贵州省近55年降水事件变化特征

张勇荣,马士彬，闫利会

(1.六盘水师范学院 环境与资源科学系，贵州 六盘水 553004；2.贵州师范大学 喀斯特研究院，贵阳 550001)



贵州省近55年降水事件变化特征

张勇荣1,马士彬1，闫利会2

(1.六盘水师范学院 环境与资源科学系，贵州 六盘水 553004；2.贵州师范大学 喀斯特研究院，贵阳 550001)

为了更深入地了解贵州省气候变化的特征，运用19个气象站1959—2013年降水观测数据，分析了贵州省近55 a来的降水量、降水日数、降水强度的气候特征、变化趋势、空间分布和稳定性。结果表明：空间上，贵州省降水量南多北少，降水日数南少北多，二者呈空间负相关；时间上，近55 a贵州省降水大致可以分为1个平水期、2个丰水期和2个枯水期，降水增强区域面积逐渐缩小；季节差异性显著且随海拔高度增加而加剧；贵州省强降水日数和强度多年平均变化趋势不显著，空间上呈带状分布，最小值分布于威宁—毕节—遵义—三穗一带，但该区域暴雨强度变化率最大；贵州省大雨强度变异系数较小，但暴雨强度变异系数较大，且变异系数最大值分布于暴雨强度最弱的威宁—毕节—遵义—三穗一带。贵州省55 a间降水事件变化最突出的特征是：年均降水量、降水日数和强度相对较小的区域，其降水日数和强度的变化率最大、稳定性最差。针对这一特征应重点分析地形对贵州省降水的影响，加大对极端降水事件发生概率较大地区的降水动态及地质异动情况的观测。

降水事件；观测数据;时空变化；暴雨；贵州省

1 研究背景

在全球气候变化的背景下[1-2]，贵州省降水变化显著。研究指出，20世纪90年代以来贵州省降水有增加趋势，降水突变明显[3]。降水趋势上，贵州省西部降水分1980—1990年下降期、1990—2000年上升期及2000年以后的平稳期[4]。空间变化特征上，近50 a贵州省年降水量地区分布趋势为南部多于北部，东部多于西部[5]。降水异常变化上，贵州降水具有显著的年际、年代际变化特征，贵州省夏季降水异常存在2.8 a的显著周期[6]。在降水日数统计上，贵州省近50 a，不同强度降水日数呈先增加后减小的态势，总降水日数表现为显著下降趋势[7]。区域特征上，西南喀斯特地区降水呈现典型的区域演变特征[8]。

系统分析降水量、空间分布、变化周期可以反映出区域降水变化的一般特征，但降水的变化与降水日数和强度的变化也有着密切关系[9]，而洪涝灾害的发生与降水频率、强度、极端降水事件的发生关系更为密切。贵州省地质条件特殊，地质灾害发生频率较高，极端降水事件是诱发地质灾害的主要原因之一[10-12]，有必要进行系统的降水事件变化特征分析。因此利用19个气象站点1959—2013年降水观测资料对贵州省降水事件的变化特征和规律进行研究，以便更深入地了解贵州省气候变化的特征。

2 资料和方法

2.1 研究区概况

贵州省位于中国西南部，与湖南、广西、云南、四川、重庆接壤，介于103°31'E—109°30′E，24°30′N—29°13′N之间。属于喀斯特高原山区，山地和丘陵占区内总面积的92.5%，喀斯特面积占全省国土面积的61.9%。地势西高东低，平均海拔1 100 m，见图1。

图1 研究区DEM及气象站点分布

由于地形因素影响，区内气温和降水分布差异显著，西部威宁、水城等高海拔区域属暖温带季风气候，平均气温10.5 ℃，1月份最低气温-1.6 ℃，年均降水量为883.1 mm；中部、东部为亚热带季风气候，平均气温14.8 ℃，1月份最低气温2.3 ℃，年均降水量为1 200 mm。

2.2 数据资料

所用资料为1959—2013年19个气象站的降水资料。气象站点选择时主要考虑均匀覆盖贵州省并且数据质量较高的站点。选择的站点中包括黔东南州2个、黔南州2个、铜仁市2个、遵义市4个、毕节市3个、贵阳市1个、安顺市2个、黔西南州和六盘水市3个，能够均匀覆盖贵州省各个区域；考虑到地形地貌对贵州省降水的影响，选择站点的时候保证站点在所处地貌区具有代表性，所以东部山地丘陵区(面积占全省18.5%)3个，中部丘原山地区(面积占全省65.7%)13个，西部高原山区(面积占全省15.8%)3个。文章对选择站点的数据质量进行了均一性验证，尤其对年降水量、年降水日数和暴雨日数最大值进行合理性判读。

年降水日定义为降水量≥0.1 mm日数的总和；日降水量在25～49.9 mm为大雨日，日降水量≥50 mm为暴雨日；降水强度定义为各量级降水总量与降水日数之比。

2.3 研究方法

以像元为分析单位，采用最小二乘法分别计算降水量、大雨强度和暴雨强度的变化倾斜率，公式[13]为

(1)

式中：Ri为降水量(大雨强度或暴雨强度)；n为样本序列长度；i为计算年份的年序号。

采用变异系数分析降水场的稳定性和均匀性，变异系数越大，表示降水量随时间变化大，出现旱涝几率也越大；变异系数越小，表示降水量波动越小，降水的稳定性越好。变异系数公式[14]为

(2)

3 贵州省降水基本特征

3.1 贵州省降水空间分布和变化特征

贵州省年降水量的总体分布特征是东多西少，南多北少；季节降水量差异显著并随海拔高度增加而加剧。东部山地丘陵区年降水量1 100～1 200mm，降雨强度7mm/d；冬季(12月份—翌年2月份)降水最少，占全年总降水量的8.77%；夏季(6—8月份)降水最多，占全年降水量的40.87%。中部丘原山地区年降水量1 000～1 400mm，夏季降水占区域全年降水量的46.64%,冬季仅占6.1%。西部高原山地区(六盘水市、毕节市中西部)平均海拔1 800m以上，年降水量为800～1 000mm，夏季降水占全年降水量的53.8%，冬季仅占4.6%(图2(a))。

55a间贵州省年降水日数(图2(b))和年降水强度(图2(c))的空间分布特征分别为：降水日数从东向西逐渐递增，最大值位于毕节—威宁；降水强度从东、东南部向西北递减，最大值位于望谟县，最小值位于毕节—威宁。通过分析可以看出贵州省降水量与降水日数在空间上的分布呈负相关关系，毕节—威宁年降水量近900mm，降水日数却高达200d左右，而望谟、罗甸、铜仁地区降水量在1 300mm左右，降水日数仅有150d，为全省最低。降水强度最大值中心与降水量最大值中心不吻合，降水强度最大值中心位于望谟县，但降水量最大值中心位于盘县。

图2 贵州省多年平均年降水量、年降水日数 及降水强度空间分布

3.2 降水量时间分布特征

图3 1959—2013年贵州省年降水量和 暴雨日数累计距平

近55a来贵州省年降水量总体特征呈不显著下降趋势，变化率为-21.99mm/(10a)(未通过0.05置信度检验)，与近50a来中国南方降水变化趋势基本一致[15]。图3为贵州省降水累计距平，反映出近55a贵州省降水变化可分为5个阶段：2个丰水期为1966—1984年和1993—2002年，2个枯水期为1985—1992年和2003—2013年，1个平水期为1959—1965年。

应用空间插值数据对4个变化时期的降水变化倾斜率(图4)进行分析可知：1966—1984年丰水期贵州省降水量增多的区域面积占全省总面积的73.94%，以黔东南的凯里、镇远、施秉和黔西北的赤水、习水为中心；降水量下降区域主要分布在贵州省西部、西南部以及北部。1985—1992年枯水期贵州省降水量减少区域面积占全省的86.6%，主要分布在黔东南和黔北区域。1993—2002年丰水期贵州省降水量增多的面积占全省的46.12%，主要分布在贵州省中部和北部，以桐梓和遵义为中心；降水减少的区域转移到黔西南和黔东南。2003—2013年枯水期贵州省降水量下降的面积占全省的85.6%，主要分布在贵州省中部和北部。通过贵州省降水变化的空间分布可以看出：4个时期内，贵州省降水增强和减弱的区域位置都发生较大改变，增强区域面积逐渐缩小；贵州省西南部呈现的降水变化趋势较特殊，如1966—1984年的丰水期内贵州西南部呈现降水减少的趋势，2003—2013年的枯水期内则呈现降水增多的趋势，都与同时期贵州省所处降水变化阶段不一致。

图4 1966—2013年贵州省降水量变化倾斜率

4 强降水的时空变化特性

4.1 强降水日的时空分布变化

贵州省历年大雨和暴雨日数的变化趋势不明显，大雨日数增加趋势为0.011d/a，暴雨日数的增加趋势为0.006d/a，均未通过0.05置信度检验。对比暴雨降水日数与贵州省年均降水量时间序列累计距平发现，二者在各个丰、枯水时期内的变化趋势基本一致，但暴雨日数的累计距平在2003年以后仍呈上升趋势，而年降水量累计距平在2003年以后已经开始下降进入枯水期(图3)。

贵州省55a间大雨和暴雨降水日数空间分布表现为南多北少并呈带状分布。大雨日数最大值为西南部盘县的年均10d，暴雨日数最大值分布于望谟地区，为年均4d；大雨和暴雨日数的最小值都位于毕节—威宁—遵义一带。大雨、暴雨的分布主要受西南、东南季风和地形的影响，西南季风影响长江与珠江分水岭南坡，暖湿空气被迫抬升形成强降水，导致盘县、望谟等地区降水量、降水强度、大雨日数、暴雨日数都明显高于省内其他区域；东南季风影响下黔南、黔东南以及铜仁地区，导致其降水量和降水强度、大雨和暴雨日数也高于省的中部和西部。

4.2 强降水强度的时空变化分布

观察贵州省1959—2013年大雨和暴雨强度多年平均值及变化倾斜率空间分布(图5)可以看出，大雨强度55a间变化率很小，空间上呈现从黔中向东西两侧递减的分布格局。暴雨强度变化倾斜率的空间分布东北高、西和西南部低；与暴雨强度空间分布对比发现，暴雨强度较低的三穗、黔西地区暴雨强度的变化率非常高，年平均暴雨强度增加0.5～1.0mm/d。

图5 1959—2013年贵州省大雨、暴雨强度平均值和强度变化倾斜率

图6 1959—2013年贵州省大雨、暴雨强度变异系数分布

4.3 不同等级降水强度的稳定性分析

从贵州省1959—2013年大雨和暴雨强度变异系数的空间分布(图6)可看出：大雨强度年际变化不大，变异系数都<0.2；空间分布上北部大于南部，威宁地区最大。暴雨强度年际变化比较大，变异系数一般在0.2～0.7之间，最大值位于威宁地区，达到0.77，空间分布上呈北高南低。大雨和暴雨强度变异系数的空间分布都与降水强度的空间分布呈负相关，年降水强度、大雨和暴雨强度最小的威宁—毕节—遵义—三穗一带，其大雨和暴雨强度变异系数最大。说明贵州省北部区域，虽然降水量、降水强度小于南部，但稳定性不好，大雨和暴雨降水强度的年际间波动很大，出现极端强降水的概率较大，这种情况下一方面容易引发旱涝灾害和城市内涝，另一方容易诱发地质灾害。

5 结 论

本文应用1959—2013年降水观测数据，在分析贵州省降水基本特征的基础上，讨论了贵州省强降水日数和强度的气候倾斜率、变化率以及稳定性等方面的空间分布特征，得到如下结论：

(1) 空间上贵州省降水量南多北少、东多西少，降水日数南少北多，降水量与降水日数在空间上呈负相关关系，降水强度的最大值中心与降水量最大值中心不吻合。季节分布上，贵州省降水季节差异显著，主要分布于夏季，季节差异随区内海拔高度增加而加大。时间上，1959—2013年贵州省降水分为5个阶段：1959—1965年为1个平水期、1966—1984年和1993—2002年2个丰水期、1985—1992年和2003—2013年2个枯水期。各时期间降水量增强和减弱区域位置都发生较大改变，降水量增强区域面积逐渐缩小。

(2) 贵州省历年大雨和暴雨日数的变化趋势不明显。暴雨日数与各个丰、枯水时期内的降水量变化趋势基本一致，但暴雨日数的累计距平在2003年以后仍呈上升趋势，而降水量2003年以后已经开始下降进入枯水期。强降水日数的空间分布上表现为南多北少并呈带状分布。大雨日数最大值位于西南部盘县，为10 d，暴雨日数最大值分布于望谟地区，为4 d；大雨和暴雨日数的最小值都位于毕节—威宁—遵义一带。

(3) 大雨强度55 a间变化率很小，大雨强度变化率从黔中向东西两侧递减。暴雨强度变化率较大，空间上东北高、西和西南部低；与暴雨强度空间分布对比发现，暴雨强度较低的三穗、黔西地区暴雨强度的变化率非常高，年平均暴雨强度增加0.5～1.0 mm。

(4) 贵州省1959—2013年大雨强度变异系数较小，但暴雨强度变异系数较大，空间分布都呈北大南小，威宁地区最大。大雨和暴雨强度变异系数的空间分布都与年降水强度的空间分布呈负相关，年降水强度、大雨和暴雨强度最小的威宁—毕节—遵义—三穗一带，其大雨和暴雨强度变异系数最大。

贵州省降水事件表现出的特征在一定程度上可能加大旱涝灾害发生的概率，如毕节—威宁地区降水量、年降水强度、暴雨日数、暴雨强度都较低，但暴雨强度变异系数和变化率非常高；贵州省东部的三穗地区位于省内受季风影响相对比较突出的位置，但是其年降水量和年降水强度、大雨和暴雨日数均低于周边同经度地区，而年均降水日数和暴雨变异系数高于周边同经度地区。针对贵州省降水反映出的特殊性，应重点分析地形对贵州省降水的影响，加大对极端降水事件发生概率较大地区的降水动态及地质异动情况的观测。

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(编辑：赵卫兵)

Variation Characteristics of Precipitation Events inGuizhou Province in Recent 55 Years

ZHANG Yong-rong1, MA Shi-bin1，YAN Li-hui2

(1.Department of Environmental and Resources Science, Liupanshui Normal University, Liupanshui 553004,China;2.School of Karst Science, Guizhou Normal University，Guiyang 550001，China)

In the aim of better understanding the characteristics of precipitation events in Guizhou Province,observed precipitation data during 1959-2013 collected from 19 meteorological stations were used in analyzing the climate characteristics, change trend, spatial distribution, and steadiness of precipitation, number of wet days, and precipitation intensity in the past 55 years in Guizhou Province. The results suggest that in spatial scale, the precipitation was more in the south than that in the north but the number of wet days was smaller in the south than that in the north, and the two quantities were in negative correlation in space. In temporal scale, one normal period, two wet periods, and two dry periods of the precipitation could be identified in the past 55 years in Guizhou Province, but intensified precipitation zones diminished in area; furthermore, seasonal variation was remarkable, which intensified with an increasing altitude. The number of intense precipitation days and the precipitation intensity were not notable in their mean annual change trend and the spatial distribution was of a belt pattern; the minimum values were distributed along Weining-Bijie-Zunyi-Sansui region, which was, however, characterized by the highest change rate of storm intensity. The coefficient of variation of heavy rain intensity in Guizhou was small but that of storm intensity was large, with the largest coefficient value found along Weining-Bijie-Zunyi-Sansui region where the storm intensity was the lowest. The most prominent characteristic of precipitation events in the 55 years in Guizhou was: regions with low annual average precipitation, small number of wet days, and low precipitation intensity had the highest change rate in number of wet days and precipitation intensity and the lowest stability. In view of this characteristic, the impact of topography on the precipitation in Guizhou should be paid emphasis to, and observation shall be strengthened on precipitation dynamics and geological abnormities in regions with a high probability of extreme precipitation events.

precipitation events; observation data; spatiao-temporal variation; rainstorm; Guizhou Province

2015-10-27；

2015-12-24

国家自然科学基金项目(41301504)；贵州省教育厅自然科学研究项目(黔教合KY字[2013]173)；贵州省科学技术基金项目(黔科合LH字[2015]7610号，黔科合LH字[2014]7459号);贵州省教育厅高校人文社会科学研究规划项目(14GH007)

张勇荣(1982-)，女，黑龙江牡丹江人,副教授,硕士，研究方向为环境变化与对策,(电话) 15086451531(电子信箱)z918@163.com。

10.11988/ckyyb.20150903

2017,34(1):40-44

P332

A

1001-5485(2017)01-0040-05