黔南州近40年降水時空變化特征分析

鄧?yán)^海 ， 周治黔 ， 彭 燕 ， 陳 楊

（1.長順縣氣象局，貴州 黔南 550700；2.貴州省氣象局，貴州 貴陽 550000；3.鎮(zhèn)遠縣氣象局，貴州 黔東南 522625；4.黔南州氣象局，貴州 黔南 558000）

由強降水所引發(fā)的氣象災(zāi)害與強降水的時間和空間分布有著密切關(guān)系。目前，對降水的研究已取得很多豐富的成果。伍紅雨等[1-2]指出貴州降水具有顯著的年際和年代際變化特征，夏季降水異常主要存在2.8年的顯著周期，此外還分析了貴州多、少雨年夏季環(huán)流所具有的不同特征。張志才等[3]指出貴州近44年來，汛期降雨強度、最大日降雨量存在明顯上升，最大日降雨總體呈現(xiàn)由南向北減少的趨勢。茍楊等[4]指出黔南州有4個短時強降水活躍區(qū)；5—8月強降水范圍先從東往西、再從南向北擴大，最后南落減小。本文使用主分量分析和氣候趨勢系數(shù)兩種分析方法，并計算黔南州1975—2014年共12個站點全年和5—8月[4-5]的降水傾向率，進一步分析黔南州降水的時間變化和空間變化。

1 資料與方法

1.1 資料選取

本文選取貴州省黔南州1975—2014年共12個國家站年降水及5—8月月降水資料，由于2015年之后，黔南州接近一半站點均經(jīng)歷過臺站搬遷，考慮資料的一致性，所以只選取到2014年底的連續(xù)資料。個別站點缺測的資料，用該站點該時段多年平均值代替。使用主成分分析、降水趨勢系數(shù)和傾向率等統(tǒng)計學(xué)方法分析降水的時空變化特征。

1.2 黔南州年降水基本特征

圖1為貴州省黔南州1975—2014年多年平均降水量分布圖，全州多年平均降水量在1 088.9mm～1 421.6mm之間。從圖中可以看出，降水強中心在該州東部，位于都勻市大部及三都縣北部和獨山縣東北部地區(qū)，次強中心在該州西部，位于長順縣大部及惠水縣西部與長順交界地區(qū)。全州降水較少的地區(qū)主要集中在州中北部龍里以北地區(qū)。造成都勻等地多降雨的主要原因是由于地形的影響，由于都勻與三都附近南北向的喇叭口地形，當(dāng)暖濕氣流流入喇叭口谷地時，由于兩側(cè)高山的阻擋，氣流收縮，在喇叭口地形內(nèi)引起強烈的上升運動，這樣的條件增加了水汽的輻合，故造成暴雨多發(fā)生于該種地形。而造成州西部多降水的主要原因是β中尺度系統(tǒng)烏蒙渦和喇叭口地形的共同作用。從全省的范圍來看，黔南州西部的降水強中心屬于貴州省范圍最大、強度最強的以普定、六枝、晴隆為中心的多雨區(qū)[6]。

2 降水量時間分析

2.1 氣候趨勢系數(shù)

氣候趨勢系數(shù)[7]能定量地給出某種氣象要素隨時間序列的升降程度，它定義為n年的要素序列與自然數(shù)序列的相關(guān)系數(shù)：

圖1 黔南州1975—2014年多年平均降水量分布圖

2.2 氣候傾向率

一般的，降水的氣候趨勢用一次直線方程就能滿足。這里用一次直線方程來定量描述降水的趨勢變化[7]即：

a1×10稱為氣候傾向率，其單位為某要素單位/10a。根據(jù)回歸理論：

σx為要素x的標(biāo)準(zhǔn)差，σt為自然數(shù)序列1，2，…n的標(biāo)準(zhǔn)差。這樣便可以利用氣候趨勢系數(shù)rxt求出氣候傾向率。

從降水資料的分析結(jié)果（見表1）來看，1975—2014年黔南州年降水和5—8月降水趨勢均為負值（僅有福泉市和龍里縣5—8月降水表現(xiàn)為微弱的上升趨勢），即表明黔南州各地自20世紀(jì)70年代中期以來，降水的總趨勢均表現(xiàn)為下降趨勢。其中年降水傾向率變幅最大的是獨山縣，每10年降水減少21.0mm；龍里縣最小，為每10年減少5.4mm；5—8月時段中變幅最大的為荔波縣，每10年減少2.8mm。從各地降水傾向率來分析，近40年，該州中南部縣市的年降水減少速率相比于北部縣市，約偏高10.5mm/10年；5—8月的趨勢與年趨勢相同，但強度偏弱，也反映了雖然該州降水的主要集中時段在5—8月，但僅個別年份表現(xiàn)出比平均值偏多，而其多年的變化趨勢較為平緩，降水無明顯的減少趨勢，變化最大的地區(qū)主要集中在州東部一帶，以三都縣為中心，每10年變化僅為-2.3mm。

表1 黔南州年降水和5—8月降水趨勢系數(shù)和降水傾向率表

3 降水量空間分析

對黔南州12個臺站40年年降水資料進行z-score 標(biāo)準(zhǔn)化，將其轉(zhuǎn)化為無量綱的數(shù)，然后對其進行主成分分析。分析得到：KMO檢驗，其值為0.882，且巴特利特球形度檢驗的顯著性值為0.000<0.05，各指標(biāo)提取得到的公因子方差均在0.9以上；表明所提取的主成分對于變量的解釋程度比較高，說明數(shù)據(jù)適合做主成分分析。表2列出了前5個主分量的特征值及累計方差貢獻率。其中，第1主分量特征值為7.33，對方差的貢獻率為61.1%，站總方差的絕大部分，前3個主分量對方差的貢獻率達到79.6%，能較好地解釋降水量場的主要分布特征。從降水場的主分量分析來看，反應(yīng)特征向量隨時間的變化，其值越大，表示對應(yīng)的向量場對要素場的貢獻就越大。

表2 黔南州年降水量場前5個主分量特征值及累計方差貢獻率表

當(dāng)?shù)?主分量為正值時，黔南州各地年平均降水量相比多年平均降水量均表現(xiàn)為偏多，其中1976、1977、1979、2000、2008、2014年偏多較為明顯，年降水量均達到1 400mm以上，年降水偏多在195mm～241.7mm之間，其第1主分量的取值均大于3.40；最值出現(xiàn)在2000年，年平均值與多年平均值相比偏多241.7mm，第1主分量值為4.17；當(dāng)?shù)?主分量為負值時，州各地年平均降水量低于多年平均降水量，特別是1981、1989、2005、2011年，其年降水都在1 000mm以下，1989年是降水異常偏低的年份，年降水僅為902.9mm，與多年平均值相比偏少313.3mm，遠低于黔南州年降水平均值。從第1主分量的分布可以分析出全州降水呈現(xiàn)出一致性的偏多（偏少）。

同理，當(dāng)?shù)?主分量為負值時，黔南州降水呈現(xiàn)西北少東南多。1979、1990、1993、2006、2010這幾年是東南部和西北部降水差異最明顯的5年，極端年份在1990年，州東南部縣市（荔波、三都、獨山、平塘、羅甸、都勻）年平均降水比西北部降水偏多447.9mm，主分量取值為-2.08，從各地的年降水來看，州東南部縣市年降水距平為正值區(qū)，降水偏多在118.8mm（羅甸）～602.6mm（都勻）之間；西北部為負值區(qū)，最值在貴定（偏少262.5mm）。當(dāng)?shù)?主分量為正值時，1991、1996、1999、2004、2012年西北部縣市年降水比東南部偏多，1999年是極端年份，年平均降水比州東南部偏多203.8mm，其余年份西北部各縣的降水量逐漸趨近并多于東南部。

當(dāng)?shù)?主分量為負值時，黔南州中部降水偏多，南北降水少；1983、1985、2008年是這種分布的代表年份，中部年平均降水相比于南北部，偏多范圍均在280mm以上，第3主分量為正值時，黔南州中部一帶降水依舊表現(xiàn)為比南北部降水偏多或者相差不大的情況，故從總體來看，第3主分量基本上能說明黔南州中部地區(qū)降水偏多型。

4 總結(jié)

通過上述方法分析黔南地區(qū)降水，大致可將黔南州近40年的降水變化總結(jié)如下：1）時間分布角度來看，年降水量的減少趨勢明顯，除州北部部分縣市外，減少趨勢約為16.7mm/10a以上。2）降水量場空間分布大致可分為三種類型：a.全州降水一致性偏多（偏少）型；b.西北少東南多型；c.中部多南北少型。3）從降水的總體分布來看，全州降水主要有2個強中心，分別位于州東部都勻和州西部長順兩地且州東部的降水強中心強于州西部的；雖然近年來降水量有增加趨勢，但從近40年的時間尺度來看，黔南州降水呈現(xiàn)出減少趨勢，其值也在平均值周圍變動，未表現(xiàn)出明顯偏離平均值的趨勢；而降水集中時段5—8月的變化趨勢平緩，僅個別年份偏離平均值較多。