晁智龍，KHEM CHUNPANHA，嚴(yán)寶文，宋松柏

(1.陜西省水文水資源勘測(cè)中心，陜西 西安 710068；2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水利與建筑工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

作為一種小概率事件，極端降水事件參與到了各類(lèi)具有突發(fā)性和嚴(yán)重危害性的水災(zāi)害事件中，隨著全球氣候的暖化，極端降水引起的水災(zāi)害也對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定產(chǎn)生越來(lái)越嚴(yán)重的影響[1-2]。陜南秦巴山區(qū)位于北緯31.9°～33.6°，東經(jīng)106.2°～110.9°的范圍內(nèi)，因其重要的戰(zhàn)略位置和復(fù)雜的土壤、地理、氣候條件，對(duì)氣象災(zāi)害更為敏感。近年來(lái)，該區(qū)域因極端降水引發(fā)水災(zāi)害平均每年造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)91.02億元[3]。隨著氣候暖濕化趨勢(shì)越來(lái)越明顯，加上人類(lèi)活動(dòng)的影響，該區(qū)域大部分地區(qū)降水顯著增加，年際變化大、空間分布不均的特點(diǎn)更加突出,這無(wú)疑增加了該地區(qū)發(fā)生水災(zāi)害事件的可能性[4-6]。因此，以陜南秦巴山區(qū)為研究背景區(qū)進(jìn)行極端降水的時(shí)空特征研究，對(duì)強(qiáng)化區(qū)域極端降水預(yù)報(bào)和山地災(zāi)害預(yù)測(cè)，以及制定適應(yīng)性治理方案具有指導(dǎo)意義。

需要注意的是，極端降水有時(shí)段長(zhǎng)短區(qū)別，不同時(shí)段極端降水引發(fā)的水災(zāi)害類(lèi)型也不盡相同，短歷時(shí)的暴雨往往引發(fā)山洪、泥石流等災(zāi)害[4-6]，中長(zhǎng)時(shí)段的極端降水則多引發(fā)滑坡。所以研究極端降水特征時(shí)，劃分時(shí)段是必要的前提。

1 數(shù)據(jù)與方法

本文以陜南秦巴山區(qū)為研究區(qū)，依據(jù)白巖站、佛坪站、高灘站、桂花園站、紅椿站、江口站、兩河口站、馬池站、馬道站、南寬坪站、青泥灣站、石泉站、蜀河站、太白站、鐵鎖關(guān)站、西鄉(xiāng)站、長(zhǎng)槍鋪站、鎮(zhèn)巴站、竹林關(guān)站共19個(gè)水文站1998年—2016年實(shí)測(cè)日降水量來(lái)研究極端降水的空間分布特征，數(shù)據(jù)來(lái)自陜西省水文水資源勘測(cè)局整編資料，選取的時(shí)段包括6 h、24 h(1 d)、3 d和5 d，各站分布位置見(jiàn)圖1。

圖1 研究區(qū)各觀測(cè)站分布圖

研究過(guò)程中，先對(duì)插補(bǔ)完整后的逐日降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行整理和順次加和，構(gòu)建24 h、3 d和5 d 降水序列。同時(shí)，假設(shè)日降水為單峰暴雨過(guò)程[7-8]，選取典型24 h暴雨過(guò)程及其量值，發(fā)現(xiàn)可選取其峰值兩側(cè)6 h范圍內(nèi)的降水量(大約為降水總量的2/3)作為6 h降水量[9-11]，由此構(gòu)建6 h降水序列。之后以百分位95為篩選閾值，分別篩選構(gòu)建研究區(qū)19個(gè)站的6 h、24 h、3 d和5 d極端降水序列[12-13]。最后計(jì)算各序列的極端降水均值和變差系數(shù)，進(jìn)一步通過(guò)等值線圖來(lái)進(jìn)行極端降水空間變化特征分析[14]。

2 極端降水特征參數(shù)計(jì)算

本文選取各站4個(gè)時(shí)長(zhǎng)極端降水的均值和變差系數(shù)來(lái)進(jìn)行秦巴山區(qū)極端降水的空間變化特征分析。選擇均值的目的是更好的反映極端降水在空間上的大致變化特點(diǎn)，揭示極端降水空間上的變化趨勢(shì)；變差系數(shù)能更好地反映不同站點(diǎn)同時(shí)段極端降水的離散程度，展現(xiàn)各站域極端降水變化的不確定性，是各站域超量極端降水發(fā)生時(shí)段的風(fēng)險(xiǎn)性分布特征。

根據(jù)日降水?dāng)?shù)據(jù)經(jīng)四時(shí)段降水序列構(gòu)建和以百分位95的閾值篩選，共獲得各站6 h極端降水?dāng)?shù)據(jù)1 387個(gè)，1 d、3 d和5 d極端降水?dāng)?shù)據(jù)個(gè)數(shù)合計(jì)346個(gè)，計(jì)算各站不同時(shí)段極端降水均值和變差系數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表1。

由表1中數(shù)據(jù)可以得到研究區(qū)極端降水特征參數(shù)空間變化的初步規(guī)律，秦嶺南坡自西向東馬道、佛坪、青泥灣、南寬坪和竹林關(guān)五站(見(jiàn)圖1)，其不同時(shí)長(zhǎng)極端降水均值的變化是逐步減小的，而變差系數(shù)大致兩側(cè)大，中間小(見(jiàn)圖2)。

表1 秦巴山區(qū)各水文站極端降水特征參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

圖2 秦嶺南坡各站極端降水特征參數(shù)自西向東變化趨勢(shì)

自北向南，從佛坪、兩河口、石泉、馬池、紅椿到高灘站(見(jiàn)圖1)，其不同時(shí)長(zhǎng)極端降水均值逐步增大。而變差系數(shù)總體有減小趨勢(shì)，但6 h極端降水變差系數(shù)的變化則是先略有減小，隨后增大(見(jiàn)圖3)，表現(xiàn)出了不一樣的變化特征。

圖3 秦巴山區(qū)各站極端降水特征參數(shù)自北向南變化趨勢(shì)

3 陜南秦巴山區(qū)極端降水的空間分布特征

3.1 極端降水序列特征參數(shù)空間分布圖

單一方向上的變化并不能反映全局，依據(jù)表1中數(shù)據(jù)，采用Surfer軟件繪制的等值線圖(見(jiàn)圖4、圖5)進(jìn)行陜南秦巴山區(qū)極端降水的空間變化特征分析[15]。

圖4 秦巴山區(qū)極端降水均值空間分布等值線圖

圖5 秦巴山區(qū)極端降水變差系數(shù)空間分布等值線圖

3.2 極端降水的空間分布特征

從圖4、圖5，結(jié)合圖2、圖3可以發(fā)現(xiàn)，陜南秦巴山區(qū)極端降水在空間分布上有如下特征：

研究區(qū)域各個(gè)時(shí)段極端降水均值有明顯的從北到南遞增的趨勢(shì)，由此可知陜南秦巴山區(qū)降水主要受到來(lái)自我國(guó)南部暖濕空氣的影響，也說(shuō)明大巴山北坡比秦嶺南坡更易發(fā)生極端降水事件，由此導(dǎo)致更多的水災(zāi)害事件發(fā)生。同時(shí)也可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)貥O端降水均值也有從西南往東北的遞減趨勢(shì)，可以看出秦巴山區(qū)西南部地區(qū)更易受極端降水災(zāi)害影響。

從研究區(qū)極端降水變差系數(shù)空間分布特征能夠看出，隨著時(shí)間序列的時(shí)段增長(zhǎng)，Cv值的空間分布逐漸有序化，總體呈現(xiàn)與當(dāng)?shù)氐匦胃叱谭植枷嘟奶攸c(diǎn)。經(jīng)過(guò)比較可以看處，當(dāng)?shù)? h、1 d降水無(wú)序性較大，表明當(dāng)?shù)囟唐跇O端降水較難預(yù)測(cè)，同時(shí)，本區(qū)西部地區(qū)更應(yīng)重視短歷時(shí)極端降水引發(fā)的山洪和泥石流災(zāi)害。同時(shí)注意到3 d和5 d極端降水變差系數(shù)的極值出現(xiàn)在北部秦嶺的佛坪和南部大巴山的鎮(zhèn)巴縣域，正好對(duì)稱(chēng)分布于漢江兩岸，所以這兩個(gè)縣域更應(yīng)關(guān)注于可能發(fā)生的滑坡災(zāi)害。另外，總體上，河道附近地區(qū)極端降水變差系數(shù)較兩岸遠(yuǎn)處更低，降水變化較為穩(wěn)定，可以認(rèn)為漢江兩側(cè)沖積平原地帶在當(dāng)?shù)亟邓{(diào)節(jié)中起到了很大的作用，是實(shí)施極端降水預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的相對(duì)準(zhǔn)確區(qū)域。同時(shí)值得注意的是以佛坪、鎮(zhèn)巴一線為界，陜南秦巴山區(qū)西部極端降水變差系數(shù)大于東部，顯示西部地區(qū)極端降水變化更加無(wú)序和頻繁，更容易受到極端降水災(zāi)害影響。

4 結(jié) 論

本文研究表明，陜南秦巴山區(qū)整體平均極端降水量從南往北遞減，而隨著時(shí)間序列的時(shí)段增長(zhǎng)，自西向東，極端降水變差系數(shù)空間分布逐漸有序化，這些都符合區(qū)域的氣候特征。具體的特征表現(xiàn)為：

(1)陜南秦巴山區(qū)降水過(guò)程卻主要受來(lái)自中國(guó)南部地區(qū)的暖濕空氣影響，其極端降水量呈現(xiàn)從南到北遞減的趨勢(shì)，研究區(qū)域極端降水發(fā)生的核心區(qū)域在中南部。同時(shí)，該區(qū)有著大致與漢河河道方向重合的極端降水均值等值線，顯示漢江水系對(duì)于極端降水的發(fā)生有顯著的影響。

(2)隨著時(shí)間序列的時(shí)段增長(zhǎng)，Cv值自西向東的空間分布逐漸有序化，北部秦嶺的佛坪和南部大巴山的鎮(zhèn)巴縣域成為長(zhǎng)時(shí)段極端降水劇烈變化的核心區(qū)域。區(qū)域西部短期極端降水較難預(yù)測(cè)，應(yīng)重視短歷時(shí)極端降水引發(fā)的山洪和泥石流災(zāi)害。佛坪鎮(zhèn)巴縣域更應(yīng)關(guān)注于可能發(fā)生的滑坡災(zāi)害。漢江及其兩側(cè)沖積平原地貌在當(dāng)?shù)亟邓l(fā)生過(guò)程中起到了很大的突變平抑作用，是極端降水預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的相對(duì)準(zhǔn)確區(qū)域。

(3)整體上，研究區(qū)西南部各時(shí)段極端降水均值和變差系數(shù)都高于其他地區(qū)，受到極端降水危害的風(fēng)險(xiǎn)性更高，極端降水發(fā)生也更加劇烈，由于陜南秦巴山地普遍山高溝深、土層瘠薄、土壤地質(zhì)松散，強(qiáng)降水易誘發(fā)多種地質(zhì)災(zāi)害，所以區(qū)域西部的水災(zāi)害預(yù)報(bào)與防治必須常抓不懈。