洞庭湖流域無(wú)雨日數(shù)的變化特征研究

王 婷覃欣欣

（1.湖南師范大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410081；2.中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司，重慶 400037）

洞庭湖流域無(wú)雨日數(shù)的變化特征研究

王 婷1覃欣欣2

（1.湖南師范大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410081；2.中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司，重慶 400037）

利用近34年洞庭湖流域38個(gè)氣象站點(diǎn)1980～2013年的降水?dāng)?shù)據(jù)資料，采用趨勢(shì)分析法，M-K突變檢驗(yàn)法對(duì)洞庭湖流域無(wú)雨日數(shù)的時(shí)間和空間特征進(jìn)行分析。結(jié)果表明：在過(guò)去34年，區(qū)域內(nèi)年無(wú)雨日數(shù)最多的季節(jié)為秋季，最少為春季。年無(wú)雨日數(shù)總體呈上升趨勢(shì)；從季節(jié)無(wú)雨日數(shù)來(lái)看，春季、夏季、秋季呈上升趨勢(shì)，冬季無(wú)雨日數(shù)呈下降趨勢(shì)。突變分析表明：年無(wú)雨日數(shù)可能在1981年、1991年和2006年發(fā)生了突變。無(wú)雨日數(shù)空間分布明顯，流域站點(diǎn)春季無(wú)雨日數(shù)由西北向東南遞減；夏季由東部向西部遞減；秋季大致由西北向東南增加；冬季無(wú)雨日數(shù)以東部站點(diǎn)居多。就各個(gè)站點(diǎn)來(lái)看，流域站點(diǎn)多年平均無(wú)雨日整體呈增加趨勢(shì)，其中年無(wú)雨日數(shù)最大值出現(xiàn)在永順，最小值出現(xiàn)在資興。

無(wú)雨日數(shù)；突變分析；趨勢(shì)分析法；洞庭湖流域

近年來(lái)，在全球氣候變化的背景下，極端天氣現(xiàn)象更加頻繁。干旱是全球最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一。一個(gè)地區(qū)在長(zhǎng)期無(wú)降水或降水異常偏少的氣候背景下，降水與蒸散收支不平衡造成的水分異常短缺現(xiàn)象即為氣象干旱[1]。干旱是水分收支沒(méi)有達(dá)到平衡的自然現(xiàn)象，干旱的持續(xù)發(fā)展可能導(dǎo)致旱災(zāi)的發(fā)生[2]。在全球變暖的趨勢(shì)下，洞庭湖流域所在的長(zhǎng)江流域干旱現(xiàn)象頻發(fā)[3-5]。洞庭湖流域農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)，農(nóng)業(yè)的發(fā)展受干旱影響十分巨大。這使得干旱研究十分必要。干旱可以通過(guò)干旱指標(biāo)來(lái)反應(yīng)。判別干旱的指標(biāo)有很多，無(wú)雨日主要是通過(guò)沒(méi)有降雨的天數(shù)來(lái)直觀反應(yīng)干旱程度的變化，計(jì)算簡(jiǎn)單便捷，也能在一定程度上反應(yīng)干旱的特點(diǎn)，故本文利用無(wú)雨日數(shù)作為干旱的研究指標(biāo)。

在利用無(wú)雨日研究干旱的文獻(xiàn)中，顧欣等[6]利用連續(xù)無(wú)雨日數(shù)作為干旱指標(biāo)研究黔東南地區(qū)各季節(jié)的極端干期特點(diǎn)，王勁松[7]利用該指標(biāo)研究西北地區(qū)的干期長(zhǎng)度的異常氣候特征，曾小凡[8]利用年無(wú)雨日數(shù)和年連續(xù)無(wú)雨日數(shù)對(duì)金沙江流域的降水時(shí)空特點(diǎn)進(jìn)行研究。其他關(guān)于無(wú)雨日數(shù)的文獻(xiàn)主要集中陜西和甘肅、西藏等地區(qū)[9-13]，對(duì)濕潤(rùn)地區(qū)研究較少，故本文選擇洞庭湖流域進(jìn)行地區(qū)研究。通過(guò)對(duì)無(wú)雨日數(shù)的變化特征規(guī)律研究，側(cè)面反應(yīng)干旱分布的特點(diǎn)。

1 研究數(shù)據(jù)和指標(biāo)

1.1研究區(qū)域

洞庭湖流域位于長(zhǎng)江流域中下游，屬于長(zhǎng)江中下游平原地區(qū)。流域東西南三面環(huán)山，北部開(kāi)口呈馬蹄形，地形復(fù)雜多樣。流域涵蓋湖南，湖北，貴州，廣西和重慶等地，其中湖南省占據(jù)流域大部分面積，達(dá)82.7%。洞庭湖流域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，降水充足，年降水量達(dá)1500mm左右。

1.2研究數(shù)據(jù)

本文采用1980年至2013年共34年38個(gè)站點(diǎn)的逐日氣象資料。逐日氣象資料為日降水?dāng)?shù)據(jù)。通過(guò)篩選出38個(gè)時(shí)間系列較完整的氣象站點(diǎn)。對(duì)于部分缺測(cè)數(shù)據(jù)序列使用克里格插值分析法插值，站點(diǎn)分布如圖1所示：

圖1　洞庭湖流域38個(gè)氣象站點(diǎn)分布圖

1.3指標(biāo)方法

無(wú)雨日數(shù)：為掌握無(wú)雨日數(shù)的時(shí)空變化特征，本文從年無(wú)雨日數(shù)和四季無(wú)雨日數(shù)對(duì)研究數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。年無(wú)雨日數(shù)是指一年中降雨量為微量（降雨量<0.1mm）或者為0的天數(shù)，四季無(wú)雨日數(shù)則是相對(duì)應(yīng)的季節(jié)中降雨量為微量或者 0的天數(shù)。本文的無(wú)雨日數(shù)是對(duì)流域所有站點(diǎn)的平均。站點(diǎn)多年平均無(wú)雨日數(shù)則是對(duì)某一站點(diǎn)所有年份的平均。

2 結(jié)果與分析

2.1無(wú)雨日數(shù)的季節(jié)和年際變化

通過(guò)對(duì)研究區(qū)1980年至2013年38個(gè)站點(diǎn)無(wú)雨日數(shù)的統(tǒng)計(jì)，得到歷年和四季無(wú)雨日數(shù)的年變化和趨勢(shì)分布特點(diǎn)（圖2）。

近34年來(lái)，春季多年平均無(wú)雨日數(shù)為40.5天。其中，2011年春季無(wú)雨日數(shù)最多，達(dá)50.9天。1992年為最小值，僅33.6天。最大值與最小值相差17.3天。春季無(wú)雨日數(shù)在35天以下有3年，45天以下有6年。觀察圖2a可以看出，春季無(wú)雨日整體呈上升趨勢(shì)，并以2.2天/10年的速度遞增（圖2a）。

由圖2b可知，夏季平均無(wú)雨日數(shù)為53.3天，多于春季無(wú)雨日數(shù)。觀察圖2a，圖形的最高點(diǎn)在2013年，為64.1天，最小值在1999年，為39.5天，表明無(wú)雨日數(shù)的在兩者之間波動(dòng)，整體變化幅度較春季大。這可能與當(dāng)年夏初的梅雨和夏末的伏旱期的強(qiáng)弱有關(guān)。夏季無(wú)雨日數(shù)在60天以上的有5年，45天以下的有3年。觀察一元線性方程可知，夏季無(wú)雨日數(shù)呈遞增趨勢(shì)，并以0.6日/10a的幅度增加。增加趨勢(shì)不如春季明顯。

秋季平均無(wú)雨日數(shù)為60.4天，明顯高于春季和夏季，這表明秋季干旱概率最大。秋季無(wú)雨日數(shù)變化幅度也較前兩季有所增加。其中，秋季無(wú)雨日最大值出現(xiàn)在1992年，達(dá)72.7天，無(wú)雨日占秋季日數(shù)的88.7%。最小值為44.5日，發(fā)生在1982年，可推知1992年秋季干旱程度較大。無(wú)雨日70日以上有四年，而其他季節(jié)無(wú)雨日均小于70日?？梢?jiàn)秋季是所有季節(jié)無(wú)雨日最多的季節(jié)。秋季無(wú)雨日數(shù)總體呈增加趨勢(shì)，平均以1.9日/10a的速度增加（圖2c）。

觀察圖2d可知冬季平均無(wú)雨日數(shù)為50.6日。無(wú)雨日數(shù)最大值出現(xiàn)在1998年，為60.9日，最小值為26.2,發(fā)生在2013年，為四季無(wú)雨日數(shù)最低值。冬季無(wú)雨日整體呈減少趨勢(shì)，平均1.1日/10a.

年無(wú)雨日數(shù)多年平均值為205.5日。最大值發(fā)生在2013年，達(dá)230.1日。無(wú)雨日數(shù)最少年出現(xiàn)在1994年，為178.5日。年無(wú)雨日整體呈增加趨勢(shì)，達(dá)5.4日/10a。年無(wú)雨日數(shù)變化趨勢(shì)較季節(jié)無(wú)雨日增加趨勢(shì)更明顯。

圖2　洞庭湖流域無(wú)雨日數(shù)的季節(jié)和年際變化及趨勢(shì)

2.2無(wú)雨日的突變特點(diǎn)

通過(guò)Mann-Kendal檢驗(yàn)法對(duì)流域內(nèi)1980年-2013年的多年平均無(wú)雨日數(shù)進(jìn)行突變檢驗(yàn)分析（圖3），得到多年平均無(wú)雨日數(shù)的突變特點(diǎn)。從圖3可以看出，UF曲線上下波動(dòng)幅度較大。1980～2013年無(wú)雨日數(shù)大致呈上升趨勢(shì)。其中，UF曲線在1985～1989年和2007～2013年突破了0.05的顯著性水平，表明1985～1989年與2007～2013上升趨勢(shì)明顯。UF曲線和UK曲線在置信區(qū)間內(nèi)有三個(gè)交點(diǎn)，分別在1981年、1991年和2006年。這表明無(wú)雨日數(shù)可能在1981年、1991年和2006年發(fā)生了突變。

圖3　1980～2013年洞庭湖流域多年平均無(wú)雨日數(shù)的M-K檢驗(yàn)曲線

2.3無(wú)雨日的空間變化特征

通過(guò)對(duì)流域內(nèi)各個(gè)站點(diǎn)的無(wú)雨日數(shù)進(jìn)行多年和季節(jié)平均得到各站點(diǎn)無(wú)雨日數(shù)的空間分布特點(diǎn)，利用Arcgis軟件對(duì)站點(diǎn)的無(wú)雨日數(shù)進(jìn)行分級(jí)符號(hào)化，得到圖4。

圖4　洞庭湖流域站點(diǎn)的多年和季節(jié)平均無(wú)雨日數(shù)空間分布

春季多年平均無(wú)雨日數(shù)介于 32.7～49.6天之間。其中無(wú)雨日數(shù)最多的站點(diǎn)為石門(mén)，其次是南縣和岳陽(yáng)，為最少的站點(diǎn)為桂東和南岳山，表明石門(mén)，南縣，岳陽(yáng)降雨概率偏小，而桂東和南岳山降雨概率則偏大，這可能與站點(diǎn)所處的地形有關(guān)。從全流域看，無(wú)雨日數(shù)大致呈西北-東南方向減少。

與春季相比，夏季站點(diǎn)多年平均無(wú)雨日數(shù)有所增加，介于38.1～60.7天之間。多年平均無(wú)雨日數(shù)最大值出現(xiàn)在岳陽(yáng)，其次是衡陽(yáng)和南縣。最小值出現(xiàn)在桂東，并明顯偏小于其他站點(diǎn)。觀察整個(gè)流域站點(diǎn)可知，夏季無(wú)雨日數(shù)空間分布規(guī)律大致由流域的東部向西部減小。

秋季站點(diǎn)多年平均無(wú)雨日數(shù)明顯多于春季和夏季，介于50.3～66.9天之間。其中，無(wú)雨日數(shù)最大值出現(xiàn)在臨武，即降雨日數(shù)最少；最小值出現(xiàn)在保靖。近34年來(lái)，秋季各站點(diǎn)無(wú)雨日數(shù)普遍偏高。無(wú)雨日數(shù)空間分布規(guī)律與春季相反，由流域東南方向西北方向減少。

冬季站點(diǎn)多年平均無(wú)雨日數(shù)介于 43.4～60.9天之間。多年平均無(wú)雨日最大值出現(xiàn)在石門(mén)，其次是南縣的岳陽(yáng)市；最小值出現(xiàn)在南岳山，其次是郴州。全流域站點(diǎn)多年平均無(wú)雨日規(guī)律大致北多南少。

站點(diǎn)多年平均無(wú)雨日數(shù)與季節(jié)多年無(wú)雨日數(shù)空間分布規(guī)律大體一致。無(wú)雨日數(shù)介于 177.3～276.6日之間。無(wú)雨日數(shù)最大值出現(xiàn)在岳陽(yáng)市，南縣和石門(mén)，最小值出現(xiàn)在南岳山。整體無(wú)雨日數(shù)較多的站點(diǎn)以東部居多。

綜合全年和四季多年平均無(wú)雨日數(shù)來(lái)看，無(wú)雨日數(shù)最大值多出現(xiàn)在岳陽(yáng)，南縣和石門(mén)，最小值以南岳山和桂東居多。流域站點(diǎn)多年平均無(wú)雨日數(shù)空間分布規(guī)律隨季節(jié)發(fā)生變換。

2.4站點(diǎn)多年無(wú)雨日數(shù)的變化趨勢(shì)

利用一元線性回歸分析法對(duì)站點(diǎn)多年無(wú)雨日數(shù)進(jìn)行分析，得到各個(gè)站點(diǎn)的多年無(wú)雨日數(shù)線性回歸方程，取回歸系數(shù)作為各站點(diǎn)的無(wú)雨日數(shù)的線性趨勢(shì)系數(shù)，結(jié)果如表1。

全流域氣象站點(diǎn)多年平均無(wú)雨日整體呈增加趨勢(shì)。其中，無(wú)雨日數(shù)增加最明顯的站點(diǎn)為永順，其次是江華和保靖，回歸系數(shù)均在 1以上。最小值出現(xiàn)在資興，其次是南縣，趨勢(shì)系數(shù)僅為0.02和0.04，增加趨勢(shì)不明顯。

表1　洞庭湖流域各站點(diǎn)無(wú)雨日數(shù)的線性趨勢(shì)

3 結(jié)論

利用一元線性回歸法，M-K檢驗(yàn)分析法以及分級(jí)符號(hào)化對(duì)近34年來(lái)洞庭湖流域38個(gè)站點(diǎn)的多年無(wú)雨日數(shù)的時(shí)間和空間分布特征進(jìn)行分析，得到結(jié)果如下：

（1）近 34年來(lái)，流域多年平均無(wú)雨日以秋季最多，達(dá)60.4日；其次是夏季和冬季，依次為53.3和50.6日；最少為春季，僅為40.5日。流域春季，夏季，秋季無(wú)雨日數(shù)均呈增加趨勢(shì)，冬季呈減少趨勢(shì)，年無(wú)雨日數(shù)呈增加趨勢(shì)。

（2）對(duì)流域內(nèi)無(wú)雨日數(shù)的突變檢驗(yàn)表明，無(wú)雨日數(shù)在1985～1989年與 2007～2013期間上升趨勢(shì)明顯，并可能在1981年、1991年和2006年發(fā)生了突變。

（3）洞庭湖流域無(wú)雨日數(shù)分布具有顯著的空間分布特點(diǎn)。春季無(wú)雨日數(shù)由西北向東南遞減；夏季無(wú)雨日數(shù)由東部向西部減小；秋季分布規(guī)律與春季相反，無(wú)雨日數(shù)由西北向東南增加；冬季無(wú)雨日數(shù)以東部站點(diǎn)居多。其中，季節(jié)和年無(wú)雨日數(shù)多出現(xiàn)在石門(mén)，岳陽(yáng)和南縣；無(wú)雨日數(shù)較小的站點(diǎn)以南岳山和桂東居多。

（4）站點(diǎn)多年平均日數(shù)整體呈增加趨勢(shì)，增加趨勢(shì)最明顯的站點(diǎn)為永順，增加趨勢(shì)不明顯的站點(diǎn)為資興。

[1] Dai A, Trenberth K E, Qian T. A global dataset of Palmer Drought Severity Index for 1870-2002: Relationship with soil moisture and effects of surface warming [J]. Journal of Hydrometeorology,2004,5(6):1117-1130.

[2] 顧春慧.大圳灌區(qū)干旱風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[D].長(zhǎng)沙:長(zhǎng)沙理工大學(xué), 2011.

[3] 張?jiān)鲂?姜彤,張金池.2050年前長(zhǎng)江流域極端降水預(yù)估[J].氣候變化研究進(jìn)展,2008,3(6):340-344.

[4] Jiang T, Su B, Hartmann H. Temporal and spatial trends of precipitation and river flow in the Yangtze River Basin, 1961-2000[J]. Geomorphology, 2007, 85 (3):143-154.

[5] Su B, Gemmer M, Jiang T. Spatial and temporal variation of extreme precipitation over the Yangtze River Basin[J]. Quatermary International, 2008,186(1): 22-31.

[6] 顧欣,楊紹洪,黃大衛(wèi),等.黔東南地區(qū)各季節(jié)極端干期日數(shù)的時(shí)空分布特征[J].高原氣象,2013,31(2):463-469.

[7] 王勁松,魏鋒.西北地區(qū)5-9月極端干期長(zhǎng)度異常的氣候特征[J].中國(guó)沙漠,2007,27(3):514-519.

[8] 曾小凡,葉磊,翟建青,等.1961～2010年金沙江流域降水時(shí)空演變特征[J].長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境,2015,24(3):402-407.

[9] 魏鋒,丁裕國(guó),白虎志,等.甘肅省近40a汛期區(qū)域日數(shù)異常的氣候特征分析[J]氣象科學(xué),2005,25(3):249-256.

[10] 王娜,王琦,方鋒,等.陜西省極端無(wú)雨日數(shù)的時(shí)空分布特征[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2014,32(6):221-228.

[11] 達(dá)瓊,建軍.西藏山南地區(qū)主要農(nóng)區(qū)霜凍發(fā)生規(guī)律及防御對(duì)策[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2009,37(29):14514-14519.

[12] 劉琳,徐宗學(xué).西南 5省市極端氣候指數(shù)時(shí)空分布規(guī)律研究[J].長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境,2014,23(2):294-301.

Characteristics variation of rainless days in Dongting Lake Basin

The characteristic variations of rainless days from 1980 to 2013 were based on the precipitation. The precipitation data of 38 meteorological stations in Dongting Lake Basin using linear regression method, Mann-Kendall test method. The results showed that the rainless days were most in autumn and at least in spring. The annual rainless days tended to increase; rainless days in spring, summer and autumn presented an increasing tendency, while it decreased in winter. Resulting from the Mann-Kendall test method, the abrupt change on annual rainless day may occur in 1981, 1991 and 2006. The spatial characteristic distribution presented obviously, the rainless days decreased from northwest to southeast in spring. It decreased from east to west in summer and increased from northwest to southeast. In winter, the rainless day tended to more at east in the Basin. As for the station, the average annual rainless days tended to increase, and the maximum of the rainless station occurred in Yongshun, the minimum occurred in Zixin.

Rainless day; Mann-Kendall test method; linear regression method; Dongting Lake Basin

P426.616

A

1008-1151(2015)12-0029-03

2015-11-10

王婷（1991-），女，湖南岳陽(yáng)人，湖南師范大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院碩士研究生，從事氣候變化研究。