湖南城步近61年降水變化特征分析

潘江萍 邱麗靜 王米吉 朱家亮 王曉東

摘? 要：利用1957—2017年城步縣近61年的降水資料，運(yùn)用回歸分析、趨勢分析、Mann-Kendall檢驗、變異分析及旱澇等級分析等方法，對近61年春夏秋冬季、汛期（4—9月）的降水動態(tài)變化趨勢進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：近61年城步的降水變化趨勢不明顯。年降水最大值為1991.7mm，出現(xiàn)在2002年;最小值為802.2mm，出現(xiàn)在2011年;極值均出現(xiàn)在21世紀(jì)的初期，進(jìn)入21世紀(jì)以來年降水量變化趨勢較劇烈。城步降水主要集中在夏季和春季，降水量分別占全年總量的41.8%和26.1%;冬季最少，僅占14.1%。通過降水變異系數(shù)可以看出，降水變化中雖有季節(jié)差異，但變化較為接近，秋、冬兩季降水波動稍明顯，而汛期及年際間的降水都比較穩(wěn)定，近61年城步有5段降水連豐期，4段連枯期。通過Z指數(shù)進(jìn)行旱澇分析;近61年中城步出現(xiàn)正常年份的概率最大，重澇和重旱的概率共占12%，大澇和大旱的出現(xiàn)概率各占11%和10%。

關(guān)鍵詞：降水特征;突變檢驗;變化趨勢;旱澇分析

中圖分類號 P468.024文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 1007-7731（2019）04-0120-04

Abstract：In this paper，the precipitation data of 61 years in Chengbu County from 1957 to 2017 were counted，using regression analysis，trend analysis，Mann-Kendall test，mutation analysis and drought and flood level analysis，etc.，for the spring，summer，autumn and winter，and the flood season. From April to September，the trend of precipitation dynamics was analyzed，revealing the characteristics and evolution of precipitation in different ages and seasons. The results show that the change trend of the near 61 years in Chengbu is not obvious. The annual precipitation maximum is 1991.7mm，which appeared in 2002;the minimum value is 802.2mm，which appeared in 2011. The extreme values ??appeared in the early 21st century. The annual precipitation has changed sharply since the beginning of the 21st century. Precipitation in Chengbu is mainly concentrated in summer and spring. The precipitation accounts for 41.8% and 26.1% of the total amount in the whole year，and the least in winter，only 14.1%. It can be seen from the variation coefficient of precipitation that although there are seasonal differences in precipitation changes，the changes are relatively close. The precipitation fluctuations in autumn and winter are slightly obvious，while the precipitation in the flood season and interannual period are relatively stable. There are 5 segments in the near 61 years of Chengbu.The precipitation period is continuous，and the 4th section is continuous. Through the Z-index for drought and flood analysis，the probability of a normal year in the middle 61 years is the largest，the probability of heavy and heavy drought is 12%，and the probability of occurrence of big and large drought is 11% and 10%.

Key words：Precipitation characteristics;Mutation test;Change trend;Drought and flood analysis

城步位于湖南省西南部，地理坐標(biāo)為東經(jīng)109.96°～110.61°、北緯25.97°～26.71°之間，境內(nèi)有全國十大國家公園之一的湖南南山國家公園。地處雪峰山脈與南嶺之首越城嶺山脈交匯之處，沅江支流巫水上游，地勢南高北低。屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，四季分明，山地逆溫效應(yīng)明顯。由于其特殊的地理位置和地形特點，決定了境內(nèi)氣候與湖南境內(nèi)其他縣（市）有顯著差異。為了探討城步苗族自治縣氣候變化的特點，本研究對1957—2017年城步縣近61年的降水資料進(jìn)行了統(tǒng)計分析，得出了近代降水變化特征。通過對近61年春夏秋冬季、汛期（4—9月）的降水動態(tài)變化趨勢進(jìn)行分析，揭示出了城步不同年代、不同季節(jié)降水特征和演變規(guī)律，以期為更好地為湖南南山國家公園的旅游氣候資源開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料選取與分析方法

1.1 資料選取 選取1957—2017年城步國家基本氣象站的降水量資料進(jìn)行年際、季際、汛期的統(tǒng)計分析。四季劃分為冬季（12月至次年2月）、春季（3—5月）、夏季（6—8）、秋季（9—11月），汛期為4—9月。

1.2 分析方法 （1）降水要素的氣候傾向率采用一元線性回歸模型描述1[1-2]用于定量分析降水變化的趨勢，這是目前普遍采用的一種方法;（2）用降水序列定義的氣候趨勢系數(shù)R2[3]。當(dāng)R>0，表明降水量呈上升趨勢;R<0，表明降水量呈下降趨勢;（3）利用變異分析降水降水量的離散程度。變異系數(shù)大的，說明降水量的離散程度大，年際間波動大;變異系數(shù)小的，說明降水量的離散程度小，年際間波動也小。其計算公式：[C.V=Sx]，式中：C.V為變異系數(shù)，S為標(biāo)準(zhǔn)差，[x]為平均值;（4）利用M-K方法3[4]對城步近61年降水進(jìn)行突變分析;（5）利用Z指數(shù)4[5]計算旱澇等級。根據(jù)Z的正態(tài)分布曲線劃分單站的旱澇等級，分析城步近61年旱澇情況。將Z指數(shù)自大到?。ɑ蜃孕〉酱螅┌错樞蚺帕衅饋恚侔雌涓怕史治粩?shù)0.05、0.15、0.20、0.80、0.85、0.95的原則和累積頻率[7-11]的大小劃分旱澇指標(biāo)，從而確定出相應(yīng)的旱澇等級（表1）。

2 結(jié)果與分析

2.1 降水變化特征及距平百分率 近61年城步降水動態(tài)變化分布。20世紀(jì)60—80年代降水變化較均衡，該時段年降水量均在平均值上下波動;而進(jìn)入20世紀(jì)90年代后降水變化趨于劇烈，先是在1994年和2002年間出現(xiàn)了一段降水豐沛期，且2002年出現(xiàn)降水量的峰值，而后2003年開始的21世紀(jì)00—10年代進(jìn)入了一段降水貧乏期，且谷值出現(xiàn)在2011年，2002—2011年間是降水變化最為劇烈的年代。城步近61年年平均降水量為1235.2mm，最大降水值出現(xiàn)在2002年，降水量為1991.7mm，比累年平均值偏多747.3mm;最小值出現(xiàn)在2011年，降水量為802.2mm，比累年平均值偏少442.2 mm。年降水量小于1000mm的有5年次，占8%;年降水量達(dá)到1000mm的年份占92%，而其中達(dá)到1200mm的年份占54%，達(dá)到1400mm的年份占18%，超過1600mm的年份為3%。

正距平26/61，占32.7%，負(fù)距平35/61，占57.3%。按照大于城步年平均降水量為相對豐水年，小于年平均降水量為相對枯水年的思路，從年降水量距平百分率分析圖上可見，20世紀(jì)60、70和90年代是豐水時段，其中20世紀(jì)90年代降水更為豐沛，集中出現(xiàn)降水極值的第1高值年和第2高值年均;20世紀(jì)80年代和21世紀(jì)00—10年代是枯水階段。

2.2 降水的季節(jié)及汛期變化

2.2.1 季節(jié)變化

2.2.1.1 春季 1957—2017年城步春季（3—5月）平均降水量為310.4mm。春季最大降水量出現(xiàn)在1992年，為465.4mm;最小值出現(xiàn)在2015年，為142.1mm。降水量幾乎每年都在平均值上下有較明顯的波動。

2.2.1.2 夏季 1957—2017年城步夏季（6—8月）平均降水量為497.5mm。夏季最大降水量出現(xiàn)在2017年，為917.5mm，占全年總降水量的63%;最小值出現(xiàn)在2011年，為275.9mm。降水量在20世紀(jì)90年代以及2017年較歷年同期平均值有顯著偏多;21世紀(jì)00年代則是夏季枯水期。

2.2.1.3 秋季 1957—2017年城步秋季（9—11月）平均降水量為211.6mm。秋季最大降水量出現(xiàn)在2015年，為474.3mm，綜合2015年全年降水情況綜合分析可見，2015年出現(xiàn)了春旱，但因有歷史罕見的秋澇使得全年總降水量偏多;最小值出現(xiàn)在2005年，為44.9mm，是城步近61年來各季節(jié)降水量統(tǒng)計中最小值的季度，與此相對應(yīng)的是2005年總降水量是歷史第4低值年。

2.2.1.4 冬季 1957—2017年城步冬季（12月至次年2月）平均降水量為168.0mm。秋季最大降水量出現(xiàn)在1998年，為325mm;最小值出現(xiàn)在1999年，為61.1mm。20世紀(jì)60—70年代，冬季降水量多低于歷年平均值;80年代始，冬季降水趨于偏多，且變化較為劇烈，1998年和1999年分別是最大值和最小值出現(xiàn)的年份。

2.2.2 汛期變化 1957—2017年城步汛期（4—9月）平均降水量為820.8mm。汛期最大降水量出現(xiàn)在1994年，為1335.3mm，根據(jù)Z指數(shù)分析，1994年4—9月（汛期）是重澇標(biāo)準(zhǔn)第1高值的汛期，而該年同時是重澇年標(biāo)準(zhǔn)的第2高值年;最小值出現(xiàn)在2011年，為500.9mm。最大值和最小值之差為834.4mm，達(dá)2.7倍之多。20世紀(jì)60—80年代，汛期降水量在歷年平均值上下波動，20世紀(jì)90年代開始降水變化較為顯著，先是進(jìn)入豐水期，而后21世紀(jì)00年代轉(zhuǎn)入枯水期，汛期降水極值最高、最低均出現(xiàn)該段豐水期和枯水期內(nèi)。

2.3 連豐期、連枯期分析 定義降水量大于平均值連續(xù)3年以上為連豐期、小于平均值連續(xù)3年以上為連枯期[11]。通過年降水量5年滑動平均來分析城步降水的連豐、連枯期。通過分析得出，近61年城步有5段降水連豐期，4段連枯期。降水連豐期在1994—1998、2000—2006年間尤為顯著，5年滑動平均降水量較歷年平均降水量明顯偏多，而連枯期在2007—2015年則較歷年平均降水量明顯偏小，且長達(dá)9年。

2.4 氣候趨勢系數(shù)分析 R>0表明降水量呈上升趨勢，R<0則表明降水量呈下降趨勢。城步近61年全年、各年代及春、夏、秋、冬和汛期的降水量趨勢系數(shù)計算結(jié)果見表2和表3。從表2可見，城步61年降水量變化趨勢系數(shù)>0，整體表現(xiàn)為上升趨勢，其中20世紀(jì)60年代、20世紀(jì)80年代至21世紀(jì)00年代降水量呈下降趨勢，20世紀(jì)70年代略有上升，而20世紀(jì)50年代后期及2011—2017年則呈較顯著的上升趨勢。從表3可知，降水較為集中的春、夏季降水上升趨勢較明顯，冬季次之，而秋季則是緩慢下降的趨勢。

2.5 變異分析 從降水量四季分布情況來看（表4），城步降水主要集中在夏季和春季，降水量分別占全年總量的41.8%和26.1%，冬季最少，僅占14.1%。通過降水變異系數(shù)可以看出，降水變化中雖有季節(jié)差異，但變化較為接近，秋、冬兩季降水波動稍明顯，秋季降水變異系數(shù)為0.412，而汛期及年際間的降水都比較穩(wěn)定，年際降水變異系數(shù)為0.166。

2.6 突變分析 分析城步1957—2017年降水量M-K曲線，近61年降水變化趨勢未能通過顯著性水平0.05臨界線，說明近61年湖南城步降水的變化特征不明顯。

2.7 旱澇等級 利用規(guī)定的Z指數(shù)等級，分析統(tǒng)計得出城步旱澇級別（表5），在城步近61年中正常年份占比重最多，為61%;而占比最少的是偏澇年和偏旱年，各占3%;重澇、重旱年和大澇、大旱年均有出現(xiàn)，且比例較為接近，分別為5%～7%和10%～11%。在災(zāi)情等級中，大澇、大旱年所占比例較大。

3 結(jié)論

利用1957—2017年城步縣近61年的降水資料，運(yùn)用回歸分析、趨勢分析、Mann-Kendall檢驗、變異分析及旱澇等級分析等方法，對近61年春夏秋冬季、汛期（4—9月）的降水動態(tài)變化趨勢進(jìn)行分析，得到以下結(jié)論：

（1）近61年城步年降水量最大值為1991.7mm，出現(xiàn)在2002年;最小值為802.2mm，出現(xiàn)在2011年。近61年城步有5段降水連豐期，4段連枯期。降水極值均出現(xiàn)在21世紀(jì)的初期，近年來年降水量變化趨勢越來越劇烈。

（2）1957—2017年城步的降水變化趨勢不明顯。從降水變化趨勢的季節(jié)來看，秋季降水量氣候趨勢系數(shù)為

-0.062，表現(xiàn)為緩慢的下降趨勢;春季、冬季降水量氣候趨勢系數(shù)為0.145、0.049，呈上升趨勢;夏季降水量氣候趨勢系數(shù)很小，可定為無明顯的變化特征。

（3）城步降水主要集中在夏季和春季，降水量分別占全年總量的41.8%和26.1%;冬季最少，僅占14.1%。通過降水變異系數(shù)可以看出，降水變化中雖有季節(jié)差異，但變化較為接近，秋、冬兩季降水波動稍明顯，而汛期及年際間的降水都比較穩(wěn)定。

（4）城步近61年的降水量在M-K檢驗中未通過0.05的置信水平檢驗，說明近61年的變化趨勢不明顯。

（5）通過Z指數(shù)進(jìn)行旱澇分析，近61年中城步出現(xiàn)正常年份的概率最大，重澇和重旱的概率共占12%，大澇和大旱的出現(xiàn)概率各占11%和10%。

參考文獻(xiàn)

[1]李景林，鄭玉萍，趙娟，等.烏魯木齊近30年低能見度氣候特征[J].干旱區(qū)地理，2008，31（2）：189-195.

[2]杜軍，建軍，于燕群，等.拉薩近半個世紀(jì)降水的變化特征[J].干旱區(qū)地理，2008，31（3）：397-402.

[3]劉曉云，岳平，徐殿祥.酒泉市54a氣溫和降水特征分析[J].干旱區(qū)研究，2006，23（3）：495.

[4]魏鳳英.現(xiàn)代氣候統(tǒng)計診斷與預(yù)測技術(shù)（第二版）[M].北京：氣象出版社，2008：63-66.

[5]劉軍臣，王遲，王君.黃淮平原地區(qū)旱澇頻率特征分析[J].河南氣象，2000（1）：24-26.

[6]張成才，周勇.3種旱澇指標(biāo)在鄭州市干旱分析中的比研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011（4）：2005-2006，2024.

[7]陳建銘.旱澇災(zāi)害對農(nóng)業(yè)產(chǎn)量的影響及對策[J].河南氣象，1996（4）：30-32.

[8]鞠笑生，楊賢為.我國單站旱澇指標(biāo)確定和區(qū)域旱澇級別劃分的研究[J].應(yīng)用氣象學(xué)報，1997，8（1）：26-33.

[9]張尚印，姚佩珍.我國北方旱澇指標(biāo)的確定及旱澇分布狀況[J].自然災(zāi)害學(xué)報，1998，7（2）：22-28.

[10]張存杰，王寶靈.西北地區(qū)旱澇指標(biāo)的研究[J].高原氣象，1998，17（4）：381-389.

[11]王躍民，魯慧霞，劉璟瑜，等.3個不同旱澇指標(biāo)劃分旱澇等級的比較研究[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2011，7：326-329.

（責(zé)編：張宏民）