1960—2010年安康市暴雨變化特征分析

韓勇 李小芳

摘要 ? ?氣候變化導(dǎo)致全球暴雨事件增加，隨之引起諸多次生災(zāi)害。安康市作為南水北調(diào)中線工程的重要水源區(qū)，暴雨變化對該區(qū)域水環(huán)境安全具有重要影響。利用安康市10個氣象站點1960—2010年間的日降雨量資料，采用R/S分析研究全市以及各縣區(qū)暴雨變化特征。結(jié)果表明，研究期內(nèi)，旬陽、白河二縣年暴雨量呈不顯著減少趨勢，其余各縣區(qū)均呈不顯著增加趨勢;除旬陽縣和白河縣外，其余各縣的年暴雨量與年降雨量的比值51年中呈緩慢增大趨勢;由于未來寧陜、漢陰二縣的暴雨日數(shù)減少，其次暴雨量會增大，導(dǎo)致暴雨級別升高，而白河縣則剛好相反。該研究可為安康市次生災(zāi)害防控政策調(diào)整和保障南水北調(diào)中線水環(huán)境安全提供理論支持。

關(guān)鍵詞 ? ?暴雨量;暴雨日數(shù);Hurst系數(shù);陜西安康;1960—2010年

中圖分類號 ? ?P426.62+3 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼 ? ?A

文章編號 ? 1007-5739（2020）22-0150-04 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）

Abstracts ? ?Climate change has led to the increase of rainstorm events and many secondary disasters all over the world. As the water source area of the Middle Route of South to North Water Transfer Project， changes of rainstorm in Ankang City has an important impact on the regional water environment security. Based on the daily rainfall data of 10 meteorological stations in Ankang from 1960 to 2010， the paper analyzed the change characteristics of rainstorm in whole city by using R/S analysis. The results showed that rainstorm amount in Xunyang and Baihe presented non-significant decrease trend， but other eight counties appeared non-significant increase trend. Except Xunyang and Baihe， the ratio of annual rainstorm amount and annual rainfall amount in other eight counties increased slowly during the past 51 years. For rainstorm days of Xunyang and Hanyin will decrease in the future， but single event rainstorm amount will increase， the rainstorm level will increase， but that of Baihe is opposite. The research can provide theoretical support for the adjustment of secondary disaster prevention and control policies in Ankang City and the water environment safety of the middle route of South to North Water Transfer Project.

Keywords ? ?rainstorm amount; rainstorm day; Hurst coefficient; Ankang Shaanxi; 1960-2010

隨著全球氣候變化的加劇，暴雨事件隨之發(fā)生增加，并且呈現(xiàn)出向極端化發(fā)展的趨勢[1]。IPCC報告在分析全球有降水觀測區(qū)域的資料之后得出：雖然全球范圍內(nèi)降水總量的變化趨勢不一致，但是大多數(shù)區(qū)域的暴雨事件發(fā)生頻率呈現(xiàn)上升趨勢[2]。同時，由于暴雨事件往往引發(fā)洪水、泥石流、滑坡、城鄉(xiāng)內(nèi)澇等諸多次生災(zāi)害，因而給局部地區(qū)帶來嚴(yán)重的生命威脅和財產(chǎn)損失[3-5]。因此，暴雨事件及其變化趨勢不斷受到國內(nèi)外學(xué)者的重視。國內(nèi)對暴雨事件的研究開始于20世紀(jì)60年代初。隨著研究不斷深入，胡宜昌等[6]、任國玉等[7]分析了我國暴雨事件的時空變化特征以及物理影響因子和過程。王 ?芬等[8]對1963—2010年貴州暴雨日數(shù)以及暴雨量變化特征的研究結(jié)果表明，貴州省暴雨主要出現(xiàn)在5—9月。李 ?斌等[9]利用近62年的資料詳細(xì)分析了延安市暴雨時空分布特征和變化趨勢。全國范圍內(nèi)暴雨事件呈現(xiàn)緩慢增加態(tài)勢，尤其是長江流域表現(xiàn)更加明顯[10]。研究表明，處于相同環(huán)流形勢控制下的安康市具有與長江流域較為相似的變化趨勢[11]。

安康市地處秦巴山區(qū)，地質(zhì)結(jié)構(gòu)脆弱，由暴雨引發(fā)的滑坡、泥石流等次生災(zāi)害頻發(fā)。作為南水北調(diào)中線的重要水源區(qū)，暴雨特征發(fā)生變化會引起安康市水環(huán)境質(zhì)量的急劇變化，進(jìn)而影響工程供水用水安全。因此，對該區(qū)域暴雨變化特征進(jìn)行研究，有助于當(dāng)?shù)乇┯隇?zāi)害預(yù)報能力的提升，以及防災(zāi)減災(zāi)政策的調(diào)整。然而，目前涉及安康市降雨的研究主要集中在降雨量的年、季變化以及區(qū)域差異等方面[12-14]，針對暴雨變化特征的研究并不多。本文根據(jù)安康市10個氣象站點1960—2010年的降雨水實測資料，對其近50年來的暴雨變化特征進(jìn)行了分析，以期加深對安康市暴雨變化特征的認(rèn)識，為做好區(qū)域水土保持和地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防、保護(hù)南水北調(diào)中線水源區(qū)水質(zhì)安全提供科學(xué)參考。

1 ? ?材料與方法

1.1 ? ?研究區(qū)概況

安康市位于陜西省東南部（東經(jīng)108°0′58″～110°12′0″、北緯31°42′24″～33°50′34″），轄旬陽縣、石泉縣、漢陰縣、平利縣、白河縣、紫陽縣、嵐皋縣、寧陜縣、鎮(zhèn)坪縣及漢濱區(qū)9個縣1個區(qū)。本區(qū)屬亞熱帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和濕潤，雨量充沛，年均降雨量在900 mm以上，年均降雨日數(shù)達(dá)94 d，主要集中在6—9月，7月最多。因地處秦巴土石山區(qū)，全區(qū)地貌類型以山地為主，垂直地域性明顯，地質(zhì)環(huán)境脆弱，屬于地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)多發(fā)區(qū)。雨季期間，因降雨誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生[15]。

1.2 ? ?數(shù)據(jù)來源

基于安康市9個縣1個區(qū)10個氣象站點連續(xù)51年（1960—2010年）的逐日降雨量數(shù)據(jù)，結(jié)合中國國家氣象局暴雨劃分標(biāo)準(zhǔn)（24 h降雨量≥50 mm記為該站1次暴雨）篩選出10個站點的歷次暴雨事件。安康市面雨量采用泰森多邊形法計算，即首先求得各縣的面積權(quán)重系數(shù)，然后用各縣雨量與該測站面積權(quán)重系數(shù)相乘后累加得到安康市面雨量。

1.3 ? ?分析方法

Hurst系數(shù)（H）可以定量表征時間序列的持續(xù)性或長期相關(guān)性，被廣泛應(yīng)用在氣象和水文序列分析中[16-17]。本文通過R/S分析計算得到Hurst系數(shù)值，以此來分析安康市暴雨變化趨勢。Hurst系數(shù)以0.5為界限，分為3種情況：當(dāng)0

2 ? ?結(jié)果與分析

2.1 ? ?年降雨量時空分布特征

參考Nielson和Bouma于1985年提出的變異程度劃分標(biāo)準(zhǔn)：CV≤10%時屬弱變異，10%

在安康市9個縣1個區(qū)中，旬陽縣降雨量最小，年均降雨量為746.4 mm，其年降雨量變異系數(shù)為19.4%;紫陽縣降雨量最大，年均降雨量為1 075.8 mm，其年降雨量變異系數(shù)為21.1%;二者相差329.4 mm。石泉縣和漢陰縣的年均降雨量分別是882.8、872.7 mm，二者年降雨量變異系數(shù)也較為接近，分別為23.0%、23.8%。年降雨量分布差異最大的地區(qū)為漢陰，最小的是平利縣。

2.2 ? ?年降雨量變化趨勢

有研究表明，1956—2010年間我國水資源一級區(qū)的降雨量有微弱減少趨勢[19]。因此，本研究對1960—2010年間安康市年降雨量變化趨勢進(jìn)行分析，結(jié)果如表2所示。整個研究期內(nèi)，安康全區(qū)年降雨量亦呈不顯著減少趨勢，這與殷淑燕[11]、黨紅梅等[20]的研究結(jié)果一致。在安康市的10個縣區(qū)中，僅漢陰縣、鎮(zhèn)坪縣年降雨量呈不顯著增加趨勢，其余8個縣區(qū)年降雨量均呈減少趨勢。在降雨量呈下降趨勢的8個縣區(qū)中，旬陽縣年降雨量的下降趨勢最為顯著（P<0.05）。

此外，對比各縣區(qū)年降雨量的Hurst系數(shù)可以看出，寧陜縣、鎮(zhèn)坪縣的Hurst系數(shù)<0.5，分別為0.46、0.48，說明未來降雨量變化會呈現(xiàn)出與歷史降雨量相反的變化趨勢，即寧陜縣未來降雨量會增加，而鎮(zhèn)坪縣未來降雨量會減少;其余8個縣區(qū)的Hurst系數(shù)均>0.5，說明年降雨量的未來總體變化趨勢與歷史時期相同。由于Hurst值越接近于1則表示年降雨的持續(xù)性越強(qiáng)[21]，因而紫陽縣年降雨量持續(xù)減少的趨勢會越來越明顯。

2.3 ? ?暴雨變化特征

2.3.1 ? ?年暴雨量。Trenberth等[22]研究表明，暴雨事件增多是全球性的變化，某些地區(qū)即使總降雨量呈現(xiàn)減少趨勢，其暴雨仍然呈現(xiàn)增加的態(tài)勢。在整個研究期內(nèi)，安康市多數(shù)縣區(qū)暴雨量呈現(xiàn)不顯著增加趨勢（表2），這也基本符合全國范圍內(nèi)的暴雨雨量變化趨勢[10]。在各縣區(qū)中，旬陽、平利、白河三縣未來暴雨雨量會減少，但是旬陽、白河2個縣年暴雨量未來變化趨勢與歷史時期相同（H>0.5），而平利縣未來變化趨勢與歷史時期相反（H<0.5）。在10個縣區(qū)中，僅鎮(zhèn)坪縣呈現(xiàn)顯著增加趨勢，說明該縣歷史時期的暴雨雨量存在顯著增加現(xiàn)象。

本研究又對年暴雨量與年降雨量的比值進(jìn)行計算，結(jié)果如表3所示。對比平均值發(fā)現(xiàn)，紫陽縣年暴雨量占年降雨量的比值最大，為0.22;白河縣最小，為0.09。同時，紫陽縣年暴雨量占年降雨量的最大值高達(dá)0.50。這說明紫陽縣歷史時期的暴雨量就較其他縣區(qū)高，而且在未來年降雨逐漸減少的趨勢下其年暴雨量占年降雨量的比值會更大。

旬陽縣、白河縣年暴雨雨量、年降雨量均呈減少趨勢（表2），年暴雨雨量與年降雨量比值亦呈減小趨勢。除旬陽、白河二縣外，其余各縣區(qū)年暴雨雨量與年降雨量的比值均呈增大趨勢。因此，對于安康全區(qū)來說，未來暴雨會逐漸增多，由此帶來的次生災(zāi)害發(fā)生概率也會增大。

2.3.2 ? ?年暴雨日數(shù)。暴雨日數(shù)增多意味著暴雨次數(shù)增加，局地發(fā)生次生災(zāi)害如洪澇、滑坡、崩塌等的概率增大[23]。基于此，本研究對安康市10個縣區(qū)的暴雨日數(shù)進(jìn)行R/S分析，并判斷其未來變化趨勢。從表4可以看出，在10個縣區(qū)中，僅寧陜、平利二縣的Hurst系數(shù)小于0.5，其未來變化趨勢與歷史變化趨勢相反;其余8個縣區(qū)暴雨日數(shù)未來變化趨勢與歷史變化趨勢一致。在未來暴雨日數(shù)持續(xù)減少的3個縣中，漢陰、旬陽二縣Hurst系數(shù)>0.5，與歷史變化趨勢一致，暴雨日數(shù)持續(xù)減少。安康市大部分縣區(qū)未來暴雨日數(shù)會增加，這與我國乃至全球的變化趨勢相近[10，23]。

未來寧陜、漢陰二縣年暴雨日數(shù)均呈減少趨勢（表4），但該二縣年暴雨量呈增加趨勢（表2），說明雖然該二縣年內(nèi)發(fā)生暴雨的次數(shù)減少，但次暴雨雨量增大，未來暴雨級別會不斷升高[24]，需要重視由此帶來的次生災(zāi)害風(fēng)險。對于白河縣而言，年暴雨量、年暴雨量與年降雨量的比值在未來均減小，而暴雨日數(shù)增加，說明該縣未來暴雨級別會有所降低，次生災(zāi)害防控壓力會有所減輕。

3 ? ?結(jié)論

在1960—2010年間，安康大部分縣區(qū)年降雨量呈現(xiàn)不顯著減少趨勢，而年暴雨量呈現(xiàn)不顯著增加趨勢。安康市有9個縣區(qū)年暴雨量的Hurst系數(shù)>0.5，僅平利縣為0.4，說明大部分縣區(qū)未來暴雨變化趨勢與歷史變化趨勢相同，唯獨平利縣反之。紫陽縣年暴雨量占年降雨量的比值最大，說明該縣歷史時期的暴雨量較其他縣區(qū)多。在未來年降雨量普遍減少的趨勢下，大部分縣區(qū)的年暴雨量占年降雨量的比值將更大。雖然大部分縣區(qū)未來年暴雨日數(shù)呈現(xiàn)增加趨勢，但是寧陜縣和漢陰縣呈現(xiàn)減少趨勢，在年暴雨量增加的背景下，該二縣未來暴雨級別會升高，次生災(zāi)害風(fēng)險也將增大?？傮w來看，安康全區(qū)的年暴雨日數(shù)和年暴雨量均呈現(xiàn)緩慢增加趨勢，這意味著未來洪澇、滑坡等次生災(zāi)害發(fā)生的可能性也將增加，這將對當(dāng)?shù)厝嗣裆a(chǎn)生活及南水北調(diào)中線水環(huán)境安全造成威脅。因此，在今后的水土保持、防災(zāi)減災(zāi)工作中，相關(guān)部門應(yīng)該對區(qū)域暴雨事件及其引起的各種次生災(zāi)害予以高度重視。

4 ? ?參考文獻(xiàn)

[1] IPCC.Summary for policymakers of climate change 2007：the physical science basis[R].Cambridge：Cambridge University Press，2007：301-303.

[2] IPCC.Climate change 2013：the physical science basis：Working Group I contribution to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change[R].New York：New York Cambridge University Press，2014.

[3] EASTERLING D R，MEEHL G A，PARMESAN C，et al.Climate extremes：observations，modeling，and impacts[J].Science，2000，289（5487）：2068-2074.

[4] 李亞麗，雷向杰，余鵬.陜西短歷時降水極值特征和致災(zāi)性分析[J].陜西氣象，2016（4）：18-23.

[5] 王志福，錢永甫.中國極端降水事件的頻數(shù)和強(qiáng)度特征[J].水科學(xué)進(jìn)展，2009，20（1）：1-9.

[6] 胡宜昌，董文杰，何勇.21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.

[7] 任國玉，封國林，嚴(yán)中偉.中國極端氣候變化觀測研究回顧與展望[J].氣候與環(huán)境研究，2010，15（4）：337-353.

[8] 王芬，楊若文，唐浩鵬，等.近48年貴州暴雨日數(shù)及降水總量的變化特征研究[J].云南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2013，35（增刊1）：236-243.

[9] 李斌，解建倉，胡彥華，等.1951—2013年延安降水特征與典型暴雨分析[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2015，29（12）：190-197.

[10] ZHAI P M，ZHANG X B，WAN H，et al.Trends in total preci-pitation and frequency of daily precipitation extremes over China[J].Journal of Climate，2005，18：418-429.

[11] 殷淑燕，黃春長.漢江上游近50年降水變化與暴雨洪水發(fā)生規(guī)律[J].水土保持通報，2012，35（1）：19-25.

[12] 朱明勇，譚淑端，張全發(fā).近60年漢江流域侵蝕性降雨的時空變化特征[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報，2013，22（9）：1544-1549.

[13] 李丹，郭生練，洪興駿，等.漢江流域1960—2014年降雨極值時空變化特征[J].長江流域資源與環(huán)境，2016，25（9）：1448-1456.

[14] 楊衛(wèi)，張利平，閃麗潔，等.漢江流域極端水文事件時空分布特征[J].氣候變化研究進(jìn)展，2015，11（1）：15-21.

[15] 強(qiáng)菲，趙法鎖，段釗.陜南秦巴山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育及空間分布規(guī)律[J].災(zāi)害學(xué)，2015，30（2）：193-198.

[16] 謝平，陳廣才，雷紅富.基于Hurst系數(shù)的水文變異分析方法[J].應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報，2009，17（1）：32-38.

[17] BURN D H，BURN M A，HAG E.Detection of hydrologic trends and variability[J].Journal of Hydrology，2002，255：107-122.

[18] NIELSEN D R，BOUMA J.Soil spatial variability[M].Wage-ningen：PUDOC，1985：2-30.

[19] 李原圓，曹建廷，沈福新，等.1956—2010年中國可更新水資源量的變化[J].中國科學(xué)-地球科學(xué)，2014，44（9）：2030-2038.

[20] 黨紅梅，石明生，王顯安，等.安康近50年氣候變化的初步分析[J].陜西氣象，2006，18（1）：16-18.

[21] 李賢彬，丁晶，李厚強(qiáng).水文序列Hurst系數(shù)的子波估計[J].水利學(xué)報，1998（8）：21-25.

[22] TRENBERTH K E.Climate change caused by human activities is happening and it already has major consequences[J].Journal of Energy & Natural Resources Law，2018，36（4）：289-298.

[23] ZHAI P M，REN F M，ZHANG Q.Detection of trends in China′s precipitation extremes[J].Acta Meteorological Sinica，1999，57（2）：208-216.

[24] 高濤，謝立安.近50年來中國極端降水趨勢與物理成因研究綜述[J].地球科學(xué)進(jìn)展，2014，29（5）：577-589.