德江县极端降水事件特征及天气模型

张丹丹，雷 霆，王 棚，黎 荣，许文亚

(1.贵州省德江县气象局，贵州 德江 565200；2.贵州省铜仁市气象局，贵州 铜仁 556000)

0 引言

德江县位于乌江中下游流域，处于气候温润的亚热带季风区，多出现降水天气过程，易受到极端降水天气过程影响，而极端降水事件是阻碍社会经济发展的重大灾害性天气，对德江县极端降水事件特征和关系的研究是当前迫切需要的。前人学者对极端降水已经做了大量研究，如王苗等[1]对我国极端降水事件的研究进展进行了综述，指出极端降水的长期变化特征具有区域性，王志福等[2]对中国极端降水事件的频数和强度特征进行研究，发现极端降水事件多发生在35°N以南地区，并且极端降水持续时间较长。高红梅等[3]对乌江流域降水气候特征进行分析，指出乌江下游德江一带暴雨天气日数较多。本文将在前人学者研究的基础上，针对性的对乌江中下游流域德江县极端降水事件进行研究，研究德江县发生极端降水事件的频数和强度特征，总结出德江县极端降水频数和强度等相关参数的特征和变化趋势，并结合近10 a出现的典型极端降水事件的影响天气系统，建立典型极端降水事件天气学模型，为后期乌江中下游发生极端降水事件的预测提供参考。

1 数据与方法

1.1 数据

由贵州省气象信息中心提供的1959—2018年德江国家站逐日降水数据；1987—2017年思南、沿河国家站逐日降水数据；2010—2017年德江县19个区域站的逐日降水数据；2007—2017年MICAPS天气图资料。

1.2 极端降水事件定义方法

本文采用第95位百分位法，将各站点逐年日降水量数据按从小到大的升序排列，选取第95位百分位的多年平均值作为极端降水事件发生的阈值，若日降水量大于阈值则记作发生一次极端降水事件。本文定义极端降水频数是每年出现极端降水事件天数的和，极端降水强度是每年出现极端降水事件的日降水量总量与极端降水频数的比。若某日降水量>100 mm则记为发生一次典型极端降水事件，典型极端降水事件年是出现典型极端降水事件的年份。

1.3 M-K非参数检验方法

M-K检验方法[4]是一种非参数检验方法，广泛用于研究分析气象要素时间序列的长期变化趋势，M-K检验不要求样本遵从一定分布，也不受少数异常值干扰。本文运用M-K检验方法检验德江近60 a极端降水事件频数和强度、极端降水量总量等降水参数的长期变化趋势。

2 极端降水事件特征分析

2.1 极端降水频数和强度基本特征

我国气象规定日降水量>50 mm为暴雨量级，采用第95位百分位法分析德江国家站和区域站降水数据定义德江县的极端降水阈值，研究发现近60 a德江出现极端降水事件的日降水量在30.7 mm,小于50 mm，平均极端降水频数为8.7 d，平均极端降水强度在52.6 mm/d，最大日降水量为185 mm，最强极端降水强度为94.5 mm/d。分析近8 a德江19个区域站极端降水事件，发现近8 a出现极端降水事件的日降水量在26.8～39.4 mm之间，平均极端降水频数为6.1～9.4 d，平均极端降水强度在45.8～62.8 mm/d之间(表1)。再对近60 a德江日降水量>100 mm的典型极端降水事件进行统计分析，结果表明：德江县发生典型降水事件30次，发生在5—10月，其中5月出现5次，6月出现9次，7月出现10次，8月、9月分别出现2次，10月出现1次；德江典型极端降水事件年为23 a，德江典型极端降水事件年出现概率为38%。

根据统计分析，1959—2018年德江县60 a平均降水量为1 213.2 mm，近60 a德江发生极端降水频数在2～16 d之间(图1)，其中2015年仅出现2 d，极端降水总量为100.9 mm(图2)，为极端降水异常偏少年，1996年出现16 d，极端降水总量为995.6 mm，为极端降水异常偏多年，进一步分析近19 a的极端降水事件发现2014年出现极端降水频数14 d为最多，极端降水总量为781 mm。近60 a德江县极端降水强度在34.6～94.5 mm/d之间(图3)，1961年极端降水强度最小，1971年最强，再分析近19 a的极端降水事件发现2010年极端降水强度64.35 mm/d为最强。

表1 近8 a德江县各区域站极端降水事件相关参数值Tab.1 Parameters related to extreme precipitation events in Dejiang County in recent 8 years

图1 近60 a德江逐年极端降水频数图Fig.1 Extreme precipitation frequency of Dejiang in recent 60 years

图2 近60 a德江逐年极端降水总量图Fig.2 Total amount of extreme precipitation in Dejiang in recent 60 years

图3 近60 a德江逐年极端降水强度图Fig.3 Extreme precipitation intensity of Dejiang in recent 60 years

2.2 极端降水频数和强度的时空特征

运用统计学分析方法分析近8 a德江国家站和19个乡镇区域站极端降水频数和强度的空间分布特征。研究结果表明，近8 a平均极端降水频数8.5 d以上主要集中在德江县北部乡镇泉口和高山、西北部乡镇沙溪、中部德江城区、西南部乡镇复兴，由西北向东南呈递减的趋势；近8 a德江县平均极端降水强度由西北向东南方向加强，东南部乌江流经乡镇共和、长堡的极端降水强度较强，极端降水强度在55 mm/d以上(图4)。

图4 近8 a德江极端降水频数和强度空间分布图Fig.4 Spatial distribution and intensity of extreme precipitation frequency in Dejiang in recent 8 years

并用M-K检验法检验近60 a德江站极端降水频数、强度和极端降水总量的长期变化趋势，给定显著性水平α=0.05，临界值U0.05=±1.96绘制趋势图，UF和UB曲线的交点为突变点。发现近60 a德江县极端降水频数除个别年份有减少趋势外总体上呈现增加趋势，极端降水强度1964年后呈增强趋势，极端降水总量1962—1990年、1995—2009年呈增多的趋势，2009年后有减少的趋势(图5)。

图5 近60 a德江极端降水频数、强度和极端降水总量变化趋势Fig.5 Variation trend of frequency, intensity and total amount of extreme precipitation in Dejiang in recent 60 years

3 建立极端降水天气模型

对1987—2017年乌江中下游流域思南、德江、沿河极端降水事件进行统计分析，研究近10 a出现的典型极端降水事件，思南2014年出现2次，德江出现3次分别出现在2007年、2011年、2014年，沿河出现3次分别出现在2007年、2009年、2016年(表2)，查看挑选出的近10 a共8次典型极端降水事件的天气图资料，并运用MICAPS 4绘图软件绘制天气形势分析图，综合分析500 hPa的高空槽线、700 hPa和850 hPa切变线和急流、以及地面辐合线的位置关系(图6)。

表2 近10 a乌江中下游流域发生的典型极端降水量事件Tab.2 Typical extreme precipitation events in the middle and lower reaches of Wujiang River in recent 10 years

根据近10 a典型极端降水事件天气形势分析图，对乌江中下游流域天气过程进行归纳总结，得出极端降水事件天气模型(图7)：500 hPa高空槽位于四川东部，副高一般位于沿海一带；700 hPa切变线位于川南—渝南—湘北一带，西南急流位于贵州省中北部，水汽从孟加拉湾输送至贵州；850 hPa在重庆南部存在一低涡，思南、德江、沿河位于低涡的暖式切变线南侧，偏南急流从南海向贵州东部不断输送水汽，思南、德江、沿河处于偏南急流左侧辐合区；地面上，在贵州西北部为热低压中心，地面中尺度辐合线从低压中心延伸至贵州东北部，恰好位于思南、德江、沿河附近。综合以上，在思南、德江、沿河附近动力、水汽条件较好，利于暴雨天气的产生。

4 结论

本文主要研究分析1959—2018年德江国家站、1987—2017年思南和沿河国家站、2010—2017年德江县19个区域站的逐日降水数据。研究结果表明：

①近60 a德江县极端降水事件阈值为30.7 mm，平均极端降水频数为8.7 d，平均极端降水强度为52.6 mm/d；近8 a德江县区域站极端降水事件阈值在26.8～39.4 mm之间，平均极端降水频数为6.1～9.4 d，平均极端降水强度在45.8～62.8 mm/d之间；近60 a德江县日降水量>100 mm的典型极端降水事件主要集中出现在6—7月，德江典型极端降水事件年为23 a，德江典型极端降水事件年出现概率为38%，最大极端降水频数为16 d，最强极端降水强度为94.5 mm/d。

图6 近10 a典型极端降水事件各层次天气系统分析图Fig.6 Synoptic system analysis of typical extreme precipitation events in recent 10 years

图7 乌江中下游极端降水事件天气模型Fig.7 Weather model of extreme precipitation events in the middle and lower reaches of Wujiang River

②近60 a德江县极端降水频数和强度时间序列上的长期变化趋势，极端降水频数总体呈现增加趋势，极端降水强度1994年后呈增强的趋势，极端降水总量呈增多趋势；近8 a德江县极端降水频数8.5 d以上主要发生在北部、西北部、中部、西南部乡镇，极端降水强度由西北向东南方向加强，东南部乌江流经乡镇共和、长堡的极端降水强度较强。

③乌江中下游极端降水事件天气模型。高空槽位于四川东部，中低空存在切变线配合，低空急流不断向乌江中下游输送水汽，地面存在低压中心和中尺度辐合线，在各天气系统相互配合产生乌江中下游暴雨天气。