靖娟利, 羅福林, 王永鋒, 王安娜

(1.桂林理工大學(xué) 測(cè)繪地理信息學(xué)院, 廣西 桂林 541004; 2.廣西空間信息與測(cè)繪重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣西 桂林 541004)

降水是全球水循環(huán)的重要環(huán)節(jié)，也是大氣中最活躍的要素之一，在時(shí)空上具有顯著的差異性。降水是誘發(fā)各種地質(zhì)災(zāi)害的重要影響因素，對(duì)水資源利用、社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展都具有重要影響[1]。傳統(tǒng)降水變化研究主要基于地面氣象站點(diǎn)實(shí)測(cè)降水?dāng)?shù)據(jù)，氣象站點(diǎn)觀測(cè)值具有較高精度，但存在站點(diǎn)稀少，空間插值結(jié)果誤差大，難以反映降水空間變化細(xì)節(jié)信息等問(wèn)題。隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，基于衛(wèi)星的降水反演產(chǎn)品，包括TRMM，GPM等，具有受地形、氣候等環(huán)境因素的影響小、覆蓋范圍廣、時(shí)效性強(qiáng)等特點(diǎn)，已成為監(jiān)測(cè)降水變化的重要數(shù)據(jù)來(lái)源。其中，由美國(guó)和日本聯(lián)合研制，于1997年發(fā)射的熱帶降水測(cè)量(Tropical Rainfall Measuring Mission，TRMM)衛(wèi)星數(shù)據(jù)能夠提供長(zhǎng)時(shí)間序列且覆蓋南北緯50度范圍的降水速率數(shù)據(jù)，廣泛應(yīng)用于與降水相關(guān)的研究中。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)TRMM衛(wèi)星降水產(chǎn)品在不同地區(qū)的精度驗(yàn)證和降水分析等方面已有大量研究。例如Almazroui[2]利用實(shí)測(cè)站點(diǎn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了TRMM 3B42數(shù)據(jù)在沙特阿拉伯的精度，結(jié)果表明月尺度相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.9，并在此基礎(chǔ)上分析了沙特阿拉伯地區(qū)1998—2009年降水時(shí)空特征。Islam等[3]基于1998—2002年孟加拉國(guó)31個(gè)雨量站點(diǎn)監(jiān)測(cè)資料驗(yàn)證了TRMM 3B42降水精度，結(jié)果表明該數(shù)據(jù)對(duì)暴雨監(jiān)測(cè)值偏小。Huffman等[4]對(duì)澳大利亞TRMM 3B42 RT降水?dāng)?shù)據(jù)與氣象觀測(cè)及雷達(dá)觀測(cè)資料在日尺度和月尺度的一致性進(jìn)行檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)TRMM數(shù)據(jù)與觀測(cè)數(shù)據(jù)之間具有較高的線性相關(guān)關(guān)系。李景剛等[5]對(duì)洞庭湖流域TRMM 3B43數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)月尺度TRMM 3B43數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.9。曾紅偉等[6]對(duì)瀾滄江流域及其周邊TRMM 3B43數(shù)據(jù)進(jìn)行精度檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)TRMM 3B43數(shù)據(jù)與觀測(cè)數(shù)據(jù)相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.83。常遠(yuǎn)勇等[7]基于1998—2010年TRMM 3B43數(shù)據(jù)，運(yùn)用Mann-Kendall非參數(shù)檢驗(yàn)、Hurst指數(shù)在像元尺度分析了全球中低緯度降水時(shí)空特征。朱國(guó)鋒等[8]利用相關(guān)系數(shù)法和散點(diǎn)斜率法對(duì)橫斷山區(qū)1998—2011年之間月尺度的TRMM 3B43降水?dāng)?shù)據(jù)精度進(jìn)行了檢驗(yàn)，研究表明TRMM 3B43降水?dāng)?shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相關(guān)性很強(qiáng)。齊文文等[9]根據(jù)青藏高原114個(gè)氣象站點(diǎn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)TRMM 3B43數(shù)據(jù)進(jìn)行了修正，并分析了1998—2011年多年平均降水的空間格局與季節(jié)分布特征。嵇濤等[10]利用72個(gè)氣象站點(diǎn)的實(shí)測(cè)降水?dāng)?shù)據(jù)對(duì)川渝地區(qū)TRMM衛(wèi)星降水?dāng)?shù)據(jù)年、季和月尺度上的精度進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果顯示月尺度TRMM數(shù)據(jù)精度最高。李威等[11]基于1998—2012年26個(gè)氣象站點(diǎn)實(shí)測(cè)降水資料，分析了同期TRMM 3B43數(shù)據(jù)在喀斯特山區(qū)不同時(shí)間尺度的適用性和分布規(guī)律，結(jié)果表明月尺度TRMM 3B43數(shù)據(jù)與站點(diǎn)實(shí)測(cè)值相關(guān)系數(shù)最高。周李磊等[12]基于1998—2014年21個(gè)實(shí)測(cè)站點(diǎn)數(shù)據(jù)，對(duì)同期TRMM 3B43數(shù)據(jù)進(jìn)行精度評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)兩者具有較高的相關(guān)性，并采用非參數(shù)Mann-Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn)、Sen-Median趨勢(shì)分析、變異系數(shù)和Hurst指數(shù)對(duì)西南地區(qū)年降水進(jìn)行了分析研究。秦?，摰萚13]采用蒙古高原134個(gè)氣象站點(diǎn)資料對(duì)TRMM 3B43數(shù)據(jù)進(jìn)行精度評(píng)估，發(fā)現(xiàn)兩者相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.93，并分析了蒙古高原近19 a降水空間和季節(jié)分布特征。一系列研究結(jié)果表明，TRMM 3B43降水?dāng)?shù)據(jù)與觀測(cè)數(shù)據(jù)之間具有較高的線性相關(guān)特征，可以滿(mǎn)足月尺度及以上區(qū)域降水時(shí)空變化研究。

滇黔桂巖溶區(qū)屬于我國(guó)西南巖溶區(qū)的核心地帶，生態(tài)環(huán)境脆弱，石漠化問(wèn)題突出，對(duì)氣候變化的響應(yīng)非常敏感。現(xiàn)有研究成果中，基于TRMM 3B43數(shù)據(jù)研究滇黔桂巖溶區(qū)降水變化規(guī)律的研究不多。因此，本文采用研究區(qū)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)TRMM 3B43進(jìn)行精度評(píng)價(jià)，并基于Sen-Median趨勢(shì)分析、Mann-Kendall檢驗(yàn)以及Hurst指數(shù)等數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對(duì)研究區(qū)近20 a降水的時(shí)空動(dòng)態(tài)特征進(jìn)行定量分析，以期為研究區(qū)水資源管理、水文預(yù)報(bào)、災(zāi)害預(yù)測(cè)等方面提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

滇黔桂巖溶區(qū)集中分布在我國(guó)云南、貴州、廣西3省(區(qū))(圖1)，分布面積達(dá)3.21×105km2，占全國(guó)巖溶分布面積的23.4%，占三省(區(qū))總面積的39.7%[14]。地勢(shì)西高東低，巖溶地貌類(lèi)型復(fù)雜多樣，主要分布峰叢洼地、峰林平原、叢丘洼地、高中山峽谷、峰叢峽谷等。屬于熱帶、亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，降水量季節(jié)和區(qū)域差異明顯。多年平均氣溫和降水量大致都是由東南向西北遞減。研究區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖大面積出露，土壤瘠薄，水土流失嚴(yán)重。區(qū)域內(nèi)水資源豐富，河流縱橫，峽谷廣布，地表地下具有雙層水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)。生態(tài)環(huán)境脆弱，人口—資源—環(huán)境矛盾突出，屬于全球變化的敏感地帶。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源及預(yù)處理

熱帶降水測(cè)量(Tropical Rainfall Measuring Mission，TRMM)衛(wèi)星數(shù)據(jù)，于1997年11月27日發(fā)射成功，由美國(guó)NASA(National Aeronautical and Space Administration)和日本NASDA(National Space Development Agency)共同研制，專(zhuān)門(mén)用于定量測(cè)量熱帶、亞熱帶降雨的氣象衛(wèi)星。TRMM 3B43數(shù)據(jù)為T(mén)RMM衛(wèi)星第7版3級(jí)產(chǎn)品TRMM 3B43 V7月降水資料，數(shù)據(jù)覆蓋范圍為南北緯50°之間，空間分辨率為0.25°×0.25°。本文使用的降水?dāng)?shù)據(jù)由NASA網(wǎng)站(http:∥mirador.gsfc.nasa.gov/)免費(fèi)獲取，時(shí)間范圍為1998—2017年逐月TRMM 3B43數(shù)據(jù)?；贏rcGIS軟件，從HDF文件中提取TRMM 3B43降水速率(mm/h)，然后分別乘以各月時(shí)間，生成月降水量柵格數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)矢量裁剪得到滇黔桂巖溶區(qū)1998—2017年逐月降水量柵格數(shù)據(jù)。

為了驗(yàn)證TRMM 3B43數(shù)據(jù)在研究區(qū)的適用性，從中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)中心(http:∥cdc.cma.gov.cn)獲取滇黔桂巖溶區(qū)內(nèi)72個(gè)氣象站點(diǎn)1998—2012年的月降水觀測(cè)資料，其中廣西、貴州和云南3省(區(qū))的氣象站點(diǎn)數(shù)分別為23個(gè)、20個(gè)和29個(gè)(圖1)。

圖1 研究區(qū)地理位置和氣象站點(diǎn)分布

2.2 研究方法

2.2.1 精度評(píng)估方法 使用相關(guān)系數(shù)(r)和相對(duì)偏差(BIAS)2個(gè)指標(biāo)對(duì)TRMM 3B43降水?dāng)?shù)據(jù)的精度進(jìn)行驗(yàn)證。其中，r反映TRMM 3B43降水?dāng)?shù)據(jù)與站點(diǎn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)之間的相關(guān)程度，取值越接近1，數(shù)據(jù)一致性越好；BIAS反映TRMM 3B43降水?dāng)?shù)據(jù)與站點(diǎn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)之間的偏離程度，取值越接近0，數(shù)據(jù)越精確。指標(biāo)計(jì)算公式如下：

(1)

(2)

2.2.2 Sen-Median趨勢(shì)分析與Mann-Kendall檢驗(yàn)Sen-Median趨勢(shì)分析和Mann-Kendall檢驗(yàn)方法相結(jié)合，已成為長(zhǎng)時(shí)間序列數(shù)據(jù)趨勢(shì)分析的重要方法[15-16]。兩種方法用于TRMM 3B43降水時(shí)間序列分析中，可以解釋降水量長(zhǎng)期變化趨勢(shì)的顯著性。

Sen-Median趨勢(shì)度(β)計(jì)算公式為：

(3)

式中：1

當(dāng)β>0時(shí)，表示時(shí)間序列呈上升趨勢(shì)，反之呈下降趨勢(shì)，變化趨勢(shì)的顯著性用Mann-Kendall方法進(jìn)行檢驗(yàn)。

Mann-Kendall檢驗(yàn)(MK檢驗(yàn))是一種非參數(shù)檢驗(yàn)方法，變量可以不具有正態(tài)分布特征。MK法是氣象學(xué)和水文學(xué)中比較常用的時(shí)間序列趨勢(shì)檢驗(yàn)方法之一。計(jì)算公式如下：

假定x1,x2,…,xn為時(shí)間序列變量，n為時(shí)間序列長(zhǎng)度，則檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量Z定義為：

(4)

其中，

(5)

(6)

(7)

式中：Z為正態(tài)分布統(tǒng)計(jì)量；var(S)為方差。在給定α置信水平上，如果|Z|≥Z1-α/2，表示研究序列在α水平上存在顯著變化。本文判斷α=0.05置信水平上TRMM 3B43降水時(shí)間序列變化趨勢(shì)的顯著性。

2.2.3 Hurst指數(shù) Hurst指數(shù)是定量描述時(shí)間序列信息長(zhǎng)程依賴(lài)性的有效方法。Hurst指數(shù)的估算方法有多種，其中重標(biāo)極差(Rescaled Range Analysis Method，R/S)分析法和小波分析法的估算結(jié)果比其他方法更為可靠[17]。R/S分析方法最早由英國(guó)水文學(xué)家Hurst在研究尼羅河水文問(wèn)題時(shí)提出，后Mandelbrot在理論上對(duì)該方法進(jìn)行了補(bǔ)充和完善。本文采用重標(biāo)極差(R/S)分析方法計(jì)算Hurst指數(shù)，計(jì)算原理參考文獻(xiàn)[18-19]。

Hurst指數(shù)取值范圍為00.5時(shí)，意味著未來(lái)的變化情況與過(guò)去一致，即持續(xù)性，H越大持續(xù)性越強(qiáng)；當(dāng)0

3 結(jié)果與分析

3.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度檢驗(yàn)

運(yùn)用1998—2012年研究區(qū)72個(gè)氣象站點(diǎn)的實(shí)測(cè)月降水?dāng)?shù)據(jù)對(duì)相同時(shí)段的TRMM 3B43降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行精度評(píng)估。結(jié)果如圖2所示，在月尺度上TRMM 3B43降水?dāng)?shù)據(jù)與氣象站點(diǎn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)之間呈顯著正相關(guān)(r=0.92，p<0.01)，說(shuō)明TRMM 3B43降水?dāng)?shù)據(jù)與氣象站點(diǎn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)之間具有很好的一致性。相對(duì)偏差(BIAS)計(jì)算結(jié)果為負(fù)的0.058，表明TRMM 3B43降水量略高于實(shí)測(cè)降水量。

由圖3A可以看出，站點(diǎn)相關(guān)系數(shù)r值介于0.35～0.99，均值為0.91。貴州咸寧站的r值最小，為0.35，廣西桂林站的r值最大，為0.98。r值大于0.9的站點(diǎn)有57個(gè)，占79%。表明在研究區(qū)內(nèi)TRMM 3B43降水?dāng)?shù)據(jù)與實(shí)測(cè)站點(diǎn)數(shù)據(jù)具有較好的相關(guān)性。相關(guān)系數(shù)空間分布具有區(qū)域差異性，廣西區(qū)、貴州省的r值較高，95%以上站點(diǎn)r值大于0.9；云南省相關(guān)系數(shù)相對(duì)較低，其中57%的站點(diǎn)r值大于0.9，90%的站點(diǎn)r值大于0.8。

圖2 TRMM 3B43月降水量與實(shí)測(cè)月降水量散點(diǎn)圖

由圖3B可知，BIAS絕對(duì)值介于0～10 mm的站點(diǎn)有48個(gè)，占67%；BIAS絕對(duì)值介于10～20 mm的站點(diǎn)有14個(gè)，主要分布在云南省、廣西區(qū)及廣西與貴州省接壤地帶。BIAS絕對(duì)值大于20 mm的站點(diǎn)共有10個(gè)，主要分布在云南省、廣西區(qū)西南部。

總體而言，TRMM 3B43降水?dāng)?shù)據(jù)在滇黔桂巖溶區(qū)具有良好的適用性，能夠滿(mǎn)足月尺度及以上的區(qū)域降水變化特征研究。

圖3 TRMM 3B43月降水量與實(shí)測(cè)月降水量相關(guān)系數(shù)及相對(duì)偏差空間分布

3.2 降水量時(shí)間變化特征

從圖4可知，1998—2017年滇黔桂巖溶區(qū)年均降水量呈不顯著波動(dòng)上升趨勢(shì)，上升速率為0.716 mm/a(p>0.05)。近20 a降水量年際波動(dòng)明顯，多年平均降水量在592.16～2 302.66 mm波動(dòng)，波峰出現(xiàn)在1999年、2002年、2008年、2015年，降水量均大于1 400 mm，波谷出現(xiàn)在2003年、2009年、2011年。降水量年際變化表現(xiàn)出明顯的階段性特征，1998—2011年整體呈下降趨勢(shì)，2011年后呈持續(xù)增加趨勢(shì)。

研究區(qū)處于熱帶、亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，夏季高溫多雨，冬季干燥少雨，降雨季節(jié)分配不均。將四季時(shí)間劃分為，春季(3—5月)、夏季(6—8月)、秋季(9—11月)、冬季(12-次年2月)，然后對(duì)季節(jié)降水量進(jìn)行分析。從圖4可知，四季降水量均值最大值出現(xiàn)在夏季，最小值出現(xiàn)在冬季。夏季降水量均值曲線變化趨勢(shì)與年際變化基本一致；春、秋、冬三季降水量均值變化趨勢(shì)不明顯，波動(dòng)不大。夏季多年降水量均值為662.61 mm，占年降水量的51.23%，而冬季多年降水量均值為84.31 mm，僅占6.51%。四季降水量年際波動(dòng)最大的季節(jié)為冬季，春季波動(dòng)最小。春、夏兩季降水量呈不顯著減少趨勢(shì)(p>0.05)，下降速率分別為2.41 mm/a，2.85 mm/a；秋、冬兩季降水量呈增加趨勢(shì)，但增加趨勢(shì)不顯著。

3.3 降水量空間分布格局

從圖5A可知，研究區(qū)多年平均降水量空間分布差異顯著。受地形和大氣環(huán)流的影響，年均降水量空間分布總體呈現(xiàn)隨著距離水汽源地越遠(yuǎn)及地形的抬升而減少的總體趨勢(shì)。降水量低值區(qū)集中分布在哀牢山以東的云南高原和貴州高原西北部的畢節(jié)市、云南北部的橫斷山地區(qū)，這些地區(qū)大部分位于巖溶峽谷、巖溶高原斷陷盆地區(qū)。降水量高值區(qū)主要分布在廣西東部、東南部丘陵和平原地區(qū)及東北部巖溶地區(qū)，云南南部及西部地區(qū)。

圖4 降水量年際及季節(jié)變化趨勢(shì)

從圖5B—E可以看出，研究區(qū)降水量季節(jié)分配不均，夏季是降水量最多的季節(jié)，降水量在400～1 200 mm。夏季研究區(qū)主要受東南季風(fēng)和西南季風(fēng)的影響。東南季風(fēng)攜帶來(lái)自太平洋的暖濕氣流在推進(jìn)過(guò)程中受廣西東部及東北部山脈阻擋，以及西部云貴高原南緣地形的抬升影響，在廣西東部及中部平原區(qū)以及云南東南部形成降水高值區(qū)，降水量均值達(dá)到1 600 mm以上。隨著地形繼續(xù)抬升，在云貴高原南緣降水量均值繼續(xù)減少到1 000～1 200 mm，降水量低值區(qū)主要出現(xiàn)在貴州高原，降水量均值在800～1 000 mm。西南季風(fēng)攜帶來(lái)自印度洋的暖濕氣流在推進(jìn)過(guò)程中受到山脈的阻擋，使得降水高值區(qū)主要分布在橫斷山脈以西地區(qū)，隨著地形進(jìn)一步抬升，在云南北部橫斷山地區(qū)以及貴州高原形成降水量低值區(qū)。冬季是全年降水量最少的季節(jié)，降水量<400 mm，其中云南北部橫斷山巖溶峽谷區(qū)、東部巖溶峰叢峽谷區(qū)、云南西部潞西市和保山市以及北部楚雄市降水量<50 mm。這是由于冬季在西北季風(fēng)的影響下，空氣寒冷干燥，云貴高原西北部地區(qū)降雨量稀少，達(dá)到全年降水量最小值；而在云貴高原的東南部地區(qū)，受西北季風(fēng)的影響減弱，降水量為100～200 mm。

3.4 降水量空間變化趨勢(shì)及其顯著性檢驗(yàn)

將Sen-Median趨勢(shì)分析和Mann-Kendall檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行疊加，可以從像元尺度反映研究區(qū)近20 a降水量變化趨勢(shì)的空間分布格局。具體研究過(guò)程中，將β<0劃分為降水量減少區(qū)域，用代碼1表示；β>0劃分為降水量增加區(qū)域，用代碼2表示；將α=0.05置信水平上Mann-Kendall檢驗(yàn)結(jié)果劃分為顯著變化(Z<-1.96或Z≥1.96)分別用代碼1，3表示，不顯著變化(-1.96≤Z<1.96)用代碼2表示；β和Z可以組合為4種類(lèi)型(表1)。

圖5 多年及季節(jié)降水量均值空間分布

從表1可知，降水量年際變化呈增加趨勢(shì)的面積(46.29%)略小于呈減少趨勢(shì)的面積(53.71%)。從圖6A空間分布來(lái)看，降水量年際變化呈增加趨勢(shì)的地區(qū)主要分布在廣西的巖溶峰林平原、峰叢洼地區(qū)和非巖溶區(qū)，貴州高原東南部凱里市非巖溶區(qū)和西北部的畢節(jié)市巖溶山原峰叢洼地區(qū)、云南北部的昭通市和南部思茅市巖溶峽谷區(qū)及非巖溶區(qū)；其中，顯著增加的區(qū)域占5.73%，集中分布在廣西東南部梧州、玉林、欽州、貴港、馬山等丘陵地區(qū)。降水量年際變化呈減少趨勢(shì)的區(qū)域主要分布在貴州高原東北部銅仁市—云南南部個(gè)舊市連線以北的巖溶區(qū)和非巖溶區(qū)；顯著減少的區(qū)域集中分布在云南北部橫斷山巖溶峽谷區(qū)及非巖溶區(qū)。

從四季降水量變化趨勢(shì)表1和圖6B—E可知，春季降水量呈減少趨勢(shì)的面積占78.92%，廣泛分布在廣西盆地和西部山地巖溶區(qū)、貴州南部和北部巖溶區(qū)以及云南絕大部分地區(qū)；顯著減少的區(qū)域占20.28%，集中分布在哀牢山以西的景洪市、思茅市，橫斷山地區(qū)的怒江傈傈族自治州等地區(qū)、云龍市、楚雄市，廣西百色、南寧市、憑祥市等地區(qū)也有零星分布。夏季降水量仍以減少趨勢(shì)為主，占79.01%，空間分布與春季基本一致；顯著減少的區(qū)域所占比例下降到4.41%，集中分布在云南北部橫斷山地區(qū)的麗江納西族自治縣和云龍縣的巖溶峽谷區(qū)。秋季，降水量變化趨勢(shì)轉(zhuǎn)變?yōu)橐栽黾訛橹鳎?0.84%，廣泛分布在廣西、貴州、云南高原及其西南部地區(qū)；顯著增加的區(qū)域占15.53%，集中分布在廣西東南部梧州市、玉林市、貴港市、欽州市，廣西北部河池市巖溶區(qū)和貴州西南部巖溶區(qū)也有分布。冬季降水量仍以增加趨勢(shì)為主，占78.84%，廣泛分布在廣西、貴州高原南部、云南高原以南和以西地區(qū)。降水量呈減少趨勢(shì)的面積占21.16%，集中分布在貴州銅仁市—云南曲靖市連線以北云南高原巖溶區(qū)，云南北部橫斷山巖溶峽谷區(qū)。

表1 降水量變化趨勢(shì)統(tǒng)計(jì)

3.5 降水量空間演化態(tài)勢(shì)

根據(jù)研究區(qū)近20 a的TRMM 3B43降雨數(shù)據(jù)，參考文獻(xiàn)[18-19]中的R/S理論方法，逐像元計(jì)算Hurst指數(shù)。從圖7可以看出，研究區(qū)Hurst指數(shù)值域范圍為0.269～0.966，均值為0.703。降水量呈反持續(xù)性變化(H<0.5)、弱持續(xù)性變化(0.50.75)的區(qū)域分別占4.94%，58.99%和36.07%。從降水量Hurst指數(shù)空間分布情況看，強(qiáng)持續(xù)性區(qū)域集中分布在貴州高原東北部巖溶區(qū)、廣西東北部、云南高原中部巖溶斷陷盆地區(qū)和橫斷山巖溶峽谷區(qū)及楚雄市、云龍市等非巖溶區(qū)；反持續(xù)性區(qū)域僅在云南西部的潞西市和臨滄縣、廣西百色市、憑祥市和南寧市地區(qū)散布。

為了進(jìn)一步研究滇黔桂巖溶區(qū)降水量變化趨勢(shì)及其可持續(xù)性，將Sen-Median趨勢(shì)分析和Mann-Kendall檢驗(yàn)結(jié)果與Hurst指數(shù)分類(lèi)結(jié)果進(jìn)行空間疊加分析，得到表3中共計(jì)11種耦合結(jié)果。從表2和圖8可知，降水量持續(xù)減少的區(qū)域(類(lèi)別112，113，122，123)占46.21%，高于持續(xù)增加的區(qū)域(類(lèi)別222，223，232，233)38.45%。

從圖8降水量空間演化態(tài)勢(shì)來(lái)看，顯著減少—強(qiáng)持續(xù)區(qū)域(類(lèi)別113)占8.11%，主要分布在云南北部橫斷山脈地區(qū)的巖溶峽谷區(qū)及非巖溶區(qū)，在貴州高原北部巖溶區(qū)也有零星分布；顯著增加—強(qiáng)持續(xù)區(qū)域(類(lèi)別233)僅占0.26%，集中分布云南高原中部地區(qū)；未來(lái)趨勢(shì)無(wú)法確定的區(qū)域(類(lèi)別121，221)占4.94%，主要散布在廣西西部百色市、憑祥市、南寧市，東部賀州市，以及云南西部邊界潞西市和臨滄縣。以上3類(lèi)地區(qū)是重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域，以防止旱災(zāi)及洪澇災(zāi)害發(fā)生。

表2 降水量變化趨勢(shì)及Hurst指數(shù)統(tǒng)計(jì)

圖6 降水量年際及季節(jié)變化趨勢(shì)統(tǒng)計(jì)

圖7 Hurst指數(shù)空間分布

圖8 降水量空間演化態(tài)勢(shì)

4 結(jié)論與討論

(1) 在月尺度上，TRMM 3B43降水?dāng)?shù)據(jù)與氣象站點(diǎn)實(shí)測(cè)降水?dāng)?shù)據(jù)之間具有良好的一致性。

(2) 1998—2017年滇黔桂地區(qū)年均降水量呈不顯著波動(dòng)上升趨勢(shì)，上升速率為0.716 mm/a(p>0.05)。夏季降水量占年降水總量的51.23%，其均值曲線變化趨勢(shì)與年際變化基本一致。春、夏兩季降水量呈不顯著減少趨勢(shì)(p>0.05)，而秋、冬兩季降水量呈不顯著增加趨勢(shì)。

(3) 從降水量空間分布來(lái)看，多年平均降水量空間分布差異顯著，降水量季節(jié)分配不均。降水量年際變化呈增加趨勢(shì)的面積略小于呈減少趨勢(shì)的面積(53.71%)。從四季降水量變化趨勢(shì)來(lái)看，春、夏兩季降水量變化趨勢(shì)以減少為主，而秋、冬兩季降水量變化趨勢(shì)以增加為主。

(4) 從降水量空間演化態(tài)勢(shì)來(lái)看，降水量呈持續(xù)變化(H>0.5)的區(qū)域占95.06%。Sen-Median趨勢(shì)分析和Mann-Kendall檢驗(yàn)結(jié)果與Hurst指數(shù)耦合結(jié)果顯示，降水量顯著減少—強(qiáng)持續(xù)區(qū)域占8.11%，主要分布在云南北部橫斷山脈地區(qū)，在貴州高原北部也有零星分布；而顯著增加—強(qiáng)持續(xù)的區(qū)域僅占0.26%。

本文從像元尺度初步揭示了研究區(qū)近20 a降水時(shí)空動(dòng)態(tài)特征，分析結(jié)果與周李磊等[12]的研究結(jié)論基本一致。TRMM 3B43降水產(chǎn)品精度能滿(mǎn)足月尺度及以上區(qū)域降水變化研究，與基于站點(diǎn)插值的降水空間特征相比[20-21]，TRMM 3B43降水?dāng)?shù)據(jù)表示的年降水和季節(jié)降水空間分布與站點(diǎn)插值結(jié)果基本一致，而且能更好地表達(dá)降水空間分布的細(xì)節(jié)信息。另外，在站點(diǎn)尺度上，TRMM 3B43降水?dāng)?shù)據(jù)存在高估或低估等問(wèn)題，部分站點(diǎn)的偏差較大。因此，后續(xù)在研究過(guò)程中可以對(duì)TRMM 3B43降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行精度校正，以提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。另外，也可以結(jié)合地表高程、坡度、坡向、植被等環(huán)境因素對(duì)TRMM 3B43降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行降尺度研究來(lái)提高其精度，為后續(xù)相關(guān)研究提供高質(zhì)量數(shù)據(jù)。