武汉主汛期小时降水变化

康恒元，刘玉莲

（1哈尔滨市气象局，哈尔滨 150001；2黑龙江省气候中心，哈尔滨 150030）

0 引言

2016年夏季，武汉遭遇多场暴雨洗礼，多地积水，万人连夜紧急转移，城区交通瘫痪。这并不是武汉第一次遭遇这样的暴雨，与有器测以来的气象观测降水数据相比，2016 年的大雨对武汉来说，并不罕见。武汉市地处长江中游，季风性气候特点显著，南北气流交换频繁，雨量十分丰沛，年降水量1150～1450 mm，主要集中在6—8月[1]。城市内部江河纵横，湖泊库塘星布，有“百湖之市”之称。

近年来，区域气候变化研究普遍开展[2-3]，分析认为中纬度诸多地区总降水量呈增加趋势的同时，强降水量以更显著的速度增加[4-5]；有些地方甚至表现为总降水量减少，而强降水量反而增加[6-8]。在中国，1951 年以来全国总降水量呈微弱减少趋势，但区域差异明显：西北地区、长江中下游地区以及东南沿海地区，年降水量和极端降水量均呈显著增加趋势；而华北地区和四川盆地，年降水量和极端降水量均呈减少趋势[9-12]。根据Clausius-Clapeyron方程，全球气候模式中气温每增加1℃，极端日降水增加7%，而荷兰的小时观测资料分析表明，当日平均气温大于12℃时，气温每增加1℃，极端小时降水增加14%。短时强降水对于局地洪涝灾害和土壤侵蚀等都有重要影响。降水日变率是刻画区域气候特征的一个重要方面，近年来受到越来越广泛的关注。研究降水日变率特征对于理解局地降水系统有重要意义。

已有专家针对武汉市气温[13-14]、降水[15]及其他气候要素[16-18]的气候与气候变化做了相关研究。潘家华等[19]分析了1961—2000年71个气象站逐年平均气温、平均最高气温、平均最低气温资料，得出40 年间湖北省年平均气温上升速率为0.2℃/10 a，但最低气温上升幅度远高于平均气温，达0.4℃/10 a；最高气温变幅最小，为(-0.1～0.1)℃/10 a；覃军等[20]指出，武汉在36 年左右的时间尺度上，主要表现为冷—暖—冷—暖4 个阶段。20世纪30—40年代的暖期和60—70年代的冷期构成了20世纪主要气候特征，其中1915、1950、1990年前后的突变最明显。这些研究主要从年、季、月尺度分析了武汉气温及降水变化，目前关于武汉汛期小时降水的变化分析较少。因此，本研究利用武汉市气象站小时降水的观测资料，分析武汉市主汛期小时降水的特征及变化情况，以期为长江中下游地区防汛防内涝提供科学依据和参考。

1 资料与方法

数据来源于湖北省地面气象观测网观测到的小时降水数据，时间为1955—2015年。

中国气象局地面气象观测规定的汛期时间为5—9 月，武汉市的长江主汛期为6—7 月。统计1955—2015年武汉市暴雨(50 mm)及以上级别降水（见表1），有记录263天。其中，4月25天，5月33天，6月72天，7月68天，8月35天，9月16天，10月14天。

可见，极端降水（暴雨及以上）多发生在6、7、8月，6 月最多，极端降水强度平均7 月最强，而极端日最大降水发生在6 月；特大暴雨（250 mm 以上）4 次，6 月2次（1959 年6 月9 日，1982 年6 月20 日），7、8 月各1 次（1998 年7 月21 日，1969 年8 月23 日）；大暴雨及以上（100 mm 以上）50 次（见表2）。小时降水最大值是88.4 mm，出现在1998年7月21日06时。

表1 武汉暴雨及以上级别降水统计（1955—2015年合计）

表2 武汉大暴雨及以上级别降水统计（1955—2015年合计）

因此，选取武汉市强降水最集中的长江主汛期6—7月为本研究分析时段。时段内缺测小时数为73 h，涉及7天6年（1961年1天，6月8日，7 h；1979年1天，6月23日，1 h；1985年1天，6月22日，24 h；1987年1天，7 月3 日，4 h；1990 年2 天，6 月14 日、7 月30 日，36 h；1992年1天，6月21日，1 h），对气候及气候变化分析影响不大，未做处理。

文中使用数理统计方法对武汉市主汛期小时降水数据进行分析，选取1981—2010年进行气候平均值计算。主汛期指6—7月，降水小时为小时时间段内有降水发生的小时数，降水日数为当日范围内降水小时>0，降水强度为一定时间范围内降水量与降水时间比值。

2 结果与分析

2.1 武汉主汛期降水气候特征

2.1.1 主汛期、各月及各旬 由表3可知，武汉市主汛期（6—7月）常年（1981—2010年）平均降水量443.5 mm，降水小时149 h，降水日数22.7天，降水强度19.5 mm/d。其中，6 月降水量219.7 mm，降水81 h，降水日数11.6天，降水强度19 mm/d；7月降水量223.8 mm，降水68 h，降水日数11.1天，降水强度20 mm/d。

表3 武汉主汛期降水（1981—2010年）

由图1可知，武汉主汛期各旬降水量，第3旬（6月下旬）最多，95.5 mm，其次是第4、5旬（7月上中旬），分别是91.4、77.8 mm，第2旬、第1旬、第6旬降水少于这3 个旬。旬小时降水强度（旬降水量与旬降水小时比值）第5 旬（7 月中旬）最大，3.5 mm/h，其次是第6 旬（7月下旬）和第3旬（6月下旬），第4旬、第2旬、第1旬降水强度较小。

2.1.2 小时统计 由图2 可知，主汛期及各月的小时降水量，主汛期是05 时最多28.9 mm，6 月04 时最多14.7 mm，7 月05 时最多14.7 mm；降水最少主汛期是0时11.8 mm，6月16时4.9 mm，7月0时3.7 mm。主汛期降水量集中在清晨和上午，夜间较少（见图2a）。

主汛期内小时降水发生概率最大是04 时13.1%，最小21 时8.3%；6 月最大是04 时15.1%，最小是16 时9.4%；7 月最大是05 时和07 时11.5%，最小是21 时和23时7.0%（见图2b）。

主汛期内小时降水强度05时最大3.6 mm/h，16时最小1.9 mm/h；6月内小时降水强度05时最大3.3 mm/h，16 时最小1.7 mm/h；7 月内小时降水强度11 时最大4.6 mm/h，0时最小1.4 mm/h。降水强度清晨到中午较大，午后到夜间较小。旬小时降水统计（图略），1旬集中在清晨，2 旬在清晨和傍晚，3 旬凌晨，4 旬傍晚和上午，5旬清晨，6旬在中午（见图2c）。

2.2 武汉主汛期降水变化

2.2.1 主汛期 为方便年代际比较，取1956—2015年共60 年，分析武汉主汛期降水变化。图3 中虚线为年代际平均线，6个年代分别为1956—1965年、1966—1975年、1976—1985 年、1986—1995 年、1996—2005 年、2006—2015年。

由图3a 可见，主汛期降水量上升趋势明显，通过0.05 显著性水平检验；降水量最多在1991 年，较常年多106%，最少在1961年，较常年少73%。

降水小时数2000 年前增多，之后下降，整体无明显变化趋势，1986—2005 年最多，最近的10 年2006—2015年最少（图3b）。

主汛期小时降水强度总体上升趋势（通过0.05 显著性水平检验），1966—1975年间小时降水强度最小，1959年主汛期平均的小时降水强度最大5.2 mm/h，60年代末70 年代初以后，1976—1985 年平均较大，1986—1995年又减小（高于1966—1975年），其后渐次增加（图3c）。

2.2.2 降雨最多的第3、4、5旬 统计主汛期内降水最多的第3旬（6月下旬）、4旬（7月上旬）、5旬（7月中旬）降水（见图4），可见3个旬的降水量、降水小时数、降水强度均无明显趋势，仅第3 旬的降水强度增加趋势明显（图中降水强度无值点为当年当旬无降水）。

比较武汉主汛期第3、4、5旬日内降水发生时间前30 年（1956—1985 年）与后30 年（1986—2015 年）合计值（见图5），第3旬前30年05时降水发生次数最多，后30 年04 时降水次数最多，变化最大的是07 时（减少）和16 时（增多），分别减少和增加了10 次；第4 旬前30年07 时降水发生次数最多，后30 年06 时降水次数最多，变化最大的是01 时，降水次数增加了19 次，后30年与前30年相比，各小时降水次数均增加，仅08时减少（减少1次）；第5旬前30年07时降水发生次数最多，后30 年04 时降水次数最多，变化最大的是07 时（减少）和19时（增多），分别减少8次和增加10次。

3 结论与讨论

本研究利用武汉市气象站1955—2015 年小时降水的观测资料，分析武汉市主汛期小时降水的特征及变化情况，指出：

（1）武汉市主汛期降水量443.5 mm，降水小时149 h，降水日数22.7 天，降水强度19.5 mm/d。6 月降水量219.7 mm，降水小时81 h，降水日数11.6 天，降水强度19 mm/d；7月降水量223.8 mm，降水小时68 h，降水日数11.1 天，降水强度20 mm/d。武汉主汛期降水集中在6月下旬、7月上旬、和7月中旬。

（2）主汛期降水量05时最多28.9 mm，6月是04时最多14.7 mm，7月是05时最多14.7 mm。主汛期降水量集中在清晨和上午，夜间较少。主汛期降水发生概率最大是04 时13.1%，最小21 时8.3%；6 月最大是04时15.1%，最小是16 时9.4%；7 月最大是05 时和07 时11.5%，最小是21时和23时7.0%。

（3）主汛期内小时降水强度05 时最大3.6 mm/h，16 时最小1.9 mm/h；6 月内小时降水强度05 时最大3.3 mm/h，16时最小1.7 mm/h；7月内小时降水强度11时最大4.6 mm/h，0 时最小1.4 mm/h。降水强度清晨到中午较大，午后到夜间较小。

（4）主汛期降水量上升趋势明显，降水量最多在1991 年，较常年多106%，最少在1961 年，较常年少73%；降水小时数无明显变化趋势，1986—2005 年最多，2006—2015 年最少；降水强度上升趋势。主汛期第3旬的降水强度增加趋势明显。

（5）武汉主汛期第3 旬小时降水发生次数前后30年变化最大的是07 时（减少10 次）和16 时（增多10次）；第4 旬变化最大的是01 时，降水次数增加了19次，后30年与前30年相比，各小时降水次数均增加，仅08时减少；第5旬变化最大的是07时（减少8次）和19时（增多10次）。

本研究使用了以前相关分析中较少使用的小时降水观测数据，从更小时间尺度讨论了武汉主汛期降水变化特点，为长江中下游地区防汛尤其是城市防内涝提供更多参考。本研究仅使用武汉气象站观测数据，对不同城区差异、城市化影响等分析未展开，还需在以后的工作中收集更多数据，做更多讨论分析。