昆明市不同等级降水日数的时空分布特征

2014-03-27李晓鹏邹灵宇

云南地理环境研究 2014年3期

李晓鹏，邹灵宇，胡俊

(昆明市气象台，云南昆明 650034)

0 引言

降水不仅是一个重要的气候要素，也是一个关键的水文要素，它对区域水资源时空分布、生态环境形成于演变以及对农业生产起着决定性的影响，不少学者对降水的气候变化特征进行了相关研究，内容主要针对汛期和季节降水的分布特征、年际降水和极端降水等[1-3]。但旱涝灾害的发生不但与降水量有密切相关，而且很大程度上还取决于降水在时间和空间上分布的不均匀性。近年来，在气候变暖的背景下，极端气候变化研究热潮的兴起，针对降水频率降水强度以及不同等级降水变化特征的研究逐渐增多[4-6]。吴昊旻[7]等研究指出华东地区的雨日显著减少，而暴雨和大暴雨日数却显著增加；彭贵芬[8]研究指出云南雨日减少趋势明显，以每10年减少7.6天；Qianetal.[9]利用NCAR的全球地面日资料数据集研究北美、欧洲和亚洲的小雨变化特征，指出在1973～2009年小雨明显减少，尤其在东亚地区表现最明显。

昆明是云南省唯一的中大型城市，地处低纬高原，是南亚季风区和东亚季风区的交汇影响区。近年来昆明在经济、文化等方面发展迅速，城市化进程不断加快，使得生活及工农业用水的需求在不断增加，但是并且城市规模的迅速扩大造成了大量生活、交通、工业人为热及温室气体排放，在城市下垫面的热力、动力作用和温室效应的影响下，形成的城市区域性气候，极端气候事件凸显。因此十分有必要对昆明地区各等级降水日数变化、各级降水时间的时空分布特征进行研究，这样可以全面认识昆明气候变化的特点，提高昆明地区旱涝灾害认识，最终对防灾减灾，全面促进新昆明建设提供重要的科学依据和应用价值。

1 资料和方法

本文所采用的资料为1971～2012年昆明市12个大监站逐日降水数据(20时～20时)。降水等级划分标准为表1，年总雨日数为不同等级降水日数总和，昆明市逐年总雨日数及不同等级降水事件逐年发生日数为12个测站的平均值。

表1 降水等级划分标准

2 不同等级降水日数的时间变化

2.1 降水日数的年际变化

分别统计1971～2012年逐年昆明市不同等级降水出现的日数，研究其各量级变化特征。由图1可以看出，昆明市年总雨日数和小雨日数在1983年以前以偏多为主，1983年以后为距平正负相间的阶段，2009年后为连续少于正常年份，且负距平较大；中雨日数、大雨日数和暴雨日数变化不明显，距平均为交替出现，只是在2009年后均为连续的少于正常年份。

昆明市年度不同等级降水日数分布统计(表2)看出1971～2012年昆明市年平均降水日数为128.2d，小雨日数为总降水日数的77.4%，占最大比重，中雨日数为16.1%。而大雨和暴雨的比例较低，分别为5.2%，1.3%；从单站极值来看，昆明地区最大年雨日数为169d(太华山，1981年)，最小年雨日数为89d(呈贡，2012年)。

表2 昆明市年度不同等级降水日数分布统计

注：*为通过0.05的显著性检验。

图1 1972～2012年昆明市不同等级降水逐年雨日距平变化

而通过对近42年来昆明市不同等级降水的气候倾向率分析得出，年总雨日数及不同等级降水事件日数的气候倾向率均小于零。随着时间变化，各等级降水事件日数均呈减少趋势，其中年总雨日数(-4.95d/10a)和小雨日数(-4.10d/10a)的减少趋势较明显，并且通过了0.05的显著性检验。中雨日数、大雨日数和暴雨日数减小率仅为0.71d/10a、0.12d/10a和0.02d/10a，并且均未通过0.05的显著性检验，表明中雨日数、大雨日数和暴雨日数总体上为减少趋势，但趋势不明显。

2.2 年代际变化

表3给出了昆明市1971～2012年不同年代不同等级降水事件年平均频次。可以看出，总雨日数和小雨日数为逐渐减少，20世纪80年代到90年代变化不大，但是2001年后显著减少。中雨日数、大雨日数和暴雨日数均在90年代达到峰值，2001年后又明显减少。

表3 1971～2012年不同年代不同等级降水事件频次变化

2.3 降水日数的时间变化趋势

Mann-Kendall检验能够分析序列的趋势变化，而且还能明确突变开始的时间、突变区域，是一种常用的突变检测方法。图是昆明市有雨日数和小雨日数序列的Mann-Kendall检验结果。有雨日数的统计序列UF曲线显示，近42年来昆明市的有雨日数为减小的趋势，在2005年以前，有雨日数减少不明显，为超过0.05显著性水平，2005年以后表现出一只的下降趋势，超过95%信度检验，并在2009年以后突破0.01的显著性水平，呈极显著的减少趋势。而UF和UB的曲线相交于1987年、1990年和2004年，说明1987、1990和2004年均发生了突变，只是2004年以后是一个持续减少的突变。

在小雨日数序列的Mann-Kendall检验结果图中，近42年来小雨日数为减少的趋势，1994年以前，小雨日数减少不明显，为超过0.05显著性水平，1994年后UF超过0.05显著性水平，2003年后突破0.01的显著性水平，表明出级显著的下降趋势。UF和UB曲线相交于1988、1990和1994年，说明1988、1990和1994年均发生了突变，是指1994年以后是小雨日数持续减少的突变点。

在中雨、大雨和暴雨日数序列的Mann-Kendall检验结果(图略)。UF曲线一直保持围绕零点的小幅波动，说明中雨、大雨和暴雨日数无明显的增加和减少的趋势。

图2 有雨日数和小雨日数Mann-Kendall检验图

4 不同等级降水时间日数的空间分布特征

4.1 年总雨日和不同等级降水事件日数的平均场变化

图3a给出了近42年昆明市12个测站年平均降水日数的空间分布。整体上看，年平均降水日数呈东向西北逐渐减少的分布趋势，各站年平均降水日数为116～143d，其中高山站太华山是大值中心，日数达到143d，另一个大值中心是东部的嵩明和寻甸，日数达136d。而北部的东川和中部的呈贡年均降水日数最少，分布为116d和119d。

图3 昆明市各测站年平均总雨日数和年平均暴雨日数空间分布

图3b为12个测站暴雨年均发生次数空间分布，可以看出，高山站太华山最大为2.6d，其次是昆明主城为2.2d，滇池周边的其它站相对较小，小江河谷的东川站最少为1d。

分析原因太华山海拔约2 358m，是昆明地区最高的观测站，有利于冷暖空气的交汇而产生多雨中心，而嵩明寻甸一带，地处昆明东部，位于冷空气的入侵路径上，并且嵩明站海拔约1 920m，是昆明地区第二高观测站，产生另一多雨中心。

由图4近42年昆明市12个测站不同等级降水事件发生次数的空间分布特征可以看出，小雨、中雨出现日数明显高于大雨、暴雨出现的日数，并且小雨降水事件空间分布差异较大，而中雨、大雨、暴雨降水事件的空间分布特征基本一致。

图4 1972～2012年昆明市各测站不同等级降水事件年平均频次

4.2 年总雨日和不同等级降水事件日数的趋势场变化

图5给出了1971～2012年昆明全区总雨日的趋势分布，可以看出昆明全部测站的年总雨日数趋势系数均小于零，北部东川年均总雨日的减少速率不足2d/10a，且未通过0.05的显著性检验，其它测站年总雨日减小趋势系数处于2～7d/10a，并通过0.05的显著性检验，表明大部分测站的总雨日随着时间推移呈缓慢减少趋势显著。

图5 1971～2012年昆明市年总雨日的趋势场

表4 1971～2012年各测站不同等级降水事件日数的倾向率

表4所示为昆明市12个观测站不同等级降水事件的线性变化趋势系数，可以看出全区小雨日数的P值均小于零，且除东川外均通过0.05的显著性检验，说明全区小雨日数随着时间变化有显著减少趋势。中雨日数的P值均小于零，但只有两站通过0.05的显著性检验，说明中雨日数随时间变化是减少的趋势，但变化趋势不显著。大雨日数的P值有8站是负值，4站正值，暴雨日数的P值有7站负值，5站正值，且均未通过0.05的显著性检验，说明大雨和暴雨日数随时间变化多数测站为减少趋势，少数是增加趋势，但变化趋势均不显著。