云南省1958-2013年極端降水時空變化特征分析*

楊曉靜，徐宗學(xué)，2，左德鵬，2，劉 琳

（1.北京師范大學(xué)水科學(xué)研究院，水沙科學(xué)教育部重點實驗室，北京100875；2.全球變化協(xié)同研究中心，北京，100875）

云南省1958-2013年極端降水時空變化特征分析*

楊曉靜1，徐宗學(xué)1，2，左德鵬1，2，劉 琳1

（1.北京師范大學(xué)水科學(xué)研究院，水沙科學(xué)教育部重點實驗室，北京100875；2.全球變化協(xié)同研究中心，北京，100875）

利用云南省1958-2013年28個氣象站日降水?dāng)?shù)據(jù)，計算了9個極端降水指數(shù)?；贛ann-Kendall（MK）方法進(jìn)行趨勢分析，滑動t檢驗（MTT）、Mann-Kendall、Pettit三種方法進(jìn)行突變檢驗，小波分析、反距離權(quán)重法則分別探討極端降水指數(shù)周期特性及空間分布特征。結(jié)果表明：①時間上，中小雨及連續(xù)降水日數(shù)均減小，極端降水量則顯著增加，1958-2013年全省年降水量以-11.8 mm／10a的速率減少；較能反映降水均值特征的指數(shù)（CDD、R10、R20、PRCPTOT）未發(fā)生突變，而能反映極端降水變化特征的指數(shù)（CWD、R95p、R99p、SDII）的突變分別發(fā)生于2002、1993、1980、1994年左右；周期變化上，除CDD、R99p、SDII（周期分別為18年、14年、8年）外，其余指數(shù)的周期大小及其變化過程均較為相似，對應(yīng)周期均為8年左右。②空間上，除CDD、CWD、SDII、PRCPTOT外，其余指數(shù)總體時空變化趨勢較為一致。對比云南省5個氣象地理分區(qū)降水，滇中降水量處于中等偏下水平，但該地區(qū)遭受極端干旱、極端降水風(fēng)險高于其他地區(qū)，而其他地區(qū)極端降水與年平均降水量的空間分布特征較為一致。

極端降水指數(shù)；趨勢；周期；突變；空間分布；云南

氣候變化在過去幾十年中一直是氣象科學(xué)、水文科學(xué)研究中最重要的課題，全球變暖已引起世界各地學(xué)者的廣泛關(guān)注［1］。早期限于高質(zhì)量日氣象要素數(shù)據(jù)的可獲取性，全球及區(qū)域范圍內(nèi)氣候變化研究都主要集中于長期氣候事件均值變化特征，而極端氣候事件對社會、經(jīng)濟(jì)及環(huán)境的影響遠(yuǎn)大于氣候變化均值產(chǎn)生的影響［1-2］。在全球變暖背景下，大氣濕度增加、雷暴及大范圍的暴雨增強，導(dǎo)致極端降水事件的發(fā)生頻率顯著增加［3］。而經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展過程中的降水被認(rèn)為是最重要的氣象要素，對供水、河川徑流、作物產(chǎn)量、自然植被均具有重要的意義；此外，極端降水事件通常易引發(fā)一系列極端水文事件（如：干旱、洪澇），對主要經(jīng)濟(jì)來源是農(nóng)業(yè)的國家和地區(qū)影響尤為顯著［4-5］。

目前的研究對極端降水事件發(fā)生頻率、強度變化規(guī)律給予了充分關(guān)注，與國外已有研究相比，我國針對極端降水事件的研究起步相對較晚。Alexander等［6］利用10個極端降水指數(shù)分析全球極端降水特征，結(jié)果表明20世紀(jì)以來全球極端降水總體呈增加趨勢，亞洲局部地區(qū)則與之相反，且局地降水特征差異明顯。Zhang等［7］利用中東地區(qū)15個國家52個站點數(shù)據(jù)，分析計算了11個極端降水指數(shù)，結(jié)果表明降水日數(shù)、降水強度及日最大降水均呈減小趨勢，且均未體現(xiàn)空間相關(guān)性；對比加拿大、美國、意大利、澳大利亞等國家／地區(qū)研究結(jié)果同樣表明不同地區(qū)極端降水發(fā)生頻率、強度、持續(xù)時間等方面差異明顯［4，8-10］。張寧［11］對我國1951-2005年極端降水時空分布特征進(jìn)行了研究，結(jié)果表明平均降水強度與降水日數(shù)全國范圍內(nèi)基本一致，分別呈增加、減少趨勢；且1970年代末以后極端降水事件處于增加趨勢，尤其是1990年代末，極端降水強度以及頻數(shù)增加較快，存在10年左右的周期。王志福［12］在全國尺度上對極端降水事件的頻率及強度特征作了分析，結(jié)果表明全國持續(xù)1 d極端事件空間上表現(xiàn)為全國大部分上升、華北和西南等地呈下降的趨勢。持續(xù)2 d以上極端事件全國平均的趨勢不顯著，而區(qū)域之間差異明顯。我國目前除了對全國尺度極端降水特征的研究，在流域尺度及省／市范圍的研究也較多，且選用的評價方法存在明顯差異［13-17］，極端降水指標(biāo)主要包括絕對閾值指標(biāo)和百分位閾值指標(biāo)、結(jié)合區(qū)域特點定義的極端降水指標(biāo)。研究不同區(qū)域尺度極端降水特征為更好應(yīng)對氣候變化具有十分重要的意義，而目前針對云南省極端降水方面的研究相對我國其他地區(qū)偏少，已有研究主要針對該省局部地區(qū)平均降水特性［18-20］。盡管Li等［21］分析了1960-2012年云南省極端降水的變化趨勢，但并未對極端降水可能存在的突變、周期等進(jìn)一步研究。

云南是一個農(nóng)業(yè)大省，地處我國西南邊陲，是一個以低緯高原山地為主的省份，地形條件極為復(fù)雜且受季風(fēng)氣候影響顯著［22］。由于受高原季風(fēng)氣候的影響，該區(qū)異常天氣條件和天氣極端變化易形成農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害，且生產(chǎn)方式較為落后，氣象災(zāi)害對農(nóng)業(yè)造成的損失最大。因此，開展云南省極端降水時空分布特征研究具有十分重要的現(xiàn)實意義。本文基于云南省28個氣象站點1958-2013年逐日降水?dāng)?shù)據(jù)，從氣候變化檢測專家組（Expert Team on Climate Detection）推薦的極端降水指數(shù)中選取其中9個指數(shù)。從時間上，分析極端降水可能存在的趨勢、突變及周期特性；從空間上，揭示極端事件演變特征。

1 資料與方法

1.1 資料及分區(qū)

利用中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)（http：／／cdc.cma.gov.cn／home.do）提供的中國地面氣候資料日值數(shù)據(jù)集（V3.0），選取1958-2013年云南省28個氣象站日降水?dāng)?shù)據(jù)。并對選用的降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格審核及一致性檢驗，篩查數(shù)據(jù)中的異常值并插補缺測部分。為便于空間分布對比，參照中國氣象地理區(qū)劃［23］將云南省分為5個區(qū)，即：滇東北、滇東南、滇中、滇西北、滇西南，如圖1所示。

1.2 方法

圖1 云南省28個氣象站點空間分布圖

利用RClimDex（http：／／etccdi.pacificclimate. org／software.shtml）分別對28個氣象站點降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制，并計算文中選用的9個極端降水指數(shù)值，各指數(shù)及其分類詳見表1。根據(jù)計算結(jié)果分析全省極端降水指數(shù)時間和空間分布特征，具體方法如下：時間變化上，文中選取常用Mann-Kendall（M-K）非參數(shù)檢驗法進(jìn)行趨檢驗并用Sen’s法計算斜率［24］，Mann Kendall Tau、Spearman兩種非參數(shù)方法進(jìn)行相關(guān)性檢驗［25］。目前對極端降水突變現(xiàn)象的物理機(jī)制尚不明確，突變檢驗時應(yīng)采用多種方法，同時選擇合適的顯著性水平［26］。為明確極端降水的突變特性，故采用常用的5年滑動t檢驗（5年MTT）、10年滑動t檢驗（10年MTT）、Mann-Kendall、Pettit這幾種方法進(jìn)行突變檢驗［26-28］。在分析降水趨勢、相關(guān)性及突變特性基礎(chǔ)上，選取代表性較強的極端降水指數(shù)基于復(fù)Morlet小波分析方法計算極端降水指數(shù)周期。周期分析前為消除小波變換的邊界效應(yīng)，對各極端降水指數(shù)值分別進(jìn)行周期延拓處理，即在原始數(shù)據(jù)的前后各延長一個周期，對延拓后的數(shù)據(jù)進(jìn)行小波變換后再截取對應(yīng)原始資料的小波系數(shù)來分析［29］?？臻g變化上，選用云南年平均降水空間分布計算誤差最小的反距離權(quán)重法［30］，基于Arcgis9.3對各極端氣候指數(shù)進(jìn)行插值計算，從而直觀反映云南省極端降水主要空間分布特征。由于篇幅所限，上述不同方法計算公式及步驟詳見文中引用的相關(guān)參考文獻(xiàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 極端降水時間變化特征

2.1.1 極端降水指數(shù)趨勢及相關(guān)性分析

2.1.1.1 站點變化趨勢

分別對28個站點的9極端降水指數(shù)值進(jìn)行趨勢分析，結(jié)果表明：約71%～93%的站點無明顯變化趨勢，各站點極端降水指數(shù)趨勢統(tǒng)計結(jié)果見表2（變化即通過顯著性水平0.1檢驗）。其中持續(xù)干日（CDD）、強降水日降水量（R95p）、極強降水日降水量（R99p）、降水強度（SDII）呈增加趨勢的站點數(shù)明顯多于減少的站點數(shù)，持續(xù)降水日（CWD）、降水大于10 mm天數(shù)（R10）、降水大于20 mm天數(shù)（R20）、年降水量（PRCPTOT）則呈下降趨勢。

表1 極端降水指數(shù)定義

表2 1958-2013年極端降水指數(shù)變化趨勢站點統(tǒng)計表

2.1.1.2 年平均變化趨勢

根據(jù)文中選用的極端降水指數(shù)定義及計算方法將其分為4類（持續(xù)日長指數(shù)、閾值指數(shù)、百分位指數(shù)及其他），并利用Mann Kendall Tau、Spearman兩種相關(guān)檢驗方法對各指數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析。不同類別極端降水指數(shù)1958-2013年全省年平均值的主要特征如下所示。

（1）持續(xù)日長指數(shù)（CDD、CWD）

如圖2所示，1958-2013年全省多年CDD平均值為52 d，其中最長達(dá)87 d（1963年），最小值33 d（1992年），以1 d／10年的速度增加，且2002年以來CDD明顯增多。CWD多年平均天數(shù)僅為10 d，僅達(dá)CDD多年平均值的19.2%，而變化趨勢呈顯著減小（顯著性水平為0.01），且2002年后減小趨勢更為明顯。相關(guān)性分析結(jié)果（見表3～表4）表明：CDD僅與降水強度（SDII）相關(guān)性顯著（Mann Kendall Tau、Spearman檢驗所得的相關(guān)系數(shù)分別為0.226、0.327），而CWD則僅與CDD、SDII無顯著相關(guān)性。

（2）閾值指數(shù)（R10、R20、R25）

1958-2013年間，R10、R20、R25多年平均值分別為36、16、11，小雨天數(shù)（365-CDD-R10）最多，而強降水天數(shù)明顯多于中雨天數(shù)（R10-R20）。R10、R20均呈減小趨勢，而R25則呈增加趨勢。降水閾值指數(shù)主要根據(jù)日降水量進(jìn)行區(qū)分，因此R10、R20、R25間存在顯著相關(guān)性，R10與CDD、SDII無顯著相關(guān)性，R20、R25則僅與CDD無關(guān)，相關(guān)系數(shù)值詳見表3～表4（下同）。

表3 1958-2013年降水指數(shù)Kendall’s tau-b等級相關(guān)系數(shù)

表4 1958-2013年降水指數(shù)Spearman相關(guān)系數(shù)

圖2 1958-2013年云南省年平均極端降水指數(shù)（CDD／CWD／R10／R20／R25）變化趨勢

（3）百分位指數(shù)（R95p、R99p）

如圖3所示，強降水日降水量（R95p）多年平均值為269 mm，占近1／4的年降水量（PRCPTOT），且年際間差異明顯，總體略為增加（0.84 mm／10年）。極強降水日降水量（R99p）多年平均值為79 mm，變化趨勢顯著（顯著性水平0.05）并以3.1mm／10年的速度增加，對PRCPTOT貢獻(xiàn)率在4%（2012年）到11%（1984、2002年）間變化。相關(guān)性分析結(jié)果表明R95p、R99p僅與CDD無顯著相關(guān)性，均與其余極端降水指數(shù)相關(guān)性顯著。

圖3 1958-2013年百分位指數(shù)變化特征

（4）其他（SDII、PRCPTOT）

1958-2013年，SDII值在9.5-12.0 mm／年變化，變化趨勢不顯著。SDII僅與CWD相關(guān)性不顯著，與R95p相關(guān)性最為明顯。PRCPTOT多年平均值為1 104 mm，最大值為1 336 mm（1964年），最小值為903 mm（2009年），且以11.8 mm／10年的速度減少。相關(guān)系數(shù)的大小一定程度上能反映出閾值指數(shù)對PRCPTOT的不同貢獻(xiàn)程度，PRCPTOT與R10相關(guān)系數(shù)最大，即反映出R10對PRCPTOT貢獻(xiàn)程度最大。

圖4 1958-2013年P(guān)RCPTOT、SDII變化特征

綜上所述，9個極端降水指數(shù)的全省年平均值變化差異明顯，1958-2013年云南省持續(xù)干日（CDD）呈增加趨勢，而持續(xù)降水日（CWD）日數(shù)則呈顯著減小趨勢。與此同時，全省年降水量（PRCPTOT）呈減少趨勢，而降水強度（SDII）、極強降水日降水量（R99p）及日降水大于25 mm的日數(shù)均呈增加趨勢。由此可見，極端降水指數(shù)的變化特征反映出云南省存在變干趨勢，但其極端降水事件發(fā)生頻率、持續(xù)日數(shù)及降水強度均明顯增加。此外，為能用較少的指數(shù)較為全面反映極端降水的趨勢、周期及空間變化特點，本研究優(yōu)先選擇無顯著相關(guān)的極端降水指數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步分析研究。由于各極端降水指數(shù)均基于降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行計算，除SDII與CWD無顯著相關(guān)關(guān)系，CDD僅與SDII顯著相關(guān)，其余指數(shù)間均呈顯著相關(guān)關(guān)系，因此建議在極端降水特征分析中必須采用的指數(shù)包括：CDD、CWD及SDII，其余指數(shù)則視需探討的降水極端程度而定。

2.1.2 極端降水指數(shù)突變檢驗

由于各極端降水指數(shù)可能存在的突變年份不確定性較大，因此文中利用5年MTT、10年MTT、M-K及Pettit分別對9個極端降水指數(shù)進(jìn)行了突變點檢驗，結(jié)果見表5。鑒于滑動t檢驗（MTT）能檢測給定年數(shù)子序列突變情況，且結(jié)果中可能出現(xiàn)多個突變點。而M-K、Pettit兩種方法則用于序列整體變化趨勢檢測，存在突變時結(jié)果中僅存在一個突變年份情況較多。因此，綜合這幾種常用突變檢驗方法計算的結(jié)果不但能判斷出1958-2013年各極端降水指數(shù)整體變化趨勢，同時也能發(fā)現(xiàn)其年代間存在的異常。

表5 突變檢驗結(jié)果

圖5 Morlet復(fù)小波分析結(jié)果

（1）持續(xù)日長指數(shù)（CDD、CWD）

突變檢驗結(jié)果表明CDD無顯著突變，整體呈增加趨勢。3種突變檢驗方法均檢出CWD在2002年發(fā)生突變，10年MTT反映出，2002年以來CWD呈顯著減少趨勢，據(jù)M-K突變檢驗結(jié)果CWD在2008年后減小趨勢更顯著（顯著性水平為0.1），且2009年超出了0.05的顯著性水平，該結(jié)果與云南省2009年來連續(xù)4年發(fā)生干旱的實情較為相符。

（2）閾值指數(shù)（R10、R20、R25）

MTT對閾值指數(shù)檢驗結(jié)果較為一致，5年MTT結(jié)果表明R10、R25均在1970年代初期、2002、2008年開始發(fā)生突變。10年MTT結(jié)果表明R10、R20、R25均在1990年代初及21世紀(jì)初期均開始發(fā)生突變。而M-K及Pettit對R10、R20均未檢出突變點，僅M-K檢測出R25在1982年發(fā)生顯著突變。由此可說明閾值指數(shù)在1958-2013年間變化趨勢總體上較為一致，而R25在1980年代后增加趨勢較其他閾值指數(shù)更為顯著。

（3）百分比指數(shù)（R95p、R99p）

5年MTT檢驗結(jié)果表明在1958-2013年間出現(xiàn)多個突變點，各突變開始的年份間相差5年，該結(jié)果可能受到算法及R95p年際間波動大的特點共同作用。10年MTT對R95p檢出的突變點個數(shù)明顯少于5年MTT，1993年后R95p發(fā)生顯著變化，且與M-K檢驗結(jié)果一致。綜合三種方法檢驗結(jié)果可得R99p在1958-2013年間，突變始于1980年代；年代上的突變特征即：1960年代初突變，其值呈減小趨勢，1970年代初呈增加趨勢，1980年代后減小趨勢明顯且在2006年左右呈增加趨勢。由此可知，百分比指數(shù)年代間的波動特征顯著，一定程度上反映出云南省極端降水事件年代變化特征不確定性較大的特點。

（4）其他（SDII、PRCPTOT）

SDII綜合檢驗結(jié)果表明在1994年后發(fā)生了顯著突變，年代尺度上的突變特征即：SDII在1970年代初和1990年代開始發(fā)生突變，2002年后呈增加趨勢，該趨勢與全球總體趨勢一致［6］。5年MTT檢驗值反映出2008年后SDII存在略微增加趨勢，PRCPTOT突變檢驗結(jié)果表明年降水量整體上無突變發(fā)生，在5年尺度上，2002、2008均發(fā)生突變，且結(jié)果表明2008年后PRCPTOT呈減少趨勢，這與云南省2008年以來連續(xù)4年干旱少雨的情況較為相符。

綜上所述，極端降水指數(shù)不同方法突變結(jié)果存在一定差異，但SDII、CWD的突變檢驗結(jié)果較為一致，突變年份分別為1994、2002年。突變檢驗方法不同易造成結(jié)果的不確定性，為得到更為客觀的突變檢驗結(jié)果文中綜合分析了不同方法的結(jié)果。結(jié)果表明：CDD未檢出突變點，而R95p突變始于1990年代初，R99p與R25均始于1980年代初；較能反映年降水變化特征的降水指數(shù)（R10、R20與PRCPTOT）均未檢驗出突變，且在1958-2013年間其值均呈減小趨勢，而綜合滑動檢驗結(jié)果表明這三個指數(shù)均在2002、2008年發(fā)生了突變，且該結(jié)果與已有研究結(jié)果較為一致［19，31］。

2.1.3 極端降水指數(shù)周期分析

結(jié)合上文結(jié)果，篩選出相關(guān)性較低且變化趨勢較為顯著的極端降水指數(shù)進(jìn)行周期分析（圖5），即：CDD、CWD、R25、R99p、SDII、PRCPTOT。其中R99p與SDII能夠反映極端降水強度變化特征，CDD與CWD能夠反映極端事件持續(xù)日數(shù)，R25能夠反映出極端降水事件發(fā)生頻率，而PRCPTOT則能夠反映年平均降水變化趨勢。

結(jié)合復(fù)Morlet小波方差及其實部等值線圖對周期進(jìn)行分析，結(jié)果表明CDD 17-28年周期震蕩能量最大，即周期變化最明顯，而1960年代中期開始，明顯呈現(xiàn)8年左右的周期。8年特征時間尺度上，CDD平均周期約為5年；28年時間尺度上，其平均周期即18年左右，呈現(xiàn)出4個“增-減”變化周期，且2005后CDD增加趨勢明顯（由于篇幅限制未列出特征周期過程線圖，下同）。從圖5中可看出，CWD、R25的小波方差圖及小波實部等值線圖變化特征較為相似，均呈4個“增-減”變化周期，且最明顯的兩個特征時間尺度均為：22年、13年，對應(yīng)的周期分別為14年、8年左右。

相比持續(xù)日長指數(shù)及閾值指數(shù)（R25），百分位指數(shù)R99p的周期波動較大。R99p特征時間尺度為22年、15年、6年，對應(yīng)的周期分別為14年、10年、4年，其中14年、10年周期波動及持續(xù)時間較長，周期過程線呈4個、5個“增-減”變化周期。SDII、PRCPTOT變化最明顯的兩個主周期均為28年、22年，且特征時間尺度對應(yīng)的周期均相等（分別為18年、14年）。SDII第3主周期為15年，其過程線約以10年為周期發(fā)生變化。而PRCPTOT第3主周期為13年，對應(yīng)特征過程線周期為8年。

綜上所述，周期分析中除CDD、R99p、SDII外，其余指數(shù)周期值及變化過程均較為接近，對應(yīng)周期分別為18年、14年、8年。由于數(shù)據(jù)系列長度限制，所得周期結(jié)果存在一定不確定性。為盡量能夠得出較為可靠的周期分析結(jié)果，對小波分析結(jié)果進(jìn)行非參數(shù)檢驗，給定99%置信水平，周期特點為CWD、R25、PRCPTOT在置信區(qū)間對應(yīng)的周期均為8年左右，與全國極端降水存在10年左右振蕩周期的結(jié)論較為接近［11］；CDD、R99p、SDII周期分別為5年、4年、8年左右。該結(jié)果從另一個側(cè)面反映出了各指數(shù)間的相關(guān)程度，根據(jù)文中周期分析結(jié)果可得：結(jié)合CDD、CWD、R99p、SDII、PRCPTOT周期變化特征，即能較全面反映年降水、極端降水的周期變化特性。

2.2 極端降水指數(shù)空間變化特征

2009年10月以來，云南遭遇4年連旱，降水較之前多年平均值偏少，為能客觀反映各指數(shù)年代變化特征，下文中涉及的年代變化趨勢均與上一年代值比較而得。如圖6（圖中為區(qū)分年代起始年份，將1960年代表示為1961／1970，以此類推）所示，基于云南省氣象地理分區(qū)各極端降水指數(shù)年代、空間變化特征表現(xiàn)在以下幾方面。

（1）持續(xù)日長指數(shù)（CDD、CWD）

1958-2013年CDD多年平均與年代平均值在14～104間波動，年代及多年平均CDD空間分布整體由大到小即：滇西北、滇中、滇西南、滇東北、滇東南。1961-2010年的5個年代CDD變化趨勢為增加→減少→減少→增加。CDD最大值核心區(qū)存在由滇西北向滇中地區(qū)移動的趨勢，各地區(qū)最小值呈明顯增大趨勢。各年代分別與1958-2013年多年平均值相比得到：僅1980年代、1990年代小于多年平均值。

CWD相對CDD較小，1958-2013年間其值在5.4～20間波動。綜合年代差異，滇西南地區(qū)CWD值最大，其余依次為滇西北、滇東南、滇中、滇東北。CWD在5個年代的變化趨勢為減小→增加→減小→減小。CWD最大值的中心區(qū)從滇西南地區(qū)西北部向該區(qū)南部移動，呈減小趨勢；最小值時間上變化趨勢不明顯，空間上變化趨勢即：從滇東北地區(qū)向滇中地區(qū)延展。綜上，持續(xù)日長指數(shù)時空變化特征明顯，最為突出，即滇中地區(qū)CDD最大值及影響區(qū)域均呈增加趨勢，CWD最小值影響范圍也存在擴(kuò)大趨勢。與1958-2013年多年平均值相比可得：除1991／2000、2001／2010的CWD值小于多年平均值，其余均大于多年平均值。

（2）閾值指數(shù)（R10、R20、R25）

如圖6（c）-（e）所示，R10、R20、R25值呈遞減趨勢，分別在16.3～72.1、4.1～39.1、1.8～29.5間波動，與1958-2013年多年平均值相比，除1960年代、1990年代值大于多年平均值外，其余均與多年平均值較為接近。云南省各地R10、R20值由大到小依次為滇西南、滇東南、滇西北、滇中、滇東北。R25除滇中地區(qū)值略大于滇西北地區(qū)值外，其余大小排列均與R10、R20一致。R10、R20在5個年代變化趨勢為：減小→減小→增大→減??；R25變化即：減小→增大→增大→減??；閾值指數(shù)總體增減幅度均較平緩，但是滇中地區(qū)R20、R25在時間及空間上均呈增加趨勢。

（3）百分位指數(shù)（R95p、R99p）

1958-2013年R95p、R99p值分別在99.3～578.3 mm、17.9～192.9 mm變化，且變化趨勢相近；與1958-2013多年平均值比較結(jié)果一致，僅1981／1990、2000／2010值大于多年平均值。云南省各地區(qū)百分位指數(shù)值大小排列依次為滇西南、滇東南、滇西北、滇中、滇東北。年代間變化趨勢均為減小→增加→減小→增加，百分位指數(shù)值最大的年代為21世紀(jì)初。空間上，R95p、R99p最小值區(qū)域主要集中在滇東北地區(qū)且年代際變化趨勢不顯著，而最大值區(qū)域由滇西北地區(qū)的東南部向該區(qū)其他部分延伸，呈增大趨勢；與此同時，由圖6（f）～6（g）中發(fā)現(xiàn)，除1970年代滇中地區(qū)百分位指數(shù)值減小外，其余年代均呈增加趨勢。

（4）其他（SDII、PRCPTOT）

1958-2013年SDII值波動范圍為：6.42～16.12 mm／d，僅1990年代、21世紀(jì)初大于該期間多年平均值；全省大部分地區(qū)值域在10.01～12.40 mm／d間，各地區(qū)值由大到小分別為：滇西南、滇東南、滇中、滇西北、滇東北；該值1961 -2010年間變化趨勢為減小→增大→增大→增大，其中滇中地區(qū)除1970年代外均呈增加趨勢。PRCPTOT值的變化范圍在536.94～2294.05 mm，年代平均值與多年平均值均較為接近；相對其他指數(shù)該指數(shù)值域范圍較廣，滇西南地區(qū)PRCPTOT值最大，其余依次為滇東南、滇西北、滇中、滇東北；年代間變化趨勢為減小→增大→減小→減小，以1958-2013年多年平均值相比，其值的增減幅度相對較小，且空間變化趨勢不明顯。SDII根據(jù)PRCPTOT值計算而得，空間分布上較為一致，但是年代變化卻存在明顯差異，即：指數(shù)值相對于上一個年代比較，1970年代后PRCPTOT呈減小趨勢，而SDII的變化趨勢則與之相反。

圖6 1958-2013年云南省極端降水指數(shù)年代際空間分布圖

綜上所述，文中選用的指數(shù)除CDD、CWD、SDII、PRCPTOT外，其余指數(shù)總體時空變化趨勢較為一致。除滇中地區(qū)外，全省其他地區(qū)各指數(shù)時空變化趨勢與全省總趨勢較為一致。云南極端降水年代際波動顯著，而年代變化下年平均降水量空間差異性不明顯。全省5個地理分區(qū)對比發(fā)現(xiàn)，滇中受地形地勢、季風(fēng)氣候等因素共同作用下，降水量雖處于全省中等偏下水平，但該地區(qū)遭受極端干旱、極端降水風(fēng)險高于其他地區(qū)，且在1958-2013年間極端干旱、極端降水事件發(fā)生頻率及強度均呈增加趨勢。

3 結(jié)論與討論

近年云南省極端氣候事件頻發(fā)，文中根據(jù)日降水?dāng)?shù)據(jù)計算了9個極端降水指數(shù)（CDD、CWD、R10、R20、R25、R95p、R99p、SDII、PRCPTOT），并探討了各指數(shù)趨勢、周期及空間分布等特征。主要結(jié)論如下所示。

（1）趨勢及相關(guān)性：全省1958-2013年能反映極端降水變化的指數(shù)（CDD、R25、R95p、R99p）及降水強度指數(shù)（SDII）均呈略微增加趨勢，CWD、R10、R20、PRCPTOT呈略微下降趨勢；其中，CWD、R99p的減、增趨勢均通過0.05顯著性水平。CDD僅與SDII顯著相關(guān)，SDII則僅與CWD無顯著相關(guān)性。全省年降水量以11.8 mm／10a的速率減少，此過程中小雨及無雨日數(shù)均減小。云南省存在變干趨勢，而極端降水在發(fā)生頻率、持續(xù)日數(shù)及降水強度均呈增加趨勢。

（2）突變特性：1958-2013年間CDD、R10、R20、PRCPTOT未檢出突變，CWD、R95p、R99p、SDII突變分別開始于2002、1993、1980、1994年左右；R25利用MTT檢驗的結(jié)果與R10、R20較為一致，M-K檢驗出其于20世紀(jì)80年代初發(fā)生突變。

（3）周期變化：除CDD、R99p、SDII外，其余指數(shù)周期大小及其變化過程均較為接近，對應(yīng)周期分別為18年、14年、8年。99%置信水平下，周期特點為CWD、R25、PRCPTOT在置信區(qū)間對應(yīng)的周期均為8年左右；CDD、R99p、SDII對應(yīng)周期分別為5年、4年、8年左右。

（4）空間變化特征：云南極端降水年代際波動顯著，而年代變化下年平均降水量空間差異性不明顯。全省5個地理分區(qū)對比發(fā)現(xiàn)，年降水量由大到小依次為滇西南、滇東南、滇西北、滇中、滇東北。滇中地區(qū)遭受極端干旱、極端降水風(fēng)險高于其他地區(qū)，且在1958-2013年間極端干旱、極端降水事件發(fā)生頻率及強度均呈增加趨勢，而其他地區(qū)極端降水與年平均降水量的空間分布變化特征較為一致。

（5）在極端降水指數(shù)選擇上，目前極端降水指標(biāo)較為豐富，不同地區(qū)可比性較差，而且部分指標(biāo)相關(guān)性較強。分析極端降水特征時，建議先對擬采用的指標(biāo)進(jìn)行適用性分析，用最少的指標(biāo)個數(shù)全面反映極端事件降水強度、持續(xù)日數(shù)及其發(fā)生頻率。據(jù)文中分析結(jié)果，建議采用CDD、CWD、R25、R99p、SDII、PRCPTOT；突變檢驗方法的差異，易導(dǎo)致結(jié)果的不同，但是綜合多種方法結(jié)果及已有研究成果能夠得出較為可靠的突變檢測結(jié)果；此外，在周期分析中受降水資料年份限制，周期結(jié)果中建議事先給定99%的置信水平，識別出可信度較高的潛在周期。

云南省氣候類型多樣，降水季節(jié)分布特征差異顯著，且生物多樣性、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等方面易受降水影響。本文主要針對該省多年平均、年代及年際極端降水特征進(jìn)行研究。趨勢分析結(jié)果中可發(fā)現(xiàn)云南省持續(xù)干日呈增加趨勢而持續(xù)降水日數(shù)則呈顯著減少趨勢，一定程度上反映出云南省農(nóng)作物生長期間面臨干旱的風(fēng)險增大，與此同時也對保護(hù)生物多樣性的工作提出了新的挑戰(zhàn)；而極端降水指數(shù)在降水量上呈現(xiàn)出年平均降水量減小，降水強度、極端降水頻率及其持續(xù)日數(shù)均呈增加趨勢，其中R99p增加趨勢顯著。根據(jù)這一結(jié)果不難發(fā)現(xiàn)，云南省干旱風(fēng)險增加的同時也面臨著雨澇災(zāi)害增多的風(fēng)險，這不僅會對日常生活產(chǎn)生影響，也對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成危害。如：強降水量的增加，云南省重要的經(jīng)濟(jì)作物烤煙的產(chǎn)量將受到嚴(yán)重影響；而突變檢驗中CDD、R10、R20、PRCPTOT未檢出突變，這進(jìn)一步明確云南省在提高抗旱能力的同時也需要提高城鄉(xiāng)對極端雨澇事件的應(yīng)對能力；文中極端降水指數(shù)周期分析的結(jié)果，可以為防洪抗旱工作提供一定的參考借鑒；典型極端降水指數(shù)空間分布特征表明滇西南地區(qū)極端降水事件發(fā)生可能性最大，滇中地區(qū)極端降水事件風(fēng)險則呈增加趨勢。由于滇西南地區(qū)是云南省生物多樣性最為豐富的地區(qū)，隨著極端事件的增多，該地區(qū)生物多樣性的保護(hù)工作將更為艱巨。而滇中地區(qū)是云南省政治、經(jīng)濟(jì)及文化中心，為了保障該地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會等健康有序發(fā)展，適當(dāng)提高該區(qū)對極端降水事件的預(yù)報、預(yù)防及應(yīng)對能力勢在必行。此外，為了進(jìn)一步明確該省降水特性并能為生產(chǎn)生活提供更強有力的科技支撐，建議結(jié)合氣候變化特點從極端降水成因及極端降水季節(jié)變化特征等方面進(jìn)一步深入探討。

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Spatio-temporal Characteristics of Extreme Precipitation in Yunnan Province from 1958－2013

Yang Xiaojing，Xu Zongxue，Zuo Depeng and Liu Lin
（1．Key Laboratory ofWater and Sediment Sciences，Ministry of Education，College ofWater Sciences，Beijing Normal University，Beijing 100875，China；2．Joint Center for Global Change Studies，Beijing 100875，China）

Changes of extreme precipitation in Yunnan Province，southwestern China，are analyzed by using observed daily data from 28 meteorological stations during the period of 1958-2013.In order to detect possible trends，change points，periods and spatial distributions of the time series，analysiswere performed with Mann-Kendal trend test，moving t test，Mann-Kendall abrupt change analysis，Pettit test and inverse distance weighting.Results indicated that annual totalwet-day precipitation（PRCPTOT）displayed a downward tendency at the rate of-11.8mm／10a，consecutive wet days（CWD），number of heavy precipitation days（R10 and R20）also showed a decreasing trend，while the contribution of extreme precipitation to total precipitation exhibited a significant upward trend.Change points in consecutive dry days（CDD），R10，R20 and PRCPTOT，CWD，which can reflect the characteristics of average precipitation，were not detected.Change points in CWD，very wet days（R95p），extreme wet days（R99p），and simple daily intensity index（SDII）were detected in 2002，1993，1980 and 1994，respectively.These indices reflect the changes of extreme precipitation features sensitively and efficiently.All extreme precipitation indices had similar oscillation cycles except the CDD，R99p and SDII，which had three main characteristic timescales at28a，22a and 13a，and the corresponding cycle is 18 year，14 year，and 8 years，respectively.According the meteorological geographic zoning，the precipitation ranks from high to low in Yunnan Province was southwest，southeast，northwest，central，and northeast.Except CDD，CWD，SDII，and PRCPTOT，spatiotemporal distribution for other indiceswere consistentwith each other.Themaximum precipitation did not occur in central region；however extreme droughts and extreme precipitation risk in this region were higher than other areas.At the same time，the spatial distribution characteristics of extreme precipitation in other areas are comparatively similar with average annual precipitation.Overall，the extreme precipitation occurred more frequently，and extreme precipitation occurred more intensively since 2002.Further studies for the future should focus on extreme precipitation in Yunnan Province.

extreme precipitation indices；tendency；period；abruption；spatial distribution；Yunnan

X43；P42

A

1000-811X（2015）04-0178-09

10.3969／j.issn.1000-811X.2015.04.032

楊曉靜，徐宗學(xué)，左德鵬，等.云南省1958-2013年極端降水時空變化特征分析［J］.災(zāi)害學(xué)，2015，30（4）：178-186.［Yang Xiaojing，Xu Zongxue，Zuo Depeng，etal.Spatiotemporal characteristics of extreme precipitation in Yunnan Province from 1958-2013［J］.Journal of Catastrophology，2015，30（4）：178-186.］*

2015-04-10 修回日期：2015-05-12

中國工程院重大咨詢項目“我國旱澇事件集合應(yīng)對戰(zhàn)略研究”（2012-ZD-13）

楊曉靜（1988-），女，云南昆明人，博士研究生，主要從事水文學(xué)及水資源方面研究.E-mail：yxj＠m(xù)ail.bnu.edu.cn

徐宗學(xué)（1962-），男，山東淄博人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事水文學(xué)及水資源研究.E-mail：zxxu＠bnu.edu.cn