湖南省90年代以来降水时空分布特征分析

2016-11-09常晓丽刘庆龙

赤峰学院学报·自然科学版 2016年20期

关键词：降水强度距平比率

常晓丽，刘庆龙

（1.中国科学院寒区旱区环境与工程研究所，甘肃　兰州　730000；2.湖南科技大学，湖南　湘潭　411201）

湖南省90年代以来降水时空分布特征分析

常晓丽1，刘庆龙2

（1.中国科学院寒区旱区环境与工程研究所，甘肃兰州730000；2.湖南科技大学，湖南湘潭411201）

降水是反映气候变化的重要指标之一，近年来，随着全球气候变暖，了解降水以及极端降水的时空分布特征，对减轻旱涝灾害的影响和损失有着一定的意义.本文根据湖南省22个站点1990-2012年共23年的逐日降水数据，结合4个极端降水事件指数，对湖南省降水时空分布特征进行分析.结果表明：时间上，湖南省年平均降水量、极端降水量在23年间呈下降趋势；极端降水强度、极端降水比率均呈现上升趋势.空间上表现为东部和南部较多，北部平原地区和西部地区较少，山区降水大于平原区；极端降水量呈现南北较多，中部较少的规律.

时空变化；极端降水；极端降水指数

1　前言

气候变化逐渐成为一个普遍关注环境问题.近年来，在全球气候变暖的背景下，干旱和洪涝灾害等极端事件频繁发生［1-3］，直接影响着我国经济发展、社会稳定和生态可持续发展.因而有众多学者开展了不同尺度的降水时空特征的研究：付志强等研究了乌兰察布市1971-2010年气温降水时空分布特征，发现乌兰察布市降水量呈下降趋势［4］；张剑明等发现，湖南省年降水量1960-2005年呈增加趋势，但在2005年之后有减少趋势［5］；翟盘茂等对极端降水的研究发现，中国降水强度在逐渐增强，但总降水量变化不明显［6］；蔡敏等也发现1953-2002年我国东部极端降水稍有增加［7］.而黄河流域近53年来极端降水变化趋势较为稳定，呈不断下降趋势［8］；刘健等发现近50年来黄河三角洲地区各强降水指标呈逐步减少趋势［9］.同时，肖艳等对湘江流域极端降水事件的变化特征进行了分析，结果表明湘江流域各极端降水指数均呈增长趋势［10］.总的来说，近年来全国的降水量波动变化呈下降的趋势，而极端降水事件在北方主要呈逐步下降趋势，南部和东部呈上升趋势.

湖南省（108°47′～114°15′E，24°39′～30°08′N）位于长江中游以南，南岭以北，东南西三面环山，向北开口，构成不对称的马蹄形形格局.地貌形态复杂多样，属于典型的亚热带季风气候区，处在东南季风和西南季风相交绥的地带，降水分布不均匀，年际变化较大，旱涝灾害发生频率高.本文研究了湖南省90年代以来年降水、暴雨的时空分布特征，为当地防汛抗旱提供参考依据，指导当地农业生产，而且对研究该地区对全球降水变化的响应都具有十分重要的意义.

2　数据与方法

本文数据来源于国家气象局提供的湖南省25个站点1990-2012年逐日降水资料.剔除了海拔较高的南岳站（1265.9米）、雪峰山站（1404.9米），降水数据不完全的长沙普通站（1990-2006年缺测），剩余22个站.

为了保证资料引用的年限长度、可用数据的完整准确性以及空间分布的代表性，本文对其它区域的缺测降水数据，利用周边区域站点降水数据，在Arcgis中采用克里金（Kriging）插值进行插补.并且采用趋势分析法利用一元线性回归方程，分析湖南省1990-2012年的降水特征.

极端降水分为持续无雨和暴雨，中国气象上规定，每小时降雨量16mm以上、或连续12小时降雨量30mm以上、24小时降水量为50mm或以上的雨称为“暴雨”［11］，由于湖南省暴雨较多，持续无雨较少，本文只对湖南省暴雨事件进行分析，将暴雨作为极端降水事件.即当某站点某日日降水量大于等于50mm的就认为是一次极端降水事件.本文选取了年极端降水次、极端降水量、极端降水强度和极端降水比率4个降水指数来分析湖南省极端降水事件的时空分布特征.

3　结果与分析

3.1降水量时间变化特征

湖南省90年代以来年平均降水量为1371.5 mm，其中2002年最大为1833.1mm，2011年最小为960.3mm，总体上降水量是稳定减少的趋势（图1）.从降水距平图可以看出，降水距平在1991-1999年间由负距平逐渐向正距平转变，说明此时段降水量有不断上升的趋势；2003-2009年间，降水距平一直为负，说明此时段年平均降水量为减少的趋势；2010-2012年，降水距平呈现正-负-正的分布规律，说明此时段降水量处于波动变化状态，但总体上为增加趋势（图2）.

图1　湖南省1990年-2012年23年平均降水变化

图2　湖南省23年年平均降水量距平

3.2极端降水量时间变化特征

图3　极端降水量距平

图4　极端降水强度距平

图5　极端降水比率距平

根据降水资料，本文提取了湖南省极端降水指数的年际变化和极端降水量、极端降水强度和极端降水比率的距平变化信息，如图3-图5所示.

从总体上看，湖南省90年代以来极端降水次数和极端降水量波动变化均呈下降趋势，就降水次数来说，2002年极端降水次数达到最大，为153次；1997年极端降水次数为最小，仅为60次.极端降水量在1991-1996年间由负距平转变为正距平，表明此时段内极端降水量在不断增多；1997-2012年间，降水距平一直在正负之间波动，说明此时段极端降水量在不断变化，但总体上表现为下降趋势（图3）.但是极端降水强度自90年代以来总体上呈稳定上升趋势.从图4可以看出，2000-2012年间，极端降水强度距平由负距平逐渐向正距平转变，说明此时段极端降水强度在不断增加.同时极端降水比率总体上也是呈波动上升趋势.具体来看，1991-1996年间极端降水比率由负距平逐渐向正距平转变，此时段极端降水比率在不断增加；1997-2012年间极端降水比率距平一直在正负之间波动，说明此时段极端降水比率一直不稳定，但总体上呈下降趋势（图5）.

3.3极端降水空间分布特征

下图为湖南省1990-2012年各极端降水指数的空间分布图.

图6　湖南省1990年-2012年极端降水量分布

图7　湖南省1990年-2012年极端降水强度分布

在空间分布上，极端降水量和极端降水比率呈现南北较多，中部较少的规律（图6），但平均年降水量较多的区域并没有较多的极端降水.湘西南的武冈及周边区域是极端降水量最少，年极端降水量仅为3459-6150mm；极端降水量最多为湘北的安化及周边区域，年极端降水量达11530-12875mm.

极端降水强度呈现西北-中部-东南递减的趋势.西北部降水强度最高值为82.7mm/d，而逐渐向东南过渡到最小值66.2mm/d，表现出较明显的西北向东南递减的分布规律（图7）.

4　结论与讨论

湖南省1990-2012年23年的降水分析结果显示，90年代以来湖南省年平均降水量和极端降水总体上呈稳定减少趋势，而极端降水强度和极端降水比率均呈现不断上升的趋势.初步推测这与影响全球系统的厄尔尼诺现象有很大关系.分析中发现，1991-1992年、1996-1997年、2000-2001年及2002-2003年极端降水显著下降，1994-1995年上升、1997-1998、2001-2002年显著上升以及2004年后小幅起伏变化.这与NOAA定义的1980年以来9次厄尔尼诺时间及其对中国的影响相符（表1），即1991.05-1992.06年的强厄尔尼诺使中国降水减少，1997.05-1998.04的极强厄尔尼诺现象、2001 -2002年中等厄尔尼诺使中国降水增多，2004年后厄尔尼诺现象强度减弱，对中国降水量影响较小.

表1　1980年以来9次厄尔尼诺时间及其强度和影响

空间上看，极端降水量和极端降水比率的分布呈现南北较多，中部较少的分布规律.以武冈为代表的周边区域是极端降水最少的地区，以安化为代表的周边区域是极端降水量最多的地区；极端降水强度的分布呈现出西北-中部-东南递减的趋势，西北部最高值为82.7mm/d，而逐渐向东南过渡到最小值66.2mm/d.因此，湖南省的西北部要特别防御极端强降水引发的山洪等地质灾害.

由于湖南省山区偏多，但这些地区完整系统的降水资料却相对较少.今后有必要在这些地区加强观测，丰富和充实湖南省的降水特征信息，为以后的科学研究和生产生活提供第一手资料.

〔1〕胡宜昌，董文杰，何勇.世纪初极端天气气候事件研究进展［J］.地球科学进展，2007，22（10）：1066-1075.

〔2〕雷向杰，程肖侠，毛明策.陕西2012年极端天气气候事件与气象灾害［J］.灾害学，2013，28（3）：105-110.

〔3〕翟盘茂，刘静.气候变暖背景下的极端天气气候事件与防灾减灾［J］.中国工程科学，2012，14（9）：55 -63.

〔4〕付志强，张彩云，杨立冰.乌兰察布市气温降水时空分布特征分析［J］.内蒙古农业科技，2013（5）：84 -87.

〔5〕张剑明，黎祖贤，章新平，等.湖南省近46年来降水时空分布特征及趋势分析［J］.水文，2009，29（4）：73-78.

〔6〕翟盘茂，任福民，张强.中国降水极值变化趋势检测［J］.气象学报，1999，57（2）：208-216.

〔7〕蔡敏，丁裕国，汪志红.我国东部极端降水时空分布及概率特征［J］.高原气象，2007，26（2）：309-318.

〔8〕贺俊平，贺振.近53年黄河流域降水时空分布特征［J］.生态环境学报，2014，23（1）：95-100.

〔9〕刘健，于兰兰，翟建青.近50年黄河三角洲极端降水事件特征研究［J］.人民黄河，2013，35（2）：19-29.

〔10〕肖艳，黎祖贤，章新平，等.近48年来湘江流域极端降水事件特征分析［J］.长江流域资源与环境，2010，19（11）：1356-1362.

〔11〕周淑贞，张如一，张超.气象学与气候学［M］.北京：高等教育出版社，2011.74.