近60 年廣西夜間降水與暴雨頻次的時空特征分析

李秀昌，黃 維，黃小燕，韋春霞，吳玉霜

（1.玉林市氣象局，廣西 玉林 537000；2.柳州市農業氣象試驗站，廣西 柳州 545003；3.廣西壯族自治區氣象科學研究所，南寧 530022；4.廣西壯族自治區氣象臺，南寧 530022）

廣西地處低緯度的亞熱帶氣候區，常有強降水發生，廣西年暴雨量占全年總降水量的比例隨年際變化有增加的趨勢，即以后發生極端強降水的可能性增大，每年因暴雨引發的洪澇災害給廣西造成嚴重的經濟損失和人員傷亡的風險會增多［1］。在氣候變暖背景下，廣西降水時空分布不均進一步加劇，旱澇并存現象愈發明顯，暴雨災害呈范圍擴大、頻次增加、強度大的特點［2］。有研究發現造成重大災害性的特大暴雨多發生在夜間到清晨［3］，由于夜間暴雨容易引發地質災害，如山洪、泥石流、滑坡等，加上夜間能見度低，人們容易被困在危險區域，增加了自救和救援的難度。因此，夜間暴雨較白天暴雨更容易造成重大損失。據統計，2022 年“龍舟水”期間廣西遭遇的多場強降水過程的最強降水時段大多出現在夜間［4］，致使全區9 市58 縣（市、區）出現嚴重的洪澇、山洪及地質災害。在極端事件頻發的氣候背景下，夜間暴雨造成的損失不斷增大，全面深入探討廣西夜雨時空分布情況，對廣西各地降水預測和制定有效暴雨防御措施具有重要意義。

夜雨現象通常指夜間降水量（或降水頻率）多于白天的降水日變化現象。夜雨作為降水日變化的一種重要現象，對云輻射收支日循環、溫度、土壤與空氣濕度和氣候生態環境等產生重要影響［5］。研究夜雨的時空特征不僅可以深入理解觸發降水的物理機理，認識區域天氣和氣候的特征，還有助于驗證數值模式中某些物理參數化方案的合理性并進一步改進［6］。近年來針對夜雨的時空分布特征，已有學者取得諸多成果。在空間尺度上，夜雨現象最為顯著的區域是四川盆地、云貴高原和青藏高原及其周圍區域［7-9］。此外，淮河流域、新疆西天山和西昆侖山、長江上游、湖南西北部、京津冀等地的夜雨現象也有較多研究成果［10-13］。在時間尺度上，部分地區夜雨率呈現顯著增加或減少的趨勢［14］。相關研究表明廣西部分地區具有明顯的夜雨現象，存在較大的地域差異和季節性差異［15-16］。但是針對廣西夜雨時間和空間分布特征的整體研究，目前還非常缺乏。因此，本文嘗試從夜雨量和頻次等角度多時間尺度分析夜雨的時空變化特征，并進一步采用Mann-Kendall 等方法進行檢驗。通過對近60 a 廣西夜雨率的時空變化的分析，重點闡述廣西夜雨率的空間差異和時間變化特征，研究成果可為廣西各地進行降水預報和防災減災部署提供科學決策依據。

1 資料與方法

1.1 研究區概況

廣西壯族自治區地處云貴高原東南邊緣，兩廣丘陵西部，南臨北部灣海面，西北高、東南低，呈西北向東南傾斜狀［17］；地處亞熱帶季風氣候區，具有夏季炎熱濕潤，冬季溫和干燥、日照適中、雨熱同季的特征，年降水量在1 000～2 800 mm 之間，暴雨洪澇是影響廣西的主要氣象災害之一［18］。

1.2 數據及處理

本文所采用的資料為廣西91 個國家級氣象觀測站1962—2022 年逐12 h 的雨量觀測資料。因為西林、燕山等10 個站點均為1962 年以后建站，因此這些站點取建站以來的數據，數據中缺測和漏測部分用周圍距離最近的國家站雨量數據代替。

國內常用的標準夜間降水量定義為20 時—次日08 時（以下記為20—08 時）降水量，簡稱夜雨量［19］。依據12 h 降雨標準，定義夜間暴雨為30.0～69.9 mm，夜間大暴雨為70.0～139.9 mm，夜間特大暴雨為≥140 mm［20］。夜雨量比率定義為夜間（20—08 時）降水量占全天（20 時—次日20 時）降水量的百分率，以下簡稱夜雨率；夜間暴雨貢獻率定義為夜間暴雨及以上降水量與同期夜雨量的比率。

Mann-Kendall 統計量檢驗，用于檢測時間序列是否存在顯著單調上升或下降趨勢，主要用于氣候變化分析、環境監測等。本文用于對年夜雨量序列和年暴雨次數進行突變檢測和顯著性檢驗［21］。

2 結果與分析

2.1 夜雨量和夜雨率空間分布

定義夜雨量大于0 mm 記作夜雨日，廣西近60 a各地年平均夜雨日在80～149 d 之間，夜雨日最多的是桂林資源，最少為北海潿洲島。如圖1a 所示，廣西夜雨量北部明顯大于南部，山區大于平原。廣西夜雨量主要有三個高值區，第一個位于防城港市十萬大山周圍，包括東興、防城和防城港，其中東興近60 a平均夜雨量最大，為1 480.3 mm，防城和防城港次之，均超過1 300 mm；第二個位于百色市凌云（1 133.9 mm）；第三個位于桂林市和柳州市中北部一帶，包括靈川（1 105.5 mm）、永福（1 107.7 mm）、桂林（1 051.9 mm）和融安（1 123.0 mm）。全區近60 a 平均夜雨量低值區主要位于崇左-南寧-貴港-梧州一帶，主要有:龍圩（522.1 mm）、岑溪（523.4 mm）、扶綏（529.8 mm）、上思（535.9 mm）、邕寧（537.9 mm）。累年平均夜雨率的空間分布情況主要突顯夜雨對全年降水的貢獻。分析廣西近60 a 各地夜雨率空間分布（圖1b），廣西夜雨率整體趨勢是自西北向東南遞減（66.20%～35.79%），這與廣西海拔高度和地形走勢相一致；百色、河池存在明顯的夜雨現象，即夜雨量多于白天降水的日變化現象。廣西夜雨率排名前3 的高值區出現在凌云（66.24%）、田林（64.73%）、鳳山（63.82%）；分析發現，百色市和河池市的夜雨率均在55%以上，而玉林市和梧州市都在40%以下，最低值區主要出現在桂東南的岑溪（35.79%）、陸川（36.06%）、龍圩（36.08%），這可能與夏季桂東南常位于副熱帶高壓西側，容易產生午后雷陣雨有關；廣西南部十萬大山及其周圍地區夜雨率在50%左右，夜雨現象不明顯，但是其夜雨量為廣西最大。綜上所述，廣西西北部夜雨現象非常普遍，反之在東南部則晝雨現象非常普遍。其余區域夜雨和晝雨適中，主要原因是山地地形和地理因子對夜雨形成有重要作用［22］。

圖1 1962—2022 年廣西累年平均夜雨量（a）和平均夜雨率（b）空間分布

2.2 夜間暴雨貢獻率、平均暴雨日數和最大降水量空間分布

本文定義夜雨量大于30 mm 為夜間暴雨日，廣西近60 a 各地年平均夜間暴雨日數在3.7～13.6 d 之間，夜間暴雨日最多的是防城港東興，最少的位于梧州龍圩。廣西夜間暴雨貢獻率（圖2a）和夜間平均暴雨日數（圖2b）的地域分布較為一致。廣西夜間暴雨貢獻率（圖2a）的高值區主要位于百色市中部、河池市西部、柳州市中北部和防城港市十萬大山周圍地區。其中，凌云夜間暴雨貢獻率最高（36.7%），其次分別為東興（33.9%）、防城港（33.6%）、田林（32.2%）、巴馬（31.7%）等站；夜間暴雨貢獻率低值區位于梧州市的龍圩（12.4%）、岑溪（12.6%）和藤縣（12.8%）等。圖2b 為夜間平均暴雨日數，分析可知，全區夜間平均暴雨日數為6.2 d，東興最高13.6 d，東興是華南地區暴雨最頻發的區域，受暴雨引起的洪澇災害影響最為嚴重［23］，其次分別為防城12.5 d、防城港12.4 d 和凌云10.4 d。暴雨日數最低為龍圩3.7 d、岑溪3.8 d和藤縣3.8 d。夜間暴雨因為其降雨強度大，導致致災風險性極高。從夜間最大降水量分布圖（圖2c）分析，北海（414.1 mm）和防城港市（373.3 mm）的夜間降水量最大；玉林（348.2 mm）以及柳州的鹿寨（350.0 mm）緊隨其后。樂業（139.1 mm）和隆林（144.6 mm）夜間最大降水量最小。廣西除桂西北夜間最大降水量相對較小，其余大部分地區夜間最大降水量都在200 mm 以上，防城港市十萬大山周圍地區歷史夜間最大降水量全區第二高，暴雨貢獻率在30%左右，表明其夜間多強降水。

圖2 1962—2022 年廣西夜間暴雨貢獻率（a）、夜間平均暴雨日數（b）和夜間最大降水量（c）空間分布

2.3 各地市年平均夜雨量和夜間暴雨

根據2022 年發布的《廣西壯族自治區防汛抗旱應急預案》要求，防汛抗旱工作應該按照流域或區域統一規劃，所以本文按市級行政區劃討論全區共計14 個地級市的多年平均降水量和多年平均夜雨量（圖3a）、暴雨貢獻率和夜雨率（圖3b）。全區年平均降雨量為1 605.5 mm，年平均降水量最高為防城港市（2 265.4 mm）、欽州市（1 816.0 mm）次之，賀州市（1 720.5 mm）位居第3；年平均降水量最少的三個市分別為崇左市（1 280.9 mm）、百色市（1 300.4 mm）和南寧（1 430.6 mm）。全區年平均夜雨量為769.2 mm，其中最高為防城港市（1 172.2 mm），最少是梧州市（599.6 mm）。夜雨率最高出現在河池市，為59.6%，其次為百色市的58.6%以及柳州市的54.1%；最低值則為玉林市的37.2%和梧州市的39.1%。統計14 個地級市的夜間暴雨貢獻率可知，最高為防城港市的29.1%，其次為河池市的27.2%。綜上所述，防城港市夜雨量最大，夜雨率在50%左右，夜間暴雨貢獻率最高，其不僅要關注夜間降水服務，也要關注白天降水服務。河池市、百色市和柳州市夜雨率超過54%，夜間暴雨貢獻率超過20%，更需要關注其夜間降水服務。玉林市、梧州市夜雨率低于40%，相對于夜間，更需要多關注白天降水監測預報預警服務。

圖3 1962—2022 年廣西各地級市年平均降水量、夜雨量（a）和夜雨率、夜間暴雨貢獻率（b）

2.4 夜雨量、暴雨量與暴雨頻次時間變化

從1962—2022 年91 個站點平均逐年夜雨量、夜間暴雨及以上降水量和夜間暴雨及以上累計日數（圖4a）發現:廣西年夜雨量最高為1 020.9 mm（1994年），其次為1 010.1 mm（2015 年）；505.8 mm（1963年）和588.4 mm（2011 年）夜雨量最少。歷年最高夜間暴雨及以上累計降水量為1994 年的515.5 mm，其次 為2015 年 的514.3 mm；1963 年 的165.3 mm 最少，1988 年的231.5 mm 次之。自1990 年以來，廣西夜間暴雨日數年際變化振幅增大，旱澇急轉。夜間暴雨及以上累計降水量與夜雨量的皮爾遜相關系數r=0.92，t=-28.3，P＜0.01，兩者呈顯著性負相關；夜間暴雨及以上累計降水量和夜間暴雨累計日數的皮爾遜相關系數r=0.98，t=-13.6，P＜0.01，呈顯著性負相關；這表明夜間暴雨的極端性在加強，暴雨日數呈現減小趨勢的同時，夜間暴雨降水量卻是增大的變化趨勢，降水顯示出更加強烈和極端性。夜雨量和夜間暴雨及以上累計日數的皮爾遜相關系數r=0.94，t=11.9，P＜0.01，呈顯著性正相關。使用Mann-Kendall檢驗方法進行顯著性檢驗和突變性檢驗發現，近60 a 逐年夜雨量（S=284，Z=1.76）通過（α=0.1）的信度檢驗，這表明年夜雨量逐年增加趨勢。夜間暴雨降水量（S=434，Z=2.76，通過α=0.01 信度檢驗）和夜間暴雨累計日數（S=505，Z=3.21，通過α=0.01 信度檢驗）呈顯著增加趨勢。分析圖4b 可以發現，全區91 個站點近60 a 間夜間暴雨等級及以上一共出現33 738 d，其中暴雨級別約占81.4%，大暴雨為16.6%，特大暴雨共計694 d 占2%。全區夜間暴雨日數、大暴雨日數顯著增加（α=0.01），特大暴雨日數增加也較為明顯（α=0.05）。

圖4 1962—2022 年廣西夜雨量、夜間暴雨降水量、夜間暴雨累計總日數（a）和夜間各等級暴雨年日數變化圖（b）

圖5a 為1962—2022 年逐月夜間累計暴雨日數、降水量均值。分析發現，廣西夜間暴雨每個月都有可能發生。廣西夜間降水主要集中在3—10 月，占全年比重的86.3%；夜間暴雨集中分布在4—9 月，約占全年夜間暴雨日數的86.5%，夜間暴雨最多發生在6 月，約占23.2%，6 月為夜間暴雨高發期，3 月前和10 月后夜間暴雨日數減少，降水強度減弱，以穩定性降水為主，此時的夜雨是農業生產最理想的降水形式［24］。從季節尺度上（圖5b）看:夏季（6—8月）夜雨量占全年夜雨量的45.5%，夜間暴雨次數占全年夜間暴雨次數的52.6%，表明夏季夜間暴雨最頻繁，平均每天有3.12 個國家站出現暴雨；春季（3—5 月）夜雨量占32%，夜間暴雨頻次占31.4%次之；冬季（12—次年2 月）夜雨量占6%，夜間暴雨頻次占2%，出現夜間暴雨的可能性最小。

圖5 1962—2022 年廣西逐月夜間累計暴雨日數（柱圖）、夜雨量均值（折線）（a）和各個季節夜間暴雨日數累計占比（外圈，單位：%）與夜間降水量占比（內圈，單位：%）（b）

2.5 夜雨量和夜間暴雨頻次氣候趨勢的空間分布

圖6 為采用Mann-Kendall 趨勢分析方法計算得到1962—2022 年近60 a 夜雨量、夜間暴雨降水量和夜間暴雨日數的趨勢分布圖?？梢钥吹?，在廣西大部分地區夜雨量占比72.5%、夜間暴雨降水量占比70.3%和夜間暴雨日數占比80.2%呈增加趨勢，并且三者顯著（α=0.1）增加區域基本一致，均分布在河池市東部、桂林市大部以及賀州市中北部。有研究發現，桂林市的大暴雨頻率總體呈明顯增多趨勢［25］。

圖6 1962—2022 年夜雨量（a）、夜間暴雨降水量（b）和夜間暴雨日數（c）氣候趨勢空間分布圖

3 結論與討論

利用廣西1962—2022 年91 個國家級氣象觀測站逐12 h 降雨數據，分析廣西近60 a 夜雨率和夜間暴雨、夜間最大降雨量時空分布特征，以及夜間降水和夜間暴雨年際變化、年內變化特征，討論了廣西夜間氣象服務重點，得出以下結論:

（1）廣西夜雨具有明顯地域特征，夜雨率與海拔地形顯著相關。近60 a 平均夜雨率自西北向東南遞減。山地地形對夜雨有增幅作用，山區的夜雨率顯著高于平原地區，地處十萬大山附近的防城港夜雨率明顯高于周圍地區。

（2）廣西近60 a 各地年平均夜間暴雨日數在3.7～13.6 d 之間，廣西西北部的凌云站夜雨有36.7%是暴雨貢獻的，夜間降水強度大。此外，夜間暴雨貢獻率低的廣西東南部梧州市等地，并不意味夜間降水強度低，廣西大部地區的夜間最大降水量在200～250 mm 之間，需提防突發極端強降水。

（3）在廣西14 個地級市中，河池市夜雨率最高，有27.2%的夜雨量是暴雨貢獻的，并且夜雨量和夜間暴雨日數呈顯著（α=0.1）增加趨勢；防城港市的年夜雨量最大，夜間暴雨貢獻率最高；桂林市夜雨量和夜間暴雨日數呈顯著（α=0.1）增加趨勢，可能將出現夜雨現象。

（4）在全球氣候變暖的背景下，廣西近60 a 的暴雨日數和夜雨量呈顯著增加趨勢。自1990 年以來夜間暴雨日數年際變化振幅增大，旱澇急轉，夜間暴雨現象越來越突出，特大暴雨發生概率在增加。4—9月是廣西夜間暴雨的高發期，最多發生在6 月，11月到次年2 月夜間暴雨日數較少，降水強度減弱，以穩定性降水為主。近年來災害性天氣愈加頻發，需多關注夜間降水，增強夜間暴雨監測及服務能力。