曾志平

(廣東省水文局清遠(yuǎn)水文分局，廣東清遠(yuǎn)511500)

降水是水文循環(huán)的重要組成部分，是眾多水文預(yù)報(bào)手段必不可少也是最為重要的輸入要素之一[1-2]。受全球氣候變化的影響，降水在空間分布和時(shí)間分配上發(fā)生了改變[3]。降水的多變提高了水文預(yù)報(bào)的工作難度[4]。清遠(yuǎn)市位于北江中下游，境內(nèi)中小河流眾多，且多為山區(qū)性河流，降水匯流時(shí)間短，極易發(fā)生中小流域洪水，引發(fā)山洪災(zāi)害。根據(jù)相關(guān)研究統(tǒng)計(jì)[5-6]，在清遠(yuǎn)市山洪災(zāi)害評(píng)價(jià)對(duì)象中，約有15萬(wàn)人處于危險(xiǎn)區(qū)，占清遠(yuǎn)市常駐人口的6.5%，主要分布在地勢(shì)高、坡度陡、河網(wǎng)密集的連州和連南北部山區(qū)、連山南部、陽(yáng)山西南部、英德西南部以及佛岡縣。降水的頻率和強(qiáng)度是形成洪澇災(zāi)害的2個(gè)重要指標(biāo)[7-8]。清遠(yuǎn)市多年平均降水量約為1 897 mm，降水年內(nèi)分布極不均勻，汛期雨量占年雨量的80 %左右，極端降水事件頻發(fā)。認(rèn)識(shí)清遠(yuǎn)市降水時(shí)空變化規(guī)律，對(duì)做好該區(qū)域的水文預(yù)報(bào)具有重要意義，亦可為指導(dǎo)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及防災(zāi)減災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)。已有學(xué)者對(duì)清遠(yuǎn)市降水作了一些研究，周小云等[9]指出，21 世紀(jì)以來(lái)清遠(yuǎn)市暴雨日數(shù)明顯偏多而大暴雨以上則明顯偏少；李翠華等[10]指出，清遠(yuǎn)地區(qū)年雷暴日數(shù)以準(zhǔn)4、準(zhǔn)10 、準(zhǔn)20 年等多重時(shí)間周期嵌套式震蕩；羅律等[11]指出清遠(yuǎn)市極端強(qiáng)降水總量、頻數(shù)和強(qiáng)度在南部地區(qū)呈減少趨勢(shì)、北部地區(qū)呈增加趨勢(shì)，總量和頻數(shù)在年變化上呈減少趨勢(shì)，強(qiáng)度呈增加趨勢(shì)。目前對(duì)清遠(yuǎn)市降水的研究分析指標(biāo)相對(duì)較少，有必要對(duì)清遠(yuǎn)市開(kāi)展更為詳盡的汛期極端降水特征分析。

1 研究區(qū)概況

清遠(yuǎn)市(113°42～111°55′E，23°28′～25°12′N(xiāo))位于廣東省中北部，是廣東省南北經(jīng)濟(jì)交流的重要通道之一。境內(nèi)國(guó)土面積19 152 km2，是廣東省陸地面積最大的地級(jí)市，占全省國(guó)土面積10.66 %，占北江流域面積41.00%。境內(nèi)地勢(shì)北高南低，北部南嶺山脈為珠江與長(zhǎng)江分水嶺，也是華中、華南氣候分界線，對(duì)臺(tái)風(fēng)北上和寒潮南下均起到一定屏障作用。

2 資料與研究方法

2.1 資料來(lái)源與預(yù)處理

本文所用數(shù)據(jù)資料為廣東省水文局整編的清遠(yuǎn)市60個(gè)雨量站1975—2015年汛期(4月1日至9月30日)逐日降水資料，數(shù)據(jù)基本連續(xù)完整，僅幾個(gè)站點(diǎn)缺測(cè)個(gè)別年份或個(gè)別月份；站點(diǎn)空間分布較為均勻(圖1)，能較好地代表清遠(yuǎn)市各地區(qū)的極端降水特性。所選測(cè)站資料中，缺測(cè)部分分析借用臨近站同期數(shù)據(jù)[12-13]。

2.2 研究方法

參考世界氣象組織(WMO)、氣象學(xué)委員會(huì)(CCL)及氣候變化和可預(yù)報(bào)性研究計(jì)劃(CLLVAR)提出的指標(biāo)，選取14個(gè)極端降水指標(biāo)分析清遠(yuǎn)市降水(表1)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外常采用相關(guān)指標(biāo)研究極端氣候事件[7-8，12-13]。通過(guò)泰森多邊形法計(jì)算清遠(yuǎn)市面雨量；利用線性回歸分析[14]、Mann-Kendall非參數(shù)檢驗(yàn)法[15]，分析清遠(yuǎn)市各極端指數(shù)時(shí)間序列的趨勢(shì)變化并進(jìn)行置信度95%的顯著性檢驗(yàn)(P<0.05)；采用反距離加權(quán)插值IDW法[14]分析極端降水指標(biāo)的空間分布規(guī)律。

圖1 清遠(yuǎn)市雨量站點(diǎn)分布

表1 極端降水指標(biāo)及其定義

3 結(jié)果分析

3.1 清遠(yuǎn)市極端降水時(shí)間序列變化特征

清遠(yuǎn)市極端降水指數(shù)年際變化差異明顯(表2)。1975—2015年，所有極端降水指標(biāo)中，除R95P呈明顯下降趨勢(shì)(以-2 d/10a減少，且通過(guò)了95%置信水平檢驗(yàn))、R95ptot無(wú)明顯趨勢(shì)外，其余指數(shù)均呈上升趨勢(shì)，其中R50通過(guò)了95%置信水平檢驗(yàn)(以0.6 d/10a增加)。

表2 1975—2015年清遠(yuǎn)市14個(gè)極端降水指標(biāo)檢驗(yàn)結(jié)果

注：*P<0.05

3.2 極端降水指數(shù)變化趨勢(shì)及空間分布

3.2.1干旱或濕潤(rùn)指數(shù)變化的空間分布

CDD、CWD和R1、R5分別能夠表征干旱和濕潤(rùn)狀態(tài)，其變化具有明顯的空間差異性(圖2)。具體而言，清遠(yuǎn)市除1站點(diǎn)CDD呈上升趨勢(shì)外，其余站點(diǎn)均呈下降趨勢(shì)(36個(gè)站點(diǎn)通過(guò)置信檢驗(yàn))，下降幅度基本呈現(xiàn)從北向南逐漸遞減趨勢(shì)；41個(gè)站點(diǎn)CWD呈上升趨勢(shì)(5個(gè)站點(diǎn)通過(guò)置信度檢驗(yàn))，主要分布在清遠(yuǎn)市中部和佛岡縣；33個(gè)站點(diǎn)R1呈上升趨勢(shì)(1個(gè)站點(diǎn)通過(guò)置信度檢驗(yàn))，主要分布在“三連一陽(yáng)”地區(qū)(連州市、連南縣、連山縣和陽(yáng)山縣，下同)和佛岡縣，27個(gè)呈下降趨勢(shì)(2個(gè)通過(guò)置信度檢驗(yàn))；36個(gè)站點(diǎn)R5呈上升趨勢(shì)，24個(gè)呈下降趨勢(shì)，均各有1個(gè)通過(guò)置信度檢驗(yàn)。從空間分布看，R1(圖2c)和R5(圖2d)分布較為相似，均為東西兩端上升而中部下降，下降區(qū)域在英德市、清城區(qū)和清新區(qū)形成一條較為緊密的條帶狀。

a) CDD

b) CWD

c) R1

d) R5圖2 干旱或濕潤(rùn)指數(shù)變化的空間分布及顯著性檢驗(yàn)

3.2.2中等強(qiáng)度及較強(qiáng)降水指數(shù)變化的空間分布

R10、R25能夠表征中等強(qiáng)度及較強(qiáng)降水特征，其變化趨勢(shì)特征在清遠(yuǎn)市內(nèi)具有明顯的地區(qū)差異性(圖3)。清遠(yuǎn)市內(nèi)有43個(gè)站點(diǎn)R10呈上升趨勢(shì)，17個(gè)呈下降趨勢(shì)，均各有1個(gè)通過(guò)置信度檢驗(yàn)。有40個(gè)站點(diǎn)R25呈上升趨勢(shì)(4個(gè)通過(guò)置信度檢驗(yàn))， 20個(gè)呈下降趨勢(shì)(2個(gè)通過(guò)置信度檢驗(yàn))。就上升趨勢(shì)來(lái)看，表現(xiàn)出R10大于R25，呈上升趨勢(shì)的分布范圍也表現(xiàn)出R10大于R25。同時(shí)，隨著降水強(qiáng)度增大，上升趨勢(shì)逐漸減弱，下降趨勢(shì)逐漸增強(qiáng)。

a) R10

b) R25

圖3 中等強(qiáng)度及較強(qiáng)降水指數(shù)的空間分布及顯著性檢驗(yàn)

3.2.3強(qiáng)降水指數(shù)變化的空間分布

R50、R100、R95P、R95ptot和PRCPTOT能夠表征強(qiáng)降水，其變化趨勢(shì)特征在清遠(yuǎn)市內(nèi)具有明顯的地區(qū)差異性(圖4)。清遠(yuǎn)市內(nèi)分別有45、48個(gè)站點(diǎn)R50和R100呈上升趨勢(shì)；42個(gè)站點(diǎn)R95P呈下降趨勢(shì)(24個(gè)通過(guò)置信度檢驗(yàn))，52個(gè)站點(diǎn)R95ptot呈下降趨勢(shì)(43個(gè)通過(guò)置信度檢驗(yàn))，44個(gè)站點(diǎn)PRCPTOT呈下降趨勢(shì)(1個(gè)通過(guò)置信度檢驗(yàn))。從空間分布看， R50(圖4a)和R100(圖4b)、PRCPTOT(圖4e)分布較為一致：“三連一陽(yáng)”及英德等清遠(yuǎn)市北部地區(qū)呈上升趨勢(shì)，清城區(qū)、清新區(qū)和佛岡縣等南部地區(qū)呈下降趨勢(shì)。而R95P(圖4c)、R95ptot(圖4d)指數(shù)中“三連一陽(yáng)”及英德地區(qū)卻呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，這表明該區(qū)域降水更加集中，強(qiáng)降水有增加趨勢(shì)。

a) R50

b) R100圖4 強(qiáng)降水指數(shù)趨勢(shì)變化空間分布及顯著性檢驗(yàn)

c) R95P

d) R95ptot

e) PRCPTOT續(xù)圖4 強(qiáng)降水指數(shù)趨勢(shì)變化空間分布及顯著性檢驗(yàn)

3.2.4最大降水指數(shù)變化的空間分布

R1D和R5D為表征最大降水指數(shù)，其變化趨勢(shì)特征在清遠(yuǎn)市內(nèi)具有明顯的地區(qū)差異性(圖5)。清遠(yuǎn)市分別有43、49個(gè)站點(diǎn)R1D、R5D呈上升趨勢(shì)。R1D和R5D 分布情況基本一致，“三連一陽(yáng)”呈上升趨勢(shì)，而清城、清新區(qū)和佛岡縣呈下降趨勢(shì)。

a) R1D

b) R5D圖5 最大降水指數(shù)的空間分布及顯著性檢驗(yàn)

3.2.5降水強(qiáng)度指數(shù)變化的空間分布

整個(gè)清遠(yuǎn)市內(nèi)有68.3 %站點(diǎn)的SDII呈上升趨勢(shì)(圖6)，其中有10個(gè)通過(guò)95 %置信水平檢驗(yàn)，空間上主要分布在清遠(yuǎn)市的北部地區(qū)，即“三連一陽(yáng)”和英德北部，其余站點(diǎn)SDII呈下降趨勢(shì)，主要分布在清遠(yuǎn)市的南部地區(qū)，即清城、清新區(qū)和佛岡縣。

圖6 SDII變化的空間特征布及顯著性檢驗(yàn)

4 結(jié)論

本文運(yùn)用多種方法基于清遠(yuǎn)市60個(gè)雨量站的汛期(4—9月)逐日降水?dāng)?shù)據(jù)，分析了該區(qū)域1975—2015年極端降水事件的時(shí)空變化特征，主要結(jié)論如下。

a) 清遠(yuǎn)市極端降水存在較大的年際變化，各指標(biāo)變化趨勢(shì)有增有減且存在明顯的區(qū)域差異。面平均降水中，所有極端降水指數(shù)除R95P呈明顯下降趨勢(shì)、R95ptot無(wú)明顯趨勢(shì)外，其余指數(shù)均呈上升趨勢(shì)。除CDD、CWD、R95P和R95ptot外，“三連一陽(yáng)”等清遠(yuǎn)市北部地區(qū)其余極端降水指數(shù)均呈上升趨勢(shì)，清城區(qū)、清新區(qū)和佛岡縣等南部地區(qū)則呈下降趨勢(shì)。

b) “三連一陽(yáng)”地區(qū)強(qiáng)降水有增加趨勢(shì)，降水更加集中，容易發(fā)生洪澇災(zāi)害。針對(duì)未來(lái)強(qiáng)降水增加的基礎(chǔ)上，需要做好北部山區(qū)河流中小河流預(yù)報(bào)，防患于未然。