江西省汛期暴雨时空分布及区域性暴雨分区

孙素琴;许爱华;郑婧;陈翔翔;马锋敏

【摘 要】利用1959-2014年江西省83个国家气象站汛期逐日降水资料,运用要素分析和EOF、REOF分析等统计方法,分析了江西省汛期暴雨和区域性暴雨的时空分布特征.结果表明:近56 a来江西省汛期多年平均暴雨日和日暴雨量分布呈从西南至东北递增的特征.4-6月日暴雨频次和当月降水贡献率呈逐月上升趋势,7月上旬略有下降,日暴雨中心大多位于江西省中南部,落区略有差异.江西省汛期区域性暴雨分为6个分布型态:江西省北部沿江型、江西省中北部型、浙赣铁路东段型、浙赣铁路西段型、江西省中部型和江西省南部型. 【期刊名称】《气象与减灾研究》 【年(卷),期】2016(039)002 【总页数】8页(P90-97)

【关键词】暴雨;时空分布;REOF分析;客观分区 【作 者】孙素琴;许爱华;郑婧;陈翔翔;马锋敏

【作者单位】江西省气象台,江西南昌330096;江西省气象台,江西南昌330096;江西省气象台,江西南昌330096;江西省气象台,江西南昌330096;江西省气候中心,江西南昌330096 【正文语种】中 文 【中图分类】P456.7

孙素琴，许爱华，郑婧，等.2016.江西省汛期暴雨时空分布及区域性暴雨分区［J］.气象与减灾研究，39（2）：90-97.

Sun Suqin，Xu Aihua，Zheng Jing，etal.2016.The regionalization and spatial-temporal characteristics of the torrential-rain in Jiangxi province during the flood season［J］.Meteorology and DisasterReduction Research，39（2）：90-97.

江西省地处亚热带季风气候区，位于长江中游南岸的鄱阳湖流域，冷暖空气常交汇于此，使其成为我国暴雨最多的内陆省份之一。每年的4月至7月上旬是江西省的汛期，近3个半月降水总量约占全年的59%。其间有强度和范围各不相同的暴雨天气过程发生。暴雨常常引发洪涝、山体滑坡、泥石流等灾害，给江西省农业生产、人民群众的日常生活造成严重不利影响。例如，2015年5月18—19日江西省南部区域性暴雨，局地大暴雨到特大暴雨天气过程，致灾严重，直接经济损失7.47亿元，共转移受危群众6.02万人。

江西省气象科技工作者对本省的暴雨气候特征和预报做过较多的研究。例如，单九生和张延亭（2001）对江西流域降水相关预报方法的研究。曹晓岗等（1997）对江西暴雨客观模型的研究。尹洁等（2004）对连续暴雨的形势特征分析的研究。张传江等（2008）对汛期降水的变化特征的研究。马锋敏等（2013）对极端降水事件的时空变化特征以及历次暴雨过程难点、贵阳扰动暴雨预报方法、中期暴雨预报方法等进行了研究。这些研究工作大多是针对连续性暴雨气候或有无暴雨的问题，另有一些研究主要是解决暴雨个例预报难点，而没有对暴雨落区给出较客观分型和分区概念模型以及基本物理量特征。国内一些学者也对不同地区的暴雨做过区域划分及气候特征研究。例如，冯志刚等（2013）利用1961—2009年淮河流域39站逐日降水资料，应用EOF和REOF方法分析了近50 a淮河流域暴雨的气候统计特征，表明淮河流域存在3个降水极值中心，并归纳出6类典型环流场。鲍名

（2007）对我国近50 a持续性暴雨进行统计分析，得出6类区域性持续暴雨。赵翠光等（2012）运用1981—2007年华北地区703站逐日加密站降水资料，采用REOF方法对华北地区夏季降水进行了客观分区研究，将其分为7个典型天气区。赵旋等（2013）基于1961—2007年四川地区119站逐日降水资料，利用EOF、REOF分析等方法，研究了四川地区夏季降水变化趋势、空间分布及时间变化规律，表明近42 a来四川夏季降水呈减少趋势。朱宵锋等（2008）利用长江下游地区站点逐日降水资料将其分为3个分区，并采用小波分析等分析方法研究各分区汛期暴雨降水的气候统计特征，寻求汛期不同分区的降水差异性特征。

随着全球气候变化问题日益突出，极端天气气候事件渐趋频繁，江西省暴雨的发生规律也在不断演变，而且针对江西省汛期历次暴雨过程的区域性特征分析、提炼江西汛期暴雨的分区概念预报模型等方面前人的研究尚不够充分。江西省南北跨越5个纬距，不同天气系统配置、各系统的不同强度均会影响暴雨的落区。因此，有必要深入研究各主要天气系统与江西省汛期暴雨落区的关系，寻找关键物理量指标，为预报员对数值模式输出的强降水预报做落区订正。提供技术支撑，对提高江西省区域性暴雨预报的准确率有着十分重要的现实意义。本文在前人研究基础上，利用江西省83个国家气象站1959—2014年逐日降水资料，利用要素分析、EOF和REOF等方法对历年江西汛期暴雨进行空间客观分型，分析江西省汛期暴雨及区域性暴雨的时空分布特征，以期为江西省汛期不同区域性暴雨的预报提供参数。 1.1定义与方法

江西省汛期，一般为每年4月至7月上旬。日降水量指的是前一日20时（北京时，下同）至当日20时的降水总量。暴雨指的是日降水量≥50mm。区域性暴雨，指江西省境内83个国家气象站中，有10个站或以上出现暴雨的现象。

文中，采用EOF（经验正交函数分解）、REOF（旋转主成分分析）和North检验及合成统计分析。

1.2资料及来源

使用的资料主要为江西省83个气象站1959—2014年4月—7月上旬的逐日降水资料，来源于江西省气象信息中心。 2.1暴雨日和暴雨量均值的空间分布

图1给出了1959—2014年江西省汛期多年平均暴雨日和多年平均日暴雨量分布。分析发现，江西省汛期多年平均暴雨日数分布呈“东北多、西南少”，具体为婺源和弋阳为5 d，江西省中南部及浙赣铁路沿线东部约为4 d，西南部少于3 d。多年平均日暴雨量分布与暴雨日总数分布相似，上饶市中北部最多，其中万年站为84.1mm，南昌北部次之。综合分析可知，上饶、景德镇、抚州、南昌四市为江西省主要的汛期暴雨集中区。

各类天气系统是影响降水量级的主导因素。从日常预报经验来看（郑劲光等，2012），降水雨带进入江西省境内常常发展、加强，其地形条件有着重要作用。该省北部较为平坦，东、西、南三面环山，中部丘陵起伏，全省为整体向鄱阳湖倾斜而往北开口的巨大盆地，西部为高山区而在萍乡段地势较低，利于西南暖湿气流沿着地势较低处快速东传至江西省东北部。江西省多年平均暴雨日大值中心位于其东北部，这是由于该域地势由东北向西南倾斜的趋势，东部为山地，中部为河谷及丘陵盆地，西部为鄱阳湖。地形强迫抬升有利于西南暖湿气流下降水强度的增强，鄱阳湖水域也起到了一定的增湿作用。北部开口平原地区的“簸箕口”地形也有利于冷空气不受阻挡与西南暖湿气流交汇与此，因此暴雨发生的概率相对较大。另外，江西省东部的抚州市东、南、西三面环山，武夷山脉逶迤东南，雩山山脉绵延西南，地势分布呈“南高北低”，渐次向鄱阳湖平原地区倾斜，冷空气沿着鄱阳湖平原一路南下直入该地区，暖湿气流与之交汇。地形影响产生的辐合上升和局地热力不稳定等作用，使得抚州也是暴雨多发地之一。同理，江西省西南部和上饶市南部由于高山阻挡，处于高山背风处，暴雨发生概率相对较小。

2.2汛期暴雨降水量的年变化

据江西省83站汛期平均暴雨量逐年序列（图略），暴雨量均值最大的年份为2010年，值为516mm；其次分别为1962、1973、1983和1995年，值均超过400mm；最少的为1963和1991年，值分别为101和102mm。1960、1972、1978、1987和2007年的平均暴雨量也较少，值均少于150mm。 2.3汛期空间平均降水量的时间变化

图2给出了1959—2014年江西省汛期各月暴雨量平均逐年变化。分析发现，空间多年平均降水量4—6月呈逐月上升趋势，值分别为41.83、70.14、

122.95mm。7月上旬均值明显下降，为24.86mm。4月随着西太平洋副热带高压（简称副高）脊线北跳至16°N附近，江西省降水增多，有20%的年份空间平均降水量超过50mm。5—6月随着副高进一步北抬，江西省处于其北侧强盛西南气流中，进入主汛期，其中5月有66%的年份，降水量大于50mm，近20%的年份，降水量均值超过100mm。6月超过96%的年份降水量大于50mm，61%的年份降水量大于100mm。7月副高脊线压至25°N附近，江西省大部分地区受其控制，仅有17%的年份空间均值在50mm以上，5%的年份超出100mm。 2.4汛期暴雨日平均降水量的空间分布

图3给出了1959—2014年江西省汛期各月暴雨量多年日平均值空间分布。分析发现，各月暴雨量日均值分布与汛期多年平均日暴雨量（图1b）分布大体相似，但各月暴雨强度中心分布略有差别。4月暴雨均值中心位于鹰潭、上饶两市中部及九江市中西部，最大值为武宁县的76.4mm，赣州市中西部为次中心。5月江西省东北部的暴雨强度中心较4月北抬，位于景德镇市南部和上饶市中部；南昌和宜春两市西部及抚州和吉安两市南部也是降水中心区，最大值为广昌县的81.5mm。6月暴雨强度中心进一步北抬，且分布较集中，位于江西省东北部的上饶和景德镇两市，最大值为波阳县的90.9mm，南昌市中西部和抚州市中南部为次中心。7月

上旬江西省北部有多个暴雨日均值大值区，分别位于九江和吉安两市东部、宜春市西部、上饶市中部；赣州市西南部也是大值中心区，大余县日降水量为104.4 mm，该中心可能是台风降水所引起的。同时，4、5月降水以暖区降水为主，暴雨多呈现不均匀的点状分布；随着季节的转换，进入主汛期日降水量增加了10—20mm，降水主要为锋面系统性降水，暴雨多呈带状或块状分布。降水集中位于江西省东北部，这与2.1节的分析结果是一致的。赣州市西南部除6月外降水均较明显。

3.1区域性暴雨日数的各月变化

1959—2014年江西省汛期区域性暴雨日数为587 d，其中4月为107 d，占总数的18.2%；5月为170 d，占29%；6月为258 d，占44%；7月上旬为52 d，占8.8%。6月的区域性暴雨日数最多，是由于从6月开始副高逐渐加强西伸，稳定维持在长江以南地区，江西省中北部位于副高西北侧西南暖湿气流中，当高空低槽东移，中低层有切变线在江南维持及地面有气旋波发展，加之地形等因素影响，造成江西境内极易发生锋面性的区域性暴雨天气。

图4给出了1959—2014年江西省汛期各月区域性暴雨日数的年际变化。分析发现，汛期区域性暴雨总日数1995年最多，为23次；其次是1962和1973年，均为20次。从区域性暴雨逐月发生次数看，4月和7月上旬发生次数较少，最多分别为6次（1975年）、4次（1993和1997年）；5月最多为7次，分别在1962、1999、2010和2014年；6月最多为15次（1995年），1998年为14次次之。分析江西省汛期各月区域性暴雨量在相应月降水总量中的贡献率的逐年变化（图略）可知，4—6月区域性暴雨平均贡献率逐月上升，7月上旬有所下降；各月历年最大贡献率，4月发生在1999年（47.1%），5月为2010年（45.3%），6月为1995年（58.5%）。 3.2基于REOF分析的区域性暴雨客观分区

为进一步认识江西省汛期区域性暴雨不同空间区域降水特征，选取1959—2014年汛期区域性暴雨事件日降水资料（总计587 d）按照时间顺序排列，采取标准化处理后再进行EOF分析。通过North准则检验，前6个特征向量通过了检验，总的方差贡献率为51.3%，第一主成分的方差贡献最大，为15.8%，第二至第六个主成分的方差贡献分别为13.2%、8.0%、5.3%、4.9%和4.2%。分析第一特征向量（图略）发现，整个江西省表现出一致的正值，这说明江西省的区域性暴雨一般受相同的天气系统影响。载荷值大值区位于江西省东北部，小值区位于江西省西南部，与暴雨日分布结构相似，说明这两个地区对区域性暴雨的发生较敏感。分析第二特征向量发现，江西省被分为南、北呈反位相变化的区域，荷载值零线与浙赣铁路一线方向一致。这由于雨季季节性北跳形成的，当华南前汛期时，江西省中南部暴雨量相对较多，北部暴雨量相对较少；当江淮梅雨期时，暴雨区北跳至江西省北部，中南部暴雨量相对较少。

通过EOF展开方法的讨论分析发现，江西省汛期暴雨空间格局既有全区一致的多雨现象，也存在区域内部南北差异，但不能较为精细地描述不同区域的特征。为了详尽了解江西省汛期区域性暴雨的变化特征，突出江西省汛期暴雨的区域特征，REOF作为一种有效的分型方法已经得到了广泛的认可。因此在EOF分析的基础上，再进一步做最大正交方差旋转，进行REOF展开，可以得出非常细微的地理分区。

在EOF分析基础上，以前6个主成分代表原始的向量场，对前6个主成分进行方差最大旋转，并由前6个旋转载荷向量对江西省区域性暴雨进行分区。旋转后荷载的贡献要比旋转前分布均匀，这是由于旋转后各主成分的物理意义主要表现的是空间的相关性分布特征，高的载荷值集中分布在某一区域，其他大部分地区的载荷值均较小。暴雨分区采用屠其璞等（2000）分区原则：按照荷载绝对值的高荷载区基本布满全区来考虑，在同一荷载向量中，荷载绝对值大于等于0.4的测站；一

些站点按照上述原则可能同时归于2个或以上相邻区域，将其归于荷载绝对值较大的区域内；个别测站的荷载绝对值小于0.4，这些测站的归属，按照其值大小及与其他荷载场关系密切程度进行划分。

图5给出了REOF分解的区域性暴雨6个主要模态的空间分布。分析发现，江西省被划分为6个主要暴雨区。根据此分区标准，各个分区均被每一高荷载值区覆盖，且相邻区域几乎无重叠，分区亦符合历史预报经验（单九生等，2001），故认为该分区客观可行。

根据前6个主成分荷载场的分布特征及区分规则，江西省汛期区域性暴雨场划分成6种典型的区域性暴雨类型（表略）。分析发现，第1旋转载荷向量场的高载荷区主要位于江西省中部地区，这一地区是江南丘陵区，对降水及其敏感。第2旋转载荷向量场的高载荷区主要位于浙赣铁路东段，位于武夷山脉西部迎风坡，也是江西省降水最多的区域。第3旋转载荷向量场的高载荷区主要分布在江西省南部地区，以山地地形为主。第4旋转载荷向量场的高载荷区主要位于江西省中北部地区，以湖泊、平原地貌为主，是洪涝多发区。第5旋转载荷向量场的高载荷区分布在浙赣铁路西段，地势分布西高东低。第6旋转载荷向量场的高载荷区分布在江西省北部沿江地区，河流和平原地貌为主。 4小结与讨论

1）江西省汛期暴雨的地域分布大体上从西南部向东北部递增，东北部暴雨日最多，浙赣铁路沿线一带为较多区，西南部为最少区。暴雨量空间均值2010年最大，为516mm；1963年最小，为101mm。暴雨日空间多年平均降水量4—6月呈逐月上升趋势，7月上旬明显下降。

2）汛期各月暴雨量日均值分布与多年平均日暴雨量分布大体相似，但各月暴雨均值中心分布略有差别。4、5月降水以暖区降水为主，暴雨多呈现不均匀的点状分布；随着季节的转换，6月日降水量明显增大，降水中心逐渐北抬，多为锋面系统

性降水，暴雨多呈带状或块状分布。

3）1959—2014年江西省汛期区域性暴雨个例为587 d，6月的区域性暴雨日为4月的2倍以上，该月区域性暴雨量占当月降水量比值较大，其中1995年为58.5%。区域性暴雨分布既有空间模态主体一致性，同时也存在南、北反位相变化差异。汛期区域性暴雨可客观分为6个主要区域：江西省北部沿江型、江西省中北部型、浙赣铁路东段型、浙赣铁路西段型、江西省中部型和江西省南部型。 通过对区域性暴雨统计分析，对其分布有直观的认识，为建立江西省区域性暴雨预报天气概念模型提供参数，有望改善实际业务中区域性暴雨落区的预报效果。由于篇幅有限，下一步工作将对江西省暴雨的成因及可预报性进行深入分析和探讨，并建立江西省区域性暴雨预报天气概念模型，以期改善实际业务中区域性暴雨落区的预报效果。

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