張勇榮,馬士彬，閆利會

(1.六盤水師范學(xué)院 環(huán)境與資源科學(xué)系，貴州 六盤水 553004；2.貴州師范大學(xué) 喀斯特研究院，貴陽 550001)

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貴州省近55年降水事件變化特征

張勇榮1,馬士彬1，閆利會2

(1.六盤水師范學(xué)院 環(huán)境與資源科學(xué)系，貴州 六盤水 553004；2.貴州師范大學(xué) 喀斯特研究院，貴陽 550001)

為了更深入地了解貴州省氣候變化的特征，運用19個氣象站1959—2013年降水觀測數(shù)據(jù)，分析了貴州省近55 a來的降水量、降水日數(shù)、降水強度的氣候特征、變化趨勢、空間分布和穩(wěn)定性。結(jié)果表明：空間上，貴州省降水量南多北少，降水日數(shù)南少北多，二者呈空間負相關(guān)；時間上，近55 a貴州省降水大致可以分為1個平水期、2個豐水期和2個枯水期，降水增強區(qū)域面積逐漸縮??；季節(jié)差異性顯著且隨海拔高度增加而加??；貴州省強降水日數(shù)和強度多年平均變化趨勢不顯著，空間上呈帶狀分布，最小值分布于威寧—畢節(jié)—遵義—三穗一帶，但該區(qū)域暴雨強度變化率最大；貴州省大雨強度變異系數(shù)較小，但暴雨強度變異系數(shù)較大，且變異系數(shù)最大值分布于暴雨強度最弱的威寧—畢節(jié)—遵義—三穗一帶。貴州省55 a間降水事件變化最突出的特征是：年均降水量、降水日數(shù)和強度相對較小的區(qū)域，其降水日數(shù)和強度的變化率最大、穩(wěn)定性最差。針對這一特征應(yīng)重點分析地形對貴州省降水的影響，加大對極端降水事件發(fā)生概率較大地區(qū)的降水動態(tài)及地質(zhì)異動情況的觀測。

降水事件；觀測數(shù)據(jù);時空變化；暴雨；貴州省

1 研究背景

在全球氣候變化的背景下[1-2]，貴州省降水變化顯著。研究指出，20世紀(jì)90年代以來貴州省降水有增加趨勢，降水突變明顯[3]。降水趨勢上，貴州省西部降水分1980—1990年下降期、1990—2000年上升期及2000年以后的平穩(wěn)期[4]?？臻g變化特征上，近50 a貴州省年降水量地區(qū)分布趨勢為南部多于北部，東部多于西部[5]。降水異常變化上，貴州降水具有顯著的年際、年代際變化特征，貴州省夏季降水異常存在2.8 a的顯著周期[6]。在降水日數(shù)統(tǒng)計上，貴州省近50 a，不同強度降水日數(shù)呈先增加后減小的態(tài)勢，總降水日數(shù)表現(xiàn)為顯著下降趨勢[7]。區(qū)域特征上，西南喀斯特地區(qū)降水呈現(xiàn)典型的區(qū)域演變特征[8]。

系統(tǒng)分析降水量、空間分布、變化周期可以反映出區(qū)域降水變化的一般特征，但降水的變化與降水日數(shù)和強度的變化也有著密切關(guān)系[9]，而洪澇災(zāi)害的發(fā)生與降水頻率、強度、極端降水事件的發(fā)生關(guān)系更為密切。貴州省地質(zhì)條件特殊，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻率較高，極端降水事件是誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的主要原因之一[10-12]，有必要進行系統(tǒng)的降水事件變化特征分析。因此利用19個氣象站點1959—2013年降水觀測資料對貴州省降水事件的變化特征和規(guī)律進行研究，以便更深入地了解貴州省氣候變化的特征。

2 資料和方法

2.1 研究區(qū)概況

貴州省位于中國西南部，與湖南、廣西、云南、四川、重慶接壤，介于103°31'E—109°30′E，24°30′N—29°13′N之間。屬于喀斯特高原山區(qū)，山地和丘陵占區(qū)內(nèi)總面積的92.5%，喀斯特面積占全省國土面積的61.9%。地勢西高東低，平均海拔1 100 m，見圖1。

圖1 研究區(qū)DEM及氣象站點分布

由于地形因素影響，區(qū)內(nèi)氣溫和降水分布差異顯著，西部威寧、水城等高海拔區(qū)域?qū)倥瘻貛Ъ撅L(fēng)氣候，平均氣溫10.5 ℃，1月份最低氣溫-1.6 ℃，年均降水量為883.1 mm；中部、東部為亞熱帶季風(fēng)氣候，平均氣溫14.8 ℃，1月份最低氣溫2.3 ℃，年均降水量為1 200 mm。

2.2 數(shù)據(jù)資料

所用資料為1959—2013年19個氣象站的降水資料。氣象站點選擇時主要考慮均勻覆蓋貴州省并且數(shù)據(jù)質(zhì)量較高的站點。選擇的站點中包括黔東南州2個、黔南州2個、銅仁市2個、遵義市4個、畢節(jié)市3個、貴陽市1個、安順市2個、黔西南州和六盤水市3個，能夠均勻覆蓋貴州省各個區(qū)域；考慮到地形地貌對貴州省降水的影響，選擇站點的時候保證站點在所處地貌區(qū)具有代表性，所以東部山地丘陵區(qū)(面積占全省18.5%)3個，中部丘原山地區(qū)(面積占全省65.7%)13個，西部高原山區(qū)(面積占全省15.8%)3個。文章對選擇站點的數(shù)據(jù)質(zhì)量進行了均一性驗證，尤其對年降水量、年降水日數(shù)和暴雨日數(shù)最大值進行合理性判讀。

年降水日定義為降水量≥0.1 mm日數(shù)的總和；日降水量在25～49.9 mm為大雨日，日降水量≥50 mm為暴雨日；降水強度定義為各量級降水總量與降水日數(shù)之比。

2.3 研究方法

以像元為分析單位，采用最小二乘法分別計算降水量、大雨強度和暴雨強度的變化傾斜率，公式[13]為

(1)

式中：Ri為降水量(大雨強度或暴雨強度)；n為樣本序列長度；i為計算年份的年序號。

采用變異系數(shù)分析降水場的穩(wěn)定性和均勻性，變異系數(shù)越大，表示降水量隨時間變化大，出現(xiàn)旱澇幾率也越大；變異系數(shù)越小，表示降水量波動越小，降水的穩(wěn)定性越好。變異系數(shù)公式[14]為

(2)

3 貴州省降水基本特征

3.1 貴州省降水空間分布和變化特征

貴州省年降水量的總體分布特征是東多西少，南多北少；季節(jié)降水量差異顯著并隨海拔高度增加而加劇。東部山地丘陵區(qū)年降水量1 100～1 200mm，降雨強度7mm/d；冬季(12月份—翌年2月份)降水最少，占全年總降水量的8.77%；夏季(6—8月份)降水最多，占全年降水量的40.87%。中部丘原山地區(qū)年降水量1 000～1 400mm，夏季降水占區(qū)域全年降水量的46.64%,冬季僅占6.1%。西部高原山地區(qū)(六盤水市、畢節(jié)市中西部)平均海拔1 800m以上，年降水量為800～1 000mm，夏季降水占全年降水量的53.8%，冬季僅占4.6%(圖2(a))。

55a間貴州省年降水日數(shù)(圖2(b))和年降水強度(圖2(c))的空間分布特征分別為：降水日數(shù)從東向西逐漸遞增，最大值位于畢節(jié)—威寧；降水強度從東、東南部向西北遞減，最大值位于望謨縣，最小值位于畢節(jié)—威寧。通過分析可以看出貴州省降水量與降水日數(shù)在空間上的分布呈負相關(guān)關(guān)系，畢節(jié)—威寧年降水量近900mm，降水日數(shù)卻高達200d左右，而望謨、羅甸、銅仁地區(qū)降水量在1 300mm左右，降水日數(shù)僅有150d，為全省最低。降水強度最大值中心與降水量最大值中心不吻合，降水強度最大值中心位于望謨縣，但降水量最大值中心位于盤縣。

圖2 貴州省多年平均年降水量、年降水日數(shù) 及降水強度空間分布

3.2 降水量時間分布特征

圖3 1959—2013年貴州省年降水量和 暴雨日數(shù)累計距平

近55a來貴州省年降水量總體特征呈不顯著下降趨勢，變化率為-21.99mm/(10a)(未通過0.05置信度檢驗)，與近50a來中國南方降水變化趨勢基本一致[15]。圖3為貴州省降水累計距平，反映出近55a貴州省降水變化可分為5個階段：2個豐水期為1966—1984年和1993—2002年，2個枯水期為1985—1992年和2003—2013年，1個平水期為1959—1965年。

應(yīng)用空間插值數(shù)據(jù)對4個變化時期的降水變化傾斜率(圖4)進行分析可知：1966—1984年豐水期貴州省降水量增多的區(qū)域面積占全省總面積的73.94%，以黔東南的凱里、鎮(zhèn)遠、施秉和黔西北的赤水、習(xí)水為中心；降水量下降區(qū)域主要分布在貴州省西部、西南部以及北部。1985—1992年枯水期貴州省降水量減少區(qū)域面積占全省的86.6%，主要分布在黔東南和黔北區(qū)域。1993—2002年豐水期貴州省降水量增多的面積占全省的46.12%，主要分布在貴州省中部和北部，以桐梓和遵義為中心；降水減少的區(qū)域轉(zhuǎn)移到黔西南和黔東南。2003—2013年枯水期貴州省降水量下降的面積占全省的85.6%，主要分布在貴州省中部和北部。通過貴州省降水變化的空間分布可以看出：4個時期內(nèi)，貴州省降水增強和減弱的區(qū)域位置都發(fā)生較大改變，增強區(qū)域面積逐漸縮小；貴州省西南部呈現(xiàn)的降水變化趨勢較特殊，如1966—1984年的豐水期內(nèi)貴州西南部呈現(xiàn)降水減少的趨勢，2003—2013年的枯水期內(nèi)則呈現(xiàn)降水增多的趨勢，都與同時期貴州省所處降水變化階段不一致。

圖4 1966—2013年貴州省降水量變化傾斜率

4 強降水的時空變化特性

4.1 強降水日的時空分布變化

貴州省歷年大雨和暴雨日數(shù)的變化趨勢不明顯，大雨日數(shù)增加趨勢為0.011d/a，暴雨日數(shù)的增加趨勢為0.006d/a，均未通過0.05置信度檢驗。對比暴雨降水日數(shù)與貴州省年均降水量時間序列累計距平發(fā)現(xiàn)，二者在各個豐、枯水時期內(nèi)的變化趨勢基本一致，但暴雨日數(shù)的累計距平在2003年以后仍呈上升趨勢，而年降水量累計距平在2003年以后已經(jīng)開始下降進入枯水期(圖3)。

貴州省55a間大雨和暴雨降水日數(shù)空間分布表現(xiàn)為南多北少并呈帶狀分布。大雨日數(shù)最大值為西南部盤縣的年均10d，暴雨日數(shù)最大值分布于望謨地區(qū)，為年均4d；大雨和暴雨日數(shù)的最小值都位于畢節(jié)—威寧—遵義一帶。大雨、暴雨的分布主要受西南、東南季風(fēng)和地形的影響，西南季風(fēng)影響長江與珠江分水嶺南坡，暖濕空氣被迫抬升形成強降水，導(dǎo)致盤縣、望謨等地區(qū)降水量、降水強度、大雨日數(shù)、暴雨日數(shù)都明顯高于省內(nèi)其他區(qū)域；東南季風(fēng)影響下黔南、黔東南以及銅仁地區(qū)，導(dǎo)致其降水量和降水強度、大雨和暴雨日數(shù)也高于省的中部和西部。

4.2 強降水強度的時空變化分布

觀察貴州省1959—2013年大雨和暴雨強度多年平均值及變化傾斜率空間分布(圖5)可以看出，大雨強度55a間變化率很小，空間上呈現(xiàn)從黔中向東西兩側(cè)遞減的分布格局。暴雨強度變化傾斜率的空間分布東北高、西和西南部低；與暴雨強度空間分布對比發(fā)現(xiàn)，暴雨強度較低的三穗、黔西地區(qū)暴雨強度的變化率非常高，年平均暴雨強度增加0.5～1.0mm/d。

圖5 1959—2013年貴州省大雨、暴雨強度平均值和強度變化傾斜率

圖6 1959—2013年貴州省大雨、暴雨強度變異系數(shù)分布

4.3 不同等級降水強度的穩(wěn)定性分析

從貴州省1959—2013年大雨和暴雨強度變異系數(shù)的空間分布(圖6)可看出：大雨強度年際變化不大，變異系數(shù)都<0.2；空間分布上北部大于南部，威寧地區(qū)最大。暴雨強度年際變化比較大，變異系數(shù)一般在0.2～0.7之間，最大值位于威寧地區(qū)，達到0.77，空間分布上呈北高南低。大雨和暴雨強度變異系數(shù)的空間分布都與降水強度的空間分布呈負相關(guān)，年降水強度、大雨和暴雨強度最小的威寧—畢節(jié)—遵義—三穗一帶，其大雨和暴雨強度變異系數(shù)最大。說明貴州省北部區(qū)域，雖然降水量、降水強度小于南部，但穩(wěn)定性不好，大雨和暴雨降水強度的年際間波動很大，出現(xiàn)極端強降水的概率較大，這種情況下一方面容易引發(fā)旱澇災(zāi)害和城市內(nèi)澇，另一方容易誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。

5 結(jié) 論

本文應(yīng)用1959—2013年降水觀測數(shù)據(jù)，在分析貴州省降水基本特征的基礎(chǔ)上，討論了貴州省強降水日數(shù)和強度的氣候傾斜率、變化率以及穩(wěn)定性等方面的空間分布特征，得到如下結(jié)論：

(1) 空間上貴州省降水量南多北少、東多西少，降水日數(shù)南少北多，降水量與降水日數(shù)在空間上呈負相關(guān)關(guān)系，降水強度的最大值中心與降水量最大值中心不吻合。季節(jié)分布上，貴州省降水季節(jié)差異顯著，主要分布于夏季，季節(jié)差異隨區(qū)內(nèi)海拔高度增加而加大。時間上，1959—2013年貴州省降水分為5個階段：1959—1965年為1個平水期、1966—1984年和1993—2002年2個豐水期、1985—1992年和2003—2013年2個枯水期。各時期間降水量增強和減弱區(qū)域位置都發(fā)生較大改變，降水量增強區(qū)域面積逐漸縮小。

(2) 貴州省歷年大雨和暴雨日數(shù)的變化趨勢不明顯。暴雨日數(shù)與各個豐、枯水時期內(nèi)的降水量變化趨勢基本一致，但暴雨日數(shù)的累計距平在2003年以后仍呈上升趨勢，而降水量2003年以后已經(jīng)開始下降進入枯水期。強降水日數(shù)的空間分布上表現(xiàn)為南多北少并呈帶狀分布。大雨日數(shù)最大值位于西南部盤縣，為10 d，暴雨日數(shù)最大值分布于望謨地區(qū)，為4 d；大雨和暴雨日數(shù)的最小值都位于畢節(jié)—威寧—遵義一帶。

(3) 大雨強度55 a間變化率很小，大雨強度變化率從黔中向東西兩側(cè)遞減。暴雨強度變化率較大，空間上東北高、西和西南部低；與暴雨強度空間分布對比發(fā)現(xiàn)，暴雨強度較低的三穗、黔西地區(qū)暴雨強度的變化率非常高，年平均暴雨強度增加0.5～1.0 mm。

(4) 貴州省1959—2013年大雨強度變異系數(shù)較小，但暴雨強度變異系數(shù)較大，空間分布都呈北大南小，威寧地區(qū)最大。大雨和暴雨強度變異系數(shù)的空間分布都與年降水強度的空間分布呈負相關(guān)，年降水強度、大雨和暴雨強度最小的威寧—畢節(jié)—遵義—三穗一帶，其大雨和暴雨強度變異系數(shù)最大。

貴州省降水事件表現(xiàn)出的特征在一定程度上可能加大旱澇災(zāi)害發(fā)生的概率，如畢節(jié)—威寧地區(qū)降水量、年降水強度、暴雨日數(shù)、暴雨強度都較低，但暴雨強度變異系數(shù)和變化率非常高；貴州省東部的三穗地區(qū)位于省內(nèi)受季風(fēng)影響相對比較突出的位置，但是其年降水量和年降水強度、大雨和暴雨日數(shù)均低于周邊同經(jīng)度地區(qū)，而年均降水日數(shù)和暴雨變異系數(shù)高于周邊同經(jīng)度地區(qū)。針對貴州省降水反映出的特殊性，應(yīng)重點分析地形對貴州省降水的影響，加大對極端降水事件發(fā)生概率較大地區(qū)的降水動態(tài)及地質(zhì)異動情況的觀測。

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(編輯：趙衛(wèi)兵)

Variation Characteristics of Precipitation Events inGuizhou Province in Recent 55 Years

ZHANG Yong-rong1, MA Shi-bin1，YAN Li-hui2

(1.Department of Environmental and Resources Science, Liupanshui Normal University, Liupanshui 553004,China;2.School of Karst Science, Guizhou Normal University，Guiyang 550001，China)

In the aim of better understanding the characteristics of precipitation events in Guizhou Province,observed precipitation data during 1959-2013 collected from 19 meteorological stations were used in analyzing the climate characteristics, change trend, spatial distribution, and steadiness of precipitation, number of wet days, and precipitation intensity in the past 55 years in Guizhou Province. The results suggest that in spatial scale, the precipitation was more in the south than that in the north but the number of wet days was smaller in the south than that in the north, and the two quantities were in negative correlation in space. In temporal scale, one normal period, two wet periods, and two dry periods of the precipitation could be identified in the past 55 years in Guizhou Province, but intensified precipitation zones diminished in area; furthermore, seasonal variation was remarkable, which intensified with an increasing altitude. The number of intense precipitation days and the precipitation intensity were not notable in their mean annual change trend and the spatial distribution was of a belt pattern; the minimum values were distributed along Weining-Bijie-Zunyi-Sansui region, which was, however, characterized by the highest change rate of storm intensity. The coefficient of variation of heavy rain intensity in Guizhou was small but that of storm intensity was large, with the largest coefficient value found along Weining-Bijie-Zunyi-Sansui region where the storm intensity was the lowest. The most prominent characteristic of precipitation events in the 55 years in Guizhou was: regions with low annual average precipitation, small number of wet days, and low precipitation intensity had the highest change rate in number of wet days and precipitation intensity and the lowest stability. In view of this characteristic, the impact of topography on the precipitation in Guizhou should be paid emphasis to, and observation shall be strengthened on precipitation dynamics and geological abnormities in regions with a high probability of extreme precipitation events.

precipitation events; observation data; spatiao-temporal variation; rainstorm; Guizhou Province

2015-10-27；

2015-12-24

國家自然科學(xué)基金項目(41301504)；貴州省教育廳自然科學(xué)研究項目(黔教合KY字[2013]173)；貴州省科學(xué)技術(shù)基金項目(黔科合LH字[2015]7610號，黔科合LH字[2014]7459號);貴州省教育廳高校人文社會科學(xué)研究規(guī)劃項目(14GH007)

張勇榮(1982-)，女，黑龍江牡丹江人,副教授,碩士，研究方向為環(huán)境變化與對策,(電話) 15086451531(電子信箱)z918@163.com。

10.11988/ckyyb.20150903

2017,34(1):40-44

P332

A

1001-5485(2017)01-0040-05