基于长系列水文监测数据的台风对舟山岛降雨量的影响.pdf

收稿日期:修回日期:基金项目:国家自然科学基金面上项目()作者简介:叶 舟()男浙江绍兴人教授博士主要从事水资源、水能资源、围垦和海岸工程研究:.通信作者:耿 诚()男江苏徐州人硕士研究生主要从事海岸带防灾减灾研究:.:./.():基于长系列水文监测数据的台风对舟山岛降雨量的影响叶 舟耿 诚徐 贝陈 芳(浙江海洋大学 海洋工程装备学院浙江 舟山)摘 要:以舟山长春岭雨量站作为参考点利用长系列监测数据进行分析计算对 年间发生在西北太平洋的台风对长春岭站降雨量的影响进行研究 分析结果显示长春岭站平均每年台风雨占台汛期降雨的.舟山登陆、浙江登陆、其他登陆及非登录台风平均每年给长春岭站带来降雨量.、.、.这 类台风的单个台风给长春岭站带来降雨量分别为.、.、.研究揭示了长春岭站总降雨量很大程度上取决于带来影响 降雨量的台风特别是浙江省内登录的台风 除登陆点外浙江登陆台风影响长春岭站降雨量最大因子是路径走向其次是强度和移动速度 研究结果对进一步认识舟山岛水资源的形成具有一定的参考意义关键词:降雨量台风长系列水文监测数据相关性分析影响因子水资源中图分类号:.文献标志码:文章编号:()开放科学(资源服务)标识码():():.:第 卷 第 期长 江 科 学 院 院 报.年 月 .问题的提出台风通常给海岛带来造成人员伤亡和财产损失的灾害性风、雨、潮等但台风也给干旱海岛地区带来降水因此利用台风雨解决海岛水资源短缺的研究是国内外学者十分关注的课题 台风降雨研究通常有以下几个方向:()研究台风暴雨影响因子 陈淑琴等研究“麦莎”台风()引起舟山特大暴雨的成因认为台风登陆后减弱缓慢由于台风处于对流不稳定环境中舟山地区水汽辐合、高空辐散、上升速度等都非常有利于强降水 赵玉春等研究“莫兰蒂”台风()引发的福建特大暴雨过程的地面降水特征以及与之相对应的台风登陆前后其流场、温湿场、能量场与动力、热力等三维结构 陈涛等研究“利奇马”()台风登陆期间对流结构特征及对强降雨影响研究表明近岸台风螺旋雨带以层积混合型降水为主台风眼墙区域以热带暖云对流型降水为主 端义宏对登陆台风结构的观测、预报与影响评估探索登陆台风精细化结构演变规律 陈联寿等认为台风暴雨强度和分布与内部结构影响、环境大气控制和下垫面强迫 个方面因素有关()研究台风降雨分布结构 陈镭等研究“桑美”()台风登陆前后距台风中心 纬距以内的降水结构的时空演变特征认为登陆前后降水结构是有明显的非对称性 王毅等研究“温比亚”台风()环流背景、地面辐合、水汽条件、涡度及上升运动、垂直螺旋度等对强降水影响的分析认为强降水集中在距台风中心 以内的台风前进方向的左前部和后部距台风中心 的降水量中心小时降水量普遍较大 何会中等利用热带降雨测量任务()资料研究“鲸鱼”()台风时发现最大平均降水出现在距台风中心 处然后降水量随距离增加而迅速减小 等研究 年间的 个热带气旋认为台风非对称降水随风暴强度和地理位置有显著变化 一般来说强度较低的台风最大降水发生在左前象限而强度较高的则出现在右前象限且强度较低的台风显示出更大的非对称性 等研究台风 和 雨带中的平均降水率与眼墙相比随时间变化较小并且平均降水率从眼墙到外围第一条螺旋雨带处有明显减弱()对 个以上台风路径和降雨比较研究 梁玉春等认为路径相似的台风对某地降雨截然不同的原因是能量分布、水汽分布特征和垂直运动等方面存在明显差异特别是副热带高压特征、地面气压场、环流、台风云系结构、低空急流和水汽通量、垂直散度场、能量场等因素 谢韶等对路径相似而降雨特征(强度、分布)相差较大的台风比较分析认为台风与环境场的相互配置是造成两强台风降水差异的直接原因 朱红芳等研究进入内陆的两个台风“海葵”()和“麦德姆”()在安徽的降雨特征对比分析水汽输送差异使得海葵强降水空间分布呈纬向型而“麦德姆”为径向型特征 钱燕珍等研究分析 个登陆台风“菲特”()、“杜鹃”()、“莫兰蒂”()对宁波强降水形成的原因()研究台风减弱过程中降雨变化 王盛繁等认为台风低压、季风气流、冷空气是造成异常强暴雨主要天气系统地形抬升对暴雨增幅有明显的作用 黄敏辉等认为台风路径总趋势、台风登陆后的移动路径、强度减弱快慢、移速的变化、台风移经城市的距离、浓密云团动态是影响台风降雨准确预报的重要因子 陈宏等研究“安比”()台风北上后期在山东、天津两个暴雨落区分布上的差异山东暴雨位于台风路径东侧而天津暴雨位于路径西侧天津降雨强度明显增强目前已有的研究主要聚焦于分析台风带来的灾害性特征对覆盖地区的影响重点研究单个台风引起的降雨影响因素和分布结构也有一些研究对 个台风的降雨特性进行比较但是缺乏对台风引发的区域长时间序列降雨量的深入研究 本文在笔者前期研究基础上统计整理了 年间西北太平洋的台风数据结合此期间长春岭站降雨量进行统计学分析交叉气象学和水资源学科分析台风对舟山降水的影响规律和台风影响下的降水资源分布为淡水资源匮乏的海岛城市的水资源利用提供数据基础 数据来源及分析方法.长春岭站基本情况长春岭站位于舟山市本岛定海区是舟山市水文站所属降雨监测资料系列最长的站点该站从 年开始观测降雨量至今 从降雨的年内分配看舟山岛每年有 个主要的集中降雨期:月份 该 降 雨 期 长 春 岭 站 平 均 每 年 降 雨 量 为.约占全年降雨量的.每年 月份的台风期平均每年降雨量为.占 长江科学院院报 年 全年降雨量的.具体见表 本研究利用该站 年的降雨资料进行台风雨研究表 长春岭站多年平均降雨量 月份 全年降雨量/.数据分析方法本文主要利用皮尔逊相关系数模型对舟山降雨量和台风影响因素进行相关性分析进而为舟山水资源保障策略提供量化支持 台风分为在浙江登陆和影响舟山两类降雨量按照 和 分成两组建立皮尔逊模型分析其与舟山年台风总降雨量的相关性 影响降雨的台风分类及相关性分析 年西北太平洋共发生台风 个影响舟山长春岭站降雨 的台风有 个根据长春岭站降雨资料分析台汛期该站总降雨量.台风带来的降雨量.台风雨占台汛期降雨量的.平均每年台风带来雨量为.其中 年间该比例为.平 均 每 年 带 来 的 台 风 雨 为.年该比例为.平均每年带来的台风雨为.后 (年)比前(年)平均增加.浙江登陆台风数后 比前 增加 总降雨量仅上升.其他登陆及非登录台风降雨 的台风数量基本持平而 的台风数从 个下降到 个下降.(表)表 年登陆浙江和影响舟山长春岭雨量站降雨的台风 年限登陆浙江台风及降雨量影响舟山台风数及降雨()影响舟山台风数及降雨()合计台风数及降雨量年平均台风数及总降雨量台风数/个总雨量/平均雨量/台风数/个总雨量/平均雨量/台风数/个总雨量/平均雨量/台风数/个总雨量/平均雨量/台风数/个降雨量/年.年.合计.从 长春岭站降雨量排列统计图(图)可见年降雨量最大的前 个年份中有 个是 年以后的但前 位中也仅仅只有 个年份属于 年以后说明 台风影响的降雨总体均匀但最近 降雨明显增加 从年份看平均每年台风雨 量 为.雨 量 最 大 年 份 在 年(.)最小年份在 年(.)前者为后者的.倍说明年际台风雨量相差很大1 9 8 01 9 9 02 0 0 02 0 1 02 0 2 0024681 01 2/5 0 m m1 0 5 0 m m图 舟山市长春岭站台风雨量统计.利用皮尔逊模型对舟山年台风总降雨量和其他登陆及非登陆台风降雨、浙江登陆台风 降雨量、浙江登陆台风 降雨量、浙江登陆台风年总降雨量之间的相关性进行分析相关系数结果如图 所示1.0 01.0 01.0 01.0 01.0 01.0 00.5 40.5 40.0 20.0 20.6 80.6 8-0.0 5-0.0 5-0.1 10.7 5-0.2 8-0.2 0-0.1 0-0.4 1-0.0 8-0.3 0-0.2 8-0.4 10.0 00.8 3-0.1 1-0.2 0-0.0 80.0 00.2 70.7 5-0.1 0-0.3 00.8 30.2 75 0 m m 1 0 5 0 m m5 0 m m 1 0 5 0 m m5 0 m m1 0 5 0 m m5 0 m m1 0 5 0 m m图 年总降雨量与各类台风影响的皮尔逊相关性分析.分析图 可得:()站点年台风总降雨量与其他登陆及未登录台风影响 降雨量的相关系数为.第 期叶 舟 等 基于长系列水文监测数据的台风对舟山岛降雨量的影响表明年台风总降雨量与未在浙江登陆且对舟山影响轻微的台风降雨量相关性很弱 站点年台风总降雨量与在浙江登陆台风 降雨量的相关系数为.表明年台风总降雨量与浙江省登陆但对舟山影响较小台风的相关性较弱且呈负相关 分析其原因认为一方面浙江登陆台风总量较少另一方面台风在浙江登陆后多数情况下其行进路线远离舟山同时登陆后台风强度伴随着其降水量迅速减少因而相关性较弱 相关系数为负数是因为在以年为单位的尺度上分析在浙江登陆的台风总数呈稳定分布其中降雨量在 与 的台风数量呈负相关性而后者对舟山年台风总降雨量影响大得多所以从总体来看在浙江登陆台风降雨量在 的数量越多舟山的年台风总降雨量越少呈负相关性()站点年台风总降雨量与其他登陆及未登陆台风影响 降雨量、浙江登陆台风总降雨量和浙江登陆台风降雨量 的相关系数分别为.、.和.具有很强相关性 这意味着年台风总降雨量很大程度上取决于在受台风影响 降雨量和浙江登陆台风特别是降雨量 台风所带来的降雨量()浙江登陆台风总降雨量与其中 降雨量的相关系数.表明浙江登陆台风总降雨量与其中 降雨量有强正相关性即每年浙江登陆台风给舟山带来的降雨量基本上由其中 降雨量的台风所决定表 年间登陆舟山台风(热带风暴)特征值 ()编号名称气压/风速/()级别台风起始点登陆点登陆日期登陆时刻过程雨量/时间/登陆后路径移动速度/()西太平洋 关 岛 西 南 洋面上普陀:无记录 穿杭州湾平湖二次登陆西太平洋关岛附近洋面上普陀:.转东北去日本冲绳东南偏东方向大约 普陀:.北仑二次登陆西去科斯雷以南洋面上 朱家尖:.转向东北去日本关岛东南方向洋面上普陀:.转向北偏东去朝鲜台 宜 兰 偏 东 向 普陀:.平湖二次登陆去皖冲绳那 霸 市 偏 东 普陀:.上海奉贤二次登陆 注:台风编号 表示 年第 号台风其他以此类推 台风对降雨的影响.登陆舟山台风对降雨的影响.登陆舟山的台风情况由于登陆舟山台风较少为便于研究样本选取统计时间跨度延长到 年 建国以后舟山登陆台风共有 个其中 年间发生 个 由于舟山定海地区 年尚未解放因此 号台风缺少完整的信息记录 舟山登陆台风的登陆点基本在普陀县见表 这些台风的特点有:只有 台风属于近海台风其他均位于我国台风 警戒线()以东属于远海台风 这些台风大部分在晚上登陆这个时间段(每年春分至秋分)舟山海域夜潮高潮位比日潮高潮位高因此台风晚上登陆对舟山沿海地区影响更大 登陆后台风路径走向大致有 种 一是登陆舟山后转向北偏东方向然后在日本韩国等地二次登陆二是登陆舟山后向北偏西方向继续前行在杭州湾北岸二次登陆三是舟山登陆后西行在浙江宁波等沿海再次登陆 这些台风的共同特征就是台风几次转向后在某地 次甚至 次登陆.长春岭站降雨特征分析 个台风过程降雨量 号台风偏大 号台风过程降雨偏小其他几个台风影响长春岭站 降 雨 量 均 比 较 接 近 平 均 每 个 台 风 降 雨.号台风具有强度小降雨过程短的特点从表 可知该台风过程降雨时间最短仅为 长江科学院院报 年 过程降雨量.最大日降雨量.(舟山登陆台风平均过程降雨为.最大日降雨量平均值为.)、登陆后路径向西偏南方向这些因素综合起来使得降雨量偏小 台风属于近海台风虽然台风形成到登陆时间短但过程降雨时间一般很长因此雨量较大.台风路径相关因子对过程降雨量影响路径相关因子除台风走向还有登陆点、强度、移动速度等 舟山登陆台风登陆点相同均在普陀区(县)因此主要观察因子为移动速度、台风强度和路径走向 已有研究表明移动速度与过程降雨量负相关移动速度越慢台风影响时间越长降雨量就越大 但根据表 台风基本数据分析移动速度与降雨量之间没有明显的对应关系 台风强度与降雨量正相关一般来说强度越大降雨量越大