1960—2013年貴州省強降水天數(shù)時空變化特征

，，，，

(1.貴州理工學院 建筑與城市規(guī)劃學院，貴陽 550003；2.貴州財經(jīng)大學 管科學院，貴陽 550025；3.貴州省氣候中心，貴陽 550002；4.貴州師范大學 地理與環(huán)境科學學院，貴陽 550001)

1960—2013年貴州省強降水天數(shù)時空變化特征

韓會慶1，蘇志華2，張嬌艷3，蔡廣鵬4，張朝瓊4

(1.貴州理工學院 建筑與城市規(guī)劃學院，貴陽 550003；2.貴州財經(jīng)大學 管科學院，貴陽 550025；3.貴州省氣候中心，貴陽 550002；4.貴州師范大學 地理與環(huán)境科學學院，貴陽 550001)

為深入了解貴州省強降水天數(shù)變化規(guī)律，基于貴州省1960—2013年19個氣象站逐日降水資料，利用氣候變化趨勢分析法和Kriging插值法分析了貴州省54 a來強降水天數(shù)時空變化特征。結果表明：1960—2013年貴州省強降水天數(shù)整體呈下降趨勢;空間變化趨勢呈現(xiàn)中西部大幅減少，東部、南部和北部小幅減少或小幅增加的特點；各坡度帶上強降水天數(shù)接近，隨著高程增加，強降水天數(shù)呈減少趨勢；北盤江、都柳江、紅水河和南盤江強降水天數(shù)高于赤水河、牛欄江橫江、烏江和沅江；都柳江和南盤江強降水天數(shù)呈增加趨勢，其他流域呈減少趨勢；汛期與非汛期強降水天數(shù)分布及變化趨勢在高程帶、坡度帶及各流域上存在差異。研究結果可為貴州省氣象災害防治提供參考。

貴州??；強降水天數(shù)；時空變化；氣候變化；趨勢分析法；Kriging插值法

1 研究背景

隨著全球氣候變暖，世界各地極端降水事件發(fā)生頻率和強度均呈增加趨勢[1]。然而，由于全球氣候變暖對區(qū)域的影響范圍和幅度存在差異[2]，世界各地極端降水事件變化特點有所不同。此外，極端降水事件會產生嚴重的洪澇災害，進而深刻影響著區(qū)域社會經(jīng)濟、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展[3]。因此，極端降水成為世界各地氣候學和災害學研究的重要課題。

目前國外對極端降水的研究多集中于極端降水的變化特征、可能影響因子及模擬情況。如Van der Besselaar等[4]分析了1951—2010年歐洲極端降水變化趨勢，Bagley等[5]分析亞馬遜流域土地覆被變化對極端降水的強度和空間格局的影響，Donat等[6]分析了南方濤動(ENSO)和北大西洋濤動(NAO)對阿拉伯地區(qū)極端降水長時間序列的影響，Wuebbles等[7]利用CMIP5模型模擬美國極端降水，Dominguez 等[8]利用區(qū)域RCMs模型模擬了美國西部極端降水。我國學者也開展了相關研究，如Wang等[9]分析了我國黃河流域1959—2008年極端降水變化特點，任正果等[10]分析了我國南方地區(qū)極端降水事件變化規(guī)律，李雙雙等[11]分析了1960—2013年秦嶺—淮河南北極端降水變化與南方濤動(ENSO)的關系。針對貴州省的極端降水也有不少研究，如王學鋒等[12]對1961—2007年云貴高原汛期強降水和極端降水變化特征進行了分析，陳學凱等[13]分析了1961—2012年貴州省極端降水時空變化特征，彭芳等[14]分析了1991—2009年貴州省汛期短時降水時空特征，白淑英等[15]分析了1961—2010年貴州省不同強度降水天數(shù)時空變化特征。然而這些研究集中于極端降水量變化特征，鮮有關注極端降水天數(shù)變化規(guī)律。

貴州省位于我國西南山區(qū)，地形起伏較大，石漠化嚴重，極端降水極易引起地質和洪澇災害[13]。同時，貴州省是以種植水稻和玉米為主的農業(yè)大省，受經(jīng)濟和自然條件限制，大部分地區(qū)屬于“雨養(yǎng)型農業(yè)”，極端降水容易造成糧食減產和絕產。因此，本研究以貴州省為例，利用1960—2013年貴州省19個一級氣象站逐日降水量數(shù)據(jù)，對全省強降水天數(shù)變化規(guī)律進行分析，以期為區(qū)域災害防治和氣候預測提供科學依據(jù)。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

氣候數(shù)據(jù)來源于中國氣象科學數(shù)據(jù)共享服務網(wǎng)(http://cdc.cma.gov.cn)提供的貴州省19個一級氣象站1960—2013年逐日降水量數(shù)據(jù)；地形數(shù)據(jù)主要為坡度和高程數(shù)據(jù)，來源于全球科學院計算機網(wǎng)絡信息中心國際科學數(shù)據(jù)鏡像網(wǎng)站(http:∥datamirror.csdb.cn)提供的ASTER GDEM數(shù)據(jù)(30 m×30 m)(圖1)。

圖1貴州省氣象站點、流域和高程

Fig.1Meteorologicalstations,watershedsandelevationofGuizhouProvince

2.2 研究方法

2.2.1 強降水天數(shù)統(tǒng)計方法

根據(jù)我國氣象規(guī)范規(guī)定，日降水量P≥50 mm為暴雨，25 mm≤Plt;50 mm為大雨。由于我國降水區(qū)域差異較大，采用全國統(tǒng)一強降水標準會掩蓋由于氣候差異帶來的強降水特征[12]。因此，本研究根據(jù)地理環(huán)境差異、下墊面狀況及平均降水強度，采用百分位定義強降水[16]。具體方法為：將貴州省1960—2013年逐日降水量按升序排列，將第95個百分位值定義為強降水閾值，如大于該閾值就說明該日出現(xiàn)強降水，由此統(tǒng)計每年各氣象站強降水天數(shù)。

2.2.2 變化趨勢計算方法

利用一元線性回歸方程分析氣候要素變化趨勢[17-18]，計算公式為

Y=at+b。

(1)

式中：Y為強降水天數(shù)；t為年份(1960—2013年)；a為回歸系數(shù)，a為正(負)時表示強降水天數(shù)呈增加(減少)趨勢；b為常數(shù)。根據(jù)相關文獻，認為趨勢系數(shù)R等于a，單位為d/(10 a)。

2.2.3 Kriging插值法

利用ArcGIS軟件地統(tǒng)計模塊Kriging插值法對強降水天數(shù)進行空間插值，獲得強降水天數(shù)空間格局圖。Kriging插值法是在考慮待估點位置與已知數(shù)據(jù)位置的相互關系、變量空間相關性的基礎上進行插值，該方法已廣泛應用于氣候學、土壤學和地質學等。

2.2.4 地形、流域及汛期與非汛期劃分

為探討不同地形和流域強降水天數(shù)變化特點，依據(jù)貴州省高程和坡度分布特征及郜紅娟等[19]研究成果，利用ArcGIS軟件中Reclassify工具的自然斷點法(Natural Break)，將高程劃分為lt;681，[681，945)，[945，1 204)，[1 204，1 528)，[1 528，1 950)，≥1 950 m；將坡度劃分為lt;7.7°，[7.7°，13.7°)，[13.7°，19.9°)，[19.9°，27.1°)，[27.1°，36.6°)，≥36.6°?；诘匦螖?shù)據(jù)，利用ArcGIS軟件中Hydrology分析工具，將貴州省劃分為沅江、烏江、赤水河、牛欄江橫江、都柳江、紅水河、南盤江、北盤江共8個流域。依據(jù)貴州省屬低緯高原干、濕兩季的氣候特點及相關文獻[14]，將4—9月份確定為汛期，10月份至次年3月份確定為非汛期。

3 結果與分析

3.1 貴州省強降水天數(shù)時間變化

圖2顯示：1960—2013年貴州省強降水天數(shù)呈下降趨勢，1977年強降水天數(shù)最多，為22.84 d，2011年強降水天數(shù)最少，僅為13.58 d；從不同時間階段看，1960—1979年和1990—2009年強降水天數(shù)較多，其他年份強降水天數(shù)較較少。1960—1979年和1980—1999年強降水平均天數(shù)呈增加趨勢，其他階段強降水平均天數(shù)呈減少趨勢。

(a)年際變化

(b)年代際變化

圖21960—2013年貴州省強降水天數(shù)年際、年代際變化

Fig.2Inter-annualandinter-decadalvariationsofheavyprecipitationdaysfrom1960to2013inGuizhouProvince

由圖3可知：汛期強降水天數(shù)呈減少趨勢，其中1967年汛期強降水天數(shù)最多，為20.68 d；2011年最少，僅為10.05 d。非汛期強降水天數(shù)呈增加趨勢，其中2008年非汛期強降水天數(shù)最多，為5.84 d；1985年最少，僅為0.68 d。

注：α=0.05表示顯著性水平，即95%的置信度

圖31960—2013年貴州省強降水天數(shù)汛期與非汛期變化

Fig.3Variationsofheavyprecipitationdaysinfloodseasonandnon-floodseasonfrom1960to2013inGuizhouProvince

3.2 貴州省強降水天數(shù)空間變化

從圖4可以看出：全年與汛期的強降水天數(shù)及變化趨勢空間格局較為接近，強降水天數(shù)均呈現(xiàn)南多北少的特點，其變化趨勢均呈現(xiàn)中西部大幅減少，東部、南部和北部小幅減少或小幅增加；非汛期強降水天數(shù)呈現(xiàn)由東南向西部逐漸減少的特點，其變化趨勢呈中東部、西北部和西南部小幅增加；南部、西部和北部小幅減少。

圖41960—2013年貴州省強降水天數(shù)及其變化趨勢空間格局

Fig.4Spatialpatternofheavyprecipitationdaysfrom1960to2013inGuizhouProvince

3.3 貴州省強降水天數(shù)在坡度和高程上的變化

圖5、圖6分別為1960—2013年貴州省強降水天數(shù)及其變化趨勢在坡度和高程上的變化。

(a)強降水天數(shù)

(b)強降水天數(shù)變化趨勢

圖51960—2013年貴州省強降水天數(shù)及其變化趨勢在坡度帶上的變化

Fig.5Variationsofheavyprecipitationdaysanditstrendfrom1960to2013alongwithslopegradientinGuizhouProvince

由圖5可知，全年、汛期和非汛期強降水天數(shù)在各坡度帶上差異很小。全年、汛期強降水天數(shù)在各坡度帶均呈下降趨勢，其中l(wèi)t;13.7°和≥36.6°坡度帶下降幅度相對較大，[13.7°，36.6°)坡度帶下降幅度相對較小。除≥36.6°坡度帶外，其他坡度帶非汛期強降水天數(shù)均呈增加趨勢。

由圖6可看出，隨著高程增加，全年和非汛期強降水天數(shù)呈減少趨勢。[0，1 950) m高程帶汛期強降水天數(shù)較多且較為接近，而≥1 950 m高程帶相對較少。全年和汛期強降水天數(shù)在各高程帶均呈減少趨勢，且隨著高程增加，下降幅度不斷增加，非汛期強降水天數(shù)在lt;681和[681，945)m高程帶呈增加趨勢，在其他高程帶呈下降趨勢。

3.4 貴州省強降水天數(shù)在流域上變化

(a)強降水天數(shù)變化

(b)強降水天數(shù)變化趨勢變化

圖61960—2013年貴州省多年平均強降水天數(shù)及其變化趨勢在高程帶上的變化

Fig.6Variationsofheavyprecipitationdaysanditstrendfrom1960to2013alongwithelevationinGuizhouProvince

北盤江、都柳江、紅水河和南盤江全年和汛期強降水天數(shù)較多，赤水河、牛欄江橫江、烏江和沅江相對較少(表1)。北盤江、都柳江、紅水河、南盤江、烏江和沅江非汛期強降水天數(shù)較多，赤水河和牛欄江橫江相對較少。北盤江、赤水河、紅水河、牛欄江橫江、烏江和沅江全年和汛期強降水天數(shù)呈減少趨勢，其中牛欄江橫江和北盤江減少幅度較大，都柳江和南盤江強降水天數(shù)呈增加趨勢。北盤江、紅水河、牛欄江橫江和烏江強降水天數(shù)呈減少趨勢，其中紅水河下降幅度較大，赤水河、都柳江、南盤江和沅江強降水天數(shù)呈增加趨勢，其中都柳江和沅江增加幅度較大。

表1 1960—2013年貴州省各流域多年平均強降水天數(shù)及其變化趨勢

注：*，**分別為通過0.05和0.01顯著性檢驗

4 討論與結論

4.1 討 論

在全球變暖影響下，世界和我國很多地區(qū)極端降水事件呈增加趨勢[20-21]，這與袁文德等[22]對西南地區(qū)的研究結果一致。本文分析結果表明貴州省1960—2013年強降水天數(shù)呈下降趨勢，全球氣候變暖對不同區(qū)域強降水天數(shù)影響存在差異。強降水天數(shù)下降說明研究區(qū)極端降水事件發(fā)生次數(shù)減少，這將有利于該區(qū)農業(yè)生產和防災減災。但需要注意的是，盡管強降水天數(shù)呈下降趨勢，但貴州省年降水總量呈減少趨勢且短時強降雨增多，將增加災害發(fā)生的風險[13,23]。

4.2 結 論

(1)54 a間貴州省強降水天數(shù)呈下降趨勢，強降水天數(shù)呈現(xiàn)南多北少，變化趨勢呈現(xiàn)中西部大幅減少，東部、南部和北部小幅減少或小幅增加的特點。汛期和非汛期強降水天數(shù)呈相反變化趨勢，且空間格局存在明顯差異。

(2)強降水天數(shù)在各高程帶、坡度帶和各流域存在差異。各坡度帶強降水天數(shù)十分接近，但強降水天數(shù)變化趨勢有所不同。隨著高程增加，強降水天數(shù)呈減少趨勢且下降幅度不斷增強。北盤江、都柳江、紅水河和南盤江強降水天數(shù)高于赤水河、牛欄江橫江、烏江和沅江。除都柳江和南盤江外，其他流域強降水天數(shù)均呈減少趨勢。汛期強降水天數(shù)在各高程帶、坡度帶和各流域的分布及變化趨勢特征與非汛期存在較大差異。

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(編輯：羅 娟)

Spatial and Temporal Variations of Heavy Precipitation Days from 1960 to 2013 in Guizhou Province

HAN Hui-qing1, SU Zhi-hua2, ZHANG Jiao-yan3, CAI Guang-peng4, ZHANG Chao-qiong4

(1.College of Architecture and Urban Planning, Guizhou Institute of Technology, Guiyang 550003, China; 2. School of Management Science, Guizhou University of Finance and Economics, Guiyang 550025, China; 3. Guizhou Climate Center, Guiyang 550002, China; 4.School of Geography and Environmental Sciences, Guizhou Normal University, Guiyang 550001, China)

In this article,the spatial and temporal variation laws of heavy precipitation days in Guizhou Province in the past 54 years were analyzed based on daily precipitation data obtained from 19 meteorological stations from 1960 to 2013 by means of climate change trend analysis and Kriging interpolation. Results revealed a decline trend of heavy precipitation days in the past 54 years in Guizhou Province, with a sharp decline trend in the central and west parts whereas a slight increase or slight decline in the eastern, southern and northern parts. Heavy precipitation days in areas of different slope gradients were similar. With the increase of elevation, heavy precipitation days showed a decrease trend. Heavy precipitation days in Beipan River, Duliu River, Hongshui River and Nanpan River were greater than those in Chishui River, Niulan River, Wujiang River and Yuanjiang River. Heavy precipitation days showed an increase trend in Duliu River and Nanpan River, while a decline trend could be found in other watersheds. The study also showed significant differences in heavy precipitation days among elevation, slope gradient and watershed in flood season and non-flood season. The results offer reference for meteorological disaster prevention and control in Guizhou province.

Guizhou Province; heavy precipitation days; spatial and temporal variation; climate change; trend analysis method; Kriging interpolation

10.11988/ckyyb.20160773 2017,34(11):1-5

2016-07-31；

2016-09-21

貴州省科學技術基金項目(黔科合J字[2014]2048號)；貴州省教育廳青年科技人才成長項目(黔教合KY字[2017]217)

韓會慶(1983-)，男，山東濟南人，副教授，博士，研究方向為土地資源開發(fā)利用與保護，(電話)13765812715(電子信箱)hhuiqing2006@126.com。

蘇志華(1983-)，男，貴州六枝人，副教授，博士，研究方向為區(qū)域環(huán)境質量演變與污染防治，(電話)18608502403(電子信箱)suzhihua1219@163.com。

P426

A

1001-5485(2017)11-0001-05