我国东南沿岸及复杂山地近31年主汛期降水气候特征分析.pdf

141农业灾害研究 2023,13(7)我国东南沿岸及复杂山地近 31 年主汛期降水气候特征分析吴政秋1，庞 波2*，赖辉煌3，陈 钰41.福建省气候中心，福建福州 350028；2.福建省气象灾害防御技术中心，福建福州 350028；3.福建省九仙山气象站，福建泉州 362500；4.福州软件职业技术学院，福建福州 350213摘要 选取福建省19902020年49月国家自动气象站逐小时降水资料，采用数理统计和百分位法等对我国东南沿岸及复杂山地近31年主汛期降水气候特征进行研究。结果表明：（1）我国东南沿岸及复杂山地近31年主汛期降水极不均匀，强降水带位于山区，平原盆地降水较弱；全省年平均降水量为1 216.60 mm，年降水量最大值在东部柘荣、周宁、寿宁和宁德等山地，超过1 500 mm，最小值位于东南沿岸地区，不足500 mm；（2）降水标准差分布受极端强降水影响较大，90%、95%、99%百分位极端强降水在东部、西北部和南部年降水量波动大且强度较强，中部地区较弱且相对平均值变幅较小；（3）上述气候特征受到复杂地形因素的影响，高海拔山地丘陵地形复杂，东南沿岸多平原盆地，海陆差异较大，降水具有极强的不均匀性。关键词 东南沿岸；复杂山地；主汛期降水；气候特征中图分类号：P458 文献标识码：B 文章编号：20953305(2023)070141-03我国东南沿岸及复杂山地城市人口密集，经济发达，主汛期强降水引发的气象灾害严重威胁着人民群众生命及财产安全，主汛期降水气候变化一直是气象业务研究的重点问题。东南沿岸及复杂山地主汛期时间与我国华南地区主汛期一致，集中在49月，其中，46月为前汛期，79月为后汛期。研究表明，我国东南沿岸前汛期降水主要发生在南海季风建立时和暴发后，受活跃季风影响，降水既有我国暴雨的共性，也有独特的地域特征，降水大值区主要位于武夷山及其周边地区，降水强度大、范围集中、持续时间长，是引发暴雨洪涝灾害的主要原因1-2；后汛期降水主要受台风和对流活动影响，闽北地区山脉居多，东南沿岸临近海洋且地势较低，极不均匀的地面高度和热力环流使局部地区产生日变化性降水，东南沿岸近海区受地形抬升和海陆差异影响降水集中在清晨，而内陆山区受地形热力效应及海陆风影响降水集中于午后3。以福建省为研究对象，采用数理统计法及百分位法等讨论19902020年我国东南沿岸及复杂山地主汛期降水气候特征，并探讨特征形成的原因，为气象业务部门中、短期气候预测提供有效的参考依据。1 资料来源与研究方法1.1 资料来源福建省观测台站分布均匀，站点之间的距离合理，形成分钟级别的海陆空观测网，其中，寿宁站、周宁站、福安站和柘荣站位于福建省鹫峰山脉一带，地势较高，气温常年低于福建省平均气温，位于武夷山、杉岭山和太姥山等山脉部分站点也呈现不同于低海拔地区站点的气候特征。选取福建省66个国家自动气象观测站19902020年主汛期49月逐小时站点降水资料，计算过程中为减小离Analysis of Climatic Characteristics of Precipitation in the Main Flood Season in the Southeast Coast and Complex Mountainous Areas of China in the Last 31 Years Wu Zheng-qiu et al(Climate Center of Fujian Province,Fuzhou,Fujian 350028)Abstract Using hourly precipitation data from the National Automatic Weather Station in Fujian Province from April to September 1990,mathematical statistics and percentile methods were used to study the climatic characteristics of precipitation during the main flood season in the southeast coast and complex mountainous areas of China in the past 31 years.The results show that:(1)The main flood season precipitation in the southeast coast and complex mountainous areas of China in the past 31 years was extremely uneven,with strong precipitation zones located in mountainous areas and weak precipitation in plain basins;The average annual precipitation of the whole province was 1216.60 mm,with the maximum annual precipitation in the eastern mountains of Zherong,Zhouning,Shouning,and Ningde,exceeding 1500 mm,and the minimum annual precipitation in the southeast coastal areas,less than 500 mm;(2)The distribution of precipitation standard deviation was greatly affected by extreme strong precipitation,with 90%,95%,and 99%percentile extreme strong precipitation in the east,northwest,and south having large fluctuations and strong intensity in annual precipitation,while the central region has weak fluctuations and small relative average variation;(3)The above climatic characteristics were due to the influence of complex topographic factors.The terrain of high altitude mountains and hills was complex,and there were many plains and basins along the southeast coast.There were significant differences between land and sea,and precipitation was highly uneven.Key words Southeast Coast;Complex mountainous areas;Precipitation in main flood season;Climatic characteristics基金项目 福建省气象局青年科技专项项目（2021Q08）。作者简介 吴政秋（1995），男，福建福清人，助理工程师，主要从事气候预测与集合预报研究。*通信作者：庞波（1993），女，内蒙古呼和浩特人，助理工程师，主要从事华南暖区暴雨及数值天气预报工作，E-mail：。收稿日期 2023-04-12142Journal of Agricultural Catastrophology 2023,Vol.13 No.7散点到目标点的误差，本文采用反距离加权法将66个气象站点降水数据逐步订正内插值到800800的网格中，研究区域为福建省（23.50N28.50N、115.50E120.50E）；地形资料来自ASTER GDEM V2全球数字高程模型(DEM)格点数据，水平分辨率为30 km。1.2 研究方法本研究主要采用平均值、极值和标准差数理统计方法和百分位法确定降水阈值90%、95%、99%3个百分位，通过对每个站点有降水发生的降水量进行升序排列，分别取第90%、95%、99%百分位的日降水量作为整个区域降水阈值，即最高10%、5%、1%的降水量数值研究我国东南沿岸及复杂山地近31年主汛期49月90%、95%、99%百分位的日降水量空间分布特征。2 福建省主汛期降水气候空间分布特征2.1 福建省主汛期降水气候特征分析我国东南沿岸及复杂山地近31年主汛期年降水量空间分布（图1a）可知，近31年主汛期降水空间分布极不均匀，我国东南海拔较高复杂山地降水量明显大于东南沿岸等盆地平原区。年主汛期平均降水量为1 216.6 mm，柘荣（1 558.19 mm）、寿宁（1 451.04 mm）、周宁（1 515.28 mm）和宁德（1 430.5 mm）等山地维持强降水带，均超过1 400 mm；在福建省西北部武夷山（1 373.45 mm）、光 泽（1 389.12 mm）和 建 宁（1 340.2 mm）等地出现降水量大值区，3个站点年平均降水量达1 373.61 mm；南部云霄、平和和南靖等地降水均值处于过渡区，平均降水量为1 399.22 mm；沙县和德化等山区高海拔地也出现主汛期降水异常大值区，平均降水量达 1 451.23 mm；弱降水带出现在我国东南沿海海岸线处，崇武（799.72 mm）、平潭（923.77 mm）、晋江（953.48 mm）、厦门（989.00 mm）、东山（992.97 mm）和霞浦（994.42 mm）等地区每年主汛期平均降水量不足1 000 mm。上述气候特征是由于福建省地形复杂，山地丘陵等高海拔地区降水影响因子较多，天气尺度系统配合显著，降水频次更高，而东南沿岸平原地区多受台风等因素影响，降水仅固定时段较明显，没有出现台风时，甚至存在气象干旱风险，所以福建省呈现高海拔地区降水多、东南沿岸平原地区降水少的气候特征。相比于平均降水量，最大值和最小值具体落区更能直观地体现我国东南沿岸及复杂山地（福建省）主汛期极端降水分布。分析近31年主汛期降水最大值和最小值空间分布可知：最大值（图1b）降水落区在空间上与年平均降水空间分布极其相似，每个站点年最大降水量值均大于1 500 mm，东部拓荣和周宁等高海拔地区年最大降水量达2 250.80 mm，南部云霄（2 548.10 mm）和诏安（2 305.90 mm）也出现最大值降水区；中部过渡带汛期降水最大值为 1 5001 800 mm；全省每年汛期降水最小值（图1c）均在1 000 mm以下，降水a.年平均降水量；b.年最大值降水量；c.年最小值降水量；d.标准差降水量,单位：mm图1 我国东南沿岸及复杂山地（福建省）19902020年主汛期49月降水量的空间分布特征143农业灾害研究 2023,13(7)最小值活跃区位于福建省中南部德化（1 004.8 mm）、永 春（972.10 mm）、云霄（941.10 mm）和平和（876.40 mm）等地，同时与均值的小值区类似，沿海岸线附近崇武（330.10 mm）、厦门（373.80 mm）和晋江（465.40 mm）等地每年汛期降水最小值不足500 mm。年平均降水极值特征主要源于局地降水影响因素不同，高海拔山地丘陵地形复杂，沟壑纵横，昼夜温差大，降水具有极强的不确定性，微小的地形变化配合天气尺度系统就能带来较明显的极端降水；反之，东南沿岸平原等地区降水影响因素确定，各影响因子对降水影响的权重明确，降水年际具有一定的规律性，降水极端性较弱，甚至出现气象干旱风险。从我国东南沿岸及复杂山地（福建省）年平均降水标准差空间分布（图1d）可知：标准差空间分布主要受年最大降水量影响，东部、西北部、南部等地降水量标准差每年达350 mm，相对平均降水起伏程度较大；而中部海拔相对较高的山区降水量标准差反而最小，形成标准差小值带，其中，大田县降水量标准差最小不足170 mm，相对平均降水起伏程度较小。这是由于局地降水成因不同，高海拔山地丘陵地区地形复杂，常年受各种尺度的天气系统影响，降水成因较多，降水充足，因此降水较平均值起伏程度较小；反之，东南沿岸平原等地区降水主要受台风影响，每年台风是否登陆或影响福建省具有极大的不确定性，年降水量常出现极大波动，导致其降水较平均值起伏程度较大。2.2 汛期极端降水空间分布特征福建省是暴雨高频区之一，主汛期极端强降水最显著。对全省每个站点19902020年主汛期49月逐日降水中有降水发生的降水量升序排列，分别取90%、95%、99%百分位降水量，得到近31年极端降水空间分布特征（图2），90%、95%、99%百分位降水量与上述标准差空间分布极其相似，呈现东部、西北部及南部地区90%、95%、99%百分位降水量大值区，而中部山地90%、95%、99%百分位降水量较小的特征。其中90%百分位降水量最大落区位于福建东北部拓荣（2 171.3 mm）、寿宁县（1 869.3 mm）和周宁县（2 026.9 mm）等山地，最小值出现在崇武（1 103 mm）、晋 江（1 187.4 mm）和 平 潭（1 190.7 mm）等沿岸地区，中部过渡区域90%百分位降水量基本维持在1 3001 600 mm。95%百分位降水量最大落区除拓荣（2 171.3 mm）、寿 宁（1 869.3 mm）和周宁（2 026.9 mm）3个站点外，宁德市也出现最大值2 029.5 mm，最小值依然在出现崇武（1 219.5 mm）和平潭（1 225.75 mm）等沿岸区，中部过渡区域95%百分位降水量基本维持在1 5001 700 mm；99%百分位降水量值最高，最大值出现在福建省东北部云霄（2 226.93 mm）、拓荣（2 265.94 mm）和宁德（2 424.98 mm），东南沿岸最小值不足1 200 mm。90%、95%、99%百分位降水量数值的整体空间分布与上述均值及标准差空间分布相似，最大值基本位于福建省东北部及西北部个别站点，最小值均出现在东南沿海岸的平潭和崇武等地，呈由南到北先减少后增加的 趋势。a.90%百分位降水量；b.95%百分位降水量；c.99%百分位降水量 图2 我国东南沿岸及复杂山地（福建省）19902020年主汛期49月气候降水量的空间分布特征3 结论（1）我国东南沿岸与内陆复杂山地地形复杂，各区域近31年主汛期降水在均值及强度上差异显著。年降水量大值区位于东部、中南部和西北武夷山一带，年均降水量为1 216.6 mm；年降水最大值出现在东部柘荣、周宁、寿宁和宁德等山地，超过1 500 mm，年最小值出现在东南沿岸地区，不足500 mm；年最大值落区在空间上与年均值的特征相似，年最小值活跃区与均值小值区的特征相似。（2）降水标准差分布显示东部、西北部和南部降水较平均值起伏程度大，且出现极端降水大值区，中部和沿海岸区为极端降水小值区。90%、95%、99%百分位降水量整体空间分布与均值及标准差相似，最大值出现在福建省东北部和西北部个别站点，最小值均出现在东南沿海岸平潭和崇武等地，呈现由南到北先减少后增加的趋势。（3）上述气候特征受到复杂地形因素影响，高海拔山地丘陵地形复杂，沟壑纵横，昼夜温差较大，降水具有极强的不确定性，微小的地形变化配合天气尺度系统就能带来极端降水，常年降水充足；反之，东南沿岸平原等地区降水影响因素确定，主要受台风等影响，因此降水年际尺度具有规律性，降水极端性相对较弱，甚至出现气象干旱风险。参考文献1 吴乃庚,温之平,邓文剑,等.华南前汛期暖区暴雨研究新进展J.气象科学,2020,40(5):605-616.2 刘瑞鑫,孙建华,陈鲍发.华南暖区暴雨事件的筛选与分类研究J.大气科学,2019,43(1):119-130.3 赵玉春,王叶红.我国东南沿岸及复杂山地后汛期降水日变化的数值研究J.大气科学,2020,44(2):371-389.责任编辑：黄艳飞