1953—2019年深圳市暴雨的气候特征

陈潜，郑群峰，陈训来，李超，李明华

（1.深圳市气象局，广东深圳 516001；2.深圳南方强天气研究重点实验室，广东深圳 516001）

暴雨是影响广东省的主要灾害性天气之一［1］，影响期间常伴有雷暴、短时大风、短时强降水，甚至冰雹、龙卷等强对流天气，给人民生命财产造成了严重威胁和损失。近年来随着全球气候变化加剧［2-3］，各种极端暴雨事件不断增多，短时强降雨不断刷新历史记录，研究暴雨天气对于防灾减灾有着重要意义。一些学者针对大尺度暴雨的时空演变趋势进行了深入研究［4-6］，同时针对广东省各地市的暴雨气候特征研究也有不少［7-10］，这些研究得出了许多有指导性意义的暴雨气候特征，对暴雨预测和气候风险评估提供了参考依据。目前深圳市暴雨研究也取得了一些成果，李保生等［11］研究发现边界层偏南风低空急流对暴雨影响更大；谢小敏等［12］分析了深圳前汛期西风带系统大暴雨过程天气形势特征；陈元昭等［13］利用深圳5年稠密自动气象站资料分析发现造成深圳大暴雨的天气形势主要有台风型、西南季风型、北部湾低压型、热带云团型和冷空气切变线型等5种形势，其中台风型出现次数最多。但整体来说对深圳暴雨的研究主要基于单个的重大暴雨天气过程，或者利用历史资料时间较短，而对于暴雨长时间气候演变趋势的研究还比较少。本研究拟利用1953—2019年深圳市降水观测资料，通过统计分析软件SPSS开展研究［14-15］，以求获取深圳市暴雨气候统计特征，为深圳市进一步提高暴雨预报预警准确率、开展暴雨风险评估、防御暴雨洪涝灾害和应对气候变化服务提供参考。

1 资料与方法

我国气象上规定，暴雨是日雨量≥50 mm的降水，本研究确定当日20：00至次日20：00（北京时，下同）出现暴雨为暴雨日，同时根据暴雨日定义以下几个概念：暴雨降水量为一年中所有暴雨日累积雨量；暴雨强度为暴雨降水量与暴雨日数的比值；暴雨贡献率为暴雨降水量与年雨量的比值。利用深圳国家基本气象站1953—2019年逐日降水资料（均已通过质量审核），建立深圳年、季度、汛期（4—9月）、前汛期（4—6月）、后汛期（7—9月）和非汛期（10月—次年3月）暴雨日的逐年时间序列，每年暴雨初、终日和持续期的逐年时间序列，并基于线性趋势分析、Morlet小波分析、滑动t检验［16］对近67年深圳暴雨气候特征开展分析总结。其中气候趋势系数为气候要素与观测年序列1953—2019年的相关系数，即标准化的一元回归系数；气候倾向率为一元回归系数。气候趋势系数和气候倾向率的显著性检验采用t检验，且两者检验结果一致。暴雨的统计特征量、变化趋势分析、统计检验和绘图利用统计分析软件SPSS完成。

2 暴雨气候统计特征

2.1 暴雨长期变化

由图1a可知，深圳市暴雨日数有着明显的年变化特征。年暴雨日数在6～12 d之间，平均为9.4 d；最多18 d，出现在2001年；最少1 d，出现在1963年。总体来看，近67年深圳年暴雨日数以0.021 d／年的速率增多，但未通过0.05的显著性水平检验，增加不显著，20世纪90年代开始暴雨日数年际波动明显增大并呈现增多趋势，这和华南区域的年暴雨日数变化趋势基本一致［6］。利用Morlet小波分析对深圳市的年暴雨日数进行分析，如图1b所示，可以发现深圳市年暴雨日数在20世纪90年代以来存在4～8年显著周期特征，2005年以后呈现4年左右的周期震荡。据此对深圳市年暴雨日数做5年的滑动周期平均，由5年平均的平滑曲线可以看出20世纪90年代起暴雨日数迅速增加。

图1 深圳市1953—2019年暴雨日变化趋势（a）和暴雨日小波分析（b）

2.2 暴雨初、终日和持续期的变化

由图2可知，深圳市暴雨初日平均在4月26日，65.7%的年份（44年）首场暴雨出现在4—5月，最早出现在1月24日，2000年，最迟出现在7月23日，2012年；暴雨终日平均在9月30日，83.6%的年份（56年），最后一场暴雨在9月及之后出现，其中46.3%的年份在9月，暴雨终日最早出现在7月18日，1963年，最迟出现在12月30日，1988年。暴雨持续期平均为157.9 d，最长272 d，2000年；最短仅1 d，1963年。20世纪70、80年代为秋冬季暴雨相对多发期，暴雨持续期长；90年代起秋冬暴雨减少，暴雨持续期短，其中2001—2009年尤其明显，2010年后秋冬暴雨转增多，但暴雨持续期年际波动加剧。暴雨初日与暴雨终日相关系数为-0.06，说明首场暴雨发生早晚对当年暴雨结束时间无影响；暴雨初日与年暴雨日数、年暴雨降水量相关系数分别为-0.5和-0.43，均通过0.01的相关性显著检验，说明暴雨初日对年暴雨日数和年暴雨降水量均有一定影响，即首场暴雨发生早，暴雨日数多、年暴雨降水量大的概率较大，反之亦然；而暴雨终日、持续期与年暴雨日数、暴雨降水量相关性低，基本无影响。

图2 1953—2019年深圳市暴雨初日（a）和暴雨终日（b）变化趋势

2.3 暴雨的月、季变化

由图3a可知，深圳市暴雨具有明显的月、季变化特征，每个月都有可能出现暴雨，暴雨最早出现在1月24日（2000年），最迟出现在12月30日（1988年），90.8%的暴雨发生在汛期（4—9月），其中前、后汛期分别占38.7%和52.1%。暴雨日数呈现单峰变化特征，1—7月逐月增多，4月开汛暴雨日数大幅增加，8月达到峰值，其后逐月减少，10月汛期结束暴雨日数大幅减少；1、2和12月最少，1953年以来出现的暴雨总日数分别为3、3和7 d。深圳市暴雨日数与降水量逐月变化趋势基本一致，但降水量呈双峰型，最高峰出现在8月，6月为次峰，非汛期降水量大幅减少。这说明深圳市一年内旱涝分明，出现突发性暴雨而导致旱涝急转的可能性较大，暴雨容易集中出现在盛夏季节（6—8月）。

图3 深圳市逐月平均暴雨日数的逐月变化

2.4 暴雨贡献率及其变化

由图4可知，深圳市各年暴雨贡献率平均为42.3%，要远高于广州市的32.8%［7］和华南区域的30.1%［6］，说明沿海地区暴雨较非沿海地区更易发生，其中2008年暴雨贡献率最大，达64.6%。

图4 1953—2019年深圳市暴雨贡献率的逐年变化

总体来看，近67年来暴雨贡献率无显著变化趋势，20世纪60和90年代前后是暴雨贡献率明显偏大的2个时期，其中90年代最为显著，80年代少雨期暴雨贡献率则明显偏小，而近10年多数年份暴雨贡献率超过均值，说明20世纪90年代以来降雨更加集中，相当部分的雨量集中出现在少数的几次暴雨过程。年暴雨日数、年暴雨降水量与年雨量的相关系数分别为0.83和0.87，均通过了0.01显著性检验，说明暴雨对年雨量的影响很大，在多雨的年份暴雨多发且降水量大。

2.5 暴雨强度及其变化

深圳市1953—2019年的平均暴雨强度为90 mm／d，高于广州市的79.5 mm／d［7］，和珠海大致持平［8］，这说明深圳的暴雨强度很强，而且沿海地区暴雨强度要较非沿海地区强，深圳暴雨强度最大为130.7 mm／d，出现在1999年；暴雨强度最小为62.1 mm／d，出现在1954年。近67年来深圳市年暴雨强度以0.009 4 mm／（d·年）的速率递减，但没有通过0.05的显著性水平检验，减少不显著，其中20世纪60年代和90年代前后偏强明显，这和华南区域暴雨强度年际变化趋势一致［6］。针对年雨量与暴雨强度做相关分析，相关系数为0.49，且通过0.01显著性检验，说明在多雨年份暴雨强度偏强概率较大。

3 结论

1）深圳市属于暴雨多发区，1953—2019年平均暴雨日数为9.4 d，年际变化较大，最多为18 d，最少为1 d；年暴雨日数呈微弱增加的趋势，平均每10年约增加0.21 d；而20世纪90年代以来暴雨日数明显增多，并呈现出4～8年的显著周期特征。

2）深圳市暴雨初日常出现在4—5月，暴雨终日常出现在9月，暴雨持续期约158 d，暴雨初日早的年份暴雨日数多、年雨量大，20世纪90年代开始秋冬季暴雨减少、暴雨持续期变短，近10年秋冬季暴雨增多，但暴雨持续期年际变化波动剧烈，暴雨天气预测难度明显增大。

3）深圳市暴雨日数呈现明显月和季变化特征，年内旱涝分明，主要出现在汛期（4—9月），约占全年的91%，其中4月暴雨日数突增容易出现旱涝急转；暴雨日数年内呈现单峰特征，峰值出现在8月，盛夏季节（6—8月）是一年里暴雨最多最强的时期。

4）深圳市暴雨对年雨量降水贡献率很大，占比约为42%；暴雨强度很大，平均达90 mm／d；20世纪90年代前后是暴雨降水的峰值期，强度偏强、日数多、累积雨量大；在多雨的年份，暴雨多发且降水量大，暴雨强度容易偏强；同时沿海地区较内陆地区暴雨更易发，强度更强。

对于深圳来说，20世纪90年代以来开始了快速的工业化和城市化进程，同时暴雨也开始呈现出明显的增多增强趋势及显著的周期特征，两者之间可能存在一定的联系。因此在未来研究中，有必要深入探索城市化背景下，区域气象要素变化对本地区降水的影响。