1982-2010年三峽庫區(qū)（重慶段）降雨的時空動態(tài)變化

李月臣，何志明

（1.重慶師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院，重慶401331；2.GIS應(yīng)用研究重慶市高校重點實驗室，重慶401331；3.重慶市地理信息中心，重慶400000）

1982-2010年三峽庫區(qū)（重慶段）降雨的時空動態(tài)變化

李月臣1，2，何志明3

（1.重慶師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院，重慶401331；2.GIS應(yīng)用研究重慶市高校重點實驗室，重慶401331；3.重慶市地理信息中心，重慶400000）

降水是區(qū)域研究中重要的生態(tài)與環(huán)境參數(shù)。本文以三峽庫區(qū)為研究對象，運用統(tǒng)計學(xué)及空間分析方法研究了這一區(qū)域降水的時空變化及其異常特征。結(jié)果表明：三峽庫區(qū)（重慶段）在29年間的氣候存在不顯著的旱化趨勢，以夏季最為明顯。在空間上，三峽庫區(qū)年降水量以減少趨勢為主體，開州、萬州西部形成區(qū)域降水減少趨勢中心；在東北—西南方向上，降水減少趨勢自東北部至西南部呈梯度降低，但降水量變化趨勢不顯著。三峽庫區(qū)（重慶段）降水偏少事件整體呈現(xiàn)出隨著時間推移頻數(shù)逐漸增加的趨勢，也反映出三峽庫區(qū)整體呈現(xiàn)出一定的旱化趨勢。

三峽庫區(qū)（重慶段）；降水；時空動態(tài)變化

1 引言

降水是氣候要素的重要組成部分之一，是區(qū)域研究中重要的生態(tài)參數(shù)及環(huán)境變量，是一個地區(qū)氣候變化最直接、最敏感的因素，不僅是參與自然地域系統(tǒng)界限劃分的關(guān)鍵指標(biāo)，而且是陸面環(huán)境過程模型模擬的重要參數(shù)[1、2]。同時，降水也是影響區(qū)域植被分布格局與覆蓋變化的關(guān)鍵因子[3、4]。因此，降水對區(qū)域氣候資源分析、區(qū)域生態(tài)環(huán)境治理都具有重要的意義。三峽庫區(qū)位于長江上游的末端，是長江流域生態(tài)屏障的咽喉，復(fù)雜的自然生態(tài)條件和社會經(jīng)濟(jì)特征決定了其重要的生態(tài)地理位置。該地區(qū)是中國乃至世界最為特殊的生態(tài)功能區(qū)之一，也是關(guān)系到長江流域生態(tài)安全的重要生態(tài)屏障區(qū)[5]。因此，研究這一區(qū)域的降水要素的時空動態(tài)變化具有重要的理論與實踐意義。

2 研究區(qū)概況

三峽庫區(qū)重慶段東起巫山縣，西至江津區(qū)，南起武隆縣，北至開州區(qū)，地理范圍在東經(jīng)105°49′～110°12′，北緯28°31′～31°44′之間。三峽庫區(qū)重慶段屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候區(qū)，多年平均氣溫15～18°C，氣溫年較差和日較差大。多年平均降雨量為1 150.26 mm，雨量充沛但空間分布不均勻。三峽庫區(qū)重慶段地跨大巴山斷褶帶、川東褶皺帶和川鄂湘黔隆起褶皺帶3大構(gòu)造單元，地貌以山地、丘陵為主。全區(qū)土壤類型主要有紫色土、黃壤、黃棕壤、棕壤、石灰土、潮土和水稻土等。區(qū)域地帶性植被以亞熱帶常綠闊葉林、暖性針葉林為主[6]。

3 數(shù)據(jù)與方法

本文所用氣象數(shù)據(jù)為1982-2010年重慶范圍內(nèi)常規(guī)氣象站點的歷月降雨資料。降雨的時間動態(tài)變化分析主要采用線性趨勢分析等統(tǒng)計學(xué)方法。降水的空間模擬主要采用基于地統(tǒng)計學(xué)原理的普通克里格插值作為降水空間模擬的方法[7-12]。

4 結(jié)果分析

4.1 時間變化特征

4.1.1 年均降水量的時間變化趨勢

三峽庫區(qū)（重慶段）多年平均降水量約為1 150 mm。1982-2010年降水量總體上呈減少的趨勢，約為-42.3 mm/10 a，但是未能通過0.05的顯著性檢驗。研究時段內(nèi)年降雨量經(jīng)歷了1982-1985年的突降，之后至1997年呈較弱的波動減少趨勢，1998年長江流域發(fā)生洪澇，降水量達(dá)到最高，之后降水量變化又進(jìn)入大幅度波動減少期，降水變率增大（見圖1a）。以1982-2010年的降水量均值作為多年平均值，進(jìn)行距平分析，由圖1b可以看出，研究時段以負(fù)距平為主，2001年、2006年、2010年負(fù)距平最低，降水顯著偏少；1982年、1983年、1998年正距值較高，降水顯著偏多。年代際變化分析表明，1982-1989年、1990-1999年、2000-2010年3個時間段年降水量距平值持續(xù)減少，分別約為62.6 mm、10.8 mm、-32 mm。

圖11982 -2010年三峽庫區(qū)（重慶段）年降水量及距平值Fig.1The annual precipitation and its anomaly from 1982 to 2010 in Three Gorges area of Chongqing

4.1.2 四季平均降水量的時間變化趨勢

由圖2可以看出，三峽庫區(qū)四季降水量變化趨勢差異較大，其中春季和冬季表現(xiàn)為增長趨勢，速率分別為10.3 mm/10 a、0.66 mm/10 a，夏季和秋季表現(xiàn)為減少趨勢，速率分別為-33.5 mm/10 a、-19.3 mm/10 a，但是各季節(jié)降水變化趨勢均不顯著。春季降水量波動變化明顯，1982-1992年波動增長速率較大，并在1990-1992年形成一個降水高峰期；之后降水量突降，在1995年跌至研究期最低，之后又經(jīng)歷了1996-2002年的波動回升期，出現(xiàn)1998年和2002年兩個降水高峰；2002年之后降水量持續(xù)明顯減少。夏季降水量經(jīng)歷了1982-1990年的大幅減少期，1991-1997年緩慢增加期；1998年出現(xiàn)突增，之后進(jìn)入大幅波動減少期，降水變率達(dá)到研究期最大。與其他季節(jié)相比，秋季降水量整體表現(xiàn)為較一致的減少趨勢，且波動幅度也偏小，2002年之后降低趨勢相對較小。冬季降水量變化趨勢最不明顯，與冬季屬于庫區(qū)少雨季有關(guān)，其中1987-1994年波動幅度較大。雨熱集中的夏季降水減少速率年內(nèi)最高，也說明庫區(qū)存在夏季旱化趨勢相對明顯。

四季降水量距平分析可以看出，春季和冬季降水量年代距平呈現(xiàn)“低－高－低”的特征。1982-1989年、1990-1999年、2000-2010年3個時間段春季降水量距平分別約為-26.9 mm、7 mm、3.2 mm，1995年出現(xiàn)距平最低值，2002年出現(xiàn)距平最高值；冬季降水量距平分別約為-6.1 mm、2.5 mm、-0.8 mm，2000年出現(xiàn)距平最低值，1993年出現(xiàn)距平最高值。夏季和秋季降水量年代距平呈現(xiàn)不斷增加的特征。1982-1989年、1990-1999年、2000-2010年3個時間段夏季降水量距平分別約為64.3 mm、7.9 mm、-22.9 mm，1998年出現(xiàn)距平最高值，其次為1982年，2006年出現(xiàn)距平最低值，其次為2001年；秋季降水量距平分別約為28.3 mm、-4.6 mm、-11.4 mm，2004年出現(xiàn)距平最高值，其次為1982年，1998年、2002年、2010年出現(xiàn)距平最低值，其次為2001年。

從整體上看，三峽庫區(qū)（重慶段）在29年間的氣候存在不顯著的旱化趨勢，以雨熱集中的夏季最為明顯，其次為秋季；春季和冬季總體呈現(xiàn)相對不明顯的增濕趨勢。

圖21982 -2010年三峽庫區(qū)（重慶段）四季降水量及距平值Fig.2The seasonal precipitation and their anomaly from 1982 to 2010 in Three Gorges area of Chongqing

4.2 空間變化特征

以三峽庫區(qū)（重慶段）范圍內(nèi)及其附近的常規(guī)氣象站點觀測數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，采用普通克里格插值法對1982-2010年歷年降水量及四季降水量分別進(jìn)行空間化，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行降水量空間變化特征分析。

4.2.1年均降水量的空間變化趨勢

對圖3a進(jìn)行空間分析可以得出，庫區(qū)年降水量以減少趨勢為主體，約占總面積的98.6%左右。以15 mm為間隔進(jìn)行等級劃分，面積超過10%的降水減少趨勢等級包括-75～-60 mm、-60～-45 mm、-45～-30 mm，分別占總面積的30.7%、31.6%、18.8%。開州、萬州西部形成區(qū)域降水減少趨勢中心；在東西方向上，降水量減少趨勢絕對值向外圍逐漸變小，其中云陽及萬州東部形成局地降水量絕對減少趨勢的鞍部。在東北—西南方向上，降水減少趨勢自東北部至西南部呈梯度減小趨勢，豐都以西、以南表現(xiàn)最為明顯。另外，主城區(qū)域形成一個局部的降水量增加趨勢中心，約為0～12 mm/10 a，占庫區(qū)面積的1.4%左右，明顯地體現(xiàn)出隨著近年來主城城市擴(kuò)展“雨島”效應(yīng)增強的趨勢。從圖4a可以得出，庫區(qū)存在的降水量變化趨勢幾乎均未通過0.05的顯著性檢驗，除主城小范圍區(qū)域存在不顯著正相關(guān)外，其他區(qū)域均為不顯著負(fù)相關(guān)。

4.2.2 四季平均降水量的空間變化趨勢

對圖3b-圖3e、圖4b-圖4e進(jìn)行分析可以得出，與年降水量相比，庫區(qū)各區(qū)域春季降水量增加趨勢明顯，約占總面積的93.1%左右；超過10%的主增溫趨勢等級包括0～15 mm、15～32 mm，二者分別占總面積的47.3%、45.8%；在空間上，巫溪、巫山、開州、云陽、萬州東部、奉節(jié)北部以及忠縣、石柱部分區(qū)域降水量增加趨勢超過15 mm/10 a。降水量減少區(qū)約占6.9%，僅分布于江津范圍內(nèi)，最大減少幅度可達(dá)-18 mm·10-1a-1，除上述區(qū)域外的其他區(qū)域降水量以0～15 mm·10-1a-1的增加趨勢為主。庫區(qū)春季存在的降水量變化均未通過0.05的顯著性檢驗，除江津以不顯著正相關(guān)為主外，其他均為不顯著負(fù)相關(guān)。

庫區(qū)夏季降水量變化具有與年降水量相似的特征，反映出夏季降水在年降水總量中占據(jù)主要部分。庫區(qū)夏季降水量減少趨勢區(qū)約占總面積的87%左右；面積超過10%的降水減少趨勢等級包括-75～-60 mm、-60～-45 mm、-45～-30 mm，分別占總面積的32.3%、22.8%、14.4%；在空間上形成以云陽－忠縣－石柱區(qū)域為降水量減少中心，向東北、西南降水量減少趨勢絕對值逐漸降低，至西南部的主城核心區(qū)以及江津區(qū)域降水量轉(zhuǎn)為增加趨勢，最高增長幅度約為29 mm/10 a，表明夏季“雨島”效應(yīng)明顯。庫區(qū)夏季存在的降水量減少趨勢有約11.8%左右通過了0.05的顯著性檢驗，主要分布于忠縣、石柱范圍內(nèi)，其余除主城西南及江津為不顯著正相關(guān)之外，其他區(qū)域均為不顯著負(fù)相關(guān)。

庫區(qū)冬季降水量變化趨勢空間差異較大，主導(dǎo)趨勢不明顯，其中增加趨勢主要是0～15 mm·10-1a-1，約占總面積的64.6%左右，其余均為-15～0 mm·10-1a-1的減少趨勢區(qū)，約占35.4%；在空間上，-15～0 mm·10-1a-1減少趨勢區(qū)分布于巫溪、奉節(jié)、云陽、巫山交界區(qū)域，長壽北部，武隆—豐都南部，主城西北以及江津區(qū)域；其他均為0～15 mm·10-1a-1的增溫趨勢區(qū)。庫區(qū)冬季存在的降水量變化趨勢均未通過0.05的顯著性檢驗，以不顯著正相關(guān)和不顯著負(fù)相關(guān)為主。

圖31982 -2010年三峽庫區(qū)（重慶段）年降水量及四季降水量線性趨勢Fig.3The linear trends of annual and seasonal precipitation from 1982 to 2010 in Three Gorges area of Chongqing

圖41982 -2010年三峽庫區(qū)（重慶段）年降水量及四季降水量線性趨勢置信水平Fig.4The confidence level of the linear trends of annual and seasonal precipitation from 1982 to 2010 in Three Gorges area of Chonqing

4.3降水異常分析

根據(jù)世界氣象組織規(guī)定，如果某個氣候要素絕對值大于它的30年平均值的標(biāo)準(zhǔn)差2倍，或25年以上一遇，即被定義為異常氣候值[12]。本文采用的標(biāo)準(zhǔn)差年代尺度為25年（1984-2010年）。

表1 三峽庫區(qū)（重慶段）降水異常標(biāo)準(zhǔn)Table 1The level of precipitation abnormity in Three Gorges area of Chongqing

參照表1標(biāo)準(zhǔn)，以三峽庫區(qū)（重慶段）范圍內(nèi)氣象站數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行降水異常分析。結(jié)果表明，研究期內(nèi)年降水量異常偏多年份為1998年、1982年；顯著偏多年為1983年、1989年；異常偏少年為2001年；顯著偏少年為2006年；偏少年為2010年、1997年。研究期內(nèi)春季降水量異常偏多年份為2002年；顯著偏多年為1990年；異常偏少年為2001年；偏多年為1992年、1998年；無異常偏少年；顯著偏少年為1995年、1987年；偏少年為1983年、2000年。研究期內(nèi)夏季降水量異常偏多年份為1998年、1982年；顯著偏多年為1983年、1984年；異常偏少年為2006年；顯著偏少年為2001年、1990年；偏少年為1992年、1988年。研究期內(nèi)秋季降水量異常偏多年份為2004年、1982年；顯著偏多年為1983年；偏多年包括1989年、1999年、2000年；無異常偏少年；顯著偏少年為2002年、1998年、2001年；偏少年為2010年、2009年、1997年。研究期內(nèi)冬季降水量異常偏多年份為1993年；無顯著偏多年；偏多年包括1990年、1989年、1983年、2007年；無異常偏少年和顯著偏少年；偏少年為2010年、1984年、1987年、2005年、1991年、1994年、1988年、1999年、1982年；冬季降水異常事件偏多主要是由于庫區(qū)冬季降水量基數(shù)偏低，極易產(chǎn)生波動。

以距平值大于或小于1.5倍標(biāo)準(zhǔn)差為標(biāo)準(zhǔn)，對降水偏多或偏少異常事件分年代進(jìn)行發(fā)生頻數(shù)統(tǒng)計。進(jìn)一步對降水異常事件進(jìn)行年代分布分析可以看出（圖5），降水偏多異常多發(fā)生在1982-1989年、1990-1999年期間；夏季和秋季尤以1982-1989年降水偏多異常次數(shù)最多，春季以1990-1999年降水偏多異常次數(shù)最多。庫區(qū)降水偏多事件整體呈現(xiàn)出隨著時間推移頻數(shù)逐漸減少的總體趨勢。降水異常偏少事件則有近似相反的變化趨勢，年以及降水量基數(shù)大的夏季、秋季降水偏少異常事件在2000-2010年期間發(fā)生次數(shù)較多；春季1982-1989年期間降水偏少異常較其他年代多一次；冬季降水異常偏少事件則呈現(xiàn)為增加趨勢，與暖異常增多有一定的對應(yīng)關(guān)系?？傮w上降水偏少事件呈現(xiàn)出隨著時間推移頻數(shù)逐漸增加的趨勢，如年降水量以及夏秋等多雨期；但是也存在部分不一致的現(xiàn)象，如春季、冬季，這可能與增溫有關(guān)。根據(jù)降水異常發(fā)生頻數(shù)也可以判定，庫區(qū)整體呈現(xiàn)出一定的旱化趨勢。

圖51982 -2010年三峽庫區(qū)（重慶段）年及四季降水異常年代分布Fig.5The annual and seasonal precipitation abnormality among years from 1982 to 2010 in Three Gorges area of Chongqing

5 結(jié)論與討論

結(jié)合線性趨勢分析、顯著性檢驗、概率統(tǒng)計等進(jìn)行了1982-2010年三峽庫區(qū)（重慶段）降水的時空演變特征分析以及異常氣候事件分析。

整體上，三峽庫區(qū)（重慶段）在29年間的氣候存在不顯著的旱化趨勢，以夏季最為明顯，其次為秋季；春季和冬季總體呈現(xiàn)出相對不明顯的增濕趨勢。在空間上，庫區(qū)年降水量以增加趨勢為主體，開州、萬州西部形成區(qū)域降水減少趨勢中心；在東北—西南方向上，降水減少趨勢自東北部至西南部呈梯度降低，但降水量變化趨勢不顯著。

隨著時間推移，三峽庫區(qū)（重慶段）降水偏少事件整體呈現(xiàn)出隨著時間推移頻數(shù)逐漸增加的趨勢，也反映出庫區(qū)整體呈現(xiàn)出一定的旱化趨勢。

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[責(zé)任編輯：丹興]

Dynamic Changes of the Precipitation in the Three Gorges Reservoir Area（Chongqing Section）during 1982-2010

Li Yue-chen1，2，He Zhi-ming3

（1.School of Geography and Tourism，Chongqing Normal University，Chongqing 401331,China；2.Chongqing Key Laboratory of GIS Application，Chongqing 401331,China；3.Chongqing Geographic information Center，Chongqing 400000,China）

The precipitation is an important eco-environmental factor in the regional research.The Three Gorges Reservoir Area（Chongqing Section）is selected as study area in the paper.The statistic and spatial analysis methods were used to study the dynamic changes of the precipitation in the study area from 1982 to 2010.The results show that：the climate has a dry trend but the trend is not significant in the study period.The dry trend in summer is the most obvious.The precipitation decreases in many areas especially in Kaizhou district，Wanzhou.From northeast to southwest of the study area the precipitation decreases gradually.The occurrence frequency of the precipitation decrease events declines.

Three Gorges Reservoir area（Chongqing Section）；precipitation；dynamic changes

P426.6

A

2096-2347（2016）03-0018-07

10.19478/j.cnki.2096-2347.2016.03.03

2016-07-06

國家自然科學(xué)基金（41571419）。

李月臣（1974—），男，山東德州人，博士，教授，主要從事資源環(huán)境遙感與GIS研究。E-mail：liyuechen2008@qq.com