湖南省90年代以來降水時(shí)空分布特征分析

常曉麗，劉慶龍

（1.中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所，甘肅　蘭州　730000；2.湖南科技大學(xué)，湖南　湘潭　411201）

湖南省90年代以來降水時(shí)空分布特征分析

常曉麗1，劉慶龍2

（1.中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所，甘肅蘭州730000；2.湖南科技大學(xué)，湖南湘潭411201）

降水是反映氣候變化的重要指標(biāo)之一，近年來，隨著全球氣候變暖，了解降水以及極端降水的時(shí)空分布特征，對(duì)減輕旱澇災(zāi)害的影響和損失有著一定的意義.本文根據(jù)湖南省22個(gè)站點(diǎn)1990-2012年共23年的逐日降水?dāng)?shù)據(jù)，結(jié)合4個(gè)極端降水事件指數(shù)，對(duì)湖南省降水時(shí)空分布特征進(jìn)行分析.結(jié)果表明：時(shí)間上，湖南省年平均降水量、極端降水量在23年間呈下降趨勢(shì)；極端降水強(qiáng)度、極端降水比率均呈現(xiàn)上升趨勢(shì).空間上表現(xiàn)為東部和南部較多，北部平原地區(qū)和西部地區(qū)較少，山區(qū)降水大于平原區(qū)；極端降水量呈現(xiàn)南北較多，中部較少的規(guī)律.

時(shí)空變化；極端降水；極端降水指數(shù)

1　前言

氣候變化逐漸成為一個(gè)普遍關(guān)注環(huán)境問題.近年來，在全球氣候變暖的背景下，干旱和洪澇災(zāi)害等極端事件頻繁發(fā)生［1-3］，直接影響著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)穩(wěn)定和生態(tài)可持續(xù)發(fā)展.因而有眾多學(xué)者開展了不同尺度的降水時(shí)空特征的研究：付志強(qiáng)等研究了烏蘭察布市1971-2010年氣溫降水時(shí)空分布特征，發(fā)現(xiàn)烏蘭察布市降水量呈下降趨勢(shì)［4］；張劍明等發(fā)現(xiàn)，湖南省年降水量1960-2005年呈增加趨勢(shì)，但在2005年之后有減少趨勢(shì)［5］；翟盤茂等對(duì)極端降水的研究發(fā)現(xiàn)，中國(guó)降水強(qiáng)度在逐漸增強(qiáng)，但總降水量變化不明顯［6］；蔡敏等也發(fā)現(xiàn)1953-2002年我國(guó)東部極端降水稍有增加［7］.而黃河流域近53年來極端降水變化趨勢(shì)較為穩(wěn)定，呈不斷下降趨勢(shì)［8］；劉健等發(fā)現(xiàn)近50年來黃河三角洲地區(qū)各強(qiáng)降水指標(biāo)呈逐步減少趨勢(shì)［9］.同時(shí)，肖艷等對(duì)湘江流域極端降水事件的變化特征進(jìn)行了分析，結(jié)果表明湘江流域各極端降水指數(shù)均呈增長(zhǎng)趨勢(shì)［10］.總的來說，近年來全國(guó)的降水量波動(dòng)變化呈下降的趨勢(shì)，而極端降水事件在北方主要呈逐步下降趨勢(shì)，南部和東部呈上升趨勢(shì).

湖南?。?08°47′～114°15′E，24°39′～30°08′N）位于長(zhǎng)江中游以南，南嶺以北，東南西三面環(huán)山，向北開口，構(gòu)成不對(duì)稱的馬蹄形形格局.地貌形態(tài)復(fù)雜多樣，屬于典型的亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，處在東南季風(fēng)和西南季風(fēng)相交綏的地帶，降水分布不均勻，年際變化較大，旱澇災(zāi)害發(fā)生頻率高.本文研究了湖南省90年代以來年降水、暴雨的時(shí)空分布特征，為當(dāng)?shù)胤姥纯购堤峁﹨⒖家罁?jù)，指導(dǎo)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)，而且對(duì)研究該地區(qū)對(duì)全球降水變化的響應(yīng)都具有十分重要的意義.

2　數(shù)據(jù)與方法

本文數(shù)據(jù)來源于國(guó)家氣象局提供的湖南省25個(gè)站點(diǎn)1990-2012年逐日降水資料.剔除了海拔較高的南岳站（1265.9米）、雪峰山站（1404.9米），降水?dāng)?shù)據(jù)不完全的長(zhǎng)沙普通站（1990-2006年缺測(cè)），剩余22個(gè)站.

為了保證資料引用的年限長(zhǎng)度、可用數(shù)據(jù)的完整準(zhǔn)確性以及空間分布的代表性，本文對(duì)其它區(qū)域的缺測(cè)降水?dāng)?shù)據(jù)，利用周邊區(qū)域站點(diǎn)降水?dāng)?shù)據(jù)，在Arcgis中采用克里金（Kriging）插值進(jìn)行插補(bǔ).并且采用趨勢(shì)分析法利用一元線性回歸方程，分析湖南省1990-2012年的降水特征.

極端降水分為持續(xù)無雨和暴雨，中國(guó)氣象上規(guī)定，每小時(shí)降雨量16mm以上、或連續(xù)12小時(shí)降雨量30mm以上、24小時(shí)降水量為50mm或以上的雨稱為“暴雨”［11］，由于湖南省暴雨較多，持續(xù)無雨較少，本文只對(duì)湖南省暴雨事件進(jìn)行分析，將暴雨作為極端降水事件.即當(dāng)某站點(diǎn)某日日降水量大于等于50mm的就認(rèn)為是一次極端降水事件.本文選取了年極端降水次、極端降水量、極端降水強(qiáng)度和極端降水比率4個(gè)降水指數(shù)來分析湖南省極端降水事件的時(shí)空分布特征.

3　結(jié)果與分析

3.1降水量時(shí)間變化特征

湖南省90年代以來年平均降水量為1371.5 mm，其中2002年最大為1833.1mm，2011年最小為960.3mm，總體上降水量是穩(wěn)定減少的趨勢(shì)（圖1）.從降水距平圖可以看出，降水距平在1991-1999年間由負(fù)距平逐漸向正距平轉(zhuǎn)變，說明此時(shí)段降水量有不斷上升的趨勢(shì)；2003-2009年間，降水距平一直為負(fù)，說明此時(shí)段年平均降水量為減少的趨勢(shì)；2010-2012年，降水距平呈現(xiàn)正-負(fù)-正的分布規(guī)律，說明此時(shí)段降水量處于波動(dòng)變化狀態(tài)，但總體上為增加趨勢(shì)（圖2）.

圖1　湖南省1990年-2012年23年平均降水變化

圖2　湖南省23年年平均降水量距平

3.2極端降水量時(shí)間變化特征

圖3　極端降水量距平

圖4　極端降水強(qiáng)度距平

圖5　極端降水比率距平

根據(jù)降水資料，本文提取了湖南省極端降水指數(shù)的年際變化和極端降水量、極端降水強(qiáng)度和極端降水比率的距平變化信息，如圖3-圖5所示.

從總體上看，湖南省90年代以來極端降水次數(shù)和極端降水量波動(dòng)變化均呈下降趨勢(shì)，就降水次數(shù)來說，2002年極端降水次數(shù)達(dá)到最大，為153次；1997年極端降水次數(shù)為最小，僅為60次.極端降水量在1991-1996年間由負(fù)距平轉(zhuǎn)變?yōu)檎嗥剑砻鞔藭r(shí)段內(nèi)極端降水量在不斷增多；1997-2012年間，降水距平一直在正負(fù)之間波動(dòng)，說明此時(shí)段極端降水量在不斷變化，但總體上表現(xiàn)為下降趨勢(shì)（圖3）.但是極端降水強(qiáng)度自90年代以來總體上呈穩(wěn)定上升趨勢(shì).從圖4可以看出，2000-2012年間，極端降水強(qiáng)度距平由負(fù)距平逐漸向正距平轉(zhuǎn)變，說明此時(shí)段極端降水強(qiáng)度在不斷增加.同時(shí)極端降水比率總體上也是呈波動(dòng)上升趨勢(shì).具體來看，1991-1996年間極端降水比率由負(fù)距平逐漸向正距平轉(zhuǎn)變，此時(shí)段極端降水比率在不斷增加；1997-2012年間極端降水比率距平一直在正負(fù)之間波動(dòng)，說明此時(shí)段極端降水比率一直不穩(wěn)定，但總體上呈下降趨勢(shì)（圖5）.

3.3極端降水空間分布特征

下圖為湖南省1990-2012年各極端降水指數(shù)的空間分布圖.

圖6　湖南省1990年-2012年極端降水量分布

圖7　湖南省1990年-2012年極端降水強(qiáng)度分布

在空間分布上，極端降水量和極端降水比率呈現(xiàn)南北較多，中部較少的規(guī)律（圖6），但平均年降水量較多的區(qū)域并沒有較多的極端降水.湘西南的武岡及周邊區(qū)域是極端降水量最少，年極端降水量?jī)H為3459-6150mm；極端降水量最多為湘北的安化及周邊區(qū)域，年極端降水量達(dá)11530-12875mm.

極端降水強(qiáng)度呈現(xiàn)西北-中部-東南遞減的趨勢(shì).西北部降水強(qiáng)度最高值為82.7mm/d，而逐漸向東南過渡到最小值66.2mm/d，表現(xiàn)出較明顯的西北向東南遞減的分布規(guī)律（圖7）.

4　結(jié)論與討論

湖南省1990-2012年23年的降水分析結(jié)果顯示，90年代以來湖南省年平均降水量和極端降水總體上呈穩(wěn)定減少趨勢(shì)，而極端降水強(qiáng)度和極端降水比率均呈現(xiàn)不斷上升的趨勢(shì).初步推測(cè)這與影響全球系統(tǒng)的厄爾尼諾現(xiàn)象有很大關(guān)系.分析中發(fā)現(xiàn)，1991-1992年、1996-1997年、2000-2001年及2002-2003年極端降水顯著下降，1994-1995年上升、1997-1998、2001-2002年顯著上升以及2004年后小幅起伏變化.這與NOAA定義的1980年以來9次厄爾尼諾時(shí)間及其對(duì)中國(guó)的影響相符（表1），即1991.05-1992.06年的強(qiáng)厄爾尼諾使中國(guó)降水減少，1997.05-1998.04的極強(qiáng)厄爾尼諾現(xiàn)象、2001 -2002年中等厄爾尼諾使中國(guó)降水增多，2004年后厄爾尼諾現(xiàn)象強(qiáng)度減弱，對(duì)中國(guó)降水量影響較小.

表1　1980年以來9次厄爾尼諾時(shí)間及其強(qiáng)度和影響

空間上看，極端降水量和極端降水比率的分布呈現(xiàn)南北較多，中部較少的分布規(guī)律.以武岡為代表的周邊區(qū)域是極端降水最少的地區(qū)，以安化為代表的周邊區(qū)域是極端降水量最多的地區(qū)；極端降水強(qiáng)度的分布呈現(xiàn)出西北-中部-東南遞減的趨勢(shì)，西北部最高值為82.7mm/d，而逐漸向東南過渡到最小值66.2mm/d.因此，湖南省的西北部要特別防御極端強(qiáng)降水引發(fā)的山洪等地質(zhì)災(zāi)害.

由于湖南省山區(qū)偏多，但這些地區(qū)完整系統(tǒng)的降水資料卻相對(duì)較少.今后有必要在這些地區(qū)加強(qiáng)觀測(cè)，豐富和充實(shí)湖南省的降水特征信息，為以后的科學(xué)研究和生產(chǎn)生活提供第一手資料.

〔1〕胡宜昌，董文杰，何勇.世紀(jì)初極端天氣氣候事件研究進(jìn)展［J］.地球科學(xué)進(jìn)展，2007，22（10）：1066-1075.

〔2〕雷向杰，程肖俠，毛明策.陜西2012年極端天氣氣候事件與氣象災(zāi)害［J］.災(zāi)害學(xué)，2013，28（3）：105-110.

〔3〕翟盤茂，劉靜.氣候變暖背景下的極端天氣氣候事件與防災(zāi)減災(zāi)［J］.中國(guó)工程科學(xué)，2012，14（9）：55 -63.

〔4〕付志強(qiáng)，張彩云，楊立冰.烏蘭察布市氣溫降水時(shí)空分布特征分析［J］.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科技，2013（5）：84 -87.

〔5〕張劍明，黎祖賢，章新平，等.湖南省近46年來降水時(shí)空分布特征及趨勢(shì)分析［J］.水文，2009，29（4）：73-78.

〔6〕翟盤茂，任福民，張強(qiáng).中國(guó)降水極值變化趨勢(shì)檢測(cè)［J］.氣象學(xué)報(bào)，1999，57（2）：208-216.

〔7〕蔡敏，丁裕國(guó)，汪志紅.我國(guó)東部極端降水時(shí)空分布及概率特征［J］.高原氣象，2007，26（2）：309-318.

〔8〕賀俊平，賀振.近53年黃河流域降水時(shí)空分布特征［J］.生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2014，23（1）：95-100.

〔9〕劉健，于蘭蘭，翟建青.近50年黃河三角洲極端降水事件特征研究［J］.人民黃河，2013，35（2）：19-29.

〔10〕肖艷，黎祖賢，章新平，等.近48年來湘江流域極端降水事件特征分析［J］.長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，2010，19（11）：1356-1362.

〔11〕周淑貞，張如一，張超.氣象學(xué)與氣候?qū)W［M］.北京：高等教育出版社，2011.74.

〔12〕http：//www.chyxx.com/industry/201406/25229 7.html.

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A

1673-260X（2016）10-0022-03

2016-07-17

國(guó)家自然科學(xué)基金（41201066和41401028）與凍土工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金（SKLFSE-ZT-14）共同資助