时强降水区转移至福建省整个沿海地区和福建西部的长汀地区。

图3 福建省不同短历时强降水空间分布特征

福建省内陆区域短历时强降水形成的天气背景主要是由锋面降水造成[10]， 结合福建省地形特征可知(图4)，福建省西南部地区、中部地区主要受玳瑁山、博平岭山脉和戴云山地形抬升作用影响，5min～20min历时强降水主要分布在这些山脉附近；沿海强降水主要是台风引起的[10]，这主要是由于受鹫峰山脉、戴云山脉动力抬升影响，45min～180min历时强降水主要分布南部沿海和中北部沿海区域。

图4 福建省地形特征

3.2 福建省不同短历时强降水突变特征分析

图5(a)～(g)显示了福建省各短历时强降水的突变特征，从UF曲线可见，各历时在1986年以前，UF值在0附近振荡变化，之后均大于0，并逐渐增加，5min～10min均在2004年左右发生突变,但不显著，20min～45min是在1996年左右发生突变性增加，60min历时强降水在1998年左右发生突变性增加，180min在1999年左右发生突变。说明福建省更短历时强降水经历了由振荡变化到增高的趋势转变，进入一个相对增高的阶段。

图5 福建省不同短历时强降水突变特征分析

4 结论和讨论

福建省不同短历时强降水年际变化特征除:5～15min历时降水极值呈微弱下降变化，其余各历时强降水均呈略上升趋势。各历时年际变化具有明显的阶段性特点，均呈上升——降低——快速上升的态势(5～15min除外)。突变分析表明，福建省各短历时强降水均在20世纪90年代中末期发生突变性增加(5～10min除外)。近30多年来福建省更短历时暴雨也进入相对增强的阶段，这与吴滨[10]等研究的福建省1h、3h、6h历时暴雨增强结果一致。

福建省短历时强降水空间分布受地形影响较大，5～45min更短历时强降水中心分布特征同1h、3h和6h[10]有所不同，其中5min降水中心主要集中在福建省南部沿海、西南部博平岭山脉地区和东北部鹫峰山脉地区；10min降水中心增加了中部沿海地区；随着历时的增大，强降水中心范围逐步扩大，15min和20min历时范围扩大到南平部分区域和东北部沿海区域；45min历时强降水在福建省沿海范围开始扩大，西南部范围逐渐减少；60min-180min历时强降水区转移至福建省整个沿海地区和福建西部部分地区。