贵州省盘州市降雨量变化特征分析

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　　摘 要：为掌握贵州省盘州市降雨量的变化规律，本文基于1985—2015年降雨量数据，利用线性回归分析、滑动平均法、累积距平法和Mann-Kendall检验等方法，对盘州市近30a的年降雨量、各个季节降雨量进行时间序列变化特征和突变性分析。结果表明：盘州市1985—2015年的年降雨量为1314.4mm，气候倾向率为-49.2mm·10a-1，近30a的降雨量呈不稳定的下降趋势。2014年的降雨量最高，为1828.4mm;2011年的降雨量最低，为660.2mm。春、夏、秋、冬季各季节的降雨量分别为222.39mm、762.37mm、754.14mm、61.42mm，气候倾向率分别为7.06mm·10a-1、-52.70mm·10a-1、-25.51mm·10a-1、2.72mm·10a-1;夏季降雨量占全年总降雨量的58%，在研究期间的变化尤其不稳定，2001年为突变年份，2001—2015年呈明显的下降趋势。2014年夏季降雨量最大，为1102.8mm，2011年夏季降雨量最小，为372.8mm。夏季各月（6、7、8月）的平均降雨量为295.33mm、263.93mm、203.11mm，6月占夏季总降雨量的比例最大，为39%，其次是7月，为34%，8月最小，为27%;年降雨量和夏季降雨量最大的年份都是2014年，最小降雨量的年份都出现在2011年，进一步反映了盘州市夏季降雨量所占年降雨量大，起最大贡献作用。6、7月是夏季降雨量最多的月份，应该在6、7月做好有关防涝工作，及时对盘州市农业经济进行保护，避免造成不必要的损失。
　　关键词：降雨量;滑动平均;累积距平;Mann-Kendall突变检验;盘州市;贵州省
　　中图分类号：S16
　　 文献标识码：A
　　引言
　　随着社会经济的快速发展，全球气候也随之变暖，在这种情况下，水资源备受气候影响，而降水是水循环过程的最基本环节，也是水资源的总来源[1，2]。降水会对水资源的利用、农业生产方面、社会经济的发展、生态系统等造成一定的影响，我国受东亚夏季风的影响显著，夏季降雨量的异常变化会引起洪、涝、旱等灾害[3-5]。
　　前人对夏季降雨的时空变化及其影响因素已经展开大量的研究。殷田园等利用1960—2016年47个站点的逐日降雨数据与同期西太平洋副热带高压的面积指数、强度指数、西伸脊点、脊线位置数据，分析了秦岭南北地区夏季极端降水指数与副高指数的相关关系[6];杨中华等对洪泽湖流域夏季降水特征与大气环流特征进行研究分析，发现夏季降水呈明显空间分异和时间周期的变化特征，欧亚地区上空大气环流形式与流域夏季降水异常存在着密切关系，显著的水汽辐散是夏涝（旱）年的典型特征[7];张洪玲等研究黑龙江1961—2017年夏季降水的时空特征，并将降水划分为小雨、中雨、大雨、暴雨及以上等级别，讨论各级别降水对夏季总降水的贡献[8];方浩等通过经验正交函数分解（EOF）方法将中国东部分为华南、长江中下游、華北和东北3个地区，定义极端降水事件，并对中国东部夏季极端降水时空分布及环流背景进行研究[9];此外，周雅蔓等根据百分位法定义不同站点的夏季极端降水阈值，分析了新疆北部地区夏季极端降水事件和最大日降水的时空分布特征、贡献率其及与海拔的关系[10];辛蕊等利用WRF模式，采用GF、KF和BMJ 3种对流参数化方案，对秦岭及周边地区2017年夏季降水进行了模拟[11];胡江玲等利用趋势分析方法、Mann-Kendall突变检验等方法分析出艾比湖流域1961—2008年流域的年降雨量呈现出增加的趋势，四季降雨量的变化趋势也是增加，利用突变检验方法分析得出流域年降雨量的突变时间是1986年[12]。已有的研究丰富了对夏季降雨的时空变化特征的分析，并对夏季降雨受副高、夏季风、太阳活动、下垫面和地形等驱动因素的复杂影响有了深入的认识与理解。
　　盘州市位于贵州省西部，地处乌蒙山脉南端，云贵高原中部的斜坡上，是典型的低纬高海拔山区。地形地势复杂，且处亚热带湿润季风区，降雨的时空变化受气候和地形等因素的影响显著，局地暴雨难以预测[11]。蒋文家等通过研究发现，盘州市暴雨天气主要集中在4—10月，其中6月最多，其次是7月、8月，夏季是暴雨泛滥的季节[13];王旭达等利用线性倾向法研究了盘州市近50a的降雨变化特征，发现年降雨量和春、夏、秋季降雨量都呈减少的趋势，而冬季降雨呈增加趋势[14]。降雨异常容易导致洪水泛滥，还会引起山洪暴发，水库垮坝，江河横溢，房屋被冲塌，农田被淹没，交通和电讯中断，给国民经济和人民生命财产带来严重危害。随着盘州市社会经济快速发展，降雨量的变化对各行各业的影响越来越大，由此导致的安全隐患也日趋突出。因此，本文基于盘州市1985—2015年的降雨量数据，使用线性回归、滑动平均、累积距平、Mann-Kendall检验等方法对盘州市近30a的年降雨量、不同季节和夏季各月（6月、7月和8月）降雨量的时间变化规律和突变性等方面进行分析，以期为当地的防洪抗灾工作提供可靠的依据。
　　1 研究区概况
　　盘州市位于贵州省的西部（E104°18′～104°58′，N25°19′～26°18′），地处乌蒙山脉南端，云贵高原中部的斜坡上，平均海拔1700～1800m。境内为连绵不断的山脉和山高谷深的高原山地地貌，是典型的低纬高海拨山区。盘州市降雨差异较为显著，5—10月的降雨量占年总降雨量的88%，年平均暴雨日数3.6d，降雨量的变化对盘州市的社会经济发展和粮食产业起着决定性作用[19，20]。
　　2 数据来源与研究方法
　　2.1 数据来源
　　盘州市降雨量数据来源于贵州省六盘水市盘州市气候资料处理部门逐月上报的《地面气象记录月报表》的信息化资料。本文将季节划分为3—5月为春季，6—8月为夏季，9—11月为秋季，12月和次年的1月、2月为冬季，本文的重点研究季节是多雨的夏季（6—8月）的降雨量变化特征。 　　2.2 线性倾向估计法
　　对气象要素序列进行趋势分析时，一般采用线性倾向估计最小二乘法来计算一维的时间序列[15]。以年份x为自变量，降雨量y为因变量，通过线性倾向估计法来分析降雨量y随时间x的变化而变化的趋势特征，建立x与y之间的一元线性回归方程，方程斜率的正负值代表降雨量呈上升或下降趋势，当斜率大于零时，即降雨量y随时间x的增加呈上升趋势;反之，降雨量的变化呈下降趋势。
　　2.3 Mann-Kendall突变检验法
　　本文采用Mann-Kendall突变检验法对盘州市降雨量进行突变分析，其是一种非参数统计检验法，由于无需样本遵循一定的分布并且不受少数异常值的干扰，适用于非正态分布的数据，并且可以分析发现开始出现突变的时刻，是当前比较常用的时间序列趋势检验方法之一[12]。
　　3 结果与分析
　　3.1 年降雨和夏季降雨量的时间变化趋势
　　1985—2015年贵州省盘州市的年均降雨量为1314.4mm，总体呈减少的趋势，降雨倾向率为-49.2mm·10a-1，气候变干趋势明显（图1），与王旭达等[14]研究的盘州市的降雨量变化趋势较为一致。根据年降雨量变化曲线可以看出，年降雨量有明显的起伏变化，其中，2014年的降雨量最高，为1828.4mm;2011年的降雨量最低，为660.2mm，最大值和最小值相差1168.2mm。根据5a滑动平均曲线和累积距平结果来看，盘州市年降雨量的周期变化较明显，年降雨量呈下降趋势的区间有1985—1989年、1990—1996年、2008—2014年，呈上升趋势的区间有1989—1990年、1996—2008年和2014—2015年。总体来说，1985—1996年和2008—2015年的年降雨量呈下降趋势，1996—2008年呈增加趋势。贵州省盘州市近30a的年降雨量变化不太稳定，整体呈波动的下降趋势。
　　 1985—2015年盘州市春、夏、秋、冬季平均降雨量分别为222.39mm、762.37mm、754.14mm、61.42mm，变化倾向率分别为7.06mm·10a-1、-52.70mm·10a-1、-25.51mm·10a-1、2.72mm·10a-1（图2）。夏季和秋季降雨量均呈下降趋势，夏季降雨量占全年总降雨量的贡献率最大，为58%。分析5a滑动平均曲线得到，夏季降雨量的周期变化情况与年降雨量相似。夏季降雨量在1985—1986年、1991—1994年、1997—2001年、2007年和2014年降雨量較大，这些年份的降雨量均超过夏季平均降雨量。其中，2014年夏季降雨量最大，值为1102.8mm，2011年最小，值为372.8mm（与年降雨量的最高和最低年份相同），最大降雨量和最小降雨量的差值为730mm，1989年、1996年和2011年降雨量偏少，1989—1991年、1996—1997年夏季降雨量都发生波动较大持续的上升。
　　3.2 夏季各月降雨特征
　　为更加深入了解夏季降雨量的时间分布特征并对特征显著的月份研究分析，将盘州市夏季各月降雨量分别进行分析。如图3所示，盘州市1985—2015年6月、7月、8月平均降雨量分别为295.33mm、263.93mm、203.11mm。6月降雨量总体呈下降趋势，气候倾向率为-3.9mm·10a-1，变化趋势不明显，6月降雨量最大，占夏季总降雨量的39%。7月降雨量变化呈明显下降的趋势，下降幅度明显比6月大，气候倾向率为-35.7mm·10a-1，7月降雨量占夏季总降雨量的34%。8月的降雨量变化也呈下降的趋势，气候倾向率为-13mm·10a-1，趋势不明显，8月降雨量占夏季总降雨量的26%，是夏季降雨量忠最少的月份。8月降雨量1996—1999年的增幅很大，从116.2mm持续上升到444.4mm，在2011年以后8月的降雨量呈持续上升的变化趋势，到2015年8月降雨量比7月和6月降雨量高。
　　根据降雨量曲线看出，7月降雨量在时间序列上的分布相比6月较为不均匀，1990—1991年和1996—1997年7月降雨量大幅度的上升，分别增加了361.9mm、361.2mm，差值较大，这与夏季降雨量的波动相同。7月降雨量较为明显的下降趋势和夏季降雨量明显的下降趋势与二者之间降雨量相似的周期变化有一定的关系。此外，2011—2014年降雨量不断增加，2014年后呈现减少趋势;综合夏季6月、7月、8月降雨量变化特征可知，6月降雨量最大，7月降雨量下降趋势明显，有明显的周期变化。降雨量大幅度的增加或减少对区域农业经济具有一定的影响，应当注意做好相应措施进行防范，避免对区域农业经济、生态系统等造成危害。
　　3.3 夏季降雨量的突变特征
　　如图4为盘州市1985—2015年夏季降雨量序列的M-K突变检验分析，给定的显著度水平为0.05。从图4可看出，自2000年起，UF>0，表示2001年之后夏季降雨量有上升的趋势，2001年之前降雨量呈减少趋势，但盘州市夏季降雨量整体还是呈减少的趋势，这与线性分析的结果相一致。观察UF曲线发现，UF曲线与临界线相交于1988年、1991年、2010年、2014年，表示在1988年以前夏季降雨量有不明显的下降趋势，1988—1990年夏季降雨量显著下降，1991年下降趋势开始有所减缓，2010年以前夏季降雨量下降趋势不明显，2010—2013年夏季降雨量下降趋势显著，2014年开始下降趋势减缓。此外，UF和UB曲线在临界线内相交于1986年、1991年、1994年、1996年、2001年5点，交点较多，说明变化不稳定。其中相交于2001年之后UF曲线不断下降并且超过临界线，可以判断夏季降雨量的突变年份为2001年。2010年后减少趋势显著，降雨量呈递减趋势，突变前降雨量为633.7mm，突变后减少到372.8mm，较突变之前减少了260.9mm。结合夏季6月、7月、8月的降雨量变化特征分析，6月降雨量在2011—2015年变化起伏度：多—少—多—少，7月降雨量在2011—2014年不断增加，2014年后呈现减少趋势，8月降雨量在2011年后持续上升，到2015年8月降雨量比7月和6月降雨量高。突变检验的结果是2010年后减少趋势显著，6月和7月在2010年后的降雨量整体呈大量减少的趋势，8月降雨量在2011年后持续增加。总体而言，夏季降雨量呈减少的变化趋势。 　　4 结论与讨论
　　基于1985—2015年的降雨量数据，通过线性回归分析、滑动平均法、累积距平法和Mann-Kendall检验等方法，对贵州省盘州市近30a的年降雨量、各个季节降雨量的时间序列变化特征和突变性进行分析，得出以下结论。
　　盘州市1985—2015年的年降雨量降雨量为1314.4mm，气候倾向率为-49.2mm·10a-1，近30a的降雨量呈下降趋势，且变化不稳定。2014年的降雨量最高，为1828.4mm;2011年的降雨量最低，为660.2mm。春、夏、秋、冬季各季节的降雨量分别为222.39mm、762.37mm、754.14mm、61.42mm，气候倾向率分别为7.06mm·10a-1、-52.70mm·10a-1、-25.51mm·10a-1、2.72mm·10a-1。
　　夏季降雨量占全年总降雨量的58%，在研究期间的变化尤其不稳定，2001年为突变年份，2001—2015年呈明显的下降趋势。2014年夏季降雨量最大，值为1102.8mm，2011年夏季降雨量最小，为372.8mm。夏季各月（6、7、8月）的平均降雨量为295.33mm、263.93mm、203.11mm，变化倾向率分别为-3.9mm·10a-1、-35.7mm·10a-1、-13mm·10a-1。6月占夏季总降雨量的比例最大，为39%，其次是7月，为34%，8月最低，为27%。
　　年降雨量和夏季降雨量最大的年份均为2014年，最小降雨量的年份都出现在2011年，进一步反映了盘州市夏季降雨量所占年降雨量的比例大，起最大贡献作用。6、7月是夏季降雨最多的月份，应在6、7月做好有关防涝工作，及时对盘州市农业经济进行保护，避免造成不必要的损失。
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　　（责任编辑 李媛媛）
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