湘江流域面雨量气候特征分析

龙晓琴，廖春花，谭诗琪，罗 潇

(湖南省气象服务中心，长沙 410118)

湖南省内河流众多，河网密布，5 km以上河流有5 341条，流域面积大于1×104km2的有9条河流[1-3]。湘江是长江水系的主要支流之一,也是湖南省最大的河流,被誉为湖南省的母亲河，地处长江中下游，南岭以北，东以罗霄山与赣江水系分界，西隔衡山山脉与资水毗邻。湘江流经湖南省10个地级市，径流长度948 km，流域面积9.47×104km2，多年平均年径流量为2 510×108m3，是黄河的1.5倍，属于典型的亚热带季风气候区，冬季温和少水，夏季高温多雨。湘江流域处于东南季风和西南季风相交绥的地带，降水分布不均，年际变化较大。流域内主要以低山丘陵为主，地势南高北低[4-7]。

湘江流域的强降水是湖南汛期面临最为严重的气象灾害之一，常伴随洪涝灾害以及泥石流、山体滑坡等次生灾害发生。因此，湘江不同子流域的降雨特征和规律是本文研究的主要内容，为更精准地开展流域面雨量预报、更好地开展防洪发电调度工作提供参考依据。

1 资料和方法

1.1 资 料

本文将湘江全流域划分为6个子流域，分别是东江、双牌、近尾洲、湘江中游支流、衡阳-湘潭及长沙地区(图1)，选取1979-2018年(共40 a)国家基本气象站点的降水资料，采用算术平均法计算6个子流域的面雨量。

图1 湘江各子流域分区

1.2 线性倾向估计

线性倾向估计的目的是用一条合理的直线表示气候变量与其时间之间的关系。用y表示样本量为n的某一气候变量，用x表示y所对应的时间，建立y与x之间的一元线性回归，其表达式为：

y=b0+bx

式中：b0为回归常数；b为回归系数。b0、b可以用最小二乘进行估计。

1.3 滑动平均法

滑动平均法是趋势拟合技术最基础的方法[8-10]，它相当于低通滤波器。用确定的时间序列的平滑值来显示变化趋势，对样本为n的序列x，其滑动平均序列为：

其中：k为滑动长度，k最好取奇数，以使平均值可以加到时间序列中项的时间坐标上。

2 湘江流域面雨量分布特征

2.1 湘江流域面雨量月分布特征

根据文献[11-13]定义的标准，把强降水面雨量划分为4个等级：大雨(15～29.9 mm)；暴雨(30～49.9 mm)；大暴雨(50～69.9 mm)；特大暴雨(不小于70 mm)4个等级。计算湘江6个子流域面雨量的气候值，统计时段为1979-2018年。各子流域面雨量的月变化特征如下：

2.1.1 东江子流域

东江流域年平均面雨量1 514.6 mm，降水主要集中在4、5、6月份，共560.7 mm，占全年面雨量的37%。月降水变化呈现双峰型，第一个峰值出现在6月份，为192.5 mm；第二个峰值出现在8月份，为172 mm。第一个峰值原因是7月副高西伸北抬，东江流域处于副高西北侧边缘，大气层结不稳定，多对流性降水发生。第二个峰值的原因是9-10月份受华西秋雨的影响，在副高东退减弱后又会出现短时间降水增多的现象，全年降水最少的月份在12月份，为58.9 mm。从月平均雨日来看，上半年月平均雨日明显多于下半年，8月份平均降水日数最多，为27 d；12月份平均最长雨日数最少，为12 d(图2)。

图2 1979-2018年东江流域逐月平均累计降水及月平均雨日

从最大日面雨量的月分布来看，最大日面雨量的大值主要出现在8和10月份，说明这两个月出现极端降水的概率较大，1999年8月12日最大降雨量99.9 mm，达到大暴雨级别。东江流域日面雨量≥15 mm以7、8月份为最多；日面雨量≥30 mm的日数，以6月份为最多，12月份最少(图3)。

图3 1979-2018年东江流域当月最大日面雨量及日降水日数

2.1.2 双牌子流域

双牌流域年平均面雨量1 609.1 mm，降水主要集中在4、5、6月份，共710.7 mm，占全年面雨量的44.2%。月降水变化呈现双峰型，第一个峰值出现在5月份，月平均面雨量为262.9 mm；第二个峰值出现在11月份，月平均面雨量为82.9 mm。从最长连续降水日数来看，全年月平均雨日最多在7月份，为28 d；而12月份的雨日数最少，为14 d(图略)。

从最大日面雨量的分布来看，最大日面雨量的大值主要出现在5和8月份，说明这两个月出现极端降水的概率较大，2016年5月7日最大降雨量99 mm，达到大暴雨级别。双牌流域日面雨量≥15 mm的日数最多在8月份，有25 d，12月份最少；日面雨量≥30 mm的日数最多在5月份，有4 d，9月份最少(图略)。

2.1.3 近尾洲子流域

近尾洲流域年平均面雨量1 543.7 mm，降水主要集中在5、6月份，共385.1 mm，占全年面雨量的24.9%。月降水变化呈现双峰型，第一个峰值出现在5月份，月平均面雨量为239.3 mm；第二个峰值出现在11月份，月平均面雨量为85.2 mm。从最长连续降水日数来看，全年月平均雨日最多在7月份，为28 d，而12月份的雨日数最少，为15 d(图略)。

从最大日面雨量的分布来看，最大日面雨量的大值主要出现在6、7月份，说明这个月出现极端降水的概率较大， 2008年6月12日和2017年7月1日日最大降雨量89 mm，达到大暴雨级别。日面雨量≥15 mm的日数最多在8月份，有25 d；12月份最少。日面雨量≥30 mm的日数最多在5月份，有4 d；12月份最少(图略)。

2.1.4 衡阳-湘潭子流域

衡阳-湘潭流域年平均面雨量1 698.6 mm，降水主要集中在5、6月份，共457.2 mm，占全年面雨量的26.9%。月降水变化呈现双峰型，第一个峰值出现在6月份，月平均面雨量为243.2 mm；第二个峰值出现在11月份，月平均面雨量为93 mm。从最长连续降水日数来看，全年月平均雨日最多在8月份，为28 d，而12月份的雨日数最少，为17 d(图略)。

从最大日面雨量分布来看，最大日面雨量的大值主要出现在6和9月份，说明这两个月出现极端降水的概率较大，2006年9月10日日最大降雨量83.5 mm，达到大暴雨级别。日平均面雨量≥15 mm的天数均以3和8月份为最多，12月份最少；日平均面雨量≥30 mm的天数均以6月份为最多，12月份最少(图略)。

2.1.5 湘江中游支流

湘江中游支流年平均面雨量1 449.2 mm，降水主要集中在5、6月份，共457.2 mm，占全年面雨量的26.9%。月降水变化呈现双峰型，第一个峰值出现在5月份，月平均累计面雨量为201 mm；第二个峰值出现在8月份，月平均累计面雨量为141.8 mm。从最长连续降水日数来看，全年月平均雨日最多在8月份，为28 d，而12月份的雨日数最少，为16 d(图略)。

从逐月最大日面雨量的分布来看，最大日面雨量的大值主要出现在5和8月份，说明这个月出现极端降水的概率较大，日最大降雨量出现在1996年8月30日，为89 mm，达到大暴雨级别。日平均面雨量≥15 mm的天数均以7、8月份为最多，12月份最少。日平均面雨量≥30 mm的天数均以4、5月份为最多，12月份最少(图略)。

2.1.6 长沙子流域

长沙子流域年平均面雨量是1 505 mm，降水主要集中在5、6月份，共423.7 mm，占全年面雨量的28.2%。月降水变化呈现双峰型，第一个峰值出现在6月份，月平均累计面雨量为226 mm；第二个峰值出现在11月份，月平均累计面雨量为84.5 mm。从最长连续降水日数来看，全年月平均雨日最多在8月份，为26 d；而12月份的雨日数最少，为16 d(图略)。

从最大日面雨量的分布来看，最大日面雨量的大值主要出现在5、6月份，说明这个月出现极端降水的概率较大，日最大降雨量出现在2017年6月24日，为90 mm，达到大暴雨级别。日平均面雨量≥15 mm的天数均以3和8月份为最多，12月份最少；日平均面雨量≥30 mm的天数均以4月份为最多，12月份最少(图略)。

综上所述，可以得到湘江6个子流域面雨量的基本气候特征(表1)，衡阳-湘潭子流域的年面雨量值最大，湘江中游支流的年面雨量值最小；6个流域月面雨量分布均呈双峰型，第一个峰值基本都在5和6月份，月面雨量最大值出现在5月份的双牌流域，为262.9 mm；雨日在7和8月份最多，12月份最少，最大日面雨量在东江流域，8月12日达到99.9 mm。

表1 湘江流域各子流域面雨量的气候特征

2.2 湘江流域面雨量年变化特征

由湘江全流域近40年年平均面雨量的逐年变化可知(图4)，全流域年降水变化趋势也呈现总体增加的特征，增加的速率为每10年31.5 mm。由各子流域的年平均面雨量逐年变化可知(图略)，6个子流域中面雨量总体呈现增加趋势，其中双牌流域和衡阳-湘潭增加趋势显著，增加速率分别为每10年57.6 mm和每10年41.2 mm。

图4 湘江流域年面雨量的逐年变化(单位：mm)

2.3 湘江流域面雨量季变化特征

2.3.1 春季特征

从各流域春季降水逐年变化来看(图略)，近40年来，6个流域春季降水均呈现出减少的趋势。其中东江流域春季降水减少的速率最大，为每10年减少28.4 mm；而长沙地区减少的速率最小，为每10年减少18.1 mm。整体上全流域也呈现出减少的特征，减少速率为每10年减少22.4 mm，其中春季降水最多的年份为1992年；最少的年份为1999年。

2.3.2 夏季特征

从各流域夏季降水逐年变化来看(图略)，夏季降水在全年降水中所占比重最大，也导致全流域年降水年际变化幅度较大。近40年来，6个流域均表现出增加的趋势。其中，双牌站增加速率最大，达到每10年36.7 mm；而湘江中游支流夏季降水增加趋势最小，每10年增加4.6 mm。从全流域来看，整体呈现出增加的特征，增加趋势为每10年增加21.5 mm，年际波动较大。

2.3.3 秋季特征

从各流域秋季降水逐年变化来看(图略)，近40年来，总体上6个流域秋季降水均呈现出增加的趋势。其中，东江流域秋季降水增加的速率最大，为每10年增加35.9 mm；而长沙地区增加的速率最小，为每10年增加9.2 mm。整体上全流域也呈现出增加的特征，增加速率为每10年增加21.4 mm，其中秋季降水最少的年份为1992年，最多的年份为2002年，说明在进入21世纪后，秋季降水表现出年际变率增大的特征。

2.3.4 冬季特征

从各流域冬季降水逐年变化来看(图略)，近40年来，总体上6个流域冬季降水均呈现出略增加的趋势。其中，东江流域冬季降水增加的速率最大，为每10年增加19.8 mm；而长沙地区增加的速率最小，为每10年增加7.8 mm。整体上全流域也呈现出增加的特征，增加速率为每10年增加13.4 mm，其中冬季降水最多的年份为2015年，最少的年份为1987年。

3 结 论

1) 湘江流域1979-2018年平均面雨量1 553.4 mm，各子流域年平均面雨量在1 449～1 699 mm之间。近40年年面雨量总体呈现增加趋势，增加的速率为每10年31.5 mm，其中双牌流域和衡阳-湘潭增加趋势显著，增加速率分别为每10年57.6 mm和每10年41.2 mm。

2) 在湘江流域各子流域的年面雨量中，衡阳-湘潭地区子流域的最大，达到1 698.6 mm；湘江中游支流的最小，为1 449.2 mm。6个子流域的逐月降水分布均呈双峰型，第一个降水峰值基本都集中在5和6月份，第二峰值主要出现8和11月份。

3) 从季面雨量变化来看，近40年来6个子流域均是春季呈略减少、其他季节呈现出增加的趋势，其中东江流域在春季、秋季、冬季的年际变化趋势较大，长沙地区在春季、秋季、冬季的年际变化趋势较小。夏季，双牌流域的增加趋势最大，湘江中游支流夏季降水增加趋势最小，40年来年际变化趋势最大的是秋季的东江流域，每10年增加35.9 mm，夏季的湘江中游支流降水增加趋势最小，每10年增加4.6 mm。

本文针对1979-2018年湘江流域各子流域面雨量和来水量的分布特征进行了研究，旨在为更好地开展该流域面雨量的预报，为水电气象服务提供参考和依据，对于其影响因素及气候特征有待在以后的工作中继续研究。