尹　樂(lè),張新主（湖南師范大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,長(zhǎng)沙410081）

湖南省降水集中度與集中期時(shí)空變化特征分析

尹樂(lè),張新主
（湖南師范大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,長(zhǎng)沙410081）

本文選取湖南省1961-2007年84個(gè)氣象站點(diǎn)逐日降水量資料，運(yùn)用趨勢(shì)分析和合成分析等方法對(duì)研究區(qū)降水集中度（PCD）和集中期（PCP）的時(shí)空變化特征進(jìn)行分析，結(jié)果表明：研究區(qū)47年來(lái)PCD的值偏小，在0.14-0.50之間變化；PCP值在104-154之間變化，也就是降水主要集中在5月初到6月下旬。PCD空間分布特征明顯，自西北向東南減少的分布特點(diǎn)，這說(shuō)明湘東北比湘西北地區(qū)降水集中；PCP自西北向東南逐漸遞減。多水年P(guān)CD與少水年P(guān)CD具有很好的一致性，均由西北向東南減少。

PCD；PCP；合成分析；空間分布

1　引言

湖南省屬于內(nèi)陸省份，位于青藏高原南緣下游，境內(nèi)山地、丘陵、崗地、平原和江湖兼?zhèn)?，但以山地為主。南高北低三面環(huán)山，朝北開口，呈“馬蹄形”。湖南省屬亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，加上“馬蹄形”地貌的影響，使湖南氣候呈現(xiàn)復(fù)雜的變化。湖南省屬多雨省份之一，全省年平均降水量在1200～1700mm之間，但時(shí)間分配不均，明顯集中于4-8月，春夏降水多，秋冬降水少，降水的年際變率大和季節(jié)分配不均導(dǎo)致洪澇、旱災(zāi)多發(fā)。旱澇是影響湖南經(jīng)濟(jì)和人民生活動(dòng)的氣象災(zāi)害，因此研究降水的時(shí)空變化規(guī)律意義重大。而降水集中度和集中期是衡量降水的不均勻分配指標(biāo)之一，能夠很好地反映降水過(guò)程中的時(shí)空不均勻分布特征。國(guó)內(nèi)外有不少關(guān)于運(yùn)用降水集中度與集中期來(lái)分析區(qū)域降水變化趨勢(shì)的研究成果。B.Alijani等運(yùn)用地理統(tǒng)計(jì)等方法計(jì)算日降水的強(qiáng)度和集中度，研究發(fā)現(xiàn)，伊朗年降水量主要來(lái)自于少數(shù)高強(qiáng)度的極端降水事件[1]。TommasoCaloiero研究了新西蘭日降水集中的時(shí)空模式，發(fā)現(xiàn)新西蘭北島降水最集中，南島的東西兩側(cè)降水集中趨勢(shì)存在顯著地域差異，南島西側(cè)日降水集中程度比東側(cè)低[2]。在國(guó)內(nèi)，Zhang等分析了降水集中程度和集中時(shí)期的時(shí)空變化，在研究年內(nèi)降水分配上有著很好的實(shí)用性，但方法過(guò)于繁雜[3]。姜愛(ài)軍，杜銀等提出一種同時(shí)提取不同強(qiáng)度降水過(guò)程在過(guò)程內(nèi)和年內(nèi)非均勻分配特性的方法，應(yīng)用該方法探討了中國(guó)近50年來(lái)不同強(qiáng)度降水過(guò)程時(shí)空非均勻分布特征及其氣候趨勢(shì)演變規(guī)律[4]。

2　數(shù)據(jù)及方法

2.1數(shù)據(jù)及處理

本文選取的研究數(shù)據(jù)為：湖南省84個(gè)氣象站點(diǎn)的1961年1月1 日-2007年12月31日逐日降水量資料。選站原則是：選取盡可能多的站點(diǎn)，測(cè)站數(shù)據(jù)齊全的氣象站（氣象站點(diǎn)分布如圖1）。

2.2研究方法

降水集中度(PCD)和集中期(PCP)是利用向量分析的原理來(lái)定義區(qū)域降水量時(shí)間分配特征的參數(shù)[5-9]，可以定量地描述某一研究時(shí)段的降水集中程度和集中時(shí)段。

3　湖南省降水時(shí)間變化特征

圖2給出1961-2007年湖南年降水集中度和集中期的年際變化曲線。由圖2a可以看出，47年來(lái)PCD的值偏小，在0.14-0.50之間變化，1961-2007年P(guān)CD整體呈上升趨勢(shì)，上升速率為0.007/10a，超過(guò)了95%的顯著性檢驗(yàn)。PCD多年平均值為0.34，若PCD大于多年平均值,那么認(rèn)為該年降水偏集中；當(dāng)PCD小于多年平均值,那么該年降水比較均勻。其中PCD極大值出現(xiàn)在1979年（0.50），說(shuō)明1979年降水比較集中；極小值出現(xiàn)在1972年（0.14），說(shuō)明1972年降水在47年中最均勻。1967-1980年、1995-1999年這兩個(gè)時(shí)間段絕大多年份都大于或等于多年平均值，處于降水偏集中時(shí)期；而1981～1985年、1989～1991年2個(gè)時(shí)段，小于多年平均值，降水相對(duì)均勻；其他時(shí)段降水集中度偏大與偏小年份交替出現(xiàn)。

從圖2b可以看出，湖南47年來(lái)的PCP值在104-154之間變化，也就是降水主要集中在5月初到6月下旬。1961-2007年湖南地區(qū)PCP整體呈上升趨勢(shì)，上升速率為0.635/10a，也超過(guò)了95%的顯著性檢驗(yàn)。PCP多年平均值為129，若PCP大于多年平均值，降水時(shí)間比正常年偏晚；當(dāng)PCP小于多年平均值，降水時(shí)間比正常年偏早。例如，1999 年P(guān)CP值最大，為154，說(shuō)明1999年最大降水出現(xiàn)最晚，在6月下旬左右。1992年P(guān)CP值最小，為104，說(shuō)明1992年最大降水出現(xiàn)最早，在5月初。PCP值的年代際變化不明顯，可見(jiàn)湖南降水集中的時(shí)間比較穩(wěn)定。

4　湖南省降水空間變化特征分析

湖南降水集中度和集中期的平均值空間分布結(jié)果如圖3所示。從圖3a中可以看出，湖南降水集中度空間分布特征明顯，自西北向東南減少的分布特點(diǎn)，說(shuō)明相對(duì)于湖南東北部來(lái)說(shuō)西北地區(qū)的降水更為集中。整個(gè)湖南地區(qū)降水集中度均不大，在0.3-0.44之間，多年平均值為0.34。湖南西北部降水集中度最強(qiáng)，各臺(tái)站的集中度均達(dá)到0.4以上。其中，龍山站達(dá)0.44。衡邵盆地則成為年降水集中度最差的區(qū)域，在0.27-0.3之間。其中南岳站集中度低于0.27，說(shuō)明南岳是全區(qū)年降水最均勻的。

從圖3b可見(jiàn)，湖南年降水集中期有明顯的空間分布規(guī)律，跟年降水集中度的空間分布規(guī)律比較一致，大致也是自西北向東南逐漸遞減，說(shuō)明最大降水時(shí)間自東南向西北推遲。西北部是湖南地區(qū)年降水集中期最晚的區(qū)域，在145-155之間，其中桑植的集中期大于155，也就是桑植的最大降水量出現(xiàn)在6月中旬。東南部的衡邵盆地和株洲南部是整個(gè)湖南省年降水集中期最早的區(qū)域，常寧、衡陽(yáng)、耒陽(yáng)、祁東、攸縣、安仁等站點(diǎn)的集中期都小于120，說(shuō)明這些站點(diǎn)最大降水量出現(xiàn)在5月上旬。對(duì)比可知，降水較集中的湘西北地區(qū)，最大降水出現(xiàn)較晚，一般在6月上、中旬，而最大降水較早的湘東南地區(qū)降水最為均勻，最大降水一般出現(xiàn)在5月上、中旬。

湖南年降水集中在5、6月，受各種天氣系統(tǒng)的影響。春未夏初，冷暖空氣頻繁交匯，極易形成暖式切變線，產(chǎn)生強(qiáng)降水。加上6月上、中旬，雨帶推移至長(zhǎng)江中下游，西南低渦和切變線在梅雨鋒上活躍，維持了梅雨期持續(xù)性降水，還為強(qiáng)降水提供了充沛的水汽和能量。此外，孟加拉灣的西風(fēng)暖濕氣流源源不斷北上，為西南低渦提供了充足的水汽。

5　降水集中度和集中期合成分析

本文采用合成分析法，分別對(duì)湖南省1961-2007年4-9月降水量最多和最少前5年進(jìn)行合成。多水年依次為：1999、2002、1973、1970、1994。少水年依次為：1963、1985、966、1978、1972。

從圖4a、b中可以看出，多水年P(guān)CP和少水年P(guān)CP的分布情況不同。在多水年，降水集中期由新化、漣源、懷化、芷江一帶向南北兩側(cè)遞減。多水年集中期高值中心位于湘西南地區(qū)，大部分地區(qū)在140-145，也就是說(shuō)，湘西南最大降水出現(xiàn)最遲，在6月上旬；集中期低值中心在湘東南地區(qū)，宜章、臨武最低，低于115，也就是說(shuō)湘東南地區(qū)最大降水出現(xiàn)較早。在少水年降水集中期自西北向東南遞減，最大降水出現(xiàn)時(shí)間自西北向東南提前。少水年降水集中期高值中心在湘西北，大部分地區(qū)達(dá)到140。集中期低值中心在湘中地區(qū)，大部分低于113。但是值得注意的是，除了湘西北和湘東南地區(qū)，多水年降水集中期整體晚于少水年降水集中期。這說(shuō)明多水年降水多集中在5月下旬至6月上旬，而少水年降水集中時(shí)間可能會(huì)提前半個(gè)月左右。

從圖4c、d所示，多水年P(guān)CD與少水年P(guān)CD空間分布比較一致，大致由西北向東南遞減。其中PCD高值中心位于湘西北地區(qū)，但低值中心多水年和少水年分布不同，多水年降水集中度低值中心位于湘中地區(qū)少水年降水集中度低值中心位于湘西南地區(qū)。由此可見(jiàn)，無(wú)論是多水年還是少水年，湘西北地區(qū)的降水比湘東南地區(qū)集中，所以對(duì)湘西北地區(qū)的防洪抗災(zāi)工作得更加重視。多水年降水整體比少水年更加集中，說(shuō)明在多水年發(fā)生洪澇災(zāi)害的可能性將更大。

6　結(jié)論

（1）湖南省PCD的值偏小，在0.14-0.50之間變化，1961-2007年P(guān)CD整體呈上升趨勢(shì)，上升速率為0.007/10a；PCP值在104-154之間變化，也就是降水主要集中在5月初到6月下旬，PCP整體呈上升趨勢(shì)，上升速率為0.635/10a。PCD存在四個(gè)特征時(shí)間尺度，分別為5年、7年、15年、35-40年；PCP存在5年左右的短周期和14年左右的長(zhǎng)周期變化。

（2）湖南PCD空間分布特征明顯，自西北向東南減少的分布特點(diǎn)，說(shuō)明相對(duì)于湖南東北部來(lái)說(shuō)西北地區(qū)的降水更為集中。PCD跟年降水集中度的空間分布規(guī)律比較一致，大致也是自西北向東南逐漸遞減，說(shuō)明最大降水時(shí)間自東南向西北推遲。

（3）多水年P(guān)CD與少水年P(guān)CD空間分布規(guī)律比較一致，由西北向東南遞減。其中PCD高值中心位于湘西北地區(qū)，但低值中心多水年和少水年分布不同，多水年降水集中度低值中心位于湘中地區(qū)少水年降水集中度低值中心位于湘西南地區(qū)。

（4）降水集中度和集中期是近年提出用來(lái)年內(nèi)和汛期降水分配的一個(gè)重要參數(shù)，可以較理想地分析湖南省降水的基本特征，較準(zhǔn)確的表述年內(nèi)降水分布的規(guī)律。

[1] B. Ali jani, J. O’Brien, B. Yarnal. Spatial analysis of precipi tation intensity and concentration in Iran. Theoretical and Applied Climatology,2007,10(18),107-124.

[2]Tommaso Caloiero. Analysis of daily rainfall concentration in New Zealand. Natural Hazards,2013,5(2):145-152.

[3]Zhang L J, Qian Y F. Annual distribution features of the yearly precipitation in China and their interannual variations. Acta Meteor Sinica, 2003, 17(02):146-163.

[4]姜愛(ài)軍,杜銀,謝志清,等.中國(guó)強(qiáng)降水過(guò)程時(shí)空集中度氣候趨勢(shì)[J].地理學(xué)報(bào),2005,60(06):1007-1014.

[5]戴廷仁,陸忠艷,李廣霞等.近46年遼寧省降水集中程度研究[J].氣象,2007,33(01):32-37.

[6]張文,張?zhí)煊?劉劍.東北降水過(guò)程年集中度和集中期的時(shí)空變化特征[J].南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào),2008,31(03):403-410.

[7]張錄軍,錢永甫.長(zhǎng)江流域汛期降水集中程度和洪澇關(guān)系研究[J].地球物理學(xué)報(bào),2004,47(04):622-630.

[8]湯奇成,程天文,李秀云.中國(guó)河川月徑流的集中度和集中期的初步研究[J].地理學(xué)報(bào),1982,37(04):383-393.

[9]Ding Y H. Multi-year simul at ions and experimental seasonalpre dictions for rainy seasons in China by using a Nested Regional Climate Model（RegCMNCC）. Part I ：Sensit ivity Study[J].Adevances in Atmospheric Sciences,2006,23(03):270-286