近50年广西喀斯特地区暴雨灾害时空变化特征

陈耀飞 陈燕丽 谢映 肖鸿祥 韦德宝 黄冬梅

摘要 暴雨是影响广西喀斯特生态脆弱区石漠化治理和植被保护修复最重要的气象灾害。利用1971—2020年地面气象观测站逐日降水量观测资料等，利用数理统计和GIS空间分析技术研究了近50年广西喀斯特地区暴雨灾害发生的时空变化特征。结果表明：（1）近50年广西喀斯特地区暴雨灾害主要集中在春、夏季。（2）≥50 mm暴雨累积日数和≥50 mm暴雨累积雨量都呈不明显增加变化趋势，春季减少其他季节为增加变化。逐10年变化中≥50 mm暴雨累积日数比暴雨累积量表现出更强的波动性。（3）近50年研究区中部（河池市西南部）、东北部（桂林市东北部）是暴雨多发地区，多数地区≥50 mm暴雨累积日数、≥50 mm暴雨累积雨量为增加变化，但两者空间差异较大，桂林市东北部暴雨增加趋势明显，但局部地区暴雨日数变化和暴雨日数变化趋势并不同步。

关键词 喀斯特地区；暴雨灾害；时空分布；变化趋势

中图分类号：P426.616 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2023）09–0-04

广西喀斯特地貌分布广泛，占广西国土面积的37.8%，占全国喀斯特地貌总面积的18.9%，位居全国第三。这些地区生境脆弱，土层浅薄，石漠化景观突出，对气象灾害的承载能力较弱[1-2]。

全球气候变暖背景下气象灾害多发、高发趋势日益显著[3-5]。广西属亚热带季风气候区，受西南暖湿气流和北方变性冷气团的交替影响，暴雨灾害等较为常见，每年暴雨出现的次数较多，而且降水历时较短，暴雨量大，区内的河流水位变幅大，喀斯特地区范围广、排水不畅，遇到暴雨容易引发洪涝灾害，暴雨已成为影响喀斯特地区最重要的气象灾害之一。了解该地区暴雨灾害时空变化规律对其石漠化治理、植被保护修复和生态环境保护具有重要意义[6]。

暴雨灾害是指1次短时的或连续的强降水过程，降水是影响喀斯特地区植被生长的重要因子，且降雨与石漠化呈显著正相关，暴雨量级的增加会加速石漠化的发生和发展[7-8]。为了更全面地研究广西喀斯特地区暴雨灾害的时空变化特征，基于广西喀斯特地区1971—2020年逐年逐日降水量气象数据和地理信息数据，应用数理统计、线性趋势拟合、GIS反距离加权空间插值等方法，探究近50年广西喀斯特地区暴雨灾害的时空分布特征，为提高广西喀斯特地区防灾减灾抗灾能力、保障农业生产、优化产业布局提供科学决策依据。

1 数据与方法

1.1 研究地区概况

广西壮族自治区地处中国南部，位于104°26′～112°04′E，20°54′～26°24′N，北回归线横贯中部。南濒热带海洋，北接南岭山地，西延云贵高原，具有周高中低、形似盆地，山地多、平原少的地形特点，其中，喀斯特地貌区面积占37.8%，山多地少，土地贫瘠，生态环境恶劣，石漠化现象突出，气象灾害发生频繁，严重制约了当地经济社会发展。研究区的地形以山地为主，植被呈现多样化，灌木林分布最广泛（63.40%），阔叶林次之（17.20%），竹林最少（0.88%）。

1.2 数据来源与预处理

气象数据为广西气象信息中心提供的69个气象站点1971—2020年逐日降水数据，分别统计1971—2020年逐年逐日降水量气象数据、不同等级暴雨日数（表1）。

地理信息数据包括广西壮族自治区级边界、广西喀斯特地区矢量边界，广西气象站点经纬度信息，均来源于广西壮族自治区气象科学研究所。

1.3 研究方法

统计1971—2020年≥50 mm暴雨累积日数、≥50 mm暴雨累积雨量，运用趋势拟合法等方法，计算出趋势线的斜率，即变化趋势。斜率＞0表示≥50 mm暴雨累积日数和≥50 mm暴雨累积雨量增加，反之减少，从而分析广西喀斯特地区暴雨灾害年际、四季变化趋势。

采用GIS反距离加权法对≥50 mm暴雨累积日数、≥50 mm暴雨累积雨量进行空间插值，分析广西喀斯特地区暴雨灾害的空间分布和时间变化特征。

2 结果与分析

2.1 暴雨灾害的时间变化特征

2.1.1 暴雨灾害的月季变化 1971—2020年，广西喀斯特地区年均≥50 mm暴雨累积日数约5.5 d，春、夏、秋、冬季占比分别为28.9%、55.0%、13.4%和2.8%，其中，夏季暴雨以上日數最多（3.0 d），春季次之（1.6 d），冬季最少（0.2 d）（图1）。在月尺度上，暴雨日数、大暴雨日数和特大暴雨日数高值集中在5、6和7月（图2）。研究区年均≥50 mm暴雨累积雨量约150.1 mm，春、夏、秋、冬季占比分别为25.9%、60.0%、12.5%和1.6%，其中，夏季暴雨以上累积降雨量最多（90.0 mm），春季次之（38.8 mm），冬季最少（2.5 mm）（图3）。在月尺度上，暴雨、大暴雨和特大暴雨累积量高值集中在5、6和7月（图4）。研究区≥50 mm暴雨累积日数和≥50 mm暴雨累积雨量季节变化特征相似，夏、春季是喀斯特地区暴雨的高发季节，需要重点关注的是5—7月。

2.1.2 暴雨灾害的年变化 1971—2020年广西喀斯特地区≥50 mm暴雨累积日数波动较大，总体呈不明显增加变化趋势，增加速率为0.19 d/10年。各季节≥50 mm暴雨累积日数波动也较大，夏、秋和冬季均呈不明显增加变化趋势，变化速率分别为0.11、0.09和0.02 d/10年，但春季呈减少变化趋势（-0.04 d/10年）。逐10年变化分析发现，从20世纪70年代开始至2020年，研究区≥50 mm暴雨累积日数呈阶梯式“增减”变化，近20年表现为增加。在5个10年时段中，1981—1990年的≥50 mm暴雨累积日数最少（4.8 d），2011—2020年最多（5.9 d）（图5）。在季节尺度上，四季≥50 mm暴雨累积日数逐10年变化与年尺度变化差异较大，夏季波动幅度最大。其中，春季2001—2010年≥50 mm暴雨累积日数最少（1.4 d），1971—1980年最多（1.8 d）；夏季1981—1990年最少（2.4 d），2001—2010年最多（3.4 d）；秋季1991—2000年最少（0.6 d），2011—2020年最多（1.1 d）；冬季1971—1980年最少（0.08 d），2011—2020年最多（0.19 d）。四季中，近10年春、秋和冬季≥50 mm暴雨累积日数均为增加变化趋势，而夏季为减少变化趋势（图6）。

1971—2020年广西喀斯特地区≥50 mm暴雨累积雨量波动较大，总体呈不明显增加变化趋势，增加速率为9.1 mm/10年（图7）。各季节≥50 mm暴雨累积雨量波动也较大，夏、秋和冬季均呈不明显增加变化趋势，变化速率分别为5.8、3.7和0.2 mm/10年，但春季呈减少变化趋势（-0.8 mm/10年）。

逐10年变化分析发现，从20世纪70年代开始至2020年，研究区≥50 mm暴雨累积雨量呈阶梯式“增减”变化，近40年呈阶梯式增加。在5个10年时段中，1981—1990年的≥50 mm暴雨累积雨量最少（126.8 mm），2011—2020年最多（164.2 mm）。在季节尺度上，四季≥50 mm暴雨累积雨量逐10年变化与年尺度变化差异较大，夏季和秋季波动幅度较大。其中，春季2001—2010年≥50 mm暴雨累积雨量最少（34.5 mm），1971—1980年最多（44.4 mm）；夏季1981—1990年最少（66.6 mm），2001—2010年最多（108.2 mm）；秋季1971—1980年最少（12.2 mm），2011—2020年最多（32.8 mm）；冬季1971—1980年最少（1.0 mm），1981—1990年最多（3.4 mm）。四季中，近10年的春、秋和冬季≥50 mm暴雨累积雨量均为增加变化趋势，而夏季为减少变化趋势（图8）。

比较发现，≥50 mm暴雨累积日数和≥50 mm暴雨累积雨量变化特征相似，两者年际变化、夏季、秋季和冬季均呈不明显增加变化趋势。两者的逐10年变化中最大值和最小值出现的时段基本相同，但秋季最少和冬季最多，出现的时段有差异。

2.2 暴雨灾害的空间变化特征

2.2.1 年际和四季暴雨灾害空间分布 在年尺度上，研究区≥50 mm暴雨累积日数的高值区主要在河池西南部、柳州和桂林市中部，低值區主要在崇左市北部、百色市南部。在季节尺度上，春、夏季≥50 mm暴雨累积日数整体由南向北呈递增的变化趋势，但春季是从西南向东北递增，夏季的高值区主要在河池市南部地区（都安县）和百色市（凌云县）。秋、冬季≥50 mm暴雨累积日数少，冬季几乎为零（图9）。

研究区≥50 mm暴雨累积雨量的空间分布规律与≥50 mm暴雨累积日数有较大差异。在年尺度上，≥50 mm暴雨累积雨量高值区主要在河池市东南部和桂林市中部，低值区主要在崇左市中部、百色市西北部局部地区。春、夏季≥50 mm暴雨累积雨量分布规律相似，高值区在桂林市中部地带较集中，不同的是，河池市东南部（都安县）仅在夏季是高值区。秋季≥50 mm暴雨累积雨量与春季分布规律相反，总体上由西南部向东北部呈递减变化趋势，高值区主要集中在崇左市中东部、南宁市西北局部。冬季≥50 mm暴雨累积雨量在全区都普遍很少（图10）。

通过比较发现，研究区≥50 mm暴雨累积日数、≥50 mm暴雨累积雨量在不同时段空间分布特征相似。除秋、冬季外，其他时段河池市西南部、桂林市东北部是高值集中地区，崇左市相对于研究区其他地区都是低值集中区。

2.2.2 年际和四季暴雨变化趋势 在年尺度上，研究区≥50 mm暴雨日数地区主要呈增加变化趋势，部分地区呈减少变化趋势（气候倾向率为-0.2 d/10年），正值变化的高值区主要在柳州市西南部、来宾市西北部、桂林市东北部（全州县）以及河池市西部。春、秋季都是由南向北呈增加变化趋势，但不同的是，春季是从西南向东北部增加，秋季则从东南部向西北部增加变化，春季正值变化高值区主要在桂林市东北部，秋季在河池市西北部和百色市南部；夏季高值变化区主要在北部；冬季暴雨日数气候倾向率变幅总体较小（气候倾向率仅为-0.02～0.11 d/10年），正值变化高值区零星分布，主要在柳州市西南部、崇左市北部（图11）。

在年尺度上，≥50 mm暴雨累积量大部分地区呈减少变化趋势，局部地区增加变化趋势（气候倾向率为37.6 d/10年），正值变化的高值区主要在桂林市中部。在季节尺度上，春、夏季与年际≥50 mm暴雨累积量分规律相似，主要都是以减少变化趋势为主，且正值变化高值区几乎一样，但春季气象气候倾向率变幅总体较小（候倾向率为-7.39～12.3 d/10年）；秋季≥50 mm暴雨累积量呈西南向东南递减的变化趋势，正值变化高值区主要分布在西南部（崇左市中北部、百色市南部）；冬季中南大部地区以正值变化趋势为主，但气候倾向率变幅总体较小（气候倾向率仅为-1.06～1.68 d/10年）（图12）。

比较发现，研究区暴雨日数、≥50 mm暴雨累积量变化趋势在不同时段空间分布有较大差异。桂林市东北部在多数时段高值明显。崇左市暴雨日数变化趋势相对于研究区其他地区增加幅度较小，但其≥50 mm暴雨累积量增幅却明显高于其他地区。

3 结论

近50年广西喀斯特地区年均≥50 mm暴雨累积日数约5.5 d，≥50 mm暴雨累积雨量约150.1 mm，暴雨主要集中在春、夏季，暴雨日数和暴雨量占比高达83.9%、85.9%，其中，6月是暴雨最集中月份。

研究区≥50 mm暴雨累积日数和≥50 mm暴雨累积雨量都呈不明显增加变化趋势，春季减少但夏、秋和冬季均为增加变化。≥50 mm暴雨累积日数在逐10年变化中波动性更强，近20年表现为持续增加，而≥50 mm暴雨累积雨量近40年表现为持续增加。

研究区≥50 mm暴雨累积日数、≥50 mm暴雨累积雨量在不同时段空间分布特征相似，河池市西南部、桂林市东北部是暴雨多发地区。近50年研究区多数地区≥50 mm暴雨累积日数、≥50 mm暴雨累积雨量表现为增加变化，但两者空间差异较大，桂林市东北部暴雨增加趋势明显，但局部地区暴雨日数变化和暴雨日数变化趋势并不同步。

参考文献

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Temporal-spatial Characteristics of Torrential Rain Disaster in Guangxi Karst Area in the Past 50 Years

Chen Yao-fei et al（Huanjiang Meteo-rological Bureau， Huanjiang， Guangxi 547100）

Abstract Rainstorm is the most important meteorological disaster that affects rocky desertification control and vegetation protection and restoration in Guangxi karst ecological fragile area. Based on the daily precipitation observation data of surface meteorological observation stations from 1971 to 2020， the temporal and spatial variation characteristics of rainstorm disasters in karst areas of Guangxi in recent 50 years were studied by using mathematical statistics and GIS spatial analysis technology. The results showed that： （1） In the past 50 years， rainstorm disasters in karst areas of Guangxi focused on spring and summer. （2） The cumulative days of ≥ 50 mm rainstorm and the cumulative rainfall of ≥ 50 mm rainstorm showed no obvious increase trend， and the decrease in spring and other seasons showed an increase trend. The cumulative days of ≥ 50 mm rainstorm showed stronger volatility than the cumulative amount of rainstorm in the 10 year change. （3） In the past 50 years， the central part （southwest of Hechi City） and northeast part （northeast of Guilin City） of the study area were frequent areas of rainstorm. In most areas， the cumulative days of ≥ 50 mm rainstorm and the cumulative rainfall of ≥ 50 mm rainstorm were increasing， but the spatial difference between the two was large. The rainstorm increase trend in northeast of Guilin was obvious， but the change trend of rainstorm days and rainstorm days in some areas was not synchronous.

Key words Karst area; Torrential rain disaster; Spatio-temporal distribution; Change trend