貴州省盤州市降雨量變化特征分析

羅應(yīng)忠　韋小茶　韋政學(xué)　陳飛　孔秋平　陳孟

摘 要：為掌握貴州省盤州市降雨量的變化規(guī)律，本文基于1985—2015年降雨量數(shù)據(jù)，利用線性回歸分析、滑動平均法、累積距平法和Mann-Kendall檢驗(yàn)等方法，對盤州市近30a的年降雨量、各個季節(jié)降雨量進(jìn)行時間序列變化特征和突變性分析。結(jié)果表明：盤州市1985—2015年的年降雨量為1314.4mm，氣候傾向率為-49.2mm·10a-1，近30a的降雨量呈不穩(wěn)定的下降趨勢。2014年的降雨量最高，為1828.4mm;2011年的降雨量最低，為660.2mm。春、夏、秋、冬季各季節(jié)的降雨量分別為222.39mm、762.37mm、754.14mm、61.42mm，氣候傾向率分別為7.06mm·10a-1、-52.70mm·10a-1、-25.51mm·10a-1、2.72mm·10a-1;夏季降雨量占全年總降雨量的58%，在研究期間的變化尤其不穩(wěn)定，2001年為突變年份，2001—2015年呈明顯的下降趨勢。2014年夏季降雨量最大，為1102.8mm，2011年夏季降雨量最小，為372.8mm。夏季各月（6、7、8月）的平均降雨量為295.33mm、263.93mm、203.11mm，6月占夏季總降雨量的比例最大，為39%，其次是7月，為34%，8月最小，為27%;年降雨量和夏季降雨量最大的年份都是2014年，最小降雨量的年份都出現(xiàn)在2011年，進(jìn)一步反映了盤州市夏季降雨量所占年降雨量大，起最大貢獻(xiàn)作用。6、7月是夏季降雨量最多的月份，應(yīng)該在6、7月做好有關(guān)防澇工作，及時對盤州市農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)進(jìn)行保護(hù)，避免造成不必要的損失。

關(guān)鍵詞：降雨量;滑動平均;累積距平;Mann-Kendall突變檢驗(yàn);盤州市;貴州省

中圖分類號：S16

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，全球氣候也隨之變暖，在這種情況下，水資源備受氣候影響，而降水是水循環(huán)過程的最基本環(huán)節(jié)，也是水資源的總來源[1，2]。降水會對水資源的利用、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面、社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、生態(tài)系統(tǒng)等造成一定的影響，我國受東亞夏季風(fēng)的影響顯著，夏季降雨量的異常變化會引起洪、澇、旱等災(zāi)害[3-5]。

前人對夏季降雨的時空變化及其影響因素已經(jīng)展開大量的研究。殷田園等利用1960—2016年47個站點(diǎn)的逐日降雨數(shù)據(jù)與同期西太平洋副熱帶高壓的面積指數(shù)、強(qiáng)度指數(shù)、西伸脊點(diǎn)、脊線位置數(shù)據(jù)，分析了秦嶺南北地區(qū)夏季極端降水指數(shù)與副高指數(shù)的相關(guān)關(guān)系[6];楊中華等對洪澤湖流域夏季降水特征與大氣環(huán)流特征進(jìn)行研究分析，發(fā)現(xiàn)夏季降水呈明顯空間分異和時間周期的變化特征，歐亞地區(qū)上空大氣環(huán)流形式與流域夏季降水異常存在著密切關(guān)系，顯著的水汽輻散是夏澇（旱）年的典型特征[7];張洪玲等研究黑龍江1961—2017年夏季降水的時空特征，并將降水劃分為小雨、中雨、大雨、暴雨及以上等級別，討論各級別降水對夏季總降水的貢獻(xiàn)[8];方浩等通過經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分解（EOF）方法將中國東部分為華南、長江中下游、華北和東北3個地區(qū)，定義極端降水事件，并對中國東部夏季極端降水時空分布及環(huán)流背景進(jìn)行研究[9];此外，周雅蔓等根據(jù)百分位法定義不同站點(diǎn)的夏季極端降水閾值，分析了新疆北部地區(qū)夏季極端降水事件和最大日降水的時空分布特征、貢獻(xiàn)率其及與海拔的關(guān)系[10];辛蕊等利用WRF模式，采用GF、KF和BMJ 3種對流參數(shù)化方案，對秦嶺及周邊地區(qū)2017年夏季降水進(jìn)行了模擬[11];胡江玲等利用趨勢分析方法、Mann-Kendall突變檢驗(yàn)等方法分析出艾比湖流域1961—2008年流域的年降雨量呈現(xiàn)出增加的趨勢，四季降雨量的變化趨勢也是增加，利用突變檢驗(yàn)方法分析得出流域年降雨量的突變時間是1986年[12]。已有的研究豐富了對夏季降雨的時空變化特征的分析，并對夏季降雨受副高、夏季風(fēng)、太陽活動、下墊面和地形等驅(qū)動因素的復(fù)雜影響有了深入的認(rèn)識與理解。

盤州市位于貴州省西部，地處烏蒙山脈南端，云貴高原中部的斜坡上，是典型的低緯高海拔山區(qū)。地形地勢復(fù)雜，且處亞熱帶濕潤季風(fēng)區(qū)，降雨的時空變化受氣候和地形等因素的影響顯著，局地暴雨難以預(yù)測[11]。蔣文家等通過研究發(fā)現(xiàn)，盤州市暴雨天氣主要集中在4—10月，其中6月最多，其次是7月、8月，夏季是暴雨泛濫的季節(jié)[13];王旭達(dá)等利用線性傾向法研究了盤州市近50a的降雨變化特征，發(fā)現(xiàn)年降雨量和春、夏、秋季降雨量都呈減少的趨勢，而冬季降雨呈增加趨勢[14]。降雨異常容易導(dǎo)致洪水泛濫，還會引起山洪暴發(fā)，水庫垮壩，江河橫溢，房屋被沖塌，農(nóng)田被淹沒，交通和電訊中斷，給國民經(jīng)濟(jì)和人民生命財(cái)產(chǎn)帶來嚴(yán)重危害。隨著盤州市社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，降雨量的變化對各行各業(yè)的影響越來越大，由此導(dǎo)致的安全隱患也日趨突出。因此，本文基于盤州市1985—2015年的降雨量數(shù)據(jù)，使用線性回歸、滑動平均、累積距平、Mann-Kendall檢驗(yàn)等方法對盤州市近30a的年降雨量、不同季節(jié)和夏季各月（6月、7月和8月）降雨量的時間變化規(guī)律和突變性等方面進(jìn)行分析，以期為當(dāng)?shù)氐姆篮榭篂?zāi)工作提供可靠的依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

盤州市位于貴州省的西部（E104°18′～104°58′，N25°19′～26°18′），地處烏蒙山脈南端，云貴高原中部的斜坡上，平均海拔1700～1800m。境內(nèi)為連綿不斷的山脈和山高谷深的高原山地地貌，是典型的低緯高海撥山區(qū)。盤州市降雨差異較為顯著，5—10月的降雨量占年總降雨量的88%，年平均暴雨日數(shù)3.6d，降雨量的變化對盤州市的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和糧食產(chǎn)業(yè)起著決定性作用[19，20]。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

盤州市降雨量數(shù)據(jù)來源于貴州省六盤水市盤州市氣候資料處理部門逐月上報的《地面氣象記錄月報表》的信息化資料。本文將季節(jié)劃分為3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季，12月和次年的1月、2月為冬季，本文的重點(diǎn)研究季節(jié)是多雨的夏季（6—8月）的降雨量變化特征。

2.2 線性傾向估計(jì)法

對氣象要素序列進(jìn)行趨勢分析時，一般采用線性傾向估計(jì)最小二乘法來計(jì)算一維的時間序列[15]。以年份x為自變量，降雨量y為因變量，通過線性傾向估計(jì)法來分析降雨量y隨時間x的變化而變化的趨勢特征，建立x與y之間的一元線性回歸方程，方程斜率的正負(fù)值代表降雨量呈上升或下降趨勢，當(dāng)斜率大于零時，即降雨量y隨時間x的增加呈上升趨勢;反之，降雨量的變化呈下降趨勢。

2.3 Mann-Kendall突變檢驗(yàn)法

本文采用Mann-Kendall突變檢驗(yàn)法對盤州市降雨量進(jìn)行突變分析，其是一種非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)法，由于無需樣本遵循一定的分布并且不受少數(shù)異常值的干擾，適用于非正態(tài)分布的數(shù)據(jù)，并且可以分析發(fā)現(xiàn)開始出現(xiàn)突變的時刻，是當(dāng)前比較常用的時間序列趨勢檢驗(yàn)方法之一[12]。

3 結(jié)果與分析

3.1 年降雨和夏季降雨量的時間變化趨勢

1985—2015年貴州省盤州市的年均降雨量為1314.4mm，總體呈減少的趨勢，降雨傾向率為-49.2mm·10a-1，氣候變干趨勢明顯（圖1），與王旭達(dá)等[14]研究的盤州市的降雨量變化趨勢較為一致。根據(jù)年降雨量變化曲線可以看出，年降雨量有明顯的起伏變化，其中，2014年的降雨量最高，為1828.4mm;2011年的降雨量最低，為660.2mm，最大值和最小值相差1168.2mm。根據(jù)5a滑動平均曲線和累積距平結(jié)果來看，盤州市年降雨量的周期變化較明顯，年降雨量呈下降趨勢的區(qū)間有1985—1989年、1990—1996年、2008—2014年，呈上升趨勢的區(qū)間有1989—1990年、1996—2008年和2014—2015年?？傮w來說，1985—1996年和2008—2015年的年降雨量呈下降趨勢，1996—2008年呈增加趨勢。貴州省盤州市近30a的年降雨量變化不太穩(wěn)定，整體呈波動的下降趨勢。

1985—2015年盤州市春、夏、秋、冬季平均降雨量分別為222.39mm、762.37mm、754.14mm、61.42mm，變化傾向率分別為7.06mm·10a-1、-52.70mm·10a-1、-25.51mm·10a-1、2.72mm·10a-1（圖2）。夏季和秋季降雨量均呈下降趨勢，夏季降雨量占全年總降雨量的貢獻(xiàn)率最大，為58%。分析5a滑動平均曲線得到，夏季降雨量的周期變化情況與年降雨量相似。夏季降雨量在1985—1986年、1991—1994年、1997—2001年、2007年和2014年降雨量較大，這些年份的降雨量均超過夏季平均降雨量。其中，2014年夏季降雨量最大，值為1102.8mm，2011年最小，值為372.8mm（與年降雨量的最高和最低年份相同），最大降雨量和最小降雨量的差值為730mm，1989年、1996年和2011年降雨量偏少，1989—1991年、1996—1997年夏季降雨量都發(fā)生波動較大持續(xù)的上升。

3.2 夏季各月降雨特征

為更加深入了解夏季降雨量的時間分布特征并對特征顯著的月份研究分析，將盤州市夏季各月降雨量分別進(jìn)行分析。如圖3所示，盤州市1985—2015年6月、7月、8月平均降雨量分別為295.33mm、263.93mm、203.11mm。6月降雨量總體呈下降趨勢，氣候傾向率為-3.9mm·10a-1，變化趨勢不明顯，6月降雨量最大，占夏季總降雨量的39%。7月降雨量變化呈明顯下降的趨勢，下降幅度明顯比6月大，氣候傾向率為-35.7mm·10a-1，7月降雨量占夏季總降雨量的34%。8月的降雨量變化也呈下降的趨勢，氣候傾向率為-13mm·10a-1，趨勢不明顯，8月降雨量占夏季總降雨量的26%，是夏季降雨量忠最少的月份。8月降雨量1996—1999年的增幅很大，從116.2mm持續(xù)上升到444.4mm，在2011年以后8月的降雨量呈持續(xù)上升的變化趨勢，到2015年8月降雨量比7月和6月降雨量高。

根據(jù)降雨量曲線看出，7月降雨量在時間序列上的分布相比6月較為不均勻，1990—1991年和1996—1997年7月降雨量大幅度的上升，分別增加了361.9mm、361.2mm，差值較大，這與夏季降雨量的波動相同。7月降雨量較為明顯的下降趨勢和夏季降雨量明顯的下降趨勢與二者之間降雨量相似的周期變化有一定的關(guān)系。此外，2011—2014年降雨量不斷增加，2014年后呈現(xiàn)減少趨勢;綜合夏季6月、7月、8月降雨量變化特征可知，6月降雨量最大，7月降雨量下降趨勢明顯，有明顯的周期變化。降雨量大幅度的增加或減少對區(qū)域農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)具有一定的影響，應(yīng)當(dāng)注意做好相應(yīng)措施進(jìn)行防范，避免對區(qū)域農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)系統(tǒng)等造成危害。

3.3 夏季降雨量的突變特征

如圖4為盤州市1985—2015年夏季降雨量序列的M-K突變檢驗(yàn)分析，給定的顯著度水平為0.05。從圖4可看出，自2000年起，UF>0，表示2001年之后夏季降雨量有上升的趨勢，2001年之前降雨量呈減少趨勢，但盤州市夏季降雨量整體還是呈減少的趨勢，這與線性分析的結(jié)果相一致。觀察UF曲線發(fā)現(xiàn)，UF曲線與臨界線相交于1988年、1991年、2010年、2014年，表示在1988年以前夏季降雨量有不明顯的下降趨勢，1988—1990年夏季降雨量顯著下降，1991年下降趨勢開始有所減緩，2010年以前夏季降雨量下降趨勢不明顯，2010—2013年夏季降雨量下降趨勢顯著，2014年開始下降趨勢減緩。此外，UF和UB曲線在臨界線內(nèi)相交于1986年、1991年、1994年、1996年、2001年5點(diǎn)，交點(diǎn)較多，說明變化不穩(wěn)定。其中相交于2001年之后UF曲線不斷下降并且超過臨界線，可以判斷夏季降雨量的突變年份為2001年。2010年后減少趨勢顯著，降雨量呈遞減趨勢，突變前降雨量為633.7mm，突變后減少到372.8mm，較突變之前減少了260.9mm。結(jié)合夏季6月、7月、8月的降雨量變化特征分析，6月降雨量在2011—2015年變化起伏度：多—少—多—少，7月降雨量在2011—2014年不斷增加，2014年后呈現(xiàn)減少趨勢，8月降雨量在2011年后持續(xù)上升，到2015年8月降雨量比7月和6月降雨量高。突變檢驗(yàn)的結(jié)果是2010年后減少趨勢顯著，6月和7月在2010年后的降雨量整體呈大量減少的趨勢，8月降雨量在2011年后持續(xù)增加?？傮w而言，夏季降雨量呈減少的變化趨勢。

4 結(jié)論與討論

基于1985—2015年的降雨量數(shù)據(jù)，通過線性回歸分析、滑動平均法、累積距平法和Mann-Kendall檢驗(yàn)等方法，對貴州省盤州市近30a的年降雨量、各個季節(jié)降雨量的時間序列變化特征和突變性進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論。

盤州市1985—2015年的年降雨量降雨量為1314.4mm，氣候傾向率為-49.2mm·10a-1，近30a的降雨量呈下降趨勢，且變化不穩(wěn)定。2014年的降雨量最高，為1828.4mm;2011年的降雨量最低，為660.2mm。春、夏、秋、冬季各季節(jié)的降雨量分別為222.39mm、762.37mm、754.14mm、61.42mm，氣候傾向率分別為7.06mm·10a-1、-52.70mm·10a-1、-25.51mm·10a-1、2.72mm·10a-1。

夏季降雨量占全年總降雨量的58%，在研究期間的變化尤其不穩(wěn)定，2001年為突變年份，2001—2015年呈明顯的下降趨勢。2014年夏季降雨量最大，值為1102.8mm，2011年夏季降雨量最小，為372.8mm。夏季各月（6、7、8月）的平均降雨量為295.33mm、263.93mm、203.11mm，變化傾向率分別為-3.9mm·10a-1、-35.7mm·10a-1、-13mm·10a-1。6月占夏季總降雨量的比例最大，為39%，其次是7月，為34%，8月最低，為27%。

年降雨量和夏季降雨量最大的年份均為2014年，最小降雨量的年份都出現(xiàn)在2011年，進(jìn)一步反映了盤州市夏季降雨量所占年降雨量的比例大，起最大貢獻(xiàn)作用。6、7月是夏季降雨最多的月份，應(yīng)在6、7月做好有關(guān)防澇工作，及時對盤州市農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)進(jìn)行保護(hù)，避免造成不必要的損失。

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（責(zé)任編輯 李媛媛）