资水流域及各分区面雨量及雨季特点分析

罗 潇，廖春花，罗 菁，谭诗琪

(1.湖南省气象服务中心，长沙 410118； 2.气象防灾减灾湖南省重点实验室，长沙 410118； 3.湖南省气候中心，长沙 410118)

0 引 言

资水位于湖南中部地区，是四水流域的第三大支流，其源头分左右两支。右支夫夷水发源于广西壮族自治区资源县颠覆岭，左支赧水发源于湖南省城步县青山黄马界，两河在邵阳县双江口汇合，流经邵阳市、新邵、新化、安化、桃江等市县，于益阳市甘溪港注入洞庭湖[1-2]。资水流域干流全长653 km，流域总面积2.8×104km2，流域内地形地貌复杂多样，从上游至下游依次为高山峡谷地带、盆地、冲击台地、低矮丘陵区和冲击平原地带[3]。资水流域洪水和干旱灾害交替、频繁发生，根据历史气象资料，流域内有两个暴雨中心，一个位于上游隆回县六都寨附近，另一个位于安化县梅城一带，该区是湖南省最大的暴雨区之一[4]。在全球气候变暖的背景下，资水流域极端降水事件频发，给流域气候趋势预测、流域内水库防洪调度及水资源开发利用等带来严峻挑战。

对于流域降水的研究，过去的讨论分析多基于站点降水资料[5-7]。如李兵等[8]检验分析了湖南省资水流域 14 个国家气象站 1980-2016 年汛期(4-9月份)暴雨日数、暴雨量、暴雨集中度、暴雨集中期的时空分布与演变特征，研究发现湖南省资水流域暴雨日数(暴雨量)时空变化上整体具有较好的一致性，但年均暴雨日数大的地区更容易发生偏涝或偏旱。由于站点降水的观测网密度低或测站布局不合理，导致站点降水大小不能很好地反映流域整个面上的降水情况，因此有了面雨量这一说法的提出[9-12]。随着高分辨率再分析资料的不断更新完善，其在流域面雨量上的应用也越来越广[13-16]。因此，本文应用新一代中国全球大气再分析降水资料，按流域分区分析资水流域近40年雨量的变化情况，以期为资水流域防汛抗洪、水资源开发利用提供科学依据。

1 资料与方法

1.1 资 料

本文在文献[17]对再分析资料进行对比评估的基础上，选用与湖南省实况降水最接近的中国区域地面气象要素数据集，中国区域地面气象要素数据集(China Meteorological Forcing Dataset，CMFD)是中国科学院青藏高原研究所开发的一套近地面气象与环境要素再分析数据集。本文用到的是CMFD的逐日降水数据，空间分辨率0.1°×0.1°，时间为1979-2018年。

1.2 方 法

应用格点平均值法，将再分析格点降水数据计算得到资水流域每个分区的逐日面雨量。运用线性趋势法计算近40年面雨量的变化趋势。相关定义如下：

根据文献[18]给出的流域面雨量等级划分标准，当子流域24 h面雨量≥15 mm，定义为一个大雨日；当子流域24 h面雨量≥30 mm，定义为一个暴雨日；当子流域24 h面雨量≥60 mm，定义为一个大暴雨日。

雨季开始：定义为每年3月份后，日降水量≥25 mm(或3 d总降水量≥50 mm的第1天)，且其后两旬中任意一旬降水量超过历年同期平均期，该日为雨季开始日期。

雨水集中期：定义为雨季(3-7月份)中任意连续10 d降水总量最多的出现时段。

资水流域分区见图1。资水流域大体呈南北走向，从南至北依次为罗家庙以上、罗冷区间、柘溪库区和资水下游。

图1 资水流域(红色区域)空间分布及分区情况

2 资水流域面雨量的时间变化

2.1 年总面雨量的年际变化

统计资水流域近40年逐年面雨量随时间的变化，见图2。资水流域年面雨量变化趋势呈现缓慢增加的特征，增加的速率为每10年1.5 mm。年总面雨量最大的年份为2002年，最大年总面雨量为2 037.7 mm，年总面雨量最少出现在2011年，为1 009.6 mm。从各个分区年面雨量的时间分布来看(图略)，4个分区中柘溪库区和资水下游面雨量呈现增加趋势，增加速率分别为每10年5.2和56.8 mm；罗家庙以上和罗冷区间面雨量呈现减少趋势，罗家庙以上减少速率为每10年31.9 mm，罗冷区间减少速率为每10年24 mm。

图2 资水流域年累计面雨量逐年变化(单位：mm)

2.2 四季面雨量的年际变化

从全流域及各分区春季面雨量的逐年变化来看，近40年资水流域各分区春季面雨量均呈现为减少的趋势。其中，罗家庙以上面雨量减少的速率最大，为每10年减少18.4 mm；而柘溪库区减少的速率最小，为每10年减少6.2 mm。全流域面雨量减少速率为每10年减少12.8 mm，其中春季面雨量最大的年份为1991年，最小的年份为1999年，说明资水流域面雨量在20世纪年际变率最大。另外还可以看出，进入21世纪后，资水流域面雨量年际变率显著减小(图3)。

图3 资水流域全区春季累计面雨量逐年变化(单位：mm)

近40年资水流域4个分区中，柘溪库区和资水下游夏季面雨量呈现增加趋势，增加速率分别为每10年8.5和36.8 mm；罗家庙以上和罗冷区间面雨量呈现减少趋势，罗家庙以上减少速率为每10年15 mm，罗冷区间减少速率为每10年9.2 mm；全流域夏季面雨量为增加的趋势，增加的速率为每10年5.3 mm。此外还可看出，由于夏季面雨量在全年总面雨量中所占比重最大，因此夏季面雨量的年际变化也主导了年总面雨量的年际变化趋势(图略)。

近40年资水流域4个分区中，资水下游秋季面雨量呈现增加趋势，增加速率为每10年24.5 mm，其他3个分区秋季面雨量呈现减少趋势，减少的速率分别为罗家庙以上每10年减少7.8 mm，罗冷区间为每10年减少8.7 mm，柘溪库区为每10年减少0.8 mm；全流域秋季面雨量为缓慢增加的趋势，增加的速率为每10年1.8 mm(图略)。

近40年资水流域4个分区及全流域冬季面雨量均呈增加的趋势。罗家庙以上和罗冷区间增加的速率为每10年9.4 mm，柘溪库区每10年增加3.7 mm，资水下游每10年增加6.4 mm，资水流域全区冬季面雨量增加的速率为每10年7.2 mm(图略)。

2.3 面雨量的年内变化

资水全区年平均面雨量1 499.2 mm，面雨量主要集中在3-8月份，月平均面雨量均在100 mm以上。同时全年逐月面雨量变化呈现双峰型，第一个峰值出现在6月份，为230 mm；第二个峰值出现在10月份，为88.2 mm；资水全区全年面雨量最少的月份在12月份，为48.2 mm(图4)。资水全区年平均大雨日数28.4 d，年平均暴雨日数为7.8 d。从逐月分布来看，大雨日数在4、5、6月份最多，暴雨日数在5、6、7月份最多，其中6月份不论是大雨日数还是暴雨日数均达到全年的最高值，这与资水全区6月份面雨量峰值是吻合的。从逐月最大日面雨量的分布来看，资水全区6、7、8这3个月出现的最大日面雨量相对较大，说明这3个月出现极端降水的概率较大，全年除了3月份，其他月份的最大日面雨量均达到大暴雨级别，8月份的最大日面雨量最大，出现在2007年，为99.6 mm，但未达到特大暴雨级别(图5)。

图4 资水流域月平均累计面雨量分布

图5 资水流域最大日面雨量及大雨和暴雨日数的逐月分布

资水各分区面雨量的年内分布与资水全区的分布特征基本一致(图略)，即面雨量主要集中在3-8月份，全年面雨量最少的月份在12月份，且逐月面雨量变化呈现双峰型，第一个峰值出现在6月份，第二个峰值出现在10月份。

3 极端降水特征

图6为资水全区逐年最大日面雨量年际变化。由图6可以看到，年最大日面雨量呈现出逐年增大的趋势，增大的速率为5 mm/10 a，所有年份的最大日面雨量级均在暴雨以上。其中，有34年最大日面雨量达到大暴雨以上级别，占比为85%，最大日面雨量出现在2007年，为99.6 mm，未达到特大暴雨级别。图7统计了逐年最大日面雨量出现的月份。由图7可知，资水全区年最大日雨量主要分布于5-7月份，一共出现28次，占比为70%，其中出现在6和7月份的次数最多，均为10次。

图6 资水流域逐年日最大面雨量分布(单位：mm)

图7 资水流域年最大日面雨量所在月份分布

4 雨季特征

自电力部门开始关注气象服务开始，电力部门非常关注雨季特征，尤其是雨水集中期的降水和雨季开始的时间，因为这与各大水库防洪蓄洪、保水蓄水、迎峰度夏的决策息息相关。因此，接下来着重分析资水流域各分区雨水集中期的面雨量特征及各分区的雨季开始时间。

4.1 雨水集中期

从罗家庙以上逐年雨水期中期面雨量的变化来看(图8)，整体呈现出下降的趋势，雨水集中期面雨量最大的年份为1996年，10天最大累计面雨量为366.9 mm；雨水集中期面雨量最少的年份为2015年，10天最大累计面雨量90.2 mm。罗冷区间整体呈现出下降的趋势，雨水集中期面雨量最大的年份为1996年，10天最大累计面雨量为360.1 mm；雨水集中期面雨量最少的年份为2018年，10天最大累计面雨量89.4 mm。柘溪库区整体呈现出上升的趋势，雨水集中期面雨量最大的年份为1990年，10天最大累计面雨量为324.4 mm；雨水集中期面雨量最少的年份为2018年，10天最大累计面雨量117.6 mm。资水下游整体呈现出上升的趋势，雨水集中期面雨量最大的年份为1998年，10天最大累计面雨量为358.4 mm；雨水集中期面雨量最少的年份为2013年，10天最大累计面雨量106.3 mm。

图8 资水流域逐年雨水集中期面雨量的变化(单位：mm)

从雨水集中期所在月份统计图来看(图9)，各分区雨水集中期均主要分布在3-7月份，其中出现在6月份的次数最多，各分区占比在37.5%～55%之间。

图9 资水流域雨水集中期所在月份分布

4.2 雨季开始

表1统计了资水流域各分区1979-2018年逐年雨季开始的时间。从统计结果来看，罗家庙以上雨季开始的时间主要集中在3月份，40年间一共有16年雨季从4月份开始，占所有年份的40%；其中又以3月中旬为最多，一共有7年。雨季开始最早的年份为2009年，开始于当年的3月1日；雨季开始最晚的年份为1983年，开始于当年的6月18日。

表1 资水流域各分区雨季开始时间逐旬累计次数

罗冷区间雨季开始的时间主要集中在3月份，40年间一共有17年雨季从4月份开始，占所有年份的42.5%；其中又以3月下旬为最多，一共有7年。雨季开始最早的年份为2009年，开始于当年的3月1日；雨季开始最晚的年份为2007年，开始于当年的6月7日。

柘溪库区雨季开始的时间主要集中在3月份，40年间一共有21年雨季从4月份开始，占所有年份的52.5%；其中又以3月上旬为最多，一共有9年。雨季开始最早的年份为1992和2009年，开始于当年的3月1日；雨季开始最晚的年份为2011年，开始于当年的6月2日。

资水下游雨季开始的时间主要集中在3月份，40年间一共有23年雨季从4月份开始，占所有年份的57.5%；其中又以3月上旬为最多，一共有10年。雨季开始最早的年份为1992和2009年，开始于当年的3月1日；雨季开始最晚的年份为1988年，开始于当年的6月20日。

5 结 论

利用统计分析及线性倾向估计等方法，通过对再分析资料计算得到的资水流域面雨量随时间的变化规律进行研究，得到以下主要结论：

1) 资水流域4个分区中柘溪库区和资水下游面雨量呈现增加趋势，罗家庙以上和罗冷区间面雨量呈现减少趋势，资水流域全区年面雨量变化趋势呈现缓慢增加的特征，增加的速率为每10年1.5 mm。春季面雨量呈现为减少的趋势，全流域面雨量减少速率为每10年减少12.8 mm，其他3个季节面雨量均呈现为增加的趋势，但是增加的趋势缓慢，增加速率均在10 mm/10 a以下。

2) 资水流域面雨量主要集中在3-8月份，月平均面雨量均在100 mm以上，同时全年逐月面雨量变化呈现双峰型，第一个峰值出现在6月份，第二个峰值出现在10月份，全年面雨量最少的月份在12月份。资水全区年平均大雨日数28.4 d，年平均暴雨日数为7.8 d，大雨日数在4、5、6月份最多，暴雨日数在5、6、7月份最多。全年除了3月份，其他月份的最大日面雨量均达到大暴雨级别，8月份的最大日面雨量最大，出现在2007年，为99.6 mm。资水各分区面雨量的年内分布与资水全区的分布特征基本一致。

3) 资水全区逐年年最大日面雨量呈现出逐年增大的趋势，所有年份的最大日面雨量级均在暴雨以上，其中有34年最大日面雨量达到大暴雨以上级别，占比为85%；资水全区年最大日雨量主要分布于5-7月份，一共出现28次，占比为70%，其中出现在6和7月份的次数最多，均为10次。

4) 罗家庙以上和罗冷区间两个分区逐年雨水期中期面雨量整体呈现出下降的趋势，而柘溪库区和资水下游为上升趋势，各分区雨水集中期均主要分布在3-7月份，其中出现在6月份的次数最多。各分区雨季开始的时间均集中在3月份。