丁 楠，沙曉軍，高穎會，王 婷，游志康，徐向陽

(1.河海大學(xué)水文水資源學(xué)院，南京 210098；2.江陰市水資源管理辦公室，江蘇 江陰 214400)

近百年來，受全球氣候變暖和人類生活方式改變的影響，全球范圍內(nèi)的極端氣候事件頻發(fā)，并引發(fā)了人們的廣大關(guān)注。極端降水事件作為極端氣候事件的表現(xiàn)之一，極易引發(fā)小流域山洪、泥石流等次生災(zāi)害，給世界許多國家和地區(qū)造成了巨大的損失。因此，研究極端降水事件對于防汛指揮工作，降低洪澇災(zāi)害等具有重要意義。陳海山等分析了中國近50 a來不同區(qū)域的極端降水事件的基本變化特征，發(fā)現(xiàn)了極端降水事件具有顯著的年際和年代際變化特征；楊速英等研究了東北地區(qū)汛期極端降水量的非均勻性分布特征，發(fā)現(xiàn)了極端降水集中度呈現(xiàn)階段性變化特征；何書樵等分析了近50 a來長江中下游地區(qū)的降水特征，發(fā)現(xiàn)了各降水指數(shù)在年代際尺度上均存在著周期震蕩。但目前對浙江省極端降水事件的時空演變規(guī)律及原因分析的研究還比較有限。為此，本文選取了年極端降水量、極端降水發(fā)生頻次、極端降水強度和年最大日降水量4個極端降水指數(shù)，分析了近50 a來浙江省極端降水事件的空間分布特征，并分別采用了Mann-Kendall法和有序聚類法對年極端降水量進行了趨勢分析和突變檢驗。研究結(jié)果不僅能提高對浙江省降水演變規(guī)律的認(rèn)識，而且對浙江省的防洪規(guī)劃具有重要的指導(dǎo)意義。

1 研究區(qū)概況

浙江省地處中國東南沿海長江三角洲南端，土地面積10.18 萬km2，在所有省份中面積較小。全境70.4%的陸域面積為山地和丘陵，平原和盆地占23.2%，地形自西南向東北呈階梯狀傾斜，大致可分為浙北平原、浙西丘陵，浙東丘陵，中部金衢盆地、浙南山地、東南沿海平原及濱海島嶼等6個地形區(qū)。受亞熱帶季風(fēng)氣候的影響，浙江省內(nèi)雨量豐沛，雨熱季節(jié)變化同步，氣象災(zāi)害頻發(fā)。降雨年內(nèi)年際變化比較大，集中期為5、6月，年均降水量為1 600 mm，是中國降水較為豐富的地區(qū)之一，也是極端氣候事件多發(fā)的地區(qū)。因此，本文利用浙江省1961-2010年的逐日降水資料，對極端降水事件的特征進行分析。

2 研究資料與方法

研究選用了1961-2010年浙江省21個代表雨量站的逐日降水資料，為了保證各雨量站資料系列的同步性，缺測數(shù)據(jù)均采用鄰近站點進行多元回歸插值補齊。1961-2010年的浙江省21個雨量站降雨系列具有較長的平均豐、平、枯水時段, 豐枯出現(xiàn)的頻次也相當(dāng)，且隨著系列的延長，逐日降水的均值趨于穩(wěn)定,由此認(rèn)為, 本文選用的雨量站逐日降水系列具有較好的代表性。

采用國際上常用的百分位法定義各測站極端降水闕值，把1961-2010年逐年日降水量達到0.1mm的子樣本按升序進行排列，將第95個百分位值定義為該雨量站50 a來的極端降水事件閾值。若某站某日日降水量超過該站閾值，則該站該日發(fā)生了極端降水事件。對于各個測站，將某年發(fā)生極端降水事件的次數(shù)定義為該年極端降水事件發(fā)生頻次；某站某年所有超過該站闕值的極端降水量的總和定義為該站該年的年極端降水量；某站某年的年極端降水量除以對應(yīng)極端降水事件的發(fā)生頻次，稱為這一年的極端降水強度；某站一年中極端降水事件的最大值稱為該年的最大日降水量。

本文采用Mann-Kendall法對1961-2010年浙江省21個雨量站的年極端降水量序列進行趨勢分析。Mann-Kendall趨勢檢驗適用于非參數(shù)檢驗，能夠有效區(qū)分某一自然過程處于自然波動還是存在確定的變化趨勢。其優(yōu)點是樣本不需要服從一定的分布，且受異常值的干擾較少，因而該檢驗方法在水文統(tǒng)計領(lǐng)域運用較為廣泛。選取統(tǒng)計值Z判斷趨勢變化，若Z>0，則表明序列呈上升的趨勢；反之，Z<0，則表明序列呈下降的趨勢。顯著性水平α定為0.05，當(dāng)|Z|≥Zα?xí)r，拒絕原假設(shè)，即趨勢顯著；當(dāng)|Z|

為了研究極端降水量在時空上的急劇變化，選用有序聚類法對年極端降水量進行突變分析。有序聚類法實際上就是找尋最優(yōu)分割點，使同類間的離差平方較小。對序列X1，X2，…,Xn，設(shè)可能的突變點為m，突變前后離差平方和分別表示為：

(2)

Sn(m)=Vm+Vn-m

(3)

式中：Sn(m)為突變點m前后的總離差平方和，當(dāng)Sn(m)取最小值時，m點即為尋找的最優(yōu)分割點。

3 年極端降水量的特征分析

3.1 年極端降水量的空間分布特征

根據(jù)統(tǒng)計得到各測站1961-2010年的年極端降水量，計算各測站的平均年極端降水量，從而得到近50 a極端降水量的空間分布圖，見圖1。由圖1可以看出，浙江省年極端最大降水量為380～680 mm。受亞熱帶季風(fēng)氣候的影響，年極端降水量的最大值出現(xiàn)在東南沿海地區(qū)的臨海市西部，達到了680 mm。最小值位于紹興市嵊縣，年極端降水量略小于380 mm。浙西丘陵地區(qū)的年極端降水量略大于中部金衢盆地，浙西丘陵地區(qū)的年極端降水量主要為460～480 mm，中部金衢盆地主要為420～440 mm，其原因可能是浙西丘陵地區(qū)海拔高，空氣在移動過程中遇到地形阻擋而容易形成地形雨。浙江多山地和丘陵，年極端降水量越大越會造成大的滑坡、泥石流等災(zāi)害，因此浙西丘陵和浙東丘陵地區(qū)應(yīng)成為重點防護對象。

圖1 年極端降水量空間分布(單位：mm)Fig.1 Spatial distribution of annual extreme precipitation

3.2 趨勢分析

檢驗結(jié)果表明，1961-2010年的浙江省年極端降水量整體上呈不顯著的上升趨勢，上升趨勢站點數(shù)占到總測站數(shù)的81%，僅有浙西丘陵地區(qū)中部為下降趨勢?？臻g方面，顯著性水平具有自東向西遞減的特點。21個測站中僅有4個站通過了95%的顯著性檢驗，且均分布在浙江省東部沿海地區(qū)，年極端降水量增加趨勢顯著。因此，浙江東部沿海地區(qū)未來的防汛工作需予以重視，尤其是臺州和溫州2市。

3.3 突變檢驗

采用有序聚類法對各測站1961-2010年的年極端降水量序列進行突變檢驗可以準(zhǔn)確地識別序列發(fā)生顯著變化的突異點。結(jié)果分析可知，各測站的突變時間不統(tǒng)一，但多集中在20世紀(jì)80年代初至20世紀(jì)90年代末。主要原因可能是這段時間內(nèi)全球性的厄爾尼諾和拉尼娜現(xiàn)象的交替出現(xiàn)，改變了海洋與大氣之間的能量交換以及大氣環(huán)流，從而導(dǎo)致東海沿岸的浙江省年極端降水量波動較大。

4 極端降水發(fā)生頻次的特征分析

本文計算了各測站極端降水發(fā)生頻次近50 a來的均值，并得到了相對應(yīng)的空間分布圖，見圖2，可見極端降水發(fā)生頻次的空間差異不大。浙江省東南沿海地區(qū)的極端降水發(fā)生頻次為8.0～9.2 d/a，高值中心出現(xiàn)在臨海市的括蒼山地區(qū)，達到了9.2 d/a。浙江省西北地區(qū)的天目山站極端降水發(fā)生頻次也較高，達到8.7 d/a。浙江省其余地區(qū)的極端降水發(fā)生頻次主要為7.3～8.0 d/a。浙江省丘陵地區(qū)的極端降水發(fā)生頻次較高于東北沖擊平原地區(qū)和中部盆地，因此山地丘陵地區(qū)的防汛工作應(yīng)予以重視。

圖2 極端降水發(fā)生頻次空間分布(單位：d/a)Fig.2 Spatial distribution of extreme precipitation frequency

5 極端降水強度的特征分析

極端降水強度的空間分布與年極端降水量、極端降水發(fā)生頻次基本一致，浙江省極端降水強度呈南部大、北部小的格局，極端降水強度主要為49～73 mm/d，見圖3。東南沿海地區(qū)的極端降水強度最高，均超過了60 mm/d，最大值出現(xiàn)在臨海市的括蒼山地區(qū)，達到了73 mm/d。東北沖擊平原地區(qū)極端降水強度明顯小于西部和東南丘陵地區(qū)，為50～56 mm/d。多發(fā)的高強度極端降水事件往往在很短時間內(nèi)就會造成巨大的危害，應(yīng)該得到更多的關(guān)注。

圖3 極端降水強度空間分布(單位：mm/a)Fig.3 Spatial distribution of extreme precipitation intensity

6 最大日降水量的特征分析

圖4為浙江省21個雨量站的最大日降水量(50 a均值)的空間分布，主要為80～160 mm，呈東南向西北遞減的特點。東南沿海地區(qū)的最大日降水量明顯高于其他地區(qū)，其中括蒼山、溫州、洪家3個測站均超過了120 mm。最小值出現(xiàn)在金華市，最大日降水量也達到了80 mm。最大日降水量越高，則代表該地區(qū)該日面臨的防汛工作越嚴(yán)峻，短歷時的極端降水更容易引發(fā)突發(fā)的次生災(zāi)害。

圖4 最大日降水量空間分布(單位：mm)Fig.4 Spatial distribution of annual daily maximum amount

7 原因分析

浙江省21個測站的年極端降水量、極端降水發(fā)生頻次、極端降水強度和年最大日降水量的空間分布基本一致，呈南多北少，東南沿海地區(qū)最多的格局。主要原因有以下兩個方面：①浙江西部和東南地區(qū)多丘陵山地，濕潤氣流遇到山脈等高地阻擋時被迫抬升而氣溫降低容易形成地形雨，所以這部分區(qū)域相對中部盆地和東北沖擊平原更容易發(fā)生高強度、長歷時的極端降雨事件。②浙江省作為中國沿海經(jīng)濟大省，其城市化水平一直居于前列，城市化的進程改變了下墊面的天然形態(tài)，工業(yè)發(fā)展和人們生活方式的轉(zhuǎn)變，全球環(huán)流突變，全球變暖，這些都從不同程度上影響浙江省的極端降水特征。

8 結(jié) 論

(1)浙江省年極端降水量、極端降水發(fā)生頻次、極端降水強度、年最大日降水量在空間上呈現(xiàn)由南向北逐漸減少的分布特征，各指標(biāo)最大值均出現(xiàn)在東南沿海地區(qū)。應(yīng)重點關(guān)注東南沿海地區(qū)的防汛指揮工作。

(2)浙江省年極端降水量普遍呈上升趨勢，東南沿海地區(qū)年極端降水量增大趨勢明顯。

(3)本文未對極端降水做周期分析，未來尚需進一步分析。

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