引言

暴雨的气候研究与暴雨其他各个方面的研究同等重要, 所有研究成果都是为了更好地提高暴雨预报准确率。近十年来, 针对我国一些有共同区域气候特征的暴雨统计分析工作不断开展:朱宵峰等^[1]针对长江下游地区的汛期暴雨开展了气候特征分析; 林妤等^[2]针对我国西北地区的暴雨气候变化特征开展了分析; 谢五三等^[3]针对淮河流域的暴雨特征开展了分析; 邹立尧等^[4]针对我国东北暴雨气候特征开展了分析; 伍红雨等^[5]则针对我国华南暴雨的气候特征及变化开展了分析。还有更多关于小区域、小范围及单站的暴雨气候统计分析工作, 其研究结论和成果为暴雨的气候诊断和预报预测提供了更多的参考依据。但是, 针对全国范围的暴雨气候统计分析工作至今还极为少见, 这种大范围的气候统计分析工作极具难度却非常重要。

2008年, 在中国气象局的关心和支持下, 中国气象局武汉暴雨研究所开始编撰我国《暴雨年鉴》, 至今已编撰出版了2008-2013年的《暴雨年鉴》共六卷^[6-11]。《暴雨年鉴》是一本全面反映、准确记录当年我国暴雨状况的资料汇集, 为气象部门开展暴雨科学研究、暴雨灾害评估、暴雨预报总结提供了基础检索资料。它的问世, 对于我们科学地分析和认识暴雨的活动规律, 把握暴雨灾害的影响特征, 提高暴雨灾害的监测预警能力和气象灾害的防御能力具有十分重要的意义。此外, 杨荆安、廖移山、闵爱荣、邓雯、张芳华等^[12-17]对这几年4-10月我国的主要暴雨天气过程进行了简述和分析, 得到了许多关于我国主要降水期间暴雨特征的分析结果。

本文以2008-2013年《暴雨年鉴》的统计分析结果为基础, 对这6 a的暴雨分布情况和变化趋势进行分析, 并对年鉴中的一些重要信息进行提炼加工和统计分析, 为暴雨预报提供最新的短期气候背景。

1 资料及说明

本文采用《暴雨年鉴》中的相关定义及标准, 分别说明如下:

(1) 暴雨分级标准:日降水量50~99.9 mm为暴雨, 100~249.9 mm为大暴雨, 大于等于250 mm为特大暴雨。

(2) 暴雨日:只要有1站日降水量大于等于50 mm, 当日即作为1个暴雨日。

(3) 区域性暴雨日:同一片雨区中, 有15站日降水量大于等于50 mm, 当日即作为一个区域性暴雨日。

(4) 主要暴雨过程:过程中至少有1 d达到区域性暴雨日标准, 且至少在一个区域性暴雨日中有2个或以上站达到大暴雨标准。过程的起止日必须有5个或以上站日降水量大于等于50 mm。对于跨月份的主要暴雨过程, 以暴雨首日出现的时间确定暴雨出现月份。

(5) 降水资料日界:20-20时(北京时, 下同)。

2 降水与暴雨 2.1 年降水量

某观测站年降水量为该站一年中所有日降水量的累积之和。图 1首先给出了2008-2013年全国年降水量分布图。由图 1可以看出我国年降水量分布总体趋势基本上都是由西北向东南依次递增的, 西南地区东部、江汉地区、江淮地区、江南地区及华南地区年降水量大多超过1 000 mm, 这些区域也是每年暴雨的多发区域。值得注意的是, 除华南部分地区(尤其是海南)年降水量常常超过2 000 mm以外, 江西中部和北部、福建西北部、浙江西南部则是另一个年降水量可超过2 000 mm的大值中心, 尤其是赣东北地区, 是一个明显的强降水中心, 2010年和2012年分别有17站和19站年降水量达到2 500 mm以上, 2012年位于武夷山西北侧的江西抚州资溪县年降水量高达3 087 mm, 接近当年全国最大年降水量。

表 1给出了2008-2013年全国最大年降水量及出现地点。从表中可以看到, 这6 a全国最大年降水量位于2 791~3 413 mm之间, 平均为3 000 mm, 6 a间无明显增大或减小的变化趋势。出现的地点都位于华南地区, 其中以海南省居多, 但2012-2013年连续两年都出现在广西防城。

2.2 暴雨日数

暴雨日数为日降水量大于等于50 mm的降水出现的天数, 它包含了暴雨、大暴雨、特大暴雨三个级别降水。图 2给出了2008-2013年全国暴雨日数分布图, 可以看出我国年暴雨日数分布与年降水量分布有较好的对应关系, 我国西北地区大部、内蒙古大部、西藏地区及西南地区北部全年基本没有暴雨发生(这些地区年降水量大多不足500 mm), 其余地区年暴雨日数总体趋势基本上也是由西北向东南依次递增的, 它们大多在1~6 d; 华南南部(尤其是海南)为显著的暴雨多发区, 年暴雨日数常常超过10 d; 赣闽浙三省交界的区域、四川盆地西部为另外两个较为显著的暴雨多发区, 它们的年暴雨日数大多超过6 d。

表 2为2008-2013年全国最大年暴雨日数及出现地点, 从表中可以看到, 这6 a中最大年暴雨日数位于15~22之间, 出现的地点多位于华南地区, 主要集中在两广沿海及海南省。但2012年最大暴雨日数出现在江西资溪, 有18个暴雨日。

对比表 1与表 2可以看到, 全国最大年降水量出现的站点与最大年暴雨日数出现的站点并不是一一对应, 但对比图 1与图 2可以清楚地看到, 年降水量大值区域与年暴雨日数大值区域具有很好的对应关系, 2010年、2012年赣西北及其与之交界的闽、浙、皖部分地区年降水量和暴雨日数都是明显的大值中心, 2012年江西资溪年降水量高达3 087 mm, 接近当年全国最大年降水量, 而暴雨日数为18 d, 为当年出现暴雨最多的站点。

表 3为2008-2013年1-12月全国暴雨日数, 从中可以看到, 这6 a全国暴雨日数在190~237 d之间, 每年平均暴雨日数为217.5 d, 接近2/3。

图 3为2008-2013年6 a合计的1-12月总暴雨日数直方图, 从图中可以更清楚地看到这6 a每个月出现的暴雨日数分布情况。结合表 3可见, 约有95%的暴雨日出现在3-11月, 约有77%的暴雨日出现在4-10月, 约有68%的暴雨日出现在5-9月, 以6、7、8月为最多, 除个别年份6月偶有一天没出现暴雨外, 这三个月我国范围内基本上每天都有暴雨出现。图 3中暴雨日数分布基本呈对称分布, 由7月峰值向两端依次减少, 每年12月到次年1月为全国暴雨日数最少的月份, 每月约2~3天。此外, 除2009年1月、12月, 2011年1月没出现暴雨日外, 其它月份都有暴雨出现。

表 4进一步给出了2008-2013年我国暴雨日的部分特征统计, 主要包括第一个暴雨日和最后一个暴雨日出现的时间、地点以及每一年日降水量大于等于50 mm最大总站数及出现时间。从表中可以看到, 2009、2011年第一个暴雨日出现在2月, 其它年份都出现在1月; 2009年最后一个暴雨日出现在11月, 其它年份都出现在12月。2010年1月1日海南出现暴雨, 这是一年中出现暴雨的最早日期, 第一个暴雨日出现的地点则主要位于华南、江南或西南地区。2008年12月30日海南出现暴雨, 这是一年中出现暴雨的最后日期, 最后一个暴雨日出现的地点则主要位于华南或江南地区。

从表中还可以看到, 这6 a中每年日降水量大于等于50 mm的最大总站数位于135~204站之间, 从出现的时间看, 6月出现3次, 7月出现2次, 5月出现1次。

2.3 区域性暴雨日

同一片雨区中, 有15站日降水量大于等于50 mm, 当日即作为一个区域性暴雨日。它表明当日我国某一区域出现了一次范围比较大的暴雨, 而低于这一标准的局地性暴雨由于出现范围较小而未统计。表 5给出了2008-2013年我国区域性暴雨日的统计数据, 从表中可以看到, 这6 a中区域性暴雨日位于93~123 d之间, 平均约为107 d, 2009、2011年我国降水偏少, 区域性暴雨日不足100 d, 2010年降水充沛, 区域性暴雨日多达123 d。

2010年第一个区域性暴雨日出现在1月21日, 为6 a中最早出现的月份, 2011年第一个区域性暴雨日出现在4月16日, 为6 a中最迟出现的月份, 日降水量大于等于50 mm总站数平均约23站。最后一个区域性暴雨日大多出现在11月, 2013年12月16日出现的区域性暴雨则为6 a中出现最晚的一日, 日降水量大于等于50 mm总站数平均约65站。

2.4 主要暴雨过程

统计划分"主要暴雨过程"是为了与一般暴雨过程进行区别, 在主要暴雨过程中至少有1 d要达到区域性暴雨日标准, 雨区中至少有2个站达到大暴雨量级, 过程的起止日必须有5个或以上站达到暴雨标准。这一标准从范围、强度、时间三个方面对"主要暴雨过程"进行了限定, 以区别于次数更多的一般暴雨过程(包含众多的局地性暴雨过程)。

表 6给出了2008-2013年1-12月我国主要暴雨过程次数, 从表中可以看到, 这6 a主要暴雨过程次数在30~44次之间, 平均每年为39次。

图 4为2008-2013年6 a合计的1-12月主要暴雨过程次数直方图, 从图中可以更清楚地看到这6 a每个月出现的主要暴雨过程次数分布情况。结合表 6可见, 约有96%的主要暴雨过程出现在4-10月, 约有83%的主要暴雨过程出现在5-9月, 约有58%的主要暴雨过程出现在6-8月, 以7月最多, 呈对称分布, 向两端依次减少。每年12月到次年3月, 除少数年份外, 大多数都没有出现主要暴雨过程。主要暴雨过程次数分布特征与图 3表征的暴雨日数分布特征极为相似, 暴雨日数与主要暴雨过程次数是密切相关的。

表 7进一步给出了2008-2013年1-12月由热带气旋登陆引起的主要暴雨过程次数, 从表中可以看到, 这6 a中每年由热带气旋登陆引起的主要暴雨过程次数在6~9次之间, 平均为8次。

图 5为2008-2013年6 a合计的1-12月由热带气旋登陆引起的主要暴雨过程次数直方图, 从图中可以更清楚地看到这6 a中每个月由热带气旋登陆引起的主要暴雨过程次数分布情况。结合表 7可见, 约有94%的由热带气旋登陆引起的主要暴雨过程出现在6-10月, 约有67%的过程出现在7-9月, 以8月最多, 呈对称分布, 向两端依次减少。每年12月到次年3月、5月都没有出现由热带气旋登陆引起的主要暴雨过程。这种分布特征与图 4较为一致, 但是峰值由7月份后推至8月份, 它反映了热带气旋在8月份登陆并造成暴雨过程的次数最多。

3 特大暴雨与极端降水 3.1 特大暴雨

特大暴雨是日降水量大于等于250 mm的极强降水, 具有极高的致灾性, 因而统计分析这类降水对于更好地认识它们具有重要意义。表 8给出了2008- 2013年特大暴雨概况, 从中可以看出2008-2013年这6 a出现在我国的特大暴雨站次在14~35之间, 平均每年为26站次, 其中2010年特大暴雨站次最多达35, 2011年最少为14。从表中还可以看到, 第一个特大暴雨最早出现在4月19日, 其余多数出现在5-6月, 从出现的地点来看, 4次在广东且多出现在沿海, 这4次均出现在4-5月, 另外2次分别出现在江西和广西, 且均出现在6月。最后一个特大暴雨最迟出现在11月11日, 其余多数出现在10月且均出现在海南。

从2008-2013年全国特大暴雨日数分布(图略)可以看出, 特大暴雨主要出现在我国南方地区, 尤以华南居多, 而北方地区偶有特大暴雨出现。一年中一个站出现特大暴雨的次数最多为2次。

3.2 最大日降水量

最大日降水量系指一年中我国出现的最大24 h降水量(20-20时)。表 9给出了2008-2013年最大日降水量概况, 从表中可以看出, 年最大日降水量出现的时间介于每年6-10月之间, 降水量值介于336.1~614.7 mm之间。值得注意的是, 除2013年以外, 每年最大日降水量均由登陆的热带气旋所引发, 而出现的地点都位于我国东部及南部的沿海省份, 由此可见由热带气旋登陆引起的降水是极其强烈的。

使用我国1961-2013年有完整记录的1 934个台站的降水资料(不含港澳台), 统计1-12月全国最大日降水量, 制作出图 6。由图可见, 1961年以来, 4-10月每个月全国最大日降水量都在600 mm以上, 这些降水大多是由登陆的热带气旋所引发的, 且绝大多数都出现在广东或者海南。1975年8月7日20时-8日20时由7503号超强台风"尼娜"(Nina)登陆后在河南上蔡造成的755.1 mm的日降水量成为1961-2013年有完整记录的气象台站中最强的日降水量。

3.3 突破历史记录日降水量

由于使用的是1961年以来有完整记录的降水资料, 统计结果表明2008-2013年每年突破1961年至当年前一年历史记录日降水量的站次分别为32、33、72、28、59和55, 平均为46站次。2011年破记录站次最少, 仅有28站次, 而2010年破记录站次最多, 达72站次。

4 重大暴雨事件 4.1 综合评定暴雨事件的思路

在《暴雨年鉴》的编撰中, 根据暴雨过程的降水和灾情资料, 按照降水强度、降水范围、灾情大小等进行综合排序, 遴选出当年降水强度强、范围大、影响显著的10次重大暴雨事件。重大暴雨事件一般在"主要暴雨过程"中选取, 但部分暴雨过程尽管没有达到"主要暴雨过程"的录选标准, 但由于其持续时间长或降水强度大或造成灾情重而被遴选为当年重大暴雨事件。

4.2 2008-2013年度全国重大暴雨事件纪要表

表 10-15分别为2008-2013年度10次全国重大暴雨事件纪要表, 表中简要列出了每次事件出现的时间、事件的简称以及每次事件所造成的直接经济损失。从表中可以看到, 这6 a全国重大暴雨事件均出现在5-11月, 其中南方暴雨占多数, 直接经济损失从1亿元至600多亿元不等, 平均约为109亿元。

在表 16中进一步列出了2008-2013年1-12月10次全国重大暴雨事件在不同月份出现的次数, 从表中可以看到这6 a全国重大暴雨事件全部分布在5- 11月, 每年10次重大暴雨事件中由热带气旋登陆引起的次数为3~6次, 平均每年为4次, 占40%。

图 7为2008-2013年6 a合计的1-12月全国重大暴雨事件出现次数直方图, 从图中可以更清楚地看到这6 a每个月出现的重大暴雨事件次数分布情况。结合表 16可见, 90%重大暴雨事件集中出现在6-9月, 77%集中出现在6-8月, 其中7-8月出现次数最多。

5 结论

通过分析2008-2013年我国暴雨分布情况、变化趋势和演变规律, 得到以下结论:

(1) 我国年降水量分布总体趋势由西北向东南依次递增, 西南地区东部、江汉地区、江淮地区、江南地区及华南地区年降水量大多超过1 000 mm, 这些区域也是每年暴雨的多发区域。2008-2013年全国最大年降水量数值位于2 791~3 413 mm之间, 平均为3 000 mm, 6 a间无明显增大或减小的变化趋势。

(2) 我国西北地区大部、内蒙古大部、西藏地区及西南地区北部全年基本没有暴雨发生, 其余地区年暴雨日数分布与年降水量分布有较好的对应关系, 年暴雨日数由西北向东南依次递增, 华南南部(尤其是海南)为显著的暴雨多发区, 年暴雨日数常常超过10 d; 赣闽浙三省交界的区域、四川盆地西部为另外两个较为显著的暴雨多发区。全国暴雨日数平均为217.5 d, 以6、7、8月为最多。我国区域性暴雨日每年平均约为107 d。

(3) 主要暴雨过程次数在30~44次之间, 平均每年为39次, 其中由热带气旋登陆引起的主要暴雨过程次数在6~9次之间, 平均为8次。约有58%主要暴雨过程出现在6-8月, 以7月最多, 呈对称分布, 向两端依次减少。主要暴雨过程次数时间分布特征与暴雨日数时间分布特征具有密切的关系。而由热带气旋登陆引起的主要暴雨过程约有67%出现在7-9月, 以8月最多。

(4) 每年我国出现特大暴雨的站次平均为26。特大暴雨主要出现在我国南方地区, 尤以华南居多, 而北方地区偶有特大暴雨出现, 一年中一个站出现特大暴雨的次数最多为2次。年最大日降水量出现的时间介于每年6-10月之间, 降水量值介于336.1~614.7 mm之间。除2013年以外, 每年最大日降水量均由登陆的热带气旋所引发, 而出现的地点都位于我国东部及南部的沿海省份。每年突破1961年至当年前一年历史记录日降水量的站次平均为46。

(5) 根据暴雨过程的降水和灾情资料, 按照降水强度、降水范围、灾情大小等进行综合排序, 每年遴选出强度强、范围大、影响显著的10次重大暴雨事件。它们均出现在5-11月, 其中南方暴雨占多数, 直接经济损失从1亿元至600多亿元不等, 平均约为109亿元。每年10次重大暴雨事件中约有77%出现在6-8月, 由热带气旋登陆引起的次数平均每年为4次。