1981—2020年江西不同等级小时强降水的变化特征分析

周晓香，李志鹏，徐全倩，赖 亮，邱 亮

(江西省气象信息中心，330096，南昌)

0 引言

短时强降水是指在短时间内降水量超过一定阈值，且常伴有大风、雷暴、冰雹等恶劣天气的降水过程。中央气象台对短时强降水的定义为1 h降雨量大于等于20 mm的降水事件。短时强降水具有历时短、雨强大、突发性强的特点，易造成城市内涝、泥石流等地质灾害[1-3]。

许多学者针对中国地区强降水做过分析，以往从日降水资料对强降水时空特征进行分析[4-7]。近年来，随着高时间分辨率降水资料的出现和积累，基于小时降水资料对中国各区域短时强降水特征的研究已逐步开展。研究发现短时强降水日变化存在区域性差异，如川渝地区夜间强降水事件特征表现明显[8]，南北疆小时极端降水量和降水频次的高值时段均在下午至前半夜[9]，广东区域平均的汛期小时强降水的降水频次的峰值出现在下午16:00[10-11]。从长期变化趋势来看，近几十年不同区域短时强降水的频次和强度存在不同程度的增多增强趋势[12-14]，如近30 a西南地区强短时强降水呈现频次增加、强度增强的变化趋势[15]，近54 a来广东平均小时强降水的次数、强度、降水量和贡献率在年以及前、后汛期的时间尺度上均为显著上升的趋势[16]。此外受迎风坡和喇叭口等地形的强迫抬升因素影响，短时强降水空间分布与地形具有重要关系[17-18]。

江西省属于亚热带温暖湿润季风气候，是短时强降水频发的省份之一。周芳[19]等利用1998—2013年江西省汛期161个短时强降水样本统计了局地短时强降水过程的出现频数时空分布，并利用天气学方法对局地短时强降水过程进行分类。付超[20]等利用2010—2016年江西省暖季逐小时降水资料得到短时强降水的频次空间分布、月变化、日变化以及暴雨贡献率特征。目前少有对长时间序列的基于小时降水资料的江西地区短时强降水变化特征的研究，因此本文利用1981—2020年的40 a长序列逐小时降水资料，针对江西地区开展短时强降水气候特征开展研究，从而提高对该地区短时强降水时空分布规律的认识。

1 资料与方法

1.1 资料的选取

本文选取1981年1月1日至2020年12月31日(40 a)江西省87个国家站经过质控后逐时降水数据，其中1981—2004年是虹吸雨量计观测数据，2005—2020年是自动气象站观测数据。剔除因仪器故障造成降水量自记迹线有缺测，且缺测时间跨越某一个或几个正点时，有关各时降水量无其它雨量计代替，整个缺测时段记其累计量，并填在该时段的最后一个小时栏内，该小时累计时段降水量≥20 mm以上数据；资料序列比较短最近几年新建台站的小时强降水数据不参与分析。

1.2 方法

把小时雨量≥20 mm 的降水定义为小时强降水，根据不同量级的降水将其划分为3个等级(分别为 20～30 mm/h、30～50 mm/h、≥50 mm/h)，对其时空分布特征进行统计分析。使用方法有滑动平均、线性趋势分析、计算趋势系数、Mann-Kendall检验等[21]。

2 江西不同等级小时强降水次数的时空特征

2.1 年际、年代际变化

图1(a)是江西87个观测站空间平均后的20～30 mm/h等级的小时强降水次数的逐年变化。可见，江西平均20～30 mm/h等级小时强降水次数具有显著年际变化特征，近40 a以0.51 h/10a的速率增加(相关系数为0.58)，通过了0.001显著性水平检验，增加趋势非常显著。从11 a滑动平均曲线看，江西20～30 mm/h等级小时强降水次数也存在年代际波动，20世纪90年代前和21世纪初略有下降，20世纪90年代前期至后期、21世纪00年代中期至2020年呈上升趋势。

图1(b)是江西平均30～50 mm/h等级的小时强降水次数的逐年变化。该等级小时强降水次数具有显著年际变化特征，近40 a以0.26 h/10a的速率增加(相关系数为0.63)，通过了0.001显著性水平检验，增加趋势非常显著。从11 a滑动平均曲线的年代际变化看，20世纪90年代前略有下降，20世纪90年代至2020年呈显著上升趋势。

图1(c)是江西平均≥50 mm/h等级的小时强降水次数的逐年变化。可见，江西平均≥50 mm/h等级小时强降水次数近40 a以0.03 h/10a的速率增加(相关系数为0.44)，通过了0.01显著性水平检验，增加趋势显著。从11 a滑动平均曲线看，江西≥50 mm/h等级小时强降水次数存在年代际变化，20世纪90年代前略有下降，20世纪90年代至2020年呈上升趋势。

(a)20～30 mm/h；(b)30～50 mm/h；(c)≥50 mm/h

2.2 突变分析

对1981—2020年江西不同等级小时强降水次数进行M-K突变检验，图2(a)、(b)UF曲线表明自20世纪90年代中期以来，20～30 mm/h、30～50 mm/h等级小时强降水次数有明显增多趋势，在21世纪10年代前期超过显著性水平0.001临界线，表明江西20～30 mm/h、30～50 mm/h等级降水次数增加趋势明显。根据UF和UB曲线交点的位置，在21世纪00年代中期有一个增加的突变，具体发生在2005—2007年，增加趋势显著。

图2(c)UF曲线表明≥50 mm/h等级小时强降水自20世纪90年代后期呈上升趋势，21世纪10年代中期增加趋势超过显著性0.05水平临界线(U0.05=1.96)。根据UF和UB曲线交点的位置，增加的突变约发生在21世纪00年代中期，具体为2006—2008年。

(水平线：M-K检验0.001显著性水平)

2.3 空间变化特征

由江西各站点年总小时强降水次数的变化趋势(图3(a))可见，87个站中除余干(-0.041)、安福(-0.005)、九江市(-0.002)为弱的负趋势外，其余84个站均为正趋势，全省大部分地区小时强降水次数均为增多趋势。趋势系数最大的前5位站点分别为临川(0.31)、鹰潭(0.23)、资溪(0.18)、景德镇(0.17)、广信区(0.17)，最为显著的区域为江西中东部、东北部、遂川以及定南周边区域，均通过0.05显著性水平检验，增加趋势显著。

江西各站点20～30 mm/h 等级的强降水次数变化趋势(图3(b))来看，据统计全省8个站为弱的负趋势外，其余79个站均为正趋势，说明全省大部分地区20～30 mm/h等级强降水呈增多趋势。增多趋势较为显著区域主要为江西中东部的永修—丰城—临川一带，江西东北部彭泽—景德镇一带和江西中西部井冈山—遂川一带，均通过0.05显著性水平检验。

统计江西各站点30～50 mm/h 等级的强降水次数变化趋势发现，全省7个站为弱的负趋势外，其余80个站均为正趋势，说明全省大部分地区30～50 mm/h等级强降水呈增多趋势。图3(c)可见近40 a来增多趋势较为显著区域主要为江西中东部的吉安—丰城—临川—黎川一带，存在临川、黎川2个大值中心，增多趋势均通过0.05显著性水平检验。此外江西东北部景德镇、江西南部定南周边区域增多趋势也较为显著。

据统计江西各站点≥50 mm/h 等级的强降水次数变化趋势，全省28个站为负趋势，59个站均为正趋势，存在空间差异。图3(d)为江西各站点≥50 mm/h等级的强降水次数变化趋势系数分布，可见该等级通过0.05显著性检验的增多趋势显著的站点为临川、丰城、万安、鹰潭，减少趋势显著的站点为万年。

(图例色标：趋势系数，黑色实心点：通过0.05显著性水平检验的站点)

3 结论

利用江西87个气象观测站1981—2020年共40 a逐小时降水资料，通过统计方法分析了3个等级(20～30 mm/h、30～50 mm/h、≥50 mm/h)短时强降水次数的时空变化特征，得到如下结论。

近40 a江西87个站的不同等级强降水区域平均频次均呈显著增加趋势，其中20～30 mm/h、30～50 mm/h等级强降水次数上升趋势非常显著，通过0.001显著性水平检验。

江西20～30 mm/h、30～50 mm/h等级小时强降水次数在2005—2007年发生增加的突变，并且在21世纪10年代初期增加趋势更明显，超过0.001水平显著性临界线。≥50 mm/h 等级小时强降水次数增加的突变约发生在2006—2008年，21世纪10年代中期增加趋势显著，超过0.05水平显著性临界线。

近40 a来江西大部分地区小时强降水发生次数均呈增加趋势，其中江西中东部临川-丰城一带不同等级小时强降水次数均呈显著上升趋势。