济南市极端降水事件时序变化特征分析

郭磊，王大勇，张国华

（1.山东省水利科学研究院，山东济南 250014；2.青岛市水利局，山东青岛 266071）

济南市极端降水事件时序变化特征分析

郭磊1，王大勇1，张国华2

（1.山东省水利科学研究院，山东济南 250014；2.青岛市水利局，山东青岛 266071）

基于济南市国家气象站1963—2013年逐日实测资料，采用数理统计方法分析了济南市近50年的极端降水事件时序变化特征。结果表明：济南市极端降水事件呈现一致的线性增长趋势，并且从20世纪60年代至今存在一致的、明显的年代际变化特征，大约经历了3.5个左右的“先下降后上升”的周期变化过程。

济南市；极端降水；数理统计法；时序变化特征

济南市是山东省省会，也是一个洪涝灾害频发的城市。历史上，济南市曾多次遭受洪涝灾害的侵袭，城市防洪任务艰巨。济南城市洪涝灾害除了与其特殊的地形地貌有关外，区域极端降水也起到了很重要的作用。本文以济南市国家气象站实测降水资料为基础，选择合适表征指标对该地区极端降水事件时序变化特征进行分析。研究结果对济南市防洪减灾、保障经济社会可持续发展具有重要意义。

1 研究数据与方法

1.1 研究数据

本次极端降水事件研究的基础数据均来自于中国气象局国家气象信息中心，为国家级气象站——济南站1963—2013年逐日实测资料。济南站降水资料缺失率为0%，采用Von Neumann ration（N），Cumulative deviations（Q/n-0.5，R/n-0.5），Bayesian procedures（U，A）3种统计量的方法进行均一性检验，均通过95%置信度检验。

1.2 研究方法

对于极端降水事件表征指数，参考国内外有关极端降水研究的相关文献，结合济南市的实际情况，分别选取年最大日降水量、暴雨日数、暴雨强度3个极端降水指数。其中，年最大日降水量是指1963—2013年逐年日降水量的最大值。根据气象学定义，把日降水量超过50 mm的降水称为暴雨事件，某年所有暴雨降水量的总和为年暴雨降水量，年内所有发生暴雨事件的日数和称为暴雨日数，年暴雨降水量与暴雨日数的比值称为暴雨强度。

研究采用线性方程和5年滑动平均对极端降水事件指数进行变化趋势分析，采用Mann-Kendall非参数统计检验法（简称MK法）进行突变检验。

2 年最大日降水量变化特征分析

济南市1963—2013年多年平均最大日降水量为88.8 mm，其中最大日降水量前3位分别为188 mm（1994-08-07）、185.6 mm(1987-08-27)、169.8 mm（1972-07-07）。

图1为研究时段内济南市逐年最大日降水量变化过程线。从线性变化看，济南市的年最大日降水量呈现明显的逐步上升趋势，上升速率为5.1 mm/10 a（通过95%置信度检验）。通过5年滑动平均曲线可以看出，济南市年最大日降水量呈现明显的年代际波动变化特征，经历了“下降——上升——下降——上升——下降——上升——下降”3.5个周期的波动过程，其中1963—1969、1975—1985、1996—2001、2006至今为下降期，而1970—1974、1986—1995、2002—2005为上升期。

采用MK法进行突变检验，结果显示济南市年最大日降水量在1987年存在突变点，1963—1986年呈现波动下降——上升变化，而1987年只呈现稳步上升趋势。突变之前，多年平均最大日降水量为76.8 mm，而突变之后多年平均最大日降水量达到99.6 mm。

3 暴雨变化特征分析

3.1暴雨日数分析

对济南市暴雨事件进行统计，结果表明该区域多年平均暴雨日数为2.6 d，年暴雨降水量约75.4 mm。暴雨日数约占多年平均雨日（降水量超过0.1 mm的天数）的3.5%，年暴雨降水量占年平均降水量的27.7%。

图2为1963—2013年济南市暴雨日数的年际变化过程。可以看出，研究期济南市暴雨日数呈现线性增长的趋势，线性增长速率大约为0.2 d/10 a。5年滑动平均曲线显示，济南市暴雨日数也呈现了明显的年代际变化特征。通过与年最大日降水量曲线比较，暴雨日数变化与年最大日降水变化的过程极为相似，即经历了3.5个“先降后升”的波动过程。采用MK法对暴雨日数过程进行突变检验，结果显示无明显突变。3.2暴雨强度分析

图2 1963—2013年济南市暴雨日数年际变化过程

济南市多年平均暴雨强度约69.1 mm。图3为1963—2013年济南市暴雨强度年际变化过程，结果显示在研究期内暴雨强度呈现线性缓慢增长的变化趋势，变化速率约2.9 mm/10 a。通过5年滑动平均曲线显示，济南市暴雨强度也经历了明显的年代际波动变化过程，其上升——下降趋势与年最大日降水量和暴雨日数变化过程相似。采用MK法对变化过程进行突变检验，结果表明，济南市暴雨强度过程存在一个明显的突变时段，突变点大约发生在1987年。突变之前，多年平均暴雨强度约63.0 mm，突变之后的1987—2013年平均暴雨强度约74.4 mm，变幅达11.4 mm。

图3 1963—2013年济南市暴雨强度年际变化过程

4 结论与讨论

本文通过选取年最大日降水量、暴雨日数和暴雨强度为评价指标，采用数理统计法对济南市1963—2013年极端降水事件时序变化特征进行分析，结果表明：

1）济南市多年平均最大日降水量约88.8 mm，平均暴雨日数为2.6 d，平均暴雨强度约69.1 mm。

2）1963 —2013年济南市极端降水事件评价指标均呈现统一的线性增长趋势。过程中存在一致的年代际变化特征，均经历了“下降——上升——下降——上升——下降——上升——下降”3.5个周期的波动过程。以此推断，未来一段时段内，3个极端降水事件指标将会处于上升阶段，即年最大日降水量、暴雨日数和暴雨强度均会增加。

3）济南市的年最大日降水量和暴雨强度存在一致的突变期，突变时间大约发生在1987年，而暴雨日数没有检验出突变变化。

（责任编辑 崔春梅）

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1009-6159（2014）-09-0040-02

2014-04-29

郭磊（1980—），男，工程师