关于云南省月降水量预测探究

郭敏

摘 要 以云南省2012年4月的降水量为基础数据源，对降水数据的分析，将省内126个站点的时间维降水序列变差函数值作为降水强度的影响因素引入到降水量空間预测的多元地理统计中，对云南省4月平均降水数据进行空间插值模拟。通过分析不同时间尺度下的交叉检验统计量，选择最优的时间维变差函数计算尺度。

关键词 降水空间分布；协同克里格法；变差函数值；云南省

中图分类号：P333 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.26.082

大气降水是常见的天气现象，高精度的降水分布信息是进行气象、水文以及地质灾害等研究的基础。但由于雨量计观测站点的数量有限，区域范围的降水分布往往需要通过一定的插值方法来实现。提高降水插值方法的精度，建立更为合理的降水空间分布，对区域水资源环境以及气候变化研究具有重要意义。

1 研究区概况

云南省总面积约39万平方千米，占全国总面积的4.11%，居全国各省级行政区域第八位。北回归线穿过省境南部，云南省东部是广西壮族自治区和贵州省，北部是四川省，西北部是西藏自治区。云南边界长4 060 km，边界与三个国家相邻：西部为缅甸（主要口岸为瑞丽），南部为老挝（主要口岸为磨憨），东南部为越南（主要口岸为河口）。

云南省有北热带、南亚热带、中亚热带、北亚热带、暖温带、温带和高原气候带共7个气候类型，气候兼具低纬气候，季风气候和山地气候的特点[1]，其主要表现如下。

1.1 气候的区域差异

云南省的气候差异与纬度、海拔有关。从纬度来看，云南省的位置只相当于从雷州半岛到福建、江西、湖南、贵州的地理纬度，但由于地势北高南低，南北高差达6 663.6 m，在该省内极大地加剧了因经度纬度造成的温差。高海拔和高纬度的组合，使除金沙江流域，沅江流域以外的所有地区年平均气温普遍由北向南递增，平均气温5～24 ℃，南北气温差约19 ℃[2]。

由于受地形和气候条件的影响，往往出现了全省气温分布的特殊情况，出现“南冷南热”的现象。特别是在垂直分布上，由于山地的影响，河床的侵蚀加深，由于从山谷到山顶的高度上升，形成了高深度，多种气候类型的山谷。每当高原上升100 m，温度下降0.6 ℃左右。

1.2 年温差小，日温差大

云南省位于低纬高原，空气干燥而相对较薄，除了太阳仰角外，太阳辐射的热量增加变化，也受云雾和雨水的影响。夏季最热日平均气温为19～22 ℃，冬季最冷月平均气温在6～8 ℃，年温差一般为10～15 ℃，但多雨天气温度较低。有一天温度变化很凉，下午有热量，特别是冬春两季，日温差高达12～20℃。

1.3 降水充沛，干湿分明，分布不均

云南省大部分地区年降水量为1 100 mm，南部部分地区降水量可达1 600 mm。但由于冬、夏季不同大气环流的控制和影响，降水的季节和地理分布极不均匀。冬季位于昆明准静态锋面西侧，由单一暖气团控制，降雨量少[3]。受夏季西南季风影响，炎热潮湿，雨量充沛，时长达6～8个月，约占全年降雨量的60%。11月至4月的冬春季节是旱季，降水量仅占全年的10%～20%。云南省无霜期长，文山南部、蒙自、思茅、临沧、德宏无霜期300～330 d，昆明、玉溪、楚雄中部约250 d，庆达无霜期210～220 d[4]。

2 数据来源

截取云南省2012年4月位于北纬21.483 3°～28.6°、东经97.85°～105.63°区域的126个降水量观测点观测到的降水数据，如图1所示。

云南省2012年4月降水量频数直方图及其降水量统计特征如图2和表1所示。

3 研究方法与过程

3.1 变差函数

变差函数是Motheron在1965年提出的一种矩估计方法，为区域化变量的增量平方的数学期望，也就是区域化变量的增量的方差。

将区域化变量的增量的方差的一半称为半变差函数，但由于通常要用到的都是半变差函数，而不是变差函数，所以，出于方便的考虑，很多学者直接将半变差函数称为变差函数。

变差函数是地统计学特有的研究工具，不仅能够表征区域化变量的空间结构性，而且能够表征区域化变量的随机性，反映了区域化变量在某个方向上某一距离范围内的变化程度。

本研究使用距离变差函数：

其中V（h）为变差函数数值，Z（x）为区域变化量，h为滞后距，N为样本数。

本区截取h为0.35、07、1.05、1.40、1.75等处的降水量均值，得到变差函数和变差函数线性，如图3和图4所示。

虚线曲线为V（h）与h之间的折线，实线曲线为V（h）与h之间的拟合变差函数。

3.2 球状模型拟合

球状模型拟合就是通过一组实验变异函数数值确定该模型的参数C0，C，a的值。其数学表达公式为：

由图3可得a=3.85，C=4.47，C0=0.34，代入球状模型得到拟合函数为：

3.3 克里格插值法（Kriging）

克里格法（Kriging）是地统计学的主要内容之一，从统计意义上说，是从变量相关性和变异性出发，在有限区域内对区域化变量上说，是从变量相关性和变异性出发，在有限区域内对区域化变量的取值进行无偏、最优估计的一种方法；从插值角度讲是对空间分布的数据求线性最优、无偏内插估计一种方法。克里格法的适用条件是区域化变量存在空间相关性。

本文中设Z（x）为区域化变量，满足二阶平稳和本征假设，其数学期望为m，协方差函数c（h）及变异函数λ（h）存在。

即E[Z（x）]=M，C（h）=E[Z（x）Z（x+h）]-M2

对于中心位于x0的块段为V，其平均值为Zv（x0）的估计值以对于中心位于x0的块段为V，其平均值为Zv（x0）的估计值以进行估计。在待估区段V的邻域内，有一组n个已知样本v（xi）（i=1，2，3，…，

n），其实测值为Z（xi）（i=1，2，3，…，n）。克里格方法的目标是求一组权重系数λi（i=1，2，3，…，n）。使得加权平均值：

利用云南省2012年4月位于北纬21.48°～28.6°、东经97.85°～105.63°区域的降水量观测点观测到的降水数据，将云南省2012年4月降水量观测点降水量图分成0.5°×0.5°的经纬度网格图。依次利用球状模型表达式及普通克立格方程组及方差的矩阵模拟出每个交叉点出的降水量，如点（99°E，26°N）、（99°E，28°N）、（99°E， 24°N）等。以借用图1中点X1（98.91667°E，28.48333°N，月降水量4.5 mm）、

X2（99.7°E，27.8333°N，月降水量6 mm）、X3（98.66667°E，27.75°N，月降水量12.7 mm）拟合点（99°E，28°N）处的降水量，结果显示点（99°E，28°N）处预测月降水量为10.15 mm。以此类推，得到云南省4月降水量，如图5所示。

图中由黑到灰色表示月降水量逐渐增多。

4 结果与分析

4.1 试验结果

由图5可知，云南省境内4月的月降水量由北向南逐步增加，同一纬度下东西走向相对均匀。其中滇东南地区如迪庆、丽江等地的月降水量与云南省内其他州月降水量相比较低，预测在5～10 mm；滇中到滇东北如昆明、曲靖、昭通等地的月降水量与云南省内其他州月降水量相比较少，预测约在15 mm；滇西南地区如临沧、普洱、版纳一带月降水量与云南省内其他州月降水量相比较高，预测在25mm左右。

4.2 结果分析

4.2.1 地形因素

主要与滇西北特殊地形有关地形，滇西北处理西藏高原东南侧，属于高原地区。很多气象学家指出：近年来全球气温加速变暖，冰川融消增强，降水与径流增加。滇西北一角的降水量多与西部高原地区的气候变化一致[5]。

4.2.2 热带季风因素

滇中和滇西南地区的月降水量主要受热带季风气候影响。云南地处低纬高原，受青藏高原和东亚、南亚两支季风影响显著[6]，由全球和地区人类活动引起的全球气候变化是影响该区域气候变化的重要因素，以西双版纳为代表的云南南部和西南部的北热带、南亚热带雨林、季雨林高湿、高温、静风地带。滇西南地区较大的月降水量主要与此有关[7]。

5 实验结论

通过对云南省2012年4月126个降水量观测站收集到的月降水量数据进行统计分析及预测，得到以下结论：1）根据历史数据，云南省月降水量实际均值约在19 mm。2）结合历史数据，预测出云南省境内滇西南的月降水量最大，约为25 mm，滇中次之，月降水量約在

15 mm，滇西北月降水量最少，为5～10 mm。3）滇西南的月降水量受青藏高原和东亚、南亚两支季风影响显著。滇中月降水量主要受东亚季风气候影响。而滇西北月降水量主要与滇西北特殊的西藏高原地形有关地形。

参考文献：

[1] 尹晗，李耀辉.我国西南干旱研究最新进展综述[J].干旱气象，2013，31（1）：182-193.

[2] 文成，吴胜文，张忠.黎平县干旱气候特征分析[J].贵州气象，2012，36（2）：26-28.

[3] 段旭，陶云，郑建萌，等.气象干旱时空表达方式的探讨[J].高原气象，2012，31（5）：1332.

[4] 张万诚，万云霞，任菊章，等.水汽输送异常对2009年秋、冬季云南降水的影响研究[J].高原气象，2011，30（6）：1534-1542.

[5] 段长春，朱勇，尤卫红.云南汛期旱涝特征及成因分析[J].高原气象，2007，26（2）：402-408.

[6] 段旭，陶云，寸灿琼，等.孟加拉湾风暴时空分布和活动规律统计特征[J].高原气象，2007，28（3）：634-641.

[7] 孔祥伟，于乐江，刘新伟.西南地区冬季旱涝特征及其与北极涛动关系[J].干旱区地理，2012，35（6）：875-882.

（责任编辑：赵中正）