昆明市不同等級(jí)降水日數(shù)的時(shí)空分布特征

李曉鵬，鄒靈宇，胡 俊

(昆明市氣象臺(tái)，云南 昆明 650034)

0 引言

降水不僅是一個(gè)重要的氣候要素，也是一個(gè)關(guān)鍵的水文要素，它對(duì)區(qū)域水資源時(shí)空分布、生態(tài)環(huán)境形成于演變以及對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)起著決定性的影響，不少學(xué)者對(duì)降水的氣候變化特征進(jìn)行了相關(guān)研究，內(nèi)容主要針對(duì)汛期和季節(jié)降水的分布特征、年際降水和極端降水等[1-3]。但旱澇災(zāi)害的發(fā)生不但與降水量有密切相關(guān)，而且很大程度上還取決于降水在時(shí)間和空間上分布的不均勻性。近年來，在氣候變暖的背景下，極端氣候變化研究熱潮的興起，針對(duì)降水頻率降水強(qiáng)度以及不同等級(jí)降水變化特征的研究逐漸增多[4-6]。吳昊旻[7]等研究指出華東地區(qū)的雨日顯著減少，而暴雨和大暴雨日數(shù)卻顯著增加；彭貴芬[8]研究指出云南雨日減少趨勢(shì)明顯，以每10年減少7.6天；Qianetal.[9]利用NCAR的全球地面日資料數(shù)據(jù)集研究北美、歐洲和亞洲的小雨變化特征，指出在1973～2009年小雨明顯減少，尤其在東亞地區(qū)表現(xiàn)最明顯。

昆明是云南省唯一的中大型城市，地處低緯高原，是南亞季風(fēng)區(qū)和東亞季風(fēng)區(qū)的交匯影響區(qū)。近年來昆明在經(jīng)濟(jì)、文化等方面發(fā)展迅速，城市化進(jìn)程不斷加快，使得生活及工農(nóng)業(yè)用水的需求在不斷增加，但是并且城市規(guī)模的迅速擴(kuò)大造成了大量生活、交通、工業(yè)人為熱及溫室氣體排放，在城市下墊面的熱力、動(dòng)力作用和溫室效應(yīng)的影響下，形成的城市區(qū)域性氣候，極端氣候事件凸顯。因此十分有必要對(duì)昆明地區(qū)各等級(jí)降水日數(shù)變化、各級(jí)降水時(shí)間的時(shí)空分布特征進(jìn)行研究，這樣可以全面認(rèn)識(shí)昆明氣候變化的特點(diǎn)，提高昆明地區(qū)旱澇災(zāi)害認(rèn)識(shí)，最終對(duì)防災(zāi)減災(zāi)，全面促進(jìn)新昆明建設(shè)提供重要的科學(xué)依據(jù)和應(yīng)用價(jià)值。

1 資料和方法

本文所采用的資料為1971～2012年昆明市12個(gè)大監(jiān)站逐日降水?dāng)?shù)據(jù)(20時(shí)～20時(shí))。降水等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)為表1，年總雨日數(shù)為不同等級(jí)降水日數(shù)總和，昆明市逐年總雨日數(shù)及不同等級(jí)降水事件逐年發(fā)生日數(shù)為12個(gè)測(cè)站的平均值。

表1 降水等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

2 不同等級(jí)降水日數(shù)的時(shí)間變化

2.1 降水日數(shù)的年際變化

分別統(tǒng)計(jì)1971～2012年逐年昆明市不同等級(jí)降水出現(xiàn)的日數(shù)，研究其各量級(jí)變化特征。由圖1可以看出，昆明市年總雨日數(shù)和小雨日數(shù)在1983年以前以偏多為主，1983年以后為距平正負(fù)相間的階段，2009年后為連續(xù)少于正常年份，且負(fù)距平較大；中雨日數(shù)、大雨日數(shù)和暴雨日數(shù)變化不明顯，距平均為交替出現(xiàn)，只是在2009年后均為連續(xù)的少于正常年份。

昆明市年度不同等級(jí)降水日數(shù)分布統(tǒng)計(jì)(表2)看出1971～2012年昆明市年平均降水日數(shù)為128.2d，小雨日數(shù)為總降水日數(shù)的77.4%，占最大比重，中雨日數(shù)為16.1%。而大雨和暴雨的比例較低，分別為5.2%，1.3%；從單站極值來看，昆明地區(qū)最大年雨日數(shù)為169d(太華山，1981年)，最小年雨日數(shù)為89d(呈貢，2012年)。

表2 昆明市年度不同等級(jí)降水日數(shù)分布統(tǒng)計(jì)

注：*為通過0.05的顯著性檢驗(yàn)。

圖1 1972～2012年昆明市不同等級(jí)降水逐年雨日距平變化

而通過對(duì)近42年來昆明市不同等級(jí)降水的氣候傾向率分析得出，年總雨日數(shù)及不同等級(jí)降水事件日數(shù)的氣候傾向率均小于零。隨著時(shí)間變化，各等級(jí)降水事件日數(shù)均呈減少趨勢(shì)，其中年總雨日數(shù)(-4.95d/10a)和小雨日數(shù)(-4.10d/10a)的減少趨勢(shì)較明顯，并且通過了0.05的顯著性檢驗(yàn)。中雨日數(shù)、大雨日數(shù)和暴雨日數(shù)減小率僅為0.71d/10a、0.12d/10a和0.02d/10a，并且均未通過0.05的顯著性檢驗(yàn)，表明中雨日數(shù)、大雨日數(shù)和暴雨日數(shù)總體上為減少趨勢(shì)，但趨勢(shì)不明顯。

2.2 年代際變化

表3給出了昆明市1971～2012年不同年代不同等級(jí)降水事件年平均頻次?？梢钥闯?，總雨日數(shù)和小雨日數(shù)為逐漸減少，20世紀(jì)80年代到90年代變化不大，但是2001年后顯著減少。中雨日數(shù)、大雨日數(shù)和暴雨日數(shù)均在90年代達(dá)到峰值，2001年后又明顯減少。

表3 1971～2012年不同年代不同等級(jí)降水事件頻次變化

2.3 降水日數(shù)的時(shí)間變化趨勢(shì)

Mann-Kendall檢驗(yàn)?zāi)軌蚍治鲂蛄械内厔?shì)變化，而且還能明確突變開始的時(shí)間、突變區(qū)域，是一種常用的突變檢測(cè)方法。圖是昆明市有雨日數(shù)和小雨日數(shù)序列的Mann-Kendall檢驗(yàn)結(jié)果。有雨日數(shù)的統(tǒng)計(jì)序列UF曲線顯示，近42年來昆明市的有雨日數(shù)為減小的趨勢(shì)，在2005年以前，有雨日數(shù)減少不明顯，為超過0.05顯著性水平，2005年以后表現(xiàn)出一只的下降趨勢(shì)，超過95%信度檢驗(yàn)，并在2009年以后突破0.01的顯著性水平，呈極顯著的減少趨勢(shì)。而UF和UB的曲線相交于1987年、1990年和2004年，說明1987、1990和2004年均發(fā)生了突變，只是2004年以后是一個(gè)持續(xù)減少的突變。

在小雨日數(shù)序列的Mann-Kendall檢驗(yàn)結(jié)果圖中，近42年來小雨日數(shù)為減少的趨勢(shì)，1994年以前，小雨日數(shù)減少不明顯，為超過0.05顯著性水平，1994年后UF超過0.05顯著性水平，2003年后突破0.01的顯著性水平，表明出級(jí)顯著的下降趨勢(shì)。UF和UB曲線相交于1988、1990和1994年，說明1988、1990和1994年均發(fā)生了突變，是指1994年以后是小雨日數(shù)持續(xù)減少的突變點(diǎn)。

在中雨、大雨和暴雨日數(shù)序列的Mann-Kendall檢驗(yàn)結(jié)果(圖略)。UF曲線一直保持圍繞零點(diǎn)的小幅波動(dòng)，說明中雨、大雨和暴雨日數(shù)無明顯的增加和減少的趨勢(shì)。

圖2 有雨日數(shù)和小雨日數(shù)Mann-Kendall檢驗(yàn)圖

4 不同等級(jí)降水時(shí)間日數(shù)的空間分布特征

4.1 年總雨日和不同等級(jí)降水事件日數(shù)的平均場(chǎng)變化

圖3a給出了近42年昆明市12個(gè)測(cè)站年平均降水日數(shù)的空間分布。整體上看，年平均降水日數(shù)呈東向西北逐漸減少的分布趨勢(shì)，各站年平均降水日數(shù)為116～143d，其中高山站太華山是大值中心，日數(shù)達(dá)到143d，另一個(gè)大值中心是東部的嵩明和尋甸，日數(shù)達(dá)136d。而北部的東川和中部的呈貢年均降水日數(shù)最少，分布為116d和119d。

圖3 昆明市各測(cè)站年平均總雨日數(shù)和年平均暴雨日數(shù)空間分布

圖3b為12個(gè)測(cè)站暴雨年均發(fā)生次數(shù)空間分布，可以看出，高山站太華山最大為2.6d，其次是昆明主城為2.2d，滇池周邊的其它站相對(duì)較小，小江河谷的東川站最少為1d。

分析原因太華山海拔約2 358m，是昆明地區(qū)最高的觀測(cè)站，有利于冷暖空氣的交匯而產(chǎn)生多雨中心，而嵩明尋甸一帶，地處昆明東部，位于冷空氣的入侵路徑上，并且嵩明站海拔約1 920m，是昆明地區(qū)第二高觀測(cè)站，產(chǎn)生另一多雨中心。

由圖4近42年昆明市12個(gè)測(cè)站不同等級(jí)降水事件發(fā)生次數(shù)的空間分布特征可以看出，小雨、中雨出現(xiàn)日數(shù)明顯高于大雨、暴雨出現(xiàn)的日數(shù)，并且小雨降水事件空間分布差異較大，而中雨、大雨、暴雨降水事件的空間分布特征基本一致。

圖4 1972～2012年昆明市各測(cè)站不同等級(jí)降水事件年平均頻次

4.2 年總雨日和不同等級(jí)降水事件日數(shù)的趨勢(shì)場(chǎng)變化

圖5給出了1971～2012年昆明全區(qū)總雨日的趨勢(shì)分布，可以看出昆明全部測(cè)站的年總雨日數(shù)趨勢(shì)系數(shù)均小于零，北部東川年均總雨日的減少速率不足2d/10a，且未通過0.05的顯著性檢驗(yàn)，其它測(cè)站年總雨日減小趨勢(shì)系數(shù)處于2～7d/10a，并通過0.05的顯著性檢驗(yàn)，表明大部分測(cè)站的總雨日隨著時(shí)間推移呈緩慢減少趨勢(shì)顯著。

圖5 1971～2012年昆明市年總雨日的趨勢(shì)場(chǎng)

表4 1971～2012年各測(cè)站不同等級(jí)降水事件日數(shù)的傾向率

表4所示為昆明市12個(gè)觀測(cè)站不同等級(jí)降水事件的線性變化趨勢(shì)系數(shù)，可以看出全區(qū)小雨日數(shù)的P值均小于零，且除東川外均通過0.05的顯著性檢驗(yàn)，說明全區(qū)小雨日數(shù)隨著時(shí)間變化有顯著減少趨勢(shì)。中雨日數(shù)的P值均小于零，但只有兩站通過0.05的顯著性檢驗(yàn)，說明中雨日數(shù)隨時(shí)間變化是減少的趨勢(shì)，但變化趨勢(shì)不顯著。大雨日數(shù)的P值有8站是負(fù)值，4站正值，暴雨日數(shù)的P值有7站負(fù)值，5站正值，且均未通過0.05的顯著性檢驗(yàn)，說明大雨和暴雨日數(shù)隨時(shí)間變化多數(shù)測(cè)站為減少趨勢(shì)，少數(shù)是增加趨勢(shì)，但變化趨勢(shì)均不顯著。

5 結(jié)論

(1)近42年昆明市小雨日數(shù)占總雨日數(shù)的77.4%，居最大比重。近42年來昆明市年各級(jí)降水日數(shù)均呈減少趨勢(shì)，年總雨日的減少主要表現(xiàn)為小雨日數(shù)的減少；中雨、大雨、暴雨日數(shù)總體上為減少趨勢(shì)，但是趨勢(shì)不明顯。

(2)進(jìn)行K-M檢驗(yàn)，中雨日數(shù)在2004年是一個(gè)突變點(diǎn)，小雨日數(shù)在1994年是一個(gè)突變點(diǎn)。

(3)近42年昆明市年總雨日數(shù)及不同等級(jí)降水日數(shù)分布不均勻，在高山站太華山站和東北部的尋甸到嵩明存在兩個(gè)多雨日中心。各站年總降水日數(shù)和小雨日數(shù)均呈減少趨勢(shì)，但是北部東川不顯著。各站中雨、大雨和暴雨日數(shù)也大部以緩慢減少為主，部分有所增加，但是變化趨勢(shì)都不明顯。

(4)2009年以來降水量減少的趨勢(shì)更加顯著，降水有向極端化發(fā)展的趨勢(shì)，降水日數(shù)變化與降水量及旱澇發(fā)生程度等相關(guān)問題更有待進(jìn)一步研究。

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