貴州省降水量統(tǒng)計(jì)特性分析＊

楊 佳，張斯嶼，馮觀樺，劉小艷，趙潔如

（貴州師范學(xué)院地理與資源學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550018）

1 研究背景及現(xiàn)狀

1.1 研究背景

水是生命之源，生產(chǎn)之要。水資源不僅是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要組成部分，更是人類生存的基本保障。根據(jù)2020年貴州省水資源公報(bào)顯示，2014—2020年，全省人均用水量從235 m3上升到298 m3，全省總耗水量高達(dá)50.38億m3?？梢钥闯?，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，貴州省對(duì)于水資源的需求量與日俱增。

貴州省屬于喀斯特地貌區(qū)，地勢(shì)西高東低，平均海拔約為1 100 m，年平均降水量為1 147.06 mm，貴州省水資源公報(bào)數(shù)據(jù)顯示，貴州降水量年內(nèi)分配不均勻，汛期4—9月降水量占全年的50%～85%，夏秋兩季頻繁的強(qiáng)降雨再加上喀斯特地表土層薄、易流失，導(dǎo)致貴州省泥石流及山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，嚴(yán)重威脅人民生命財(cái)產(chǎn)安全[1]。因此，對(duì)貴州省年降水量變化趨勢(shì)、空間分布、季節(jié)降水變化率等進(jìn)行分析具有重要意義，可以為貴州省水資源合理評(píng)價(jià)、經(jīng)濟(jì)建設(shè)、農(nóng)田生產(chǎn)及水利工程等建設(shè)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及科學(xué)依據(jù)。

1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)降水量變化趨勢(shì)分析主要是基于氣象觀測(cè)站點(diǎn)或降水量統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)，采用線性回歸趨勢(shì)法、累積距平曲線法、地統(tǒng)計(jì)學(xué)、GPS網(wǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析[2-6]。

國(guó)內(nèi)相關(guān)學(xué)者的研究：張坤等[2]采用的地統(tǒng)計(jì)學(xué)變異函數(shù)理論對(duì)大湘西地區(qū)的年、月降水量空間結(jié)構(gòu)及特性進(jìn)行了分析，并且基于普通克里金插值研究年、月降水量空間分布的規(guī)律；張焱等[3]基于晉西地區(qū)多年降水量、月降水量資料，采用線性趨勢(shì)法和累積距平曲線法分析了晉西黃土高原地區(qū)近47年降水變化趨勢(shì)；楊引明等[4]采用地基GPS網(wǎng)觀測(cè)的降水?dāng)?shù)據(jù)分析了長(zhǎng)江三角洲地區(qū)大氣可降水量的氣候特征，重點(diǎn)分析了梅雨時(shí)期的大氣可降水量特征及其與強(qiáng)降水的關(guān)系。

國(guó)外相關(guān)學(xué)者的研究：BEVⅠES等[5]基于全球定位系統(tǒng)（GPS）的水汽遙感方法精確測(cè)量大氣中的可降水量，以此來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)降水量；MANTOU等[6]通過(guò)使用來(lái)自15個(gè)國(guó)家的91個(gè)站點(diǎn)的高質(zhì)量數(shù)據(jù)對(duì)東南亞和南太平洋的降水和氣溫趨勢(shì)進(jìn)行了分析。

以上研究方法雖然準(zhǔn)確地揭示了不同地區(qū)降水特征，但多聚焦區(qū)域尺度的年或月降水量的線性變化趨勢(shì)、空間規(guī)律及特征，忽略了降水量的季節(jié)性變化及是否符合正態(tài)分布，因此本文以貴州省為研究區(qū)，對(duì)貴州省降水量時(shí)間變化、空間分布、正態(tài)分布及不同季節(jié)的降水相對(duì)變動(dòng)率進(jìn)行分析，揭示貴州省不同季節(jié)降水變化規(guī)律，以期為水資源利用、防汛抗旱等工作提供科學(xué)依據(jù)。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文的年降水?dāng)?shù)據(jù)來(lái)源于2000—2020年貴州省水資源公報(bào)，季節(jié)降水的原始數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺(tái)——中國(guó)地面氣候資料日值數(shù)據(jù)集（V3.0）[7]，原始數(shù)據(jù)是各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的日值數(shù)據(jù)，采用反距離權(quán)重法對(duì)每日數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，得到逐日降水?dāng)?shù)據(jù)，將每日降水?dāng)?shù)據(jù)累加得到貴州省月降水量數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

2.2.1 K-S檢驗(yàn)法

K-S檢驗(yàn)是柯爾莫洛夫斯密爾諾夫（Kolmogorov-Smirnov）檢驗(yàn)的簡(jiǎn)稱，是一種連續(xù)的一維概率分布均等性的非參數(shù)檢驗(yàn)方法[8]。通過(guò)計(jì)算，得出檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)Z值和漸進(jìn)顯著性概率P值，并根據(jù)漸進(jìn)顯著性概率P值是否大于顯著性水平（0.05）判定服從或不服從零假設(shè)，其中當(dāng)概率P值大于0.05時(shí)，即接受原假設(shè)，認(rèn)為該統(tǒng)計(jì)量是服從均值的正態(tài)分布，若概率P值小于0.05，則認(rèn)為拒絕原假設(shè)，該統(tǒng)計(jì)量不服從均值的正態(tài)分布，漸進(jìn)顯著性的真顯著性下限為0.2[8-10]。

2.2.2 線性回歸分析

線性回歸分析是研究一個(gè)因變量和一個(gè)或多個(gè)自變量之間是否存在某種線性關(guān)系的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法。線性回歸分析檢驗(yàn)過(guò)程是對(duì)顯著性檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量t值和顯著性水平Sig.值進(jìn)行分析，即當(dāng)顯著性水平Sig.值大于0.05時(shí)，認(rèn)為該統(tǒng)計(jì)量的線性變化趨勢(shì)顯著；當(dāng)Sig.值小于0.05時(shí)，則該統(tǒng)計(jì)量的線性變化趨勢(shì)不顯著?；貧w系數(shù)顯著性檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量t值，當(dāng)t值大于0時(shí)，表明因變量隨自變量的變化，線性呈上升趨勢(shì)；當(dāng)t值小于0時(shí)，則表明線性變化呈下降趨勢(shì)，可以根據(jù)t值的大小判斷線性上升或下降的顯著程度[8-10]。

線性回歸方程為：

式（1）中：β0為截距；β^1為回歸系數(shù)，當(dāng)β^1＞0時(shí)，則因變量隨自變量的增加呈上升趨勢(shì)，當(dāng)β^1＜0時(shí)，則因變量隨自變量的增加呈下降趨勢(shì)；X為自變量。

2.2.3 降水相對(duì)變率

降水相對(duì)變率是指降水量的年、季、月的變化率，區(qū)域的多年實(shí)際降水量和多年平均降水量之差再與平均降水量的百分比。降水相對(duì)變率可以反映該地一段時(shí)間內(nèi)降水的穩(wěn)定程度，降水相對(duì)變率越大，則該區(qū)域的降水量變動(dòng)越大，極易發(fā)生干旱或洪澇等災(zāi)害。本文利用以下公式計(jì)算貴州省年、各季節(jié)的降水的相對(duì)變率[11]：

式（2）中：F為降水相對(duì)變率；n為統(tǒng)計(jì)年份；xi為逐年降水量；為多年平均降水量。

3 結(jié)果分析

3.1 2000—2020年貴州省降水量正態(tài)分布及線性變化趨勢(shì)分析

近20年來(lái)，貴州省的年平均降水量為1 147.06 mm，年變化傾向率為5.57 mm/年，貴州省降水量的年際差異較大，2020年降水量最大，高達(dá)1 417.3 mm，2011年降水量最小，為820.6 mm，兩者相差596.7 mm。2000—2020年貴州省年降水量正態(tài)分布和趨勢(shì)分析如表1所示。在K-S檢驗(yàn)中，K-S正態(tài)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量Z值為0.11，檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量對(duì)應(yīng)的概率P值為0.2，表明貴州省年降水量服從均值的正態(tài)分布。根據(jù)線性回歸分析檢驗(yàn)，回歸系數(shù)顯著性檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量t值為1.452，大于0，表明2000—2020年貴州省降水量總體呈上升趨勢(shì)，線性顯著性水平Sig.值為0.163，大于0.05，在95%置信區(qū)間以內(nèi)（區(qū)間臨界值±2信區(qū)間），說(shuō)明雖然貴州省年降水量呈上升趨勢(shì)，但趨勢(shì)平緩，線性變化不顯著。

表1 2000—2020年貴州省年降水量正態(tài)分布和趨勢(shì)分析

3.2 2000—2020年貴州省降水量空間分布規(guī)律

貴州省年降水量空間分布差異性顯著，如圖1所示，降水量分布整體呈條帶狀由東向西呈遞減趨勢(shì)，最高值為1 478.23 mm，最低值為843.62 mm，兩者相差634.61 mm。按行政分區(qū)來(lái)看，黔東南、黔南、黔西南地區(qū)的降水量是貴州降水量的豐區(qū)，降水量在1 249.30～1 478.23 mm，畢節(jié)地區(qū)是貴州降水量最少的地區(qū)，降水量在843.62～992.95 mm，這表明貴州降水總量相對(duì)豐富但時(shí)空分布不均。

圖1 貴州省降水量空間分布圖

3.3 2000—2020年貴州省降水量相對(duì)變率分析

如表2所示，貴州省年降水量變化相對(duì)穩(wěn)定，但不同季節(jié)降水相對(duì)變率差異明顯，夏秋兩季降水變率顯著，冬季則相對(duì)穩(wěn)定。降水相對(duì)變率最大的是夏季（6—8月），為27.79%，主要原因有：夏季受東南季風(fēng)的影響，當(dāng)海陸垂直氣壓梯度力差大時(shí)，季風(fēng)勢(shì)力強(qiáng)，從海面上攜帶大量的水汽進(jìn)入內(nèi)陸地區(qū)[12]，在貴州形成降雨，其次受地形抬升的影響，暖濕空氣隨海拔升高降溫、冷凝形成降雨；當(dāng)海陸垂直氣壓梯度力差較小時(shí)，季風(fēng)勢(shì)力較弱，攜帶的水汽量減少，導(dǎo)致降雨量減少，其次季風(fēng)[12]勢(shì)力弱，對(duì)于地形的爬升能力減弱，無(wú)法形成有效降雨。降水相對(duì)變率最小的是冬季（12月至次年2月），為4.89%，主要原因有：冬季貴州省受西北季風(fēng)控制，西北季風(fēng)是來(lái)自于蒙古—西伯利亞高壓地區(qū)形成的寒冷干燥的大陸性氣流，攜帶的水汽含量較低，形成的降雨量少，所以貴州省的冬季降水變率小[12]。

表2 2000—2020年貴州省降水量相對(duì)變率

4 結(jié)論

2000—2020年貴州省年降水量總體呈現(xiàn)波動(dòng)上升的趨勢(shì)，但降水趨勢(shì)上升平緩，線性變化不顯著；在K-S檢驗(yàn)中表明，貴州省降水量服從均值的正態(tài)分布。2000—2020年貴州年平均降水量大致呈條帶狀由東向西遞減，降水空間分布差異顯著，極差最大可達(dá)634.61 mm，黔東南、黔南、黔西南為貴州省降水豐區(qū)，降水量較少的是畢節(jié)地區(qū)。2000—2020年貴州省的年降水量相對(duì)變率為10.08%，整體降水量相對(duì)穩(wěn)定，但季節(jié)降水相對(duì)變率差異明顯，變率最大為夏季27.79%，其次是秋季19.67%、春季14.44%，最小的是冬季4.89%。

綜上所述，對(duì)區(qū)域降水量統(tǒng)計(jì)分析是水文特性分析的基礎(chǔ)工作，查清區(qū)域內(nèi)降水量的時(shí)空分布情況、變化特征及區(qū)域降水年際、季節(jié)變化等特點(diǎn)，為摸清區(qū)域水資源涵養(yǎng)量提供基礎(chǔ)信息，有利于該區(qū)域水利資源的評(píng)價(jià)與水資源的再分配。其次，對(duì)區(qū)域降水量的變化趨勢(shì)進(jìn)行分析，可以預(yù)測(cè)其未來(lái)降水量的變化，提前做好防汛抗旱的減災(zāi)工作，減少人民生命財(cái)產(chǎn)的損失，對(duì)區(qū)域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及社會(huì)的團(tuán)結(jié)穩(wěn)定有著深遠(yuǎn)的意義。