1982-2010年三峡库区（重庆段）降雨的时空动态变化

李月臣，何志明

（1.重庆师范大学地理与旅游学院，重庆401331；2.GIS应用研究重庆市高校重点实验室，重庆401331；3.重庆市地理信息中心，重庆400000）

1982-2010年三峡库区（重庆段）降雨的时空动态变化

李月臣1，2，何志明3

（1.重庆师范大学地理与旅游学院，重庆401331；2.GIS应用研究重庆市高校重点实验室，重庆401331；3.重庆市地理信息中心，重庆400000）

降水是区域研究中重要的生态与环境参数。本文以三峡库区为研究对象，运用统计学及空间分析方法研究了这一区域降水的时空变化及其异常特征。结果表明：三峡库区（重庆段）在29年间的气候存在不显著的旱化趋势，以夏季最为明显。在空间上，三峡库区年降水量以减少趋势为主体，开州、万州西部形成区域降水减少趋势中心；在东北—西南方向上，降水减少趋势自东北部至西南部呈梯度降低，但降水量变化趋势不显著。三峡库区（重庆段）降水偏少事件整体呈现出随着时间推移频数逐渐增加的趋势，也反映出三峡库区整体呈现出一定的旱化趋势。

三峡库区（重庆段）；降水；时空动态变化

1 引言

降水是气候要素的重要组成部分之一，是区域研究中重要的生态参数及环境变量，是一个地区气候变化最直接、最敏感的因素，不仅是参与自然地域系统界限划分的关键指标，而且是陆面环境过程模型模拟的重要参数[1、2]。同时，降水也是影响区域植被分布格局与覆盖变化的关键因子[3、4]。因此，降水对区域气候资源分析、区域生态环境治理都具有重要的意义。三峡库区位于长江上游的末端，是长江流域生态屏障的咽喉，复杂的自然生态条件和社会经济特征决定了其重要的生态地理位置。该地区是中国乃至世界最为特殊的生态功能区之一，也是关系到长江流域生态安全的重要生态屏障区[5]。因此，研究这一区域的降水要素的时空动态变化具有重要的理论与实践意义。

2 研究区概况

三峡库区重庆段东起巫山县，西至江津区，南起武隆县，北至开州区，地理范围在东经105°49′～110°12′，北纬28°31′～31°44′之间。三峡库区重庆段属亚热带季风性湿润气候区，多年平均气温15～18°C，气温年较差和日较差大。多年平均降雨量为1 150.26 mm，雨量充沛但空间分布不均匀。三峡库区重庆段地跨大巴山断褶带、川东褶皱带和川鄂湘黔隆起褶皱带3大构造单元，地貌以山地、丘陵为主。全区土壤类型主要有紫色土、黄壤、黄棕壤、棕壤、石灰土、潮土和水稻土等。区域地带性植被以亚热带常绿阔叶林、暖性针叶林为主[6]。

3 数据与方法

本文所用气象数据为1982-2010年重庆范围内常规气象站点的历月降雨资料。降雨的时间动态变化分析主要采用线性趋势分析等统计学方法。降水的空间模拟主要采用基于地统计学原理的普通克里格插值作为降水空间模拟的方法[7-12]。

4 结果分析

4.1 时间变化特征

4.1.1 年均降水量的时间变化趋势

三峡库区（重庆段）多年平均降水量约为1 150 mm。1982-2010年降水量总体上呈减少的趋势，约为-42.3 mm/10 a，但是未能通过0.05的显著性检验。研究时段内年降雨量经历了1982-1985年的突降，之后至1997年呈较弱的波动减少趋势，1998年长江流域发生洪涝，降水量达到最高，之后降水量变化又进入大幅度波动减少期，降水变率增大（见图1a）。以1982-2010年的降水量均值作为多年平均值，进行距平分析，由图1b可以看出，研究时段以负距平为主，2001年、2006年、2010年负距平最低，降水显著偏少；1982年、1983年、1998年正距值较高，降水显著偏多。年代际变化分析表明，1982-1989年、1990-1999年、2000-2010年3个时间段年降水量距平值持续减少，分别约为62.6 mm、10.8 mm、-32 mm。

图11982 -2010年三峡库区（重庆段）年降水量及距平值Fig.1The annual precipitation and its anomaly from 1982 to 2010 in Three Gorges area of Chongqing

4.1.2 四季平均降水量的时间变化趋势

由图2可以看出，三峡库区四季降水量变化趋势差异较大，其中春季和冬季表现为增长趋势，速率分别为10.3 mm/10 a、0.66 mm/10 a，夏季和秋季表现为减少趋势，速率分别为-33.5 mm/10 a、-19.3 mm/10 a，但是各季节降水变化趋势均不显著。春季降水量波动变化明显，1982-1992年波动增长速率较大，并在1990-1992年形成一个降水高峰期；之后降水量突降，在1995年跌至研究期最低，之后又经历了1996-2002年的波动回升期，出现1998年和2002年两个降水高峰；2002年之后降水量持续明显减少。夏季降水量经历了1982-1990年的大幅减少期，1991-1997年缓慢增加期；1998年出现突增，之后进入大幅波动减少期，降水变率达到研究期最大。与其他季节相比，秋季降水量整体表现为较一致的减少趋势，且波动幅度也偏小，2002年之后降低趋势相对较小。冬季降水量变化趋势最不明显，与冬季属于库区少雨季有关，其中1987-1994年波动幅度较大。雨热集中的夏季降水减少速率年内最高，也说明库区存在夏季旱化趋势相对明显。

四季降水量距平分析可以看出，春季和冬季降水量年代距平呈现“低－高－低”的特征。1982-1989年、1990-1999年、2000-2010年3个时间段春季降水量距平分别约为-26.9 mm、7 mm、3.2 mm，1995年出现距平最低值，2002年出现距平最高值；冬季降水量距平分别约为-6.1 mm、2.5 mm、-0.8 mm，2000年出现距平最低值，1993年出现距平最高值。夏季和秋季降水量年代距平呈现不断增加的特征。1982-1989年、1990-1999年、2000-2010年3个时间段夏季降水量距平分别约为64.3 mm、7.9 mm、-22.9 mm，1998年出现距平最高值，其次为1982年，2006年出现距平最低值，其次为2001年；秋季降水量距平分别约为28.3 mm、-4.6 mm、-11.4 mm，2004年出现距平最高值，其次为1982年，1998年、2002年、2010年出现距平最低值，其次为2001年。

从整体上看，三峡库区（重庆段）在29年间的气候存在不显著的旱化趋势，以雨热集中的夏季最为明显，其次为秋季；春季和冬季总体呈现相对不明显的增湿趋势。

图21982 -2010年三峡库区（重庆段）四季降水量及距平值Fig.2The seasonal precipitation and their anomaly from 1982 to 2010 in Three Gorges area of Chongqing

4.2 空间变化特征

以三峡库区（重庆段）范围内及其附近的常规气象站点观测数据为数据源，采用普通克里格插值法对1982-2010年历年降水量及四季降水量分别进行空间化，并以此为基础进行降水量空间变化特征分析。

4.2.1年均降水量的空间变化趋势

对图3a进行空间分析可以得出，库区年降水量以减少趋势为主体，约占总面积的98.6%左右。以15 mm为间隔进行等级划分，面积超过10%的降水减少趋势等级包括-75～-60 mm、-60～-45 mm、-45～-30 mm，分别占总面积的30.7%、31.6%、18.8%。开州、万州西部形成区域降水减少趋势中心；在东西方向上，降水量减少趋势绝对值向外围逐渐变小，其中云阳及万州东部形成局地降水量绝对减少趋势的鞍部。在东北—西南方向上，降水减少趋势自东北部至西南部呈梯度减小趋势，丰都以西、以南表现最为明显。另外，主城区域形成一个局部的降水量增加趋势中心，约为0～12 mm/10 a，占库区面积的1.4%左右，明显地体现出随着近年来主城城市扩展“雨岛”效应增强的趋势。从图4a可以得出，库区存在的降水量变化趋势几乎均未通过0.05的显著性检验，除主城小范围区域存在不显著正相关外，其他区域均为不显著负相关。

4.2.2 四季平均降水量的空间变化趋势

对图3b-图3e、图4b-图4e进行分析可以得出，与年降水量相比，库区各区域春季降水量增加趋势明显，约占总面积的93.1%左右；超过10%的主增温趋势等级包括0～15 mm、15～32 mm，二者分别占总面积的47.3%、45.8%；在空间上，巫溪、巫山、开州、云阳、万州东部、奉节北部以及忠县、石柱部分区域降水量增加趋势超过15 mm/10 a。降水量减少区约占6.9%，仅分布于江津范围内，最大减少幅度可达-18 mm·10-1a-1，除上述区域外的其他区域降水量以0～15 mm·10-1a-1的增加趋势为主。库区春季存在的降水量变化均未通过0.05的显著性检验，除江津以不显著正相关为主外，其他均为不显著负相关。

库区夏季降水量变化具有与年降水量相似的特征，反映出夏季降水在年降水总量中占据主要部分。库区夏季降水量减少趋势区约占总面积的87%左右；面积超过10%的降水减少趋势等级包括-75～-60 mm、-60～-45 mm、-45～-30 mm，分别占总面积的32.3%、22.8%、14.4%；在空间上形成以云阳－忠县－石柱区域为降水量减少中心，向东北、西南降水量减少趋势绝对值逐渐降低，至西南部的主城核心区以及江津区域降水量转为增加趋势，最高增长幅度约为29 mm/10 a，表明夏季“雨岛”效应明显。库区夏季存在的降水量减少趋势有约11.8%左右通过了0.05的显著性检验，主要分布于忠县、石柱范围内，其余除主城西南及江津为不显著正相关之外，其他区域均为不显著负相关。

库区冬季降水量变化趋势空间差异较大，主导趋势不明显，其中增加趋势主要是0～15 mm·10-1a-1，约占总面积的64.6%左右，其余均为-15～0 mm·10-1a-1的减少趋势区，约占35.4%；在空间上，-15～0 mm·10-1a-1减少趋势区分布于巫溪、奉节、云阳、巫山交界区域，长寿北部，武隆—丰都南部，主城西北以及江津区域；其他均为0～15 mm·10-1a-1的增温趋势区。库区冬季存在的降水量变化趋势均未通过0.05的显著性检验，以不显著正相关和不显著负相关为主。

图31982 -2010年三峡库区（重庆段）年降水量及四季降水量线性趋势Fig.3The linear trends of annual and seasonal precipitation from 1982 to 2010 in Three Gorges area of Chongqing

图41982 -2010年三峡库区（重庆段）年降水量及四季降水量线性趋势置信水平Fig.4The confidence level of the linear trends of annual and seasonal precipitation from 1982 to 2010 in Three Gorges area of Chonqing

4.3降水异常分析

根据世界气象组织规定，如果某个气候要素绝对值大于它的30年平均值的标准差2倍，或25年以上一遇，即被定义为异常气候值[12]。本文采用的标准差年代尺度为25年（1984-2010年）。

表1 三峡库区（重庆段）降水异常标准Table 1The level of precipitation abnormity in Three Gorges area of Chongqing

参照表1标准，以三峡库区（重庆段）范围内气象站数据为基础，进行降水异常分析。结果表明，研究期内年降水量异常偏多年份为1998年、1982年；显著偏多年为1983年、1989年；异常偏少年为2001年；显著偏少年为2006年；偏少年为2010年、1997年。研究期内春季降水量异常偏多年份为2002年；显著偏多年为1990年；异常偏少年为2001年；偏多年为1992年、1998年；无异常偏少年；显著偏少年为1995年、1987年；偏少年为1983年、2000年。研究期内夏季降水量异常偏多年份为1998年、1982年；显著偏多年为1983年、1984年；异常偏少年为2006年；显著偏少年为2001年、1990年；偏少年为1992年、1988年。研究期内秋季降水量异常偏多年份为2004年、1982年；显著偏多年为1983年；偏多年包括1989年、1999年、2000年；无异常偏少年；显著偏少年为2002年、1998年、2001年；偏少年为2010年、2009年、1997年。研究期内冬季降水量异常偏多年份为1993年；无显著偏多年；偏多年包括1990年、1989年、1983年、2007年；无异常偏少年和显著偏少年；偏少年为2010年、1984年、1987年、2005年、1991年、1994年、1988年、1999年、1982年；冬季降水异常事件偏多主要是由于库区冬季降水量基数偏低，极易产生波动。

以距平值大于或小于1.5倍标准差为标准，对降水偏多或偏少异常事件分年代进行发生频数统计。进一步对降水异常事件进行年代分布分析可以看出（图5），降水偏多异常多发生在1982-1989年、1990-1999年期间；夏季和秋季尤以1982-1989年降水偏多异常次数最多，春季以1990-1999年降水偏多异常次数最多。库区降水偏多事件整体呈现出随着时间推移频数逐渐减少的总体趋势。降水异常偏少事件则有近似相反的变化趋势，年以及降水量基数大的夏季、秋季降水偏少异常事件在2000-2010年期间发生次数较多；春季1982-1989年期间降水偏少异常较其他年代多一次；冬季降水异常偏少事件则呈现为增加趋势，与暖异常增多有一定的对应关系。总体上降水偏少事件呈现出随着时间推移频数逐渐增加的趋势，如年降水量以及夏秋等多雨期；但是也存在部分不一致的现象，如春季、冬季，这可能与增温有关。根据降水异常发生频数也可以判定，库区整体呈现出一定的旱化趋势。

图51982 -2010年三峡库区（重庆段）年及四季降水异常年代分布Fig.5The annual and seasonal precipitation abnormality among years from 1982 to 2010 in Three Gorges area of Chongqing

5 结论与讨论

结合线性趋势分析、显著性检验、概率统计等进行了1982-2010年三峡库区（重庆段）降水的时空演变特征分析以及异常气候事件分析。

整体上，三峡库区（重庆段）在29年间的气候存在不显著的旱化趋势，以夏季最为明显，其次为秋季；春季和冬季总体呈现出相对不明显的增湿趋势。在空间上，库区年降水量以增加趋势为主体，开州、万州西部形成区域降水减少趋势中心；在东北—西南方向上，降水减少趋势自东北部至西南部呈梯度降低，但降水量变化趋势不显著。

随着时间推移，三峡库区（重庆段）降水偏少事件整体呈现出随着时间推移频数逐渐增加的趋势，也反映出库区整体呈现出一定的旱化趋势。

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[责任编辑：丹兴]

Dynamic Changes of the Precipitation in the Three Gorges Reservoir Area（Chongqing Section）during 1982-2010

Li Yue-chen1，2，He Zhi-ming3

（1.School of Geography and Tourism，Chongqing Normal University，Chongqing 401331,China；2.Chongqing Key Laboratory of GIS Application，Chongqing 401331,China；3.Chongqing Geographic information Center，Chongqing 400000,China）

The precipitation is an important eco-environmental factor in the regional research.The Three Gorges Reservoir Area（Chongqing Section）is selected as study area in the paper.The statistic and spatial analysis methods were used to study the dynamic changes of the precipitation in the study area from 1982 to 2010.The results show that：the climate has a dry trend but the trend is not significant in the study period.The dry trend in summer is the most obvious.The precipitation decreases in many areas especially in Kaizhou district，Wanzhou.From northeast to southwest of the study area the precipitation decreases gradually.The occurrence frequency of the precipitation decrease events declines.

Three Gorges Reservoir area（Chongqing Section）；precipitation；dynamic changes

P426.6

A

2096-2347（2016）03-0018-07

10.19478/j.cnki.2096-2347.2016.03.03

2016-07-06

国家自然科学基金（41571419）。

李月臣（1974—），男，山东德州人，博士，教授，主要从事资源环境遥感与GIS研究。E-mail：liyuechen2008@qq.com