鄱阳湖流域雨季不同时期降水历时相关特征变化

吴 琼， 张传江， 马锋敏， 张超美

(江西省气候中心，南昌 330046)

引 言

鄱阳湖流域位于长江中下游以南，主要位于江南地区，流域由春至秋的季节转换过程中存在明显的降水集中期。不同研究对我国南方地区雨季具有不同的定义[1-4]。大部分学者认为，我国南方地区降水主要集中在5、6月华南前汛期和8、9月华南后汛期[5-8]。王遵娅等[9]指出，长江中下游至华南地区春雨非常明显。江南雨季出现时间较华南地区和长江中下游地区的都要早[10]。鄱阳湖流域3-9月降水量占全年总降水量的80%[11]，本文将这段降水集中期称之为流域的“雨季”。鄱阳湖流域3月开始出现春季连续阴雨天气[12]，5月中旬前后南海季风暴发后流域出现降水盛期[13-14]，业务中认为地区主汛期于6月底结束[15-17]。根据降水出现的不同时期，同时结合万日金等[12]观点，本文将鄱阳湖流域雨季划分为春雨期(3月1日-5月15日)、主汛期(5月16日-6月30日)和后汛期(7月1日-9月30日)。

降水持续时间是降水过程的一个重要特征，与日降雨量、频率和强度相比，降水持续时间与降水过程的性质关系更为密切[18]，而这往往是区分不同类型降雨过程的关键因素[19]。不少研究指出，鄱阳湖流域降水具有特殊性，不同时期降水性质不同：流域早期出现的春季连阴雨天气是东亚独特的天气气候现象，它是青藏高原高大地形的动力和热力强迫的结果[12]，这一阶段的降水主要为锋面降水[20]；5月4-5候南海季风暴发，自南半球低纬海洋并在索马里附近越过赤道途径阿拉伯海、印度南部印度洋、孟加拉湾伸向中国南方的水汽输送带建立，流域出现季风降水盛期[21]；7-8月东亚副热带季风雨带北推，抵达华北—东北地区，此时期鄱阳湖流域降水常与台风和午后对流天气有关[22]。

降水是影响当地生态环境的重要因素[23-25]。鄱阳湖雨季不同时期关注的降水灾害影响不同：3月多关注连续阴雨天气对农业、交通和航运等的影响，4-6月暴雨多发期则需多关注泥石流和城市内涝等衍生灾害，7、8月多注意午后强对流天气影响。因此，量化分析不同时期不同性质降水的特征及变化十分必要。然而，鄱阳湖流域已开展的降水特征分析多针对整个雨季或者整年的变化分析上，且与降水持续时间相关的特征分析远少于对降水量和频率的分析。本文通过将鄱阳湖雨季分为3个不同时期，揭示了不同时期降水的时段特征差异，并分析了不同时期不同历时过程降水时空分布的特征及其变化，对提高地区降水和降水历时相关特征的认识具有一定的意义。

1 资料和方法

1.1 资料来源

本文资料来源于江西省气象信息中心，对有记录以来鄱阳湖流域逐时降水资料，通过异常值剔除和资料时间延续检验等质量控制，并综合考虑数据完整性、地域代表性和资料时间长度等因素，最终选取1978-2019年79个国家站逐时降水资料来展开分析(图1)，所选研究期间站点逐时降水资料年平均缺失率为3.01%。

图1 鄱阳湖流域国家气象站分布

1.2 研究方法

本文采用Sen斜率估计方法研究气候时间尺度序列的线性趋势[26-29]，采用Mann-Kendall 趋势检验研究时间序列的趋势变化是否通过显著性水平检验[30-33]。同时，对一些要素进行自定义。

1.2.1 候降水量、时数和降水强度

候降水量为年平均候累计降水量的区域平均值(79站平均)，候时数为年平均候累计小时数的区域平均数，候降水强度为研究期候内所有台站统计时数的平均降水量。

1.2.2 降水过程历时

初始出现两个或两个以上站点1 h降水量大于等于0.1 mm的时次记为降水过程发生时刻[19]，降水发生后出现连续2 h无降水，则判定降水过程结束，结束时刻为最后出现降水的时刻；降水过程历时为降水开始时刻至结束时刻的持续时间，本文将降水过程历时1～6 h、7～12 h和≥13 h分别称为短历时、中历时和长历时过程[34]。

1.2.3 历时降水量、时数和降水强度

某一历时降水量为所有此历时过程年平均累计降水量的区域平均，历时时数为所有某一历时过程年平均累计小时数的区域平均，历时降水强度为研究期内所有台站此历时过程统计时数的平均降水量。

某一历时降水量、时数和降水强度的趋势，为该历时所有台站累计降水量、时数区域平均的逐年变化趋势；某一历时降水强度的趋势，为该历时所有台站统计时数平均降水量的逐年变化趋势，均通过Sen 斜率估计来进行计算。

2 结果与分析

2.1 雨季不同时期降水特征

根据前文中对鄱阳湖雨季的阶段性划分，分别讨论雨季各阶段的降水特征。鄱阳湖流域雨季降水量存在3个峰值时段(图 2a)。春雨期开始(第13候)，鄱阳湖流域降水量开始明显增加，候降水量迅速增至20 mm以上，19-27候出现第1个峰值时段，平均候降水量为34.7 mm；春雨期结束后(第28候)，降水明显回落；进入主汛期，候降水量再次迅速增加，31-35候出现第2个峰值时段，平均候降水量为44.6 mm；进入后汛期，候降水量急剧减少，43-49候出现第3个峰值时段，平均候降水量为22.5 mm，后汛期结束后候降水量均较小，均少于13.0 mm。

候降水时数呈现双峰分布(图 2b)。最大峰值出现在春雨期的13-21候，平均候降水时数为22.5 h。春雨期结束后候降水时数回落，进入主汛期候降水时数又开始增多，31-34候出现第2个峰值，平均候降水时数为19.7 h。进入后汛期候降水时数明显减少(37候)，候降水时数维持在10 h左右。

候降水强度也呈现双峰特征(图2c)。春雨期开始，候降水强度增大，22-27候出现第1个峰值，平均候降水强度为1.9 mm/h；春雨期结束后，候降水强度先是回落，之后强度持续增大，第34候达到一年中极值，候降水强度为2.5 mm/h；之后34—48候峰值一直维持，平均候降水强度为2.4 mm/h；后汛期后期，第49候降水强度开始减小，后汛期结束后候降水强度均不超过1 mm/h。

图2 鄱阳湖流域年平均累计降水量(a)、累计降水时数(b)、降水强度(c)逐候分布

2.2 雨季不同时期降水历时相关特征及变化

对鄱阳湖流域雨季不同时期各历时降水进行分析发现，3个时期阶段性特征明显。春雨期降水量主要以短、中历时过程为主(图3a)，短、中历时过程的各历时降水量达1.1 mm以上；进入主汛期，降水以短历时过程为主，同时长历时过程的历时降水量较春雨期的增多，各候历时降水量在1.7 mm以上；后汛期降水量则明显集中在短历时过程，42-48候历时2 h的降水量达2.9 mm以上。从不同历时时数候分布可以看出(图略)，春雨期降水时数最多，短、中历时过程的各历时时数在0.9 h以上；春雨期结束后降水过程历时逐渐缩短，主汛期中历时过程的历时时数较春雨期的明显偏少，至后汛期降水明显集中在短历时过程。分析各历时降水强度逐候变化(图略，主要分析不同时期降水时数偏多的历时过程区间)可以看出，春雨期短、中历时过程的历时降水强度均较小，主汛期中历时过程的历时降水强度有所增加，后汛期短历时过程的历时降水强度则明显增大，40-46候短历时过程的历时降水强度均达2.5 mm/h以上。

分析不同时期各历时降水量的趋势变化(图3b)可以看出，主汛期和后汛期大部分历时降水量呈增加的趋势，特别是短历时过程的历时降水量增加趋势十分明显，第36候和第39候历时降水量增长趋势可达0.45 mm/10a；而春雨期各历时降水量基本呈现减少趋势，特别是中历时过程的各历时降水量减少明显，第19候历时7 h的降水量减少趋势达0.25 mm/10a，这与刘高平等[35]春季连阴雨发生频数在江南地区整体呈减少趋势的结论一致。与降水量变化趋势特征相似，各历时降水时数变化主要呈现主汛期、后汛期短历时过程的历时时数增加，春雨期历时时数减少的变化趋势(图略)。春雨期各历时降水强度变化不大，而主汛期、后汛期短历时过程的历时降水强度呈现增加的趋势(图略)。

图3 鄱阳湖流域各历时降水量(a)及变化趋势(b)(b)中阴影为正趋势，虚线为负趋势

2.3 雨季不同时期各历时降水日分布

分析鄱阳湖流域雨季不同时期候平均各历时降水量日变化分布特征发现，3个时期的特征差异十分明显(图 4)。春雨期降水量、时数和降水强度上午均存在一大值中心(时数和强度分布特征图略)，05-10时历时4～9 h的降水量均超过0.08 mm，05-08时历时3～6 h的降水时数均超过0.06 h，07-12时历时6～13 h的降水强度均超过1.5 mm/h。主汛期降水则呈现双中心分布：上午以中历时过程呈现为主，07-09时历时降水量均超过0.08 mm，而下午主要以短历时过程为主，15-18时历时降水量均超过0.16 mm；历时时数以短历时过程呈现为主，上午和下午两个中心的历时时数分别可达0.05 h和0.07 h；历时降水强度双中心分别分布在上午的中、长历时过程和午后的短历时过程，历时降水强度均可达2.4 mm/h。后汛期降水集中出现在傍晚，主要以短历时过程呈现，15-19时短历时过程的历时降水量可达0.18 mm，历时时数可达0.06 h，历时降水强度可达3 mm/h以上。

图4 鄱阳湖流域不同时期各历时降水量日分布(a)春雨期,(b)主汛期,(c)后汛期

2.4 雨季不同时期短、中、长历时过程降水区域分布及变化

图5为3个时期不同历时过程降水量区域分布。由图5可以看出，3个时期随着降水过程历时的增加，流域降水量大值中心均逐渐北移。春雨期短历时过程降水量南部地区的较多，中历时过程降水量赣中东部的较多，而长历时过程降水量东北地区的较多；主汛期降水量与春雨期的特征较类似(图略)，短历时过程降水量中心位于南部，中历时降水量东多西少，长历时降水量则东北部较多；后汛期主要关注短历时过程降水，降水量中心分布在南部流域边界的罗霄山脉和九连山脉地区。

图6分别为雨季3个时期不同历时过程降水的历年变化趋势分布，图6(a)-(c)为春雨期不同历时过程降水量的趋势变化。分析可知，各历时过程降水量趋势变化均未通过显著性水平检验，流域大部分地区短历时过程降水量均呈现增加趋势，中、长历时过程降水量则大致为北增多南减少的趋势。上文分析到近42年来流域春雨期降水量整体呈减少趋势，但北部地区仍需注意连阴雨增多的可能影响。主汛期降水量呈增加趋势，其中短历时过程降水量大部分地区趋势变化通过了显著性水平检验，特别是流域南部降水量分布大值中心地区，短时过程降水影响加重。后汛期主要关注短历时过程降水量的变化，流域南部均为正趋势分布，且部分站点通过了显著性水平检验，需注意南部山区短时降水增加带来的影响。

图5 不同时期候平均不同历时过程降水量分布(a)(b)(c)为春雨期;(d)(e)(f)为后汛期；(a)(d)为短历时；(b)(e)为中历时；(c)(f)为长历时

图6 不同时期候平均不同历时过程降水量趋势变化(a)(b)(c)为春雨期；(d)(e)(f)为主汛期；(g)(h)(i)为后汛期；(a)(d)(g)为短历时；(b)(e)(h)为中历时；(c)(f)(i)为长历时

3 讨论和结论

本文利用1978-2019年鄱阳湖流域79个国家站的逐时降水资料，分析了鄱阳湖流域雨季降水的不同时段特征，并讨论了雨季不同时期各历时降水的特征及变化和不同时期短-中-长历时过程降水的区域特征及变化。主要结论如下：

(1)鄱阳湖流域雨季降水阶段性特征明显，春雨期降水小、时数多，主汛期候平均降水量多，后汛期小时降水强度大。

(2)春雨期降水量主要以短、中历时过程为主；进入主汛期，短历时过程降水量增加的同时，长历时过程降水量也在增加；后汛期降水量则比较集中在短历时过程。从变化趋势来看，春雨期各历时降水量均呈减少趋势，其中中历时过程降水量减少明显；主汛期和后汛期历时降水量都呈增加趋势，特别是短历时过程降水量增加明显。

(3)春雨期降水量分布上午的较多，主要为短、中历时过程降水；主汛期降水量呈现双中心分布，上午主要为中历时过程降水，而下午主要为短历时过程降水；后汛期降水集中在傍晚，主要为短历时过程降水。

(4)春雨期、主汛期降水量大致为东多西少的分布，且随着降水过程历时的增加，降水量大值中心逐渐北移。后汛期短历时过程降水多出现在南部流域边界的罗霄山脉和九连山脉地区。从变化趋势来看，虽然近42年来流域春雨期降水量整体减少，但北部地区降水量仍呈增加趋势；主汛期各历时过程降水量均呈增加趋势，大部分地区短历时过程降水量变化趋势显著。后汛期流域南部均为正趋势分布，部分站点变化显著，需注意南部山区短时降水增加的可能影响。

有研究指出，中国中东部地区持续时间不到3 h的短时降雨事件往往是由太阳强加热引起的，而持续时间较长(超过6 h)的事件往往是由有组织的降雨系统而不是孤立的对流造成的[18]。春雨时期大气环流是冬季型向夏季型的过渡期，这一时期偏南风的增强主要是高原的动力作用所造成[12]，其历年趋势变化原因有待进一步研究。政府间气候变化专门委员会IPCC报告[36]指出，温度升高会导致暴雨洪涝等极端气候事件的发生频率与强度出现加剧趋势。唐传师等[37]发现,江西地区短历时强降水发生频次与区域性增暖呈正响应关系。鄱阳湖流域强对流天气频发，特别是近几年流域主汛期短时暴雨频发，城市内涝等灾害多有发生，这需引起足够重视。