南通地区1970-2019年夏季降水特征和极端降水事件分析

摘要：利用1970-2019年南通各区县的逐日降水资料，探究了南通地区夏季降水的年际变化和极端降水事件特征。结果表明，1970-2019年夏季降水总体呈上升趋势，另外，夏季降水量存在显著的季节内变化，表现为初夏（5月和6月）和后夏（7月和8月）的降水量差异明显。厄尔尼诺事件对南通地区夏季降水影响显著，厄尔尼诺次年夏季，降水一般偏少，并且厄尔尼诺事件强度增强，降水偏少的概率也增强。南通地区极端降水的日数呈上升趋势，各区县总极端降水日数在海门站、南通站、通州站最多，在启东站和吕泗站最少。1991年、1999年、2011年南通地区是出现极端降水最多的年份，这些年份在西北太平洋上均出现一异常反气旋，该异常反气旋西北侧的西南风异常能使东亚夏季风增强，给南通地区带来了暖湿气流，是该地区这些年份极端降水日数异常偏多的直接原因。

关键词：南通，夏季降水，极端降水

1引言

近年来，灾害性气候给我国经济建设和社会发展造成了巨大影响，而洪涝灾害最常见最严重的自然灾害之一，尤其是位于东亚季风活动影响的中国大陆东部地区，是洪涝灾害的多发地，特别是20世纪90年代以来，洪涝灾害发生更为频繁[1-4]。江淮流域是中国重要的经济发展区和粮食产区，也是受旱涝灾害最为严重的区域之一。大量研究表明，导致江淮地区旱涝的物理因子众多，例如赤道太平洋海温、青藏高原积雪、极冰以及土壤湿度等。南通位于江淮流域，洪涝灾害的影响不容小觑，因此，研究南通地区的降水特征以及影响因子，有助于提高夏季旱涝的预测能力，有重要的理论意义和应用价值。

另外，在全球变暖的背景下，极端气候变化所带来的经济损失在过去40a中平均上升了10倍。在过去几十年中，我国大范围明显的降水增长趋势主要在西部地区，而东部季风区降水变化的趋势区域性差异较大，长江流域及其以南地区降水增多，表现在极端降水日数呈上升趋势；但华北地区降水减少，表现为强降水日数呈降低趋势[5-6]。由此可见，伴随着未来百年的增温，南通地区极端降水将呈增加趋势，那么南通的极端降水的特征为何以及未来的变化都是值得深入研究的课题。

2资料与方法

（1） 江苏省气候中心的1970-2019年南通各区县（海安、如皋、如东、通州、南通、海门、启东、吕泗）的逐日降水资料。

（2） 1970–2019年NCEP/NCAR月平均风场和海平面气压场再分析资料，分辨率为2.5°×2.5°，垂直方向17层（1000–10hPa）。

（3） 1970–2019年NOAA月平均降水重建资料（PREC），分辨率为2°×2°。

（4） 1970–2019年NOAA提供的冬季Niño3.4指数。

文中所采用的主要研究方法包括合成分析、相关分析、差值分析、线性趋势分析等，并用t检验检验了差值分析的显著性。对NECP/NCAR资料的具体处理方法是：先提取季节平均资料，为了突出年际变率去掉线性趋势后，再减去气候平均态所得的异常值用于分析，其中气候平均态是所研究阶段的多年平均值（即1970-2019年）。

3南通地区夏季降水年际变化特征

图1为南通地区夏季降水量的时间序列，图中的降水量指八个站平均的夏季总降水量（6月、7月、8月之和）。由图1可知，夏季降水量有较为明显的年际变化，由线性回归趋势分析可以看出，从1970-2019年降水量总体呈上升趋势；夏季年平均降水量为527.82mm；降水量峰值出现在2015年，达到了918.73mm；最低值出现在1978年，仅为231.23mm。 该结果与黄亮等[7]的结果一致。

图1 南通地区夏季降水量的时间序列（单位：mm）

（蓝色实线代表降水量，黑色虚线代表线性回归序列）

苏同华等[8]提出，夏季风带来的夏季降水存在显著的季节内变化，主要表现在副高的两次北跳和雨带的北进，对应着江淮梅雨的开始与结束。因此根据Wang et al. [9]的定义，将夏季分为初夏（5月和6月）和后夏（7月和8月）分别研究。图2为南通地区1970-2019年初夏和后夏降水量的时间序列，有图可知，夏季降水在初夏和后夏时期有显著差异，尤其在20世纪70年代前期和21世纪10年代，两个时期的降水量差异较大，说明南通地区夏季降水存在较为明显的季节内变化，因此在季节预报时有必要将夏季分为初夏和后夏分别展开，有助于提高夏季降水的预报准确率。

图2 南通地区初夏和后夏降水量的时间序列（单位：mm）

（黑色实线代表初夏降水量，蓝色虚线代表后夏降水量）

4南通地区夏季降水与El Niño事件的关系

4.1 El Niño事件的定义

El Niño事件是赤道中、东太平洋海温异常（SSTA）出现大范围偏暖的现象，是最强的海气相互作用信号之一。2017年2月中国气象局颁布气象行业标准《厄尔尼诺/拉尼娜事件判别方法》 (QT/T370-2017)，来定义厄尔尼诺/拉尼娜事件，标准为：Niño3.4海区的海表温度距平的3个月滑动平均绝对值超过0.5℃、至少连续5个月即认定为厄尔尼诺/拉尼娜事件发生。Niño3.4海区的海表温度距平大于1.5℃定义为中等强度的厄尔尼诺。

4.2 1970-2019年南通夏季的旱涝情况

气象上有多种指标可应用于站点旱涝情况的判别，本文采用气候学上常用的降水距平百分率Pa来表示南通夏季的旱涝情况。降水距平百分率Pa是指某时间段的降水量与同期多年平均降水量相比的百分率。

其中p为某个时间段的降水量，为同期多年平均降水量，取气候态为1970-2019年50年的平均。图3为南通地区夏季降水距平百分率的时间序列，可以看出，从1970-2019年，降水距平百分率呈上升趋势，21世纪初以来，主要表现为降水正距平，说明南通地区偏涝。

图3 1970-2019年南通地区夏季降水距平百分率的时间序列（柱状，红色柱状表示降水正距平，蓝色柱状表示降水负距平）和线性回归时间序列（黑色实线）

根据统计分析（表1），1970-2019年厄尔尼诺事件有17次，其中南通地区夏季降水偏多的年份为5次，几率为29.4%，降水偏少的年份为12次，几率为70.6%；中等强度及以上的厄尔尼诺年，除2016年外，其余年份均偏少，几率为83.3%。因此，以上分析表明：厄尔尼诺事件对南通地区夏季降水影响较大，中等强度及以上的厄尔尼诺事件对南通地区夏季降水影响更明显，表现为厄尔尼诺次年夏季，降水一般偏少，概率为70.6%；而随着厄尔尼诺强度增强，降水偏少的概率也增强，达到83.3%。

表1为1970年以来的厄尔尼诺事件和对应的降水距平百分率，其中*表示中等强度及以上的厄尔尼诺事件

5南通地区夏季极端降水特征分析

本文选取世界气象组织气象学委员会(WMO-CCL)及气候变率和可预报性研究计划(CLLVAR)推荐的极端降水指数中的一个指标，将南通地区的极端降水指数（R10）定义为日降水量超过10mm的日数。

5.1各区县极端降水特征对比

表2为1970-2019年南通各区极端降水统计，1970-2019年，南通各区县总极端降水日数呈现西多东少的特征，位于西部靠近长江的海门站、南通站、通州站总极端降水日水大于等于690天，位于东部沿海沿江的启东站和吕泗站则极端降水日数不足650天；海安站、如皋站、如东站年平均极端降水日数则分别为13.4天、13.4天、13.3天。统计发现，1991年、1999年、2011年南通地区是出现极端降水最多的年份，除启东站外，其他各站的极端降水日数的最高和次高的年份都是这三年，其中，海安站年降水日数最多达到了26天。

表2 1970-2019年南通各区极端降水统计

5.2 1991年、1999年和2011年极端降水事件

图4为1991年、1999年、2011年夏季海平面气压异常场和850hPa水平风异常场。从850hPa风场上可以看出，这三年在西北太平洋上均出现一异常反气旋，该异常反气旋西北侧的西南风异常能使东亚夏季风增强[10-11]，图5为南通地区1991年、1999年、2011年夏季降水异常场，可以看到异常西南风给江淮地区带来了暖湿气流，从而使得该地区降水异常偏多。南通地区受此大范围环流影响，使得这三年的极端降水异常偏多。

图4 (a)1991、(b)1999、(c)2011年夏季海平面气压异常场（填色；单位：hPa）和850hPa水平风异常场（矢量；单位：m/s）

图5 南通地区(a)1991、(b)1999、(c)2011年夏季降水异常场（填色；单位：mm/day）

6 结论

通过使用1970-2019年南通各区县的逐日降水资料、NCEP/NCAR的月平均风场和海平面气压场的再分析资料以及NOAA月平均降水重建资料（PREC），进行了南通地区夏季降水特征和极端降水事件分析，主要得出了以下结论：

（1） 由八个站平均的夏季（6月、7月、8月）总降水量的线性回归趋势分析可知，1970-2019年夏季降水总体呈上升趋势。夏季年平均降水量为527.82mm；降水量峰值出现在2015年，达到了918.73mm；最低值出现在1978年，仅为231.23mm。另外，夏季降水量存在显著的季节内变化，初夏（5月和6月）和后夏（7月和8月）的降水量差异明显，尤其是在20世纪70年代前期和21世纪10年代。

（2） 1970-2019年，厄尔尼诺事件对南通地区夏季降水影响较大，且中等强度及以上的厄尔尼诺事件对南通地区夏季降水影响更明显，表现为厄尔尼诺次年夏季，降水一般偏少，概率为70.6%；而随着厄尔尼诺强度增强，降水偏少的概率也增强，达到83.3%。

（3） 1970-2019年，南通各区县总极端降水日数呈现西多东少的特征，位于西部靠近长江的海门站、南通站、通州站总极端降水日水最多，超过了685天，位于东部沿海沿江的启东站和吕泗站则极端降水日数最少，不足650天；海安站、如皋站、如东站极端降水日数则次之，分别为671天、672天、667天。通过统计发现，1991年、1999年、2011年南通地区是出现极端降水最多的年份，这三年在西北太平洋上均出现一异常反气旋，该异常反气旋西北侧的西南风异常能使东亚夏季风增强，给南通地区带来了暖湿气流，从而使得该地区降水异常偏多。

参考文献

[1]叶笃正，黄荣辉，等.黄河长江流域旱涝规律和成因研究[M].北京：山东科技出版社，1996:387.

[2]陶诗言，李吉顺，王昂生.东亚季风与我国洪涝灾害[J]. 中国减灾，1997, 7(4):17-20;24.

[3]李吉顺，王昂生，陈家田. 90年代局地气候变化与长江流域水旱灾害[J]. 中国减灾, 2000, 10(3): 29-31; 37.

[4]冯强，陶诗言，王昂生,等.暴雨洪涝灾害对社会经济和人民生活的影响分析[J]. 灾害学, 2001, 16(3): 44-48.

[5]翟盘茂，任福民. 中国降水极值变化趋势检测[J]. 气象学报, 1999, 057(002):208-216.

[6]翟盘茂, 邹旭恺. 1951-2003年中国气温和降水变化及其对干旱的影响[J]. 气候变化研究进展, 2005(01):15-18.

[7]黄亮, 沈亚平, 彭小燕,等. 近60年来南通市夏季气温和降水的变化特征[C]. 第27届中国气象学会年会气候资源应用研究分会场论文集. 2010.

[8]苏同华, 薛峰. 东亚夏季风环流和雨带的季节内变化[J]. 大气科学, 2010,34 (3): 611–628.

[9] Wang Y, Li S, Luo D. Seasonal response of Asian monsoonal climate to the Atlantic Multidecadal Oscillation[J]. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 2009, 114.

[10] Wu R, Hu Z Z, Kirtman B P. Evolution of ENSO-Related Rainfall Anomalies in East Asia[J]. Journal of Climate, 2003, 16(22):3742-3758.

[11] Li T, Wang B, Wu B, Zhou T, Chang C-P, Zhang R. Theories on formation of an anomalous anticyclone in western North Pacific during El Niño: A review [J]. Journal of Meteorological Research, 2017, 31(6):987-1006.

作者简介：顾浩（1994.10），男，汉族，江苏海门人，本科学历，中级工程师，从事研究方向或职业:公共气象服务与气象观测。