陕南秦巴山区极端降水的空间分布特征研究

晁智龙，KHEM CHUNPANHA，严宝文，宋松柏

(1.陕西省水文水资源勘测中心，陕西 西安 710068；2.西北农林科技大学 水利与建筑工程学院，陕西 杨凌 712100)

作为一种小概率事件，极端降水事件参与到了各类具有突发性和严重危害性的水灾害事件中，随着全球气候的暖化，极端降水引起的水灾害也对我国的经济社会发展和社会稳定产生越来越严重的影响[1-2]。陕南秦巴山区位于北纬31.9°～33.6°，东经106.2°～110.9°的范围内，因其重要的战略位置和复杂的土壤、地理、气候条件，对气象灾害更为敏感。近年来，该区域因极端降水引发水灾害平均每年造成的经济损失高达91.02亿元[3]。随着气候暖湿化趋势越来越明显，加上人类活动的影响，该区域大部分地区降水显著增加，年际变化大、空间分布不均的特点更加突出,这无疑增加了该地区发生水灾害事件的可能性[4-6]。因此，以陕南秦巴山区为研究背景区进行极端降水的时空特征研究，对强化区域极端降水预报和山地灾害预测，以及制定适应性治理方案具有指导意义。

需要注意的是，极端降水有时段长短区别，不同时段极端降水引发的水灾害类型也不尽相同，短历时的暴雨往往引发山洪、泥石流等灾害[4-6]，中长时段的极端降水则多引发滑坡。所以研究极端降水特征时，划分时段是必要的前提。

1 数据与方法

本文以陕南秦巴山区为研究区，依据白岩站、佛坪站、高滩站、桂花园站、红椿站、江口站、两河口站、马池站、马道站、南宽坪站、青泥湾站、石泉站、蜀河站、太白站、铁锁关站、西乡站、长枪铺站、镇巴站、竹林关站共19个水文站1998年—2016年实测日降水量来研究极端降水的空间分布特征，数据来自陕西省水文水资源勘测局整编资料，选取的时段包括6 h、24 h(1 d)、3 d和5 d，各站分布位置见图1。

图1 研究区各观测站分布图

研究过程中，先对插补完整后的逐日降水数据进行整理和顺次加和，构建24 h、3 d和5 d 降水序列。同时，假设日降水为单峰暴雨过程[7-8]，选取典型24 h暴雨过程及其量值，发现可选取其峰值两侧6 h范围内的降水量(大约为降水总量的2/3)作为6 h降水量[9-11]，由此构建6 h降水序列。之后以百分位95为筛选阈值，分别筛选构建研究区19个站的6 h、24 h、3 d和5 d极端降水序列[12-13]。最后计算各序列的极端降水均值和变差系数，进一步通过等值线图来进行极端降水空间变化特征分析[14]。

2 极端降水特征参数计算

本文选取各站4个时长极端降水的均值和变差系数来进行秦巴山区极端降水的空间变化特征分析。选择均值的目的是更好的反映极端降水在空间上的大致变化特点，揭示极端降水空间上的变化趋势；变差系数能更好地反映不同站点同时段极端降水的离散程度，展现各站域极端降水变化的不确定性，是各站域超量极端降水发生时段的风险性分布特征。

根据日降水数据经四时段降水序列构建和以百分位95的阈值筛选，共获得各站6 h极端降水数据1 387个，1 d、3 d和5 d极端降水数据个数合计346个，计算各站不同时段极端降水均值和变差系数，结果见表1。

由表1中数据可以得到研究区极端降水特征参数空间变化的初步规律，秦岭南坡自西向东马道、佛坪、青泥湾、南宽坪和竹林关五站(见图1)，其不同时长极端降水均值的变化是逐步减小的，而变差系数大致两侧大，中间小(见图2)。

表1 秦巴山区各水文站极端降水特征参数统计表

图2 秦岭南坡各站极端降水特征参数自西向东变化趋势

自北向南，从佛坪、两河口、石泉、马池、红椿到高滩站(见图1)，其不同时长极端降水均值逐步增大。而变差系数总体有减小趋势，但6 h极端降水变差系数的变化则是先略有减小，随后增大(见图3)，表现出了不一样的变化特征。

图3 秦巴山区各站极端降水特征参数自北向南变化趋势

3 陕南秦巴山区极端降水的空间分布特征

3.1 极端降水序列特征参数空间分布图

单一方向上的变化并不能反映全局，依据表1中数据，采用Surfer软件绘制的等值线图(见图4、图5)进行陕南秦巴山区极端降水的空间变化特征分析[15]。

图4 秦巴山区极端降水均值空间分布等值线图

图5 秦巴山区极端降水变差系数空间分布等值线图

3.2 极端降水的空间分布特征

从图4、图5，结合图2、图3可以发现，陕南秦巴山区极端降水在空间分布上有如下特征：

研究区域各个时段极端降水均值有明显的从北到南递增的趋势，由此可知陕南秦巴山区降水主要受到来自我国南部暖湿空气的影响，也说明大巴山北坡比秦岭南坡更易发生极端降水事件，由此导致更多的水灾害事件发生。同时也可以发现，当地极端降水均值也有从西南往东北的递减趋势，可以看出秦巴山区西南部地区更易受极端降水灾害影响。

从研究区极端降水变差系数空间分布特征能够看出，随着时间序列的时段增长，Cv值的空间分布逐渐有序化，总体呈现与当地地形高程分布相近的特点。经过比较可以看处，当地6 h、1 d降水无序性较大，表明当地短期极端降水较难预测，同时，本区西部地区更应重视短历时极端降水引发的山洪和泥石流灾害。同时注意到3 d和5 d极端降水变差系数的极值出现在北部秦岭的佛坪和南部大巴山的镇巴县域，正好对称分布于汉江两岸，所以这两个县域更应关注于可能发生的滑坡灾害。另外，总体上，河道附近地区极端降水变差系数较两岸远处更低，降水变化较为稳定，可以认为汉江两侧冲积平原地带在当地降水调节中起到了很大的作用，是实施极端降水预测预报的相对准确区域。同时值得注意的是以佛坪、镇巴一线为界，陕南秦巴山区西部极端降水变差系数大于东部，显示西部地区极端降水变化更加无序和频繁，更容易受到极端降水灾害影响。

4 结 论

本文研究表明，陕南秦巴山区整体平均极端降水量从南往北递减，而随着时间序列的时段增长，自西向东，极端降水变差系数空间分布逐渐有序化，这些都符合区域的气候特征。具体的特征表现为：

(1)陕南秦巴山区降水过程却主要受来自中国南部地区的暖湿空气影响，其极端降水量呈现从南到北递减的趋势，研究区域极端降水发生的核心区域在中南部。同时，该区有着大致与汉河河道方向重合的极端降水均值等值线，显示汉江水系对于极端降水的发生有显著的影响。

(2)随着时间序列的时段增长，Cv值自西向东的空间分布逐渐有序化，北部秦岭的佛坪和南部大巴山的镇巴县域成为长时段极端降水剧烈变化的核心区域。区域西部短期极端降水较难预测，应重视短历时极端降水引发的山洪和泥石流灾害。佛坪镇巴县域更应关注于可能发生的滑坡灾害。汉江及其两侧冲积平原地貌在当地降水发生过程中起到了很大的突变平抑作用，是极端降水预测预报的相对准确区域。

(3)整体上，研究区西南部各时段极端降水均值和变差系数都高于其他地区，受到极端降水危害的风险性更高，极端降水发生也更加剧烈，由于陕南秦巴山地普遍山高沟深、土层瘠薄、土壤地质松散，强降水易诱发多种地质灾害，所以区域西部的水灾害预报与防治必须常抓不懈。