羅碧瑜，謝龍生，鄧 純，熊志剛，羅迎新

（1.廣東省梅州市氣象局，廣東 梅州 514021；2.廣東省蕉嶺縣氣象局，廣東 梅州 514200；3.廣東省興寧市氣象局，廣東 梅州 514500；4.嘉應(yīng)學(xué)院 地理科學(xué)與旅游學(xué)院，廣東 梅州514021）

梅州市位于廣東省東北部，地處粵、贛、閩三省交界處，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年均降水量達(dá)1 612.4 mm，但降水季節(jié)變化大、空間分布不均勻，旱澇災(zāi)害時(shí)有發(fā)生［1］.目前國(guó)內(nèi)外對(duì)旱澇都有各種各樣的指標(biāo)和研究方法［2］，對(duì)華南干旱的研究，也有不少指標(biāo)［3］.例如，有學(xué)者利用下次降水的平均等待時(shí)間(AWTP)分析廣東冬半年干旱特征［4，也有學(xué)者對(duì)梅州及其所處的華南區(qū)域的旱澇災(zāi)害特征及成因進(jìn)行過研究［5］，但對(duì)影響梅州旱澇情況的降水集中程度及集中時(shí)段的研究還較少.張錄軍于2004年提出的降水集中度（PCD）和降水集中期（PCP）的概念［6］，近年來被廣泛運(yùn)用于評(píng)價(jià)區(qū)域降水量的時(shí)空分布特征，效果良好.筆者選取梅州市7個(gè)縣區(qū)氣象臺(tái)站1971—2016年的逐日降水?dāng)?shù)據(jù)，利用PCD和PCP的概念，計(jì)算梅州市各縣區(qū)的降水集中度和集中期，并探討其與旱澇的關(guān)系，對(duì)本地防災(zāi)減災(zāi)共工作提供更加科學(xué)的決策依據(jù).

1 研究方法

1.1 降水集中度和集中期的定義及計(jì)算方法

降水集中度（PCD：Precipitation-Concentration Degree）和集中期（PCP：Precipitation-Concentration Period）是利用向量的原理定義降水量時(shí)間分布特征的參數(shù)，是評(píng)價(jià)區(qū)域降水不均勻性的重要指標(biāo)之一［6］.實(shí)際表明，該指標(biāo)不單可以定量地描述研究時(shí)段內(nèi)降水的集中程度和集中時(shí)段，并且計(jì)算結(jié)果還可為水資源開發(fā)利用、防洪抗旱及水資源調(diào)蓄規(guī)劃提供技術(shù)支持［7］.計(jì)算方法描述如下：

Ri為某臺(tái)站年內(nèi)總降水量，rij為研究時(shí)段內(nèi)某候的降水量，θj為各侯對(duì)應(yīng)的方位角（整個(gè)研究時(shí)段為-π～π），i為年份（i=1 971，1 972，…，2 016），j為研究時(shí)段內(nèi)的候序（j=1，2，…，N）.由式（1）和（2）可知，反映了降水總量在研究時(shí)段內(nèi)各個(gè)候的集中程度.如果在研究時(shí)段內(nèi)，降水量集中在某一候內(nèi)，則PCD為1，即PCD為極大值；如果PCD越接近于0，則表示降水量越不接近某一候，說明降水量幾乎均勻分布在每一候.PCD計(jì)算了合成向量的方位角，它指示出每個(gè)候降水量合成后的總體效應(yīng)，也就是向量合成后重心所指示的角度，反映了一年中最大候降水量出現(xiàn)在哪一個(gè)時(shí)段內(nèi)［8］.

1.2 空間插值方法

筆者利用反距離權(quán)重（IDW）插值法對(duì)計(jì)算出的數(shù)據(jù)進(jìn)行空間插值［9］.IDW法是一種常用的空間插值方法，以插值點(diǎn)和樣本點(diǎn)間的距離為權(quán)重進(jìn)行加權(quán)平均，離插值點(diǎn)越近的樣本點(diǎn)賦予的權(quán)重越大，可表示為：

其中Z是插值點(diǎn)估算值，Zi是實(shí)測(cè)樣本值，n為參與計(jì)算的實(shí)測(cè)樣本數(shù)，Di為插值點(diǎn)與第i個(gè)站點(diǎn)間的距離，p為距離的冪，它顯著影響內(nèi)插的結(jié)果，它的選擇標(biāo)準(zhǔn)為最小平均絕對(duì)誤差.

1.3 相關(guān)分析

相關(guān)系數(shù)是研究變量之間線性相關(guān)程度的量，本文用于分析降水集中度、集中期是否與降水量存在相關(guān)［10］.相關(guān)系數(shù)的定義式為：

其中，Cov(X,Y)為X與Y的協(xié)方差，Var[X]為X的方差，Var[Y]為Y的方差，相關(guān)系數(shù)R表示兩個(gè)變量之間線性相關(guān)關(guān)系，R大于0時(shí)兩個(gè)變量呈正相關(guān)；R小于0時(shí)兩個(gè)變量呈負(fù)相關(guān).R的絕對(duì)值在1與-1之間.R的絕對(duì)值越接近1，兩個(gè)變量線性相關(guān)性越強(qiáng)；R的絕對(duì)值接近于0時(shí)表明兩個(gè)變量幾乎不存在線性相關(guān)關(guān)系.

為判斷樣本相關(guān)系數(shù)對(duì)總體相關(guān)程度的代表性，需要對(duì)相關(guān)系數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn).若在統(tǒng)計(jì)上是顯著的，說明它可以作為總體相關(guān)程度的代表值，否則不能作為總體相關(guān)程度的代表值.在實(shí)際應(yīng)用中，常通過查詢相關(guān)系數(shù)臨界值表，以n-2為自由度（n為樣本數(shù)量，本文n=46）確定是否通過顯著性檢驗(yàn).

2 降水集中度和集中期的特征分析

2.1 年均降水量分布特征

從梅州市各縣區(qū)近46年來年均降水量分布可知，位于梅州南部的豐順降水量最為豐富，達(dá)到1 840.7 mm，位于北部的平遠(yuǎn)、蕉嶺次之，年均降水量均接近1 700 mm，其余四個(gè)縣區(qū)的降水量較少，其中，梅縣最少，僅1 518.3 mm.

2.2 降水集中度和集中期的多年平均分布特征

圖1為梅州市降水集中度和降水集中期的年際變化，從圖1（a）可知，全市歷年平均降水集中度為0.417，但年際變化較大，極小值為0.156（2016年），極大值為0.544（2007年），其中，有22年P(guān)CD大于多年平均值（稱降水集中年），有24年P(guān)CD小于多年平均值（稱降水不集中年），1976—2002年，降水集中年和不集中年間隔1～2年交替出現(xiàn)，2003—2008年，出現(xiàn)了連續(xù)6年的降水集中年，之后的2009—2012年，出現(xiàn)了連續(xù)4年的降水不集中年，表明2003—2012這一階段，PCD具有較強(qiáng)的連續(xù)性［11］；從圖1b可知，全市歷年平均降水集中期為32.76候（6月第2至3候），極大值為42.46（2002年，7月第6候至8月第1候），極小值為21.83（1983年，4月第3候至第4候）.其中，有25年P(guān)CD值小于多年平均值（稱降水集中期偏早年），21年P(guān)CP值大于多年平均值（稱降水集中期偏遲年），1982—1987年、2003—2007年分別出現(xiàn)了連續(xù)6年和5年的降水集中期偏早年，1971—1974年、2008—2011年分別出現(xiàn)了連續(xù)4年的降水集中期偏遲年，其余時(shí)段，偏早和偏遲年間隔1～2年交替出現(xiàn).

圖1 梅州市降水集中度與降水集中期年際變化圖

從梅州市1971—2016年的降水集中度分布可知（見圖2（a）），位于梅州市南部的豐順降水集中度最高，達(dá)0.481，其余地區(qū)的降水集中度均在0.40～0.43之間，其中梅縣降水集中度最低，為0.389，五華次之，為0.394；梅州市降水集中期的分布呈現(xiàn)南遲北早的特征（見圖2（b）），豐順的降水集中期出現(xiàn)最遲，為35.9候，約為6月的第6候，其余地區(qū)的降水集中期差別不大，在31～33候之間，其中蕉嶺的降水集中期時(shí)間最早，為31.5候，約為6月的第1候至第2候之間.降水集中度和降水集中期的空間分布表明南部豐順與其余縣區(qū)的差異明顯，這考慮是由于蓮花山脈的阻隔作用，使位于山脈南側(cè)的豐順呈現(xiàn)與山脈北側(cè)的縣區(qū)不一樣的氣候特征.

圖2 梅州市降水集中度與降水集中期空間分布圖

2.3 降水集中度和集中期的變異系數(shù)分布特征

變異系數(shù)是某一序列的標(biāo)準(zhǔn)偏差與平均值的商，能夠很好地反映氣象要素的波動(dòng)幅度［25］.PCD變異系數(shù)的分布大致呈現(xiàn)自北向南、自東向西逐漸增大的特征，PCD值最低的梅縣、五華兩地的變異系數(shù)最大，均在0.25以上，表明其降水集中程度的波動(dòng)性較大.1971—2016年，梅縣PCD最高值為0.56（2007年），最低值為 0.15（2016年），五華PCD最高值為0.57（1996年），最低值為0.11（2016年），高低值的比例位于全市各臺(tái)站前列.PCD變異系數(shù)較低的地區(qū)分布于梅州東北部，其中蕉嶺最低，為0.19.從PCP變異系數(shù)的分布可以看出（見圖3（b）），位于中部的梅縣、大埔、五華三地的變異系數(shù)最高，表明以上地區(qū)出現(xiàn)降水集中期的時(shí)間較不穩(wěn)定，而位于梅州最北和最南部的平遠(yuǎn)、豐順變異系數(shù)較低，表明其降水集中期出現(xiàn)的時(shí)間較穩(wěn)定.

圖3 梅州市降水集中度變異系數(shù)與降水集中期變異系數(shù)空間分布圖

2.4 降水集中度和集中期與降水量的相關(guān)系數(shù)分布

從梅州市降水集中度與降水量分相關(guān)系數(shù)分布可以看出（見圖4（a）），梅州市7個(gè)臺(tái)站的PCD與降水量均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，表明降水集中度越小，出現(xiàn)澇年的可能性越大，五華、興寧、梅縣、大埔4站相關(guān)性較強(qiáng)，通過了90%的顯著性檢驗(yàn)，其中五華的PCD與降水量相關(guān)系數(shù)通過了95%的顯著性檢驗(yàn)；從梅州市降水集中期與降水量的相關(guān)系數(shù)分布可以看出（見圖4（b）），7個(gè)臺(tái)站的PCP與降水量呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，全市均通過了95%的顯著性檢驗(yàn)，表明降水集中期越早，出現(xiàn)澇年的可能性越大，其中興寧站PCP與降水量的相關(guān)系數(shù)達(dá)-0.474，通過了99.9%的顯著性檢驗(yàn).

圖4 梅州市降水集中度、降水集中期和降水量的相關(guān)系數(shù)分布圖

2.5 降水異常年的降水集中度和集中期分布

利用異常度的概念，篩選出各站歷年降水異常偏多（澇）及異常偏少（旱）的年份，分析梅州旱、澇年的降水集中度及降水集中期的分布特征［13］.

2.5.1 降水異常年的降水集中度分布

從全市分布上看，澇年的PCD值明顯比旱年的PCD值?。ㄒ妶D5）.在澇年，全市PCD值在0.34～0.44之間，分布呈西低東高的特征，其中豐順的PCD值最高，達(dá)0.44，五華值最低，為0.34.在旱年，全市PCD值在0.40～0.53之間，分布呈現(xiàn)北低南高的特征，豐順仍為最高，達(dá)0.53，梅縣最低，為0.40.

圖5 降水異常偏多年與偏少年的降水集中度分布圖

2.5.2 異常降水年的降水集中期分布

澇年的PCP值明顯比旱年的PCP值?。ㄒ妶D6）.在澇年，全市降水集中期在28～35候（5月第4候至6月第5候）之間，其中，除豐順降水集中期較遲外（35候），其余站均在28～30候之間.在旱年，全市降水集中期則較有同步性，在34～37候之間（6月第4候至7月第1候），其中平遠(yuǎn)最早，豐順最遲.

圖6 降水異常偏多年與偏少年的降水集中期分布圖

3 結(jié)論

梅州全市歷年平均降水集中度為0.417，但年際變化較大，2003—2012期間，PCD具有較強(qiáng)的連續(xù)性，其余年份降水集中年和不集中年間隔1～2年交替出現(xiàn)；梅州全市歷年平均降水集中期為32.76候，1982—1987年、2003—2007年分別出現(xiàn)了連續(xù)6年和5年的降水集中期偏早年，1971—1974年、2008—2011年分別出現(xiàn)了連續(xù)4年的降水集中期偏遲年，其余年份偏早和偏遲年間隔1～2年交替出現(xiàn).

降水集中度的分布上，南部的豐順最高，中部的梅縣最低；降水集中期的分布呈現(xiàn)南遲北早的特征，豐順的降水集中期出現(xiàn)最遲，為35.9候，蕉嶺的降水集中期時(shí)間最早，為31.5候.

PCD變異系數(shù)的分布大致呈自北向南、自東向西逐漸增大的特征，梅縣、五華兩地的變異系數(shù)最大，蕉嶺最小.PCP變異系數(shù)的分布可見位于中部的梅縣、大埔、五華三地的變異系數(shù)最高，而位于梅州最北和最南部的平遠(yuǎn)、豐順變異系數(shù)較低.PCD、PCP均與降水量呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，表明降水集中度越小，降水集中期越早，出現(xiàn)澇年的可能性越大.澇年的PCD值明顯比旱年小，呈西低東高分布，旱年P(guān)CD呈北低南高分布；澇年的PCP值明顯比旱年的PCP值小.在澇年，全市降水集中期在28～35候之間，在旱年，則在34～37候之間.