?湖南省降水量時(shí)空分布特點(diǎn)及其動(dòng)態(tài)趨勢(shì)分析?

摘 要：利用湖南省97個(gè)氣象臺(tái)觀測(cè)站點(diǎn)34 a（1980～2013年）的逐日降水量數(shù)據(jù)，結(jié)合克里金插值法分析湖南省降水量時(shí)空分布，并通過線性回歸法計(jì)算氣候傾向率研究湖南省降水量變化趨勢(shì)的空間分布特征。結(jié)果表明：（1）年均降水量空間變化大致為東部、南部向西部、北部呈半環(huán)狀遞減，降水量豐富帶呈“人”字形，始于雪峰山北端，沿幕阜山、九嶺山、羅霄山、南嶺伸展;（2）年內(nèi)降水主要分布在春季和夏季，春季降水集中在湘東南，而夏季集中在湘東北。秋季和冬季降水量普遍較少;（3）湖南省年降水量總體上呈下降趨勢(shì)，四季中除夏季以外降水量均為下降的趨勢(shì)。春季湘西北地區(qū)和洞庭湖平原呈增加趨勢(shì)，夏季湘東南以及湘中部分地區(qū)降水增加顯著，其他地區(qū)為降水減少區(qū)。而秋季和冬季大部分地區(qū)均為下降趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：降水量;時(shí)空分布;降水變化趨勢(shì);降水傾向率

中圖分類號(hào)：P426.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-060X（2018）01-0060-04

Spatio-Temporal Distribution and Its Dynamic Trend of Precipitation in Hunan Province

WANG Xiao-fang，XIA Wei-sheng，YANG Yun-fan，YANG Qin2

Abstract：The daily precipitation data of 97 meteorological stations in Hunan Province for 34 years （1980-2013） have been used in this study to analyze the spatio-temporal distribution of precipitation in Hunan， combined with Kriging interpolation， and the spatial distribution characteristics of precipitation change trend in the province by linear regression method. The results show that （1） the spatial variation of annual precipitation roughly decreases progressively from the east and south to the west and north in Hunan， and the precipitation abundant zone is like the “人” shape beginning at the northern end of the Xuefeng Mountain and extending along the Mufu Mountain， Jiuling Mountain， Luoxiao Mountain and Nanling Range. （2） The annual precipitation distributes mainly in spring and summer， and the spring precipitation concentrates in the southeast of Hunan， while the summer precipitation occurs more in the northeast of Hunan. The precipitation is generally less in autumn and winter. And （3） the annual precipitation in Hunan shows a downward trend in general， and the precipitation in the four seasons is decreasing except for summer. The precipitation shows an increasing trend in the northwest part of Hunan and Dongting Lake plain in spring， increases significantly in the southeast of Hunan and some areas in central Hunan in summer， and has decreased in other areas. In autumn and winter， the precipitation is of a downward trend in most areas of Hunan.

Key words： precipitation; spatio-temporal distribution; precipitation change trend; precipitation tendency rate; Hunan Province

湖南省位于我國(guó)中南部，長(zhǎng)江中游，居于24°39′～

30°08′N，108°47′～114°15′E之間，北靠長(zhǎng)江，南鄰廣東

廣西，西連重慶、貴州，東接江西，地形為東南西三面環(huán)山，中北部較平坦，呈馬蹄形。湖南省屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候，全省多年（1980～2013年）平均年降水量為1 398 mm。由于湖南較為復(fù)雜的地形變化和氣候背景，以及各個(gè)縣市的氣象存在比較明顯的地區(qū)差異，導(dǎo)致湖南省降水量時(shí)空分布差異較為明顯[1]。近年來在全球氣候變化的背景下，湖南汛期降水異常，旱澇災(zāi)害頻繁，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)帶來了很大的影響[2]。目前學(xué)者側(cè)重于對(duì)湖南省汛期降水以及極端降水的研究[3-8]，缺乏對(duì)全省全年和四季降水的空間變化研究，研究的站點(diǎn)也不多，降水量數(shù)據(jù)沒有得到更新，因此筆者研究1980～2013年湖南省降水量時(shí)空分布特點(diǎn)，并分析其動(dòng)態(tài)演變趨勢(shì)，旨在豐富對(duì)湖南省降水的研究，為研究氣候變化提供分析事實(shí)，為提高旱澇災(zāi)害預(yù)測(cè)水平做出貢獻(xiàn)。

1 材料與方法

選取湖南省97個(gè)氣象臺(tái)觀測(cè)站點(diǎn)1980～2013年近30 a的逐日降水量數(shù)據(jù)，將湖南省97個(gè)站點(diǎn)的降水量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，查閱各站點(diǎn)經(jīng)緯度，并進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。利用ArcGIS技術(shù)中克里金插值法繪制反映湖南省全年和四季降水量的空間分布圖[9]，以便直觀了解湖南省的空間變化和時(shí)間變化。利用線性回歸方法計(jì)算降水傾向率，研究湖南省全年和四季降水量變化趨勢(shì)[10]。

降水要素傾向率計(jì)算：Ri=a0+a1ti " " " " " " " " " " " "（1）

式中：Ri為降水要素，ti為時(shí)間，a1為線性趨勢(shì)項(xiàng)，將b=a1×10 a作為降水要素傾向率。當(dāng)b>0時(shí)，說明降水隨時(shí)間t的增加呈增加的趨勢(shì)，b<0則相反。

2 結(jié)果與分析

2.1 降水量時(shí)空分布

2.1.1 年均降水量時(shí)空分布 通過97個(gè)站點(diǎn)的年均降水量圖（圖1）可看出，湖南年均降水量地域分布不平衡，差距懸殊。降水量空間變化大致為東部、南部向西部、北部呈半環(huán)狀遞減。降水量豐富帶呈“人”字形，始于雪峰山北端，沿幕阜山、九嶺山、羅霄山、南嶺伸展，年均降水量約為1 400～1 700 mm。洞庭湖平原、衡邵盆地、洞庭湖平原、湘西南為降水量匱乏區(qū)，年均降水量約為1 200～

1 300 mm;降水區(qū)域分布主要為山地丘陵區(qū)多于平原、盆地，迎風(fēng)坡多于背風(fēng)坡。同時(shí)，降水空間梯度變化也不均勻，湘東地區(qū)降水梯度變化較湘西地區(qū)大，湘南地區(qū)較湘北地區(qū)大。此外，湖南省年均降水量更替規(guī)律也存在南北差異，湘中以南地區(qū)降水量大致呈東西向經(jīng)度變化，以北地區(qū)南北向緯度變化明顯。

湖南降水量主要與地形和大氣環(huán)流有關(guān)，導(dǎo)致降水量分布不均勻，山地丘陵的迎風(fēng)坡降水量較多，受西南季風(fēng)和東南季風(fēng)，甚至臺(tái)風(fēng)的影響，水汽較多，而衡邵盆地、湘西等地區(qū)為背風(fēng)坡，焚風(fēng)效應(yīng)較顯著，并且常年受到副熱帶高氣壓帶的控制，降水較少[10]。

2.1.2 四季降水量時(shí)空分布 湖南省年內(nèi)降水量隨季節(jié)的變化而變化，四季呈現(xiàn)不同的分布特點(diǎn)。季節(jié)采用常規(guī)的劃分標(biāo)準(zhǔn)：春季（3～5月），夏季（6～8月），秋季（9～11月），冬季（12～翌年2月）。利用ArcGIS技術(shù)中克里金插值法繪制湖南省四季降水量分布圖。從圖2可知，湖南省以春季和夏季降水居多，最大降水量連續(xù)4個(gè)月集中在4～7月，而秋季和冬季降水量較少，季節(jié)變化較顯著。湖南省四季降雨量在空間上呈現(xiàn)不同的分布特點(diǎn)：春季降水與年降水量分布大致相似，湘粵交界線的南嶺、湘贛交界線的羅霄山和九嶺山為高值區(qū)，澧水上游、湘西部分地區(qū)為低值區(qū)。春季雨帶集中在湘南地區(qū)，降水量由東南向西北遞減，降水差異較顯著;夏季降雨持續(xù)，湘西北地區(qū)降雨量增多，而湘中地區(qū)降雨量相對(duì)較少，降雨梯度變化較大，形成南北澇，中間旱的分布格局。這主要是因?yàn)橄鏂|南地區(qū)易受鋒面活動(dòng)和臺(tái)風(fēng)影響，故降雨量豐富，湘西北地區(qū)降水豐富則是雨帶向北推移的結(jié)果。而湘中地區(qū)易受副熱帶高氣壓帶控制，盛行下沉氣流，降水較少;秋季全省降雨量大幅度減少，進(jìn)入干旱時(shí)期，降雨分布規(guī)律表現(xiàn)為湘西北地區(qū)向湘東南地區(qū)遞減。此時(shí)由于臺(tái)風(fēng)及鋒面活動(dòng)勢(shì)力減弱，副熱帶高氣壓帶南移，控制湘南及湘東大部分地區(qū)，導(dǎo)致降雨量明顯減少;而冬季降水量分布剛好與秋季相反，湘西北地區(qū)降水量少，大部分地區(qū)易受寒潮影響，干旱范圍更廣，干旱程度也更為嚴(yán)重[11-12]。

整體分布上可看出，春季和冬季降水量呈經(jīng)向分布規(guī)律，由東向西遞減，而夏季和秋季則呈緯向分布規(guī)律，由北向南遞減;各地區(qū)降水變率也不盡相同，湘西北、湘北地區(qū)四季降水量變率最大，該地區(qū)夏季降水豐富，冬季匱乏。南嶺—羅霄山—幕阜山一帶降水變率次之，湘西南地區(qū)四季降水變率較小。

湖南省降水春夏多、秋冬少的特點(diǎn)較易形成季節(jié)性干旱[13]，季節(jié)性干旱是指農(nóng)作物在生長(zhǎng)季節(jié)由于降水量，前期土壤含水量等不能無法滿足其需水要求而造成農(nóng)作物缺水，形成季節(jié)性干旱的特點(diǎn)。湖南省農(nóng)作物主要為水稻、玉米和棉花，因此秋季易形成季節(jié)性干旱，而在降水異常年份，出現(xiàn)春旱和伏旱天氣等氣象性干旱，對(duì)農(nóng)作物造成極大危害。

2.2 降水量變化趨勢(shì)分析

為了分析降水量變化趨勢(shì)的空間差異，對(duì)湖南省34 a年均降水量，以及四季降水量數(shù)據(jù)進(jìn)行氣候傾向率統(tǒng)計(jì)并制圖（見圖3）。

由于湖南省地形地貌較復(fù)雜，因此不同地區(qū)氣候變化趨勢(shì)也不盡相同。從圖3a中可看出，湖南省降水趨勢(shì)不一，整體呈下降趨勢(shì)，年均降水傾向率為-13.84 mm/10a。在97個(gè)站點(diǎn)中，有68個(gè)站點(diǎn)b<0，尤其是湘西南和湘中地區(qū)，氣候傾向率小于-20 mm/10a，降水呈明顯地下降趨勢(shì)。而29個(gè)站點(diǎn)b>0，位于武陵山和雪峰山的中間低平地區(qū)降水增加趨勢(shì)較明顯。在年降水量變化趨勢(shì)分析中，僅有3個(gè)站點(diǎn)通過P=0.1的顯著性檢驗(yàn)。

春季降水量趨勢(shì)變化（圖3 b）與年均降水大致類似，春季降水傾向率為-1.25 mm/10a。湘西北地區(qū)和洞庭湖平原b>0，呈增加趨勢(shì)，武陵山西南端增加趨勢(shì)較明顯。但仍有56個(gè)站點(diǎn)b<0，集中在湘中和湘東南地區(qū)。在97個(gè)站點(diǎn)中有14個(gè)通過P=0.1的顯著性檢驗(yàn)，其中有7個(gè)通過P=0.05的信度檢驗(yàn);整體上看，四季中唯有夏季（圖3c）呈增加趨勢(shì)，降水傾向率達(dá)2.96 mm/10a。湘東南以及湘中部分地區(qū)降水增加明顯，大致趨勢(shì)為東南向西北遞減，其中16個(gè)站點(diǎn)通過P=0.1的顯著性檢驗(yàn);秋季和冬季（圖3d和3e）大部分地區(qū)都是下降趨勢(shì)，降水傾向率均為-2.68 mm/10a，在97個(gè)站點(diǎn)中均有70多個(gè)站點(diǎn)b<0，僅湘西北部分地區(qū)為增加趨勢(shì)。但秋季和冬季降水增加或減少的趨勢(shì)不顯著。

3 結(jié) 論

通過統(tǒng)計(jì)分析湖南省97個(gè)氣象臺(tái)觀測(cè)站點(diǎn)1980～2013年的逐日降水量數(shù)據(jù)，得到以下結(jié)論：

（1）湖南年均降水量地域分布不平衡，降水量空間變化大致為東部、南部向西部、北部呈半環(huán)狀遞減，降水區(qū)域分布主要為山地丘陵區(qū)多于平原、盆地，迎風(fēng)坡多于背風(fēng)坡。此外，湖南省年均降水量更替規(guī)律也存在南北差異，湘中以南地區(qū)降水量大致呈東西向經(jīng)度變化，以北地區(qū)南北向緯度變化明顯。

（2）湖南省季節(jié)變化較顯著，最大降水量連續(xù)4個(gè)月集中在4～7月，春季降水與年降水量分布大致相似，降水集中在湘東南和湘中地區(qū);夏季湘西北地區(qū)降雨量增多，而湘中地區(qū)降雨量相對(duì)較少，形成南北澇，中間旱的分布格局;秋季全省降雨量大幅度減少，降雨分布規(guī)律表現(xiàn)為湘西北地區(qū)向湘東南地區(qū)遞減，而冬季降水量分布剛好與秋季相反。這主要是受地形和大氣環(huán)流的影響。

（3）近34 a湖南省年均降水量呈下降的趨勢(shì)，四季中除夏季以外降水量均為下降的趨勢(shì)。春季湘西北地區(qū)和洞庭湖平原呈增加趨勢(shì)，其他地區(qū)降水量下降。而夏季降水量大致趨勢(shì)為東南向西北遞減，湘東南以及湘中部分地區(qū)降水增加顯著。秋季和冬季大部分地區(qū)都是下降趨勢(shì)，僅湘西北部分地區(qū)為增加趨勢(shì)。

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