引言

广东省地处华南，具有平均年雨量大、汛期时间长、暴雨日数多的特点。每年的4—6月是广东第一个多雨期，因降水集中、暴雨和水灾多发，称为前汛期，除了雷州半岛之外，其余地区前汛期雨量约占全年的40%~50%^[1]。暴雨是广东省重要的水资源，但它又会造成江河洪水泛滥、山洪暴发、山体滑坡、泥石流和涝渍等灾害。

目前国内学者对中国暴雨的气候特征、成因以及变化规律的研究很多^[2-13]，冷春香等^[10]分析了中国汛期雨型和暴雨日数的时空分布规律及其成因，发现在我国南部和东部的大部分地区，汛期总雨量明显偏多年的多雨中心区域与暴雨日数显著偏多区域有很好的一致性，华南地区汛期暴雨日数的年际变化最主要特点是持续性。刘小宁^[11]分析了我国东部25站暴雨频数及一日最大降水强度时空分布特征。刘增基等^[12]通过数理统计和小波分析研究了福州市近百年暴雨频数的变化特征；彭丽英等^[13]对1958—2000年华南前汛期暴雨降水的气候特征进行了统计研究，发现华南的暴雨近50%集中发生在前汛期。伍红雨等^[14]对华南年和前、后汛期的暴雨日、强度、贡献率等的气候特征及变化作了分析和研究，得到了一些有意义的结果。

近年来对气候变暖背景下暴雨和强降水的变化趋势的研究较多，很多观测和研究发现，由于全球变暖，水循环加剧，降水波动更大，干旱、强降水等极端天气事件的频率和强度也出现明显变化，旱涝的发生趋于频繁^[15-26]。国外的一些研究表明，20世纪在全球大多数地区平均降水量增加的同时强降水事件也增加^[17]，有研究^[18-19]指出中国极端降水值和平均强度都有增强趋势，尤其是20世纪90年代极端降水比例趋于增大。

孙凤华等^[20]发现东北地区近50年总降水量虽减少，但暴雨频率并不减少，而且强度增大。翟盘茂等^[21]的研究发现西北大部分地区极端降水事件呈现出明显的增加趋势，且在近期比早期增长了近1倍；而东北东部到华北大部分地区极端降水发生的日数却趋于明显减少。可见气候变暖引起的天气变化有一定的地域分布。

对广东前汛期暴雨的研究当中，大多存在站点密度较稀疏的问题，对其地域分布特征不能完整体现；另外，由于前汛期当中，各月降水的影响系统不尽相同，有必要分时段研究。本文选择大到暴雨频次进行研究，主要是因为大到暴雨在洪涝灾害高发的前汛期影响较大，而且其发生频次较暴雨明显偏高，直接关系到前汛期的旱涝趋势。对大到暴雨频数时空变化规律的研究，对预测和防灾减灾有重要意义。

1 资料和方法

使用广东省86站1961—2009年4—6月逐日20—20时雨量资料 (其中小部分站点起始年份在1962—1973年之间，空缺资料不参加当次统计)，资料来源于广东省气候中心经审核的月报表资料，本文使用时对各站进行了气候范围值检查。

研究方法包括转动主分量分析、小波分析、相关分析和线性回归等。

2 广东前汛期大到暴雨的气候统计特征 2.1 前汛期大到暴雨频数的地理分布

广东省地形比较复杂，降水分布也有很强的地域性。统计1961—2009年共49年广东86站4—6月大到暴雨频数 (即日降水量≥25 mm出现的日数)，得到其多年平均的空间分布，与前汛期雨量的分布对比可见，大到暴雨频数的空间分布与前汛期总雨量的空间分布相当一致 (图 1)，呈现出明显的地域特征，有3个大到暴雨中心，与广东3大年多雨中心也非常吻合，分别为：粤北山区南部边缘的清远—佛冈—龙门—河源一带、粤西南的阳江—阳春—恩平—斗门一带以及粤东的海丰—陆丰一带。而在雷州半岛、粤北山区的北部和中部偏西地区是大到暴雨相对较少区。暴雨频数与大到暴雨的空间分布非常相似，但其值大小约是后者的1/2~1/3(图略)。

统计各站全年和前汛期大到暴雨频次发现，广东中北部地区的大到暴雨有45%~55%出现在前汛期，南部沿海除雷州半岛之外这个比例约是40%~45%，而雷州半岛只有20%~30%左右。这与造成广东大到暴雨的天气系统和地理分布有关，广东中北部的大到暴雨大部分发生在前汛期，由与西风带系统活动相联系的冷暖空气交汇造成；沿海和粤东地区在后汛期受热带系统影响所致的强降水较多。

前汛期大到暴雨雨量占全年的相应比例，与大到暴雨日数相似 (图略)。

2.2 大到暴雨频数的月际分布

从各月平均大到暴雨日数的气候分布 (图 2) 可见，广东的大到暴雨主要出现在4—9月汛期，10—3月出现的几率很小，呈现双峰型分布，主峰在5—6月，次峰在8月。其中前汛期的4月大到暴雨中大约有1/3是暴雨，5—6月略多于1/3。

具体分析各月大到暴雨地理分布可以发现 (图 3)：4月大到暴雨主要出现在粤西北，阳江地区也有一个弱的多雨中心；5月的分布与4月差别不大，但大到暴雨日数增多，这在3个多雨中心都有反映；6月的主要变化是靠近沿海的2个大到暴雨中心的值进一步增大，尤其是粤东中心成为全省最强。

大到暴雨频数的这种变化，是与环流演变相对应的。4—5月主要是西风带系统造成的降水，以中北部地区为主；5月下旬到6月，随着夏季风的爆发，西南暖湿气流造成的沿海降水增加。

2.3 前汛期大到暴雨频数与雨量的关系

为了解大到暴雨在前汛期降水中的贡献，统计前汛期大到暴雨雨量占同期总雨量的比例，结果发现，在广东少雨地区其比例约为55%~70%，在3大多雨中心达到70%~80%以上 (图略)，说明广东前汛期降水量中有50%以上 (多雨中心70%以上) 由大到暴雨所造成。

相比而言，暴雨雨量占前汛期总雨量的20%~55%，在大部分地区约为大到暴雨雨量的1/3到1/2左右，而3个大暴雨中心暴雨雨量的比例较高，在40%以上；粤北山区和中部偏西地区比例则较小，在20%~30%左右。

分析前汛期大到暴雨日数和同期雨量的相关系数可见，全省基本都在0.8~0.9，且多雨中心其相关系数也较大。可见大到暴雨频数基本可以反应前汛期的旱涝情况。

3 广东前汛期大到暴雨的时空变化特征 3.1 广东前汛期大到暴雨的分区

已有许多研究表明，广东省的降水存在着较为显著的地域差异，且在年际和年代际变化上也有表现。刘黎明等^[22]曾用聚类分析等方法，把广东4—8月降水大致分为4~5个区域；刘燕等^[23]用REOF方法将广东前汛期降水分为4个区域。本文探讨大到暴雨发生的地域分布，了解其发生特点，对实际预测和防灾有一定参考意义。

旋转主分量分析 (REOF) 是一种较为客观的分区方法，气象上常采用REOF对要素场进行分析，不仅可以很好地反映不同地域的变化，而且可以反映不同地域的相关分布状况。

本文选取资料起始年份为1961年的广东省内62个测站49年来前汛期大到暴雨日数的标准化场进行主分量分析，发现前4个主分量的累计方差可达62%，已大致包含了主要的气象信息。故选取大到暴雨日数的前4个主分量进行旋转。

图 4给出了前4个主分量旋转后的荷载场的空间分布。第一旋转荷载因子的分布特点是全省基本为一致的正值区，高荷载区在粤东地区，荷载值基本>0.5(最大值汕头为0.88)；第二旋转因子全省基本为一致的负值区，其中高荷载区主要位于珠江三角洲西部以及中部偏西地区 (中心最大荷载值位于顺德和中山，达到-0.78)，其余地区较小；第三旋转因子的荷载全省大部分为负值，大值中心位于粤西北地区 (中心最大值在乐昌和韶关，为-0.80)；第四旋转因子的荷载大值区位于雷州半岛附近 (最大值在廉江，为0.80)，其余大部地区值较小。

根据上述荷载场的分布特点，相应地可以把广东前汛期大到暴雨日数分布场分为4个区 (图 5)：(1) P1区：粤东区；(2) P2区：珠江三角洲区；(3) P3区:粤西北区；(4) P4区：雷州半岛区。下文及图中P1、P2、P3、P4同此定义，以P0区表示全省平均。

3.2 前汛期大到暴雨频数的年际和年代际变化

从全省平均大到暴雨频数来看 (图略)，各月均有一定的年代际波动，尤其是5—6月这种阶段性波动较明显；从偏多偏少的阶段来看，4月和5月大致接近：20世纪60年代处于偏少期，70年代至1985年前后上升至偏多期，1985年后再转入偏少阶段；6月与4月及5月相反，60至70年代中期偏多，1976年转入偏少期；90年代初再次转入偏多期，21世纪以来的近10年频繁出现高值年。

从线性变化趋势来看，4月有轻微的下降趋势，5月份基本无线性变化；6月则有一定的上升趋势，但各月线性趋势变化均不显著。

按照本文中的分区分析发现，各区前汛期平均大到暴雨总日数的线性变化趋势也都不显著，而同样表现为年际和年代际的阶段性波动 (图略)。

为了分析不同月份的变化，对各区逐月的大到暴雨日数分别做统计和分析，则发现有如下几个主要特点 (图 6)：(1)4月P4区大到暴雨日数呈较显著下降趋势 (通过0.05显著性水平检验)，其余地区变化不明显；(2)5月的大到暴雨日数P4区呈显著上升趋势 (通过0.01显著性水平检验)，其余地区的年代际波动都较明显而一致，与前文所述的5月全省平均变化相似；(3)6月除P4区外，其余各区均有上升趋势；尤其进入20世纪90年代后，P1、P2和P3区6月的大到暴雨日数波动趋于频繁，而且振幅加大，P2区变化尤为明显，6月大到暴雨呈较显著上升趋势 (通过0.10显著性水平检验)；而P4区6月的年际振荡很明显。

从各站点的线性趋势变化来看 (图 7)，前汛期大到暴雨总日数在珠江三角洲及以南地区有所增多，其余大部分地区略有减少，其中珠江三角洲中心区域增加趋势明显 (通过0.05显著性水平检验)。分月来看，4月除了东部偏东地区略增多外，其余大部略有减少趋势；5月西南部和中部偏西的部分地区呈现增加趋势，其余大部分地区呈现减少趋势；6月变化最明显，除粤北偏北和雷州半岛南部局部地区外，大部地区呈增多趋势，其中珠江三角洲中心区域增多显著。

由此可见，前汛期珠江三角洲地区大到暴雨日数的增多主要是由于6月该地区大到暴雨日数的显著增多所造成。

3.3 大到暴雨频数的周期分析

从上一节的分析看出，各区大到暴雨日数的变化呈现出一定的阶段性和周期波动，为了进一步了解其周期变化，对全省和各区的大到暴雨日数进行小波分析。

从全省平均状况来看 (图 8)，大到暴雨日数的年际变化较明显，1985年以前以准6~10 a周期为主，1985年以后，除了6~8 a周期外，2~4 a的短周期趋于明显——这在4个分区也有反映 (图略)；此外，全省平均大到暴雨频数还有准30 a的年代际变化特征。

针对1985年前后的周期变化，对1961—1985年和1986—2009年两段时期内全省和各区4—6月大到暴雨日数分别做功率谱分析 (图 9，分区图略)。可以发现，各区在1985年后大到暴雨日数的周期都有缩短趋势，以4~6 a的短周期为主，其次是2~3 a的周期。这在一定程度上反映1985年后，前汛期旱涝的交替趋于频繁。

3.4 大到暴雨雨量的变化

大到暴雨产生的雨量是致灾的直接因素，对广东4个分区前汛期各月的大到暴雨雨量分别做统计分析发现 (图略)，其变化与3.2节分析的大到暴雨日数的变化基本相一致。首先，阶段性波动较明显；另外，6月大到暴雨雨量变化较为明显，除P4区外，其余各区进入20世纪90年代后均有上升趋势，其中P2区6月大到暴雨雨量的线性增加趋势显著 (通过0.05显著性水平检验)；而雷州半岛 (P4) 区5月大到暴雨雨量也有明显的增加趋势 (通过0.01显著性水平检验)。

3.5 局地日暴雨极值的变化

本文挑选所研究区域内站点日雨量的最大值作为该区域的局地日暴雨极值，认为一定程度上可表征该区域大到暴雨极端强度的变化。从全省范围来看 (图 10)，1961—2009年广东局地日暴雨极值有较为显著的线性增加趋势 (通过0.05显著性水平检验)，另外1976年以后，日暴雨极值振荡明显，极端最大值比1976年前明显增大，1976年前最大日雨量约在400 mm左右，而1976年以后多次出现600 mm左右的极值。

分析各区逐月的局地日暴雨极值发现 (图略)，6月变化最明显，除粤西北区外其余各区均有上升趋势，其中珠江三角洲地区上升显著 (通过0.05的显著性水平检验)，粤东区其次 (通过0.10的显著性水平检验)。另外，粤东区在1975年以后、珠江三角洲区在1990年以后、雷州半岛区在1980年以后振幅趋于增大。5月暴雨极值的变化主要表现为1980年后粤东区和雷州半岛区振幅加大。粤西北4月暴雨极值在1980年以后振幅趋于增大。

从以上分析可知，20世纪90年代后珠江三角洲地区6月大到暴雨雨日、大到暴雨雨量和局地日暴雨极值均呈现明显增加趋势。黎伟标等^[24]用1998—2007年卫星探测资料对珠江三角洲地区及邻近区域降水的分布特征研究发现，珠江三角洲城市群降水有明显的增多趋势，主要表现为对流性降水的增加，前汛期的趋势在全年最为明显。而一般来说，大到暴雨中对流性降水比例很大，故本文中6月珠江三角洲地区大到暴雨的变化趋势与黎的结论相吻合。

4 总结与讨论

本文研究了广东前汛期大到暴雨频数的时空分布特征，分析了不同区域大到暴雨日数、大到暴雨雨量和局地日暴雨极值的变化特征，主要结论有：

(1) 广东前汛期大到暴雨日数与同期雨量的空间分布具有很好的一致性，并具有明显的地域特征，大到暴雨日数基本可以表征前汛期的旱涝程度。通过REOF可将广东大到暴雨分为4个区：粤东区、珠江三角洲区、粤西北区和雷州半岛区。

(2) 广东前汛期大到暴雨频数的年际变化较明显，主要有准2~3 a、6~10 a的周期。1985年后各区周期均有缩短趋势，以4~5 a的短周期为主。

(3) 前汛期大到暴雨总日数在珠江三角洲及以南地区有所增多，其余地区略有减少，珠江三角洲中心区域增加趋势显著；各月大到暴雨频数变化不尽相同，其中6月份变化最明显，除粤北偏北和雷州半岛南部外，广东大部呈现增多趋势；大到暴雨雨量的变化和日数变化相似；局地日暴雨极值除粤西北区外均有上升趋势。

1985年之后广东前汛期大到暴雨频数的周期缩短，大部分地区6月份大到暴雨频数有较明显的上升趋势，且振动幅度加大，这与全球气候变暖之间是否有关，有待进一步探讨。另外，相比于其他地区，珠江三角洲地区大到暴雨日数、大到暴雨雨量和局地日暴雨极值增加趋势更为显著，这和城市化进程是否有关及其影响机制，有待于进一步研究。