梅州市“龙舟水”时空分布特征分析

余东柏，陈金星，李丹霞

(梅州市大埔县气象局，广东 梅州 514299)

5月下旬—6月中旬正值端午龙舟竞渡之时,也是广东前汛期降水量最多最集中的时期,常出现连续几天暴雨、大暴雨甚至特大暴雨的降水过程,容易诱发洪涝灾害,并对早稻等农作物生长有不利影响,称之为“龙舟水”[1]。多年来，许多学者对广东“龙舟水”的特征变化、降水分型、灾害影响和气象服务等进行研究[2-7]，其中伍红雨、李春梅等[8]研究得出广东“龙舟水”最主要的分布型是除雷州半岛外具有“空间一致型”分布，具有显著的年际和年代际变化。此外，还有许多学者对广东诸多地级市的“龙舟水”时空特征和降水成因进行了探讨[9-12]。但关于梅州市“龙舟水”的相关研究较少。因此本文选用梅州近年来“龙舟水”期间的降水观测资料，利用趋势分析、M-K检验、滑动t检验、小波分析和EOF分析等方法，对梅州市的“龙舟水”时空分布特征进行研究。以期能够为地方政府部门提供前期指导，为防灾减灾提供一定参考与借鉴。

1 资料和方法

本文选用梅州市近30 a(1991—2020年)7个国家气象观测站和近10 a(2011—2020年)99个区域自动气象站“龙舟水”期间(5月21日—6月20日)的降水量资料。由于梅州市的区域自动站建站较晚，因此，只选用近10 a较完整和较有代表性的降水量资料。并且采用区域一致性的方法筛除降水量明显错误、缺测和降水量明显偏少的站点，确保区域自动气象站降水量资料的可用性。

首先选取梅州市7个国家气象观测站逐年“龙舟水”降水量资料，利用线性趋势分析、M-K检验、滑动t检验和小波分析等方法，对梅州市“龙舟水”时间变化特征进行分析；然后，对近10 a来7个国家气象观测站和99个区域自动气象站逐年“龙舟水”降水量资料进行EOF分析，揭示梅州市“龙舟水”空间分布特征。

2 梅州市“龙舟水”特征

2.1 时间特征

从梅州市1991—2020年全市平均(取国家观测站平均)“龙舟水”降水量的年际变化(见图1a)可以看出：近30 a“龙舟水”降水量呈上升趋势，气候倾向率为1.928 2 mm/a。“龙舟水”降水量最大为539.1 mm，2007年；“龙舟水”降水量最小为100.2 mm，1991年，。

定义“龙舟水”降水量距平超过1倍标准差的年份为“龙舟水”降水量异常年[12]，从1991—2020年梅州市“龙舟水”降水量逐年距平变化(见图1b)中可以看出：梅州市近30 a“龙舟水”降水量异常偏多的年份为1993年、2006年、2007年、2008年和2017年；“龙舟水”降水量异常偏少的年份为1991年、2004年和2011年。“龙舟水”降水量异常年份约占总年份的26.7%，呈现异常年份偏多的状态。

a 逐年变化

由于梅州市近30 a“龙舟水”异常年份偏多，因此，采用M-K检验和滑动t检验对“龙舟水”降水量序列进行突变检验。从M-K检验曲线(见图2a)可以看出：梅州市“龙舟水”降水量在1991—1995年、2006—2020年呈现增加的趋势；1996—2005年呈现减小的趋势。由于UF曲线1991—2020年均未超过0.05显著性检验线，表明梅州市“龙舟水”降水量增加(减小)的趋势不显著。此外，UF和UB曲线分别在1992年、1993年、2005年、2008年和2013年出现多个交点，且都位于0.05显著性检验线内。由此可以判定上述年份是突变年份。

为确认M-K检验中多个交点是否为梅州市“龙舟水”降水量的突变点，进一步采用滑动t检验对梅州市“龙舟水”降水量序列进行检验。其中“龙舟水”降水量序列两个子样本的样本长度n1，n2均取5 a。从滑动t检验曲线(见图2b)中可以看出：1991—2020年，梅州市“龙舟水”降水量均未超过0.01的显著性检验线，表明梅州市“龙舟水”降水量在1991—2020年并未发生突变。由于采用滑动t检验进一步进行突变检验时，检验结果与M-K检验结果不一致，因此，判定M-K检验的突变年份并不可信。

a M-K检验

为进一步研究梅州市“龙舟水”降水量近30 a的周期变化规律，对其进行Morlet小波分析，并绘制小波系数实部、模部等值线图和小波方差图(如图3所示)。图3a中暖色调(冷色调)代表小波系数实部为正(负)，即降水偏多(偏少)；图3b也称为小波能量谱图，暖色调(冷色调)越深表示能量越强(弱)，即能量越强周期越明显。

从图3中可以看出，梅州市存在能量聚集、周期显著的4个中心：

① 时间尺度7 a，波动能量影响时段为1991—1997年；

② 时间尺度10 a，波动能量集中在1997—2012年；

③ 时间尺度14 a，波动能量集中在2005—2020年；

④ 时间尺度22 a，波动能量集中在1991—2020年。

可见，1991—2020年，梅州市“龙舟水”降水量的时间尺度的显著周期有所增长。此外，图3c中有4个较明显的曲线峰值分别对应7 a、10 a、14 a和22 a的时间尺度，1991—2020年梅州市“龙舟水”降水量主要受这4个时间尺度的周期振荡影响。

a 小波系数实部等值线

2.2 空间分布特征

为研究梅州市“龙舟水”降水量的空间分布特征，利用质控处理后的近10 a区域自动气象站降水量数据求得梅州市“龙舟水”全市降水逐年平均和变差系数(见图4)。

从图4a中可以看出：梅州市“龙舟水”降水量的大值区主要集中在平远、蕉岭和大埔北部一带；“龙舟水”降水量小值区位于梅州的中南部和东南部。丰顺东北部—大埔西南部一带和丰顺西南部两处地区的“龙舟水”降水量相比周围地区偏大。这主要是因为这两处为小喇叭口地形。结合变差系数(图4b)可以看出：兴宁南部“龙舟水”降水量稳定偏少，丰顺东北部“龙舟水”降水量稳定偏多，其余地区“龙舟水”降水量的逐年变化幅度较大。

a 逐年平均

为进一步研究梅州市“龙舟水”降水量的空间分布特征，对近10 a区域自动气象站降水量数据进行EOF分析，得到前5个特征值及其方差贡献率(见表1)。

a 第1模态

从表1中可以看出：梅州市“龙舟水”降水量前3个模态解释方差占78.73%，从第4个EOF模态的方差贡献率开始低于10%，因此，只选用前3个EOF模态将其绘制(如图5所示)。

表1 前5个特征值及其方差贡献率

从图5中可以看出：模态的特征值均为正值，为全市一致偏多(少)型，表明1991—2020年，梅州市的“龙舟水”降水量变化趋势具有高度的一致性，即呈现全市“龙舟水”降水量要么都大，要么都小的空间分布特征。

从第2个模态(图5b)中可以看出：模态的分布格局大致以莲花山脉为界，为东南—西北向偶极型，莲花山脉以南为正值区，莲花山脉以北为负值区，正值中心出现在丰顺和大埔交接一带，负值中心出现在平远和兴宁北部一带，呈现东南—西北反向分布模式，即要么梅州西北地区“龙舟水”降水量增大，梅州东南地区“龙舟水”降水量减小，要么梅州西北地区“龙舟水”降水量减小，梅州东南地区“龙舟水”降水量增大。特征向量值从东南向西北依次减小，反映梅州市“龙舟水”降水量也是由东南向西北递减。

从第3个模态(图5c)中中可以看出：模态的分布格局整体上以梅州中部一带为界，为南北向偶极型，梅州以北为正值区，梅州以南为负值区，正值中心出现在梅县—大埔交界处和平远中部，负值中心出现在五华南部和五华—丰顺交界处，呈现南北反向分布模式，即要么梅州南部地区“龙舟水”降水量增大，梅州北部地区“龙舟水”降水量减小，要么梅州南部地区“龙舟水”降水量减小，梅州北部地区“龙舟水”降水量增大。特征向量值从北向南依次减小，反映梅州市“龙舟水”降水量也是由北向南递减。

3 结语

1)1991—2020年梅州市“龙舟水”降水量呈上升趋势，“龙舟水”降水量异常年份偏多。

2)M-K检验和滑动t检验表明：梅州市“龙舟水”降水量在1991—2020年并未发生突变。

3)1991—2020年，梅州市“龙舟水”降水量的时间尺度的显著周期有所增长，主要受7 a左右、10 a左右、14 a左右和22 a左右时间尺度的准周期振荡影响。

4)梅州市“龙舟水”降水量的大值区主要集中在平远、蕉岭和大埔北部一带；“龙舟水”降水量小值区位于梅州的中南部和东南部。兴宁南部“龙舟水”降水量稳定偏少，丰顺东北部“龙舟水”降水量稳定偏多，其余地区“龙舟水”降水量的逐年变化幅度较大。

5)对近30 a梅州市“龙舟水”降水量作EOF分析结果表明，前3个模态解释方差占78.73%，分别为全市一致偏多(少)型，东南—西北向偶极型(即东南多(少)西北少(多)型)，为南北向偶极型(即南部多(少)，北部少(多)型)。