1975—2015年清远市汛期极端降水时空变化特征分析

曾志平

(广东省水文局清远水文分局，广东清远511500)

降水是水文循环的重要组成部分，是众多水文预报手段必不可少也是最为重要的输入要素之一[1-2]。受全球气候变化的影响，降水在空间分布和时间分配上发生了改变[3]。降水的多变提高了水文预报的工作难度[4]。清远市位于北江中下游，境内中小河流众多，且多为山区性河流，降水汇流时间短，极易发生中小流域洪水，引发山洪灾害。根据相关研究统计[5-6]，在清远市山洪灾害评价对象中，约有15万人处于危险区，占清远市常驻人口的6.5%，主要分布在地势高、坡度陡、河网密集的连州和连南北部山区、连山南部、阳山西南部、英德西南部以及佛冈县。降水的频率和强度是形成洪涝灾害的2个重要指标[7-8]。清远市多年平均降水量约为1 897 mm，降水年内分布极不均匀，汛期雨量占年雨量的80 %左右，极端降水事件频发。认识清远市降水时空变化规律，对做好该区域的水文预报具有重要意义，亦可为指导工农业生产及防灾减灾提供科学依据。已有学者对清远市降水作了一些研究，周小云等[9]指出，21 世纪以来清远市暴雨日数明显偏多而大暴雨以上则明显偏少；李翠华等[10]指出，清远地区年雷暴日数以准4、准10 、准20 年等多重时间周期嵌套式震荡；罗律等[11]指出清远市极端强降水总量、频数和强度在南部地区呈减少趋势、北部地区呈增加趋势，总量和频数在年变化上呈减少趋势，强度呈增加趋势。目前对清远市降水的研究分析指标相对较少，有必要对清远市开展更为详尽的汛期极端降水特征分析。

1 研究区概况

清远市(113°42～111°55′E，23°28′～25°12′N)位于广东省中北部，是广东省南北经济交流的重要通道之一。境内国土面积19 152 km2，是广东省陆地面积最大的地级市，占全省国土面积10.66 %，占北江流域面积41.00%。境内地势北高南低，北部南岭山脉为珠江与长江分水岭，也是华中、华南气候分界线，对台风北上和寒潮南下均起到一定屏障作用。

2 资料与研究方法

2.1 资料来源与预处理

本文所用数据资料为广东省水文局整编的清远市60个雨量站1975—2015年汛期(4月1日至9月30日)逐日降水资料，数据基本连续完整，仅几个站点缺测个别年份或个别月份；站点空间分布较为均匀(图1)，能较好地代表清远市各地区的极端降水特性。所选测站资料中，缺测部分分析借用临近站同期数据[12-13]。

2.2 研究方法

参考世界气象组织(WMO)、气象学委员会(CCL)及气候变化和可预报性研究计划(CLLVAR)提出的指标，选取14个极端降水指标分析清远市降水(表1)。近年来，国内外常采用相关指标研究极端气候事件[7-8，12-13]。通过泰森多边形法计算清远市面雨量；利用线性回归分析[14]、Mann-Kendall非参数检验法[15]，分析清远市各极端指数时间序列的趋势变化并进行置信度95%的显著性检验(P<0.05)；采用反距离加权插值IDW法[14]分析极端降水指标的空间分布规律。

图1 清远市雨量站点分布

表1 极端降水指标及其定义

3 结果分析

3.1 清远市极端降水时间序列变化特征

清远市极端降水指数年际变化差异明显(表2)。1975—2015年，所有极端降水指标中，除R95P呈明显下降趋势(以-2 d/10a减少，且通过了95%置信水平检验)、R95ptot无明显趋势外，其余指数均呈上升趋势，其中R50通过了95%置信水平检验(以0.6 d/10a增加)。

表2 1975—2015年清远市14个极端降水指标检验结果

注：*P<0.05

3.2 极端降水指数变化趋势及空间分布

3.2.1干旱或湿润指数变化的空间分布

CDD、CWD和R1、R5分别能够表征干旱和湿润状态，其变化具有明显的空间差异性(图2)。具体而言，清远市除1站点CDD呈上升趋势外，其余站点均呈下降趋势(36个站点通过置信检验)，下降幅度基本呈现从北向南逐渐递减趋势；41个站点CWD呈上升趋势(5个站点通过置信度检验)，主要分布在清远市中部和佛冈县；33个站点R1呈上升趋势(1个站点通过置信度检验)，主要分布在“三连一阳”地区(连州市、连南县、连山县和阳山县，下同)和佛冈县，27个呈下降趋势(2个通过置信度检验)；36个站点R5呈上升趋势，24个呈下降趋势，均各有1个通过置信度检验。从空间分布看，R1(图2c)和R5(图2d)分布较为相似，均为东西两端上升而中部下降，下降区域在英德市、清城区和清新区形成一条较为紧密的条带状。

a) CDD

b) CWD

c) R1

d) R5图2 干旱或湿润指数变化的空间分布及显著性检验

3.2.2中等强度及较强降水指数变化的空间分布

R10、R25能够表征中等强度及较强降水特征，其变化趋势特征在清远市内具有明显的地区差异性(图3)。清远市内有43个站点R10呈上升趋势，17个呈下降趋势，均各有1个通过置信度检验。有40个站点R25呈上升趋势(4个通过置信度检验)， 20个呈下降趋势(2个通过置信度检验)。就上升趋势来看，表现出R10大于R25，呈上升趋势的分布范围也表现出R10大于R25。同时，随着降水强度增大，上升趋势逐渐减弱，下降趋势逐渐增强。

a) R10

b) R25

图3 中等强度及较强降水指数的空间分布及显著性检验

3.2.3强降水指数变化的空间分布

R50、R100、R95P、R95ptot和PRCPTOT能够表征强降水，其变化趋势特征在清远市内具有明显的地区差异性(图4)。清远市内分别有45、48个站点R50和R100呈上升趋势；42个站点R95P呈下降趋势(24个通过置信度检验)，52个站点R95ptot呈下降趋势(43个通过置信度检验)，44个站点PRCPTOT呈下降趋势(1个通过置信度检验)。从空间分布看， R50(图4a)和R100(图4b)、PRCPTOT(图4e)分布较为一致：“三连一阳”及英德等清远市北部地区呈上升趋势，清城区、清新区和佛冈县等南部地区呈下降趋势。而R95P(图4c)、R95ptot(图4d)指数中“三连一阳”及英德地区却呈现下降趋势，这表明该区域降水更加集中，强降水有增加趋势。

a) R50

b) R100图4 强降水指数趋势变化空间分布及显著性检验

c) R95P

d) R95ptot

e) PRCPTOT续图4 强降水指数趋势变化空间分布及显著性检验

3.2.4最大降水指数变化的空间分布

R1D和R5D为表征最大降水指数，其变化趋势特征在清远市内具有明显的地区差异性(图5)。清远市分别有43、49个站点R1D、R5D呈上升趋势。R1D和R5D 分布情况基本一致，“三连一阳”呈上升趋势，而清城、清新区和佛冈县呈下降趋势。

a) R1D

b) R5D图5 最大降水指数的空间分布及显著性检验

3.2.5降水强度指数变化的空间分布

整个清远市内有68.3 %站点的SDII呈上升趋势(图6)，其中有10个通过95 %置信水平检验，空间上主要分布在清远市的北部地区，即“三连一阳”和英德北部，其余站点SDII呈下降趋势，主要分布在清远市的南部地区，即清城、清新区和佛冈县。

图6 SDII变化的空间特征布及显著性检验

4 结论

本文运用多种方法基于清远市60个雨量站的汛期(4—9月)逐日降水数据，分析了该区域1975—2015年极端降水事件的时空变化特征，主要结论如下。

a) 清远市极端降水存在较大的年际变化，各指标变化趋势有增有减且存在明显的区域差异。面平均降水中，所有极端降水指数除R95P呈明显下降趋势、R95ptot无明显趋势外，其余指数均呈上升趋势。除CDD、CWD、R95P和R95ptot外，“三连一阳”等清远市北部地区其余极端降水指数均呈上升趋势，清城区、清新区和佛冈县等南部地区则呈下降趋势。

b) “三连一阳”地区强降水有增加趋势，降水更加集中，容易发生洪涝灾害。针对未来强降水增加的基础上，需要做好北部山区河流中小河流预报，防患于未然。