貴州秋季綿雨的時空變化和典型綿雨年環流特征

陳 靜，杜小玲，陳早陽

(1.貴州省氣候中心,貴州 貴陽 550002;2.貴州省氣象臺,貴州 貴陽 550002)

0 引言

華西秋雨是我國華西地區(9—11月)連陰雨的特殊天氣現象。秋季頻繁南下的冷空氣與暖濕氣流在該地區相遇，使鋒面活動加劇而產生較長時間的陰雨天氣。而貴州是受華西秋雨影響明顯的區域，常發生秋季綿雨天氣，輕者使水稻、玉米成熟期延長，重者使秋糧作物倒伏，谷粒生芽，或影響田間生產活動的進行，不能及時收獲，或已收獲的也不能脫粒曬干入庫而變質。

關于秋季降水或華西秋雨，國內已有許多學者對其特征和成因進行了研究。如高由禧[1]等研究了我國的秋雨現象，得出秋雨出現在四川盆地的東部、青藏高原東部前緣以及貴陽附近的地區，何敏[2]研究了我國多秋雨年和少秋雨年的環流特征和長期預報方法，張順謙等[3]應用REOF方法對西南地區秋綿雨變化趨勢與周期性特征的區域差異進行詳細的分析，羅文芳等[4]用綿雨指數對貴陽市秋綿雨進行分區，分析年代際變化特點，并概括出重綿雨年和輕綿雨年500 hPa環流特征，李源金[5]、陳德淵[6分別用不同指標對黔南、黔東南秋綿雨進行分析并制作秋季綿雨短期預報模型，楊利群[7]對貴州秋綿雨的氣候特征和災情進行分析；由于氣候不斷變暖，極端氣候事件不斷增強，人們對預測、監測需求在不斷提升，因此本文將在前人研究的基礎上，分析貴州秋季綿雨的時空變化，探討導致典型秋季綿雨形成的高低空環流特征，以期為提高秋季綿雨氣候預測，及時發布預警信號提供參考，提高氣候服務水平。

1 資料與方法

1.1 資料選取

本文用1961—2017年9—11月美國NCEP/NCAR 9—11月逐日再分析資料集(Kalnay et al,1996),水平分辨率2.5°×2.5°，臺站觀測資料來源于貴州省氣象局整編資料，考慮到缺測及臺站遷移所導致的觀測資料的不完整性，剔除缺失數據的站點，選取76站1961—2017年9—11月逐日20—20時降水資料。

1.2 秋季綿雨定義及劃分標準

入秋以后(9月1日—11月30日)連續5 d或以上的降雨(日降雨量≥0.1 mm)天氣過程。按過程持續時間的長短分為3級，持續5～6 d為輕級，7～9 d為中級，10 d或以上為重級[8]。按照小雨(≤9.9 mm)、中雨(10.0～24.9 mm)、大雨(25.0～49.9 mm)和暴雨以上(≥50.0 mm)分別分級統計降水量和降水日數。

1.3 方法

本文采用的主要方法有線性趨勢分析[9]、Mann-Kendall檢驗[10]、Morlet小波分析[11]和合成分析。

2 貴州秋季綿雨的時空特征

2.1 時間序列特征

2.1.1 綿雨量和綿雨日數 近60 a，貴州秋季平均綿雨量為127.00 mm，秋季平均綿雨日數為19.3 d，分別占全年降雨量的10.39%和10.84%。從圖1中可以看出，1981年貴州各站均出現綿雨天氣，秋綿雨過程多達4～6次，綿雨日數平均為37.2 d，平均綿雨量達222.7 mm，綿雨日數是歷史上排位最多的一年，2002年綿雨日數平均為7 d，綿雨量為40.0 mm，秋綿雨是最輕的一年；綿雨量和綿雨日數均呈現線性減少趨勢，線性傾向率分別為每10 a減少13.33 mm和1.69 d，其相關系數分別為-0.45(達到了95%信度)和-0.48(達到了95%信度)。

圖1 1961—2017年貴州秋季綿雨量(a)和綿雨日數(b)距平的年際變化Fig.1 Guizhou autumn continuous precipitation from 1961—2017(a) and change in daily anomalies(b)

2.1.2 綿雨日數的時間分配 貴州秋綿雨在秋季各月均有出現。省的大部分地區以10月份出現綿雨的頻率最大，占秋季的45.2%；9月次之占27.9%；11月最小占26.9%(圖2)。綿雨最大頻率出現時間，自省的西、西南向東、東南推遲。由于貴州雨季結束時間自省的西部地區向東部地區逐漸推遲，從而決定了秋季綿雨時間分配規律具有明顯的地區差異，即省西部地區9月的綿雨多于11月，中部和東部地區則相反，9月綿雨出現的頻率小于11月。持續時間最長的綿雨日數，出現在1964年的10月中旬至—1月上旬，織金縣長達31 d。

圖2 貴州9月(a)、10月(b)、11月(c)綿雨頻率分布圖(單位：%)Fig.2 The distribution of precipitation frequency in Guizhou in September, October, and November

2.1.3 不同量級的綿雨日數 9—11月貴州小雨、中雨、大雨和暴雨以上4個量級的降雨日數平均分別為15.47 d、2.73 d、0.84 d和0.23 d，分別占總綿雨日數的80.28%、14.16%、4.35%和1.19%，其中小雨對綿雨的貢獻率最大。分析各量級綿雨日數年際變化可知，4個量級降水均呈線性減少趨勢(圖略)。

2.1.4 突變檢驗 用Mann-Kendall法[9]對秋季各月綿雨日數序列和綿雨量進行突變檢驗，從圖3可知，9月在1961—1989年間，UF數值均大于0，表明20世紀60—80年代9月綿雨日數呈上升趨勢，在70年代中前期超過置信水平線，其增強趨勢顯著，自1989年之后，UF數值小于0，且一直下降，表明綿雨日數減少，在2006年超過置信水平線，減少趨勢明顯，10月UF數值在1963—1969年間大于0，表明60年代10月綿雨日數呈上升趨勢，但未超出置信水平線，上升趨勢不顯著，1969年之后，其數值均小于0，綿雨日數序列呈下降趨勢，9月和10月UF與UB曲線有較多個交叉點，根據Mann-Kendall法理論，認為該兩月綿雨日數在1961—2017年不存在顯著性突變時間點；11月綿雨日數從UF數值可知，在20世紀60年代有一定的減少趨勢，70年代初期至80年代前期出現了小幅的增加，之后又出現明顯的減少，20世紀90年代前期這種趨勢超過0.05的顯著性水平檢驗，綿雨日數的減少趨勢顯著；根據UF和UB曲線交點的位置，表明1986年前后是11月綿雨日數由多變少的突變點，結合圖4分析，1961—1985年11月綿雨日數偏多年有15 a，1987—2017年11月綿雨日數偏少年有24 a，與上述結論吻合。綿雨期降雨量UF呈標準正態分布，在UF和UB曲線相交之前UF曲線均位于臨界線以內，未超出置信水平線，綿雨期間綿雨量一直呈下降趨勢，在1990年超過置信水平線，綿雨量減少趨勢顯著。

圖3 1961—2017年貴州秋綿雨日數的Mann-Kendall檢驗結果Fig.3 The Mann—Kendall test results of autumn continuous rainy days in 1961—2017

圖4 1961—2017年11月貴州綿雨日數逐年變化圖Fig.4 Annual change of Guizhou continuous rainy dadys from 1961 to 2017 November

2.2 空間分布特征

圖5給出了近60 a平均綿雨量和綿雨日數的分布圖。從圖5a中可以看出，貴州西部綿雨量為最大區，最大值達到182.5 mm，在東南部麻江、都勻一線是第二個綿雨量較重區，中心值達163.4 mm，其次為北部地區；黔東南、黔南、黔西南3個自治州南部是綿雨量最輕區域，在100 mm以下，總趨勢為從西、西北向東、東南逐漸減弱。

年平均綿雨日數圖5b自省西北部向東南部地區遞減，習水—金沙—織金—晴隆—盤州一線以西以北的絕大部分縣市平均綿雨日數超過25.0 d，其中大方超過30.0 d，望謨、龍里、獨山、劍河、黎平一線以南地區，年平均綿雨日數在15 d以下，其余地區介于15.0～25.0 d。其次，秋季綿雨的年平均次數也符合上述規律(圖略)，如自西向東的畢節、遵義和銅仁的年平均秋季綿雨次數分別為3.8、3.0和2.1次；自西北向東南的畢節、安順和羅甸的年平均秋季綿雨次數分別為3.8、2.8和2.3次。

圖5 貴州1961—2017年秋季綿雨期降雨量(a，單位：mm)、9—11月綿雨日數(b，單位：d)空間分布Fig.5 The autumn continuous rainy days and spatio distribution in 1961—2017 in Guizhou

3 典型輕、重綿雨年的環流特征

根據全省76站綿雨日數、站數和最長持續日數，選取典型重綿雨年的1964年10月11—31日，1981年9月29日—10月15日，1981年10月30日—11月10日，1982年9月8—20日4個重綿雨時段和典型輕綿雨年的1998年10月6—13日，2002年10月18—23日，2003年9月1—7日3個輕綿雨時段，進行環流分析。

3.1 典型重綿雨年的環流分析

從圖6可知，500 hPa平均高度圖上，中高緯地區呈兩槽一脊形勢，烏拉爾山附近為一弱高壓脊，其兩側分別于西歐和東亞各為低壓槽；西風帶鋒區位置偏南，東亞大槽較常年偏強，槽底偏南，在低緯副熱帶高壓西伸脊點在140°E附近，偏東偏弱，極渦偏強，位置偏南。另外，南支有小波動移動；在700 hPa風場上，我省受孟加拉灣西南暖濕氣流和南海附近的東南暖濕氣流影響，水汽充足；地面在我省西部有一南北向的鋒區存在。在這樣的環流形勢下，高壓脊前常有小槽引導冷空氣不斷南下到低緯地區，與此同時，南面暖濕氣流向北輸送，兩股氣流交綏于滇黔交界處，勢均力敵，維持活躍的靜止鋒天氣，產生秋季綿雨天氣過程。

3.2 典型輕綿雨年的環流分析

在綿雨輕年環流圖上(圖7)，500 hPa中高緯盛行緯向環流，多小波動，東亞大槽偏弱，位置偏西，槽底偏北，極渦明顯偏弱，低緯地區副熱帶高壓較常年偏強，南支槽偏西，700 hPa風場上，我省受西南暖濕氣流控制；地面有一東西向的鋒區，梯度較重綿雨年弱。

4 結論

① 秋季綿雨量和綿雨日數以13.3 mm/10 a、1.69 d/10 a的趨勢遞減；小雨對綿雨的貢率最大，且小雨、中雨、大雨、暴雨4個量級降水均呈現線性減少趨勢。

圖6 貴州典型重綿雨年500 hPa、700 hPa、海平面氣壓場合成圖Fig.6 The typical strong rainy years at 500 hPa, at 700 hPa, and sea level pressure field composite map

圖7 貴州典型輕綿雨年500 hPa、700 hPa、海平面氣壓場合成圖Fig.7 The typical weak rainy years at 500 hPa, at 700 hPa, and sea level pressure field composite map

② 秋季綿雨在各月均有出現，10月綿雨出現頻率最大，9月次之，11月最小。

③ 貴州9月綿雨日數在20世紀60—80年代呈上升趨勢，70年代中前期增強趨勢顯著；10月綿雨日數在60年代呈上升趨勢，9月和10月在1961—2017年間不存在顯著性突變時間點；11月綿雨日數在60年代有一定的減少趨勢，70年代初至80年代前期出現小幅增加，之后明顯減少，在1986年前后發生了突變。

④ 近60 a貴州平均綿雨量從西、西北向東、東南逐漸減弱；綿雨日數和發生次數也是自西北部向東南部逐漸遞減。

⑤ 典型重綿雨年500 hPa中高緯為經向環流，東亞大槽偏強，槽底偏南，副熱帶高壓偏東，極渦偏強，700 hPa西南暖濕氣流和東南暖濕氣流向北輸送，地面有一南北向的鋒區存在；典型輕綿雨輕年500 hPa盛行緯向環流，多波動，東亞大槽偏弱，槽底偏北，極渦明顯偏弱，副熱帶高壓較常年偏強，南支槽偏西，700 hPa受西南暖濕氣流控制；地面有一東西向的鋒區。