湘江流域面雨量氣候特征分析

龍曉琴，廖春花，譚詩琪，羅 瀟

(湖南省氣象服務中心，長沙 410118)

湖南省內河流眾多，河網(wǎng)密布，5 km以上河流有5 341條，流域面積大于1×104km2的有9條河流[1-3]。湘江是長江水系的主要支流之一,也是湖南省最大的河流,被譽為湖南省的母親河，地處長江中下游，南嶺以北，東以羅霄山與贛江水系分界，西隔衡山山脈與資水毗鄰。湘江流經(jīng)湖南省10個地級市，徑流長度948 km，流域面積9.47×104km2，多年平均年徑流量為2 510×108m3，是黃河的1.5倍，屬于典型的亞熱帶季風氣候區(qū)，冬季溫和少水，夏季高溫多雨。湘江流域處于東南季風和西南季風相交綏的地帶，降水分布不均，年際變化較大。流域內主要以低山丘陵為主，地勢南高北低[4-7]。

湘江流域的強降水是湖南汛期面臨最為嚴重的氣象災害之一，常伴隨洪澇災害以及泥石流、山體滑坡等次生災害發(fā)生。因此，湘江不同子流域的降雨特征和規(guī)律是本文研究的主要內容，為更精準地開展流域面雨量預報、更好地開展防洪發(fā)電調度工作提供參考依據(jù)。

1 資料和方法

1.1 資 料

本文將湘江全流域劃分為6個子流域，分別是東江、雙牌、近尾洲、湘江中游支流、衡陽-湘潭及長沙地區(qū)(圖1)，選取1979-2018年(共40 a)國家基本氣象站點的降水資料，采用算術平均法計算6個子流域的面雨量。

圖1 湘江各子流域分區(qū)

1.2 線性傾向估計

線性傾向估計的目的是用一條合理的直線表示氣候變量與其時間之間的關系。用y表示樣本量為n的某一氣候變量，用x表示y所對應的時間，建立y與x之間的一元線性回歸，其表達式為：

y=b0+bx

式中：b0為回歸常數(shù)；b為回歸系數(shù)。b0、b可以用最小二乘進行估計。

1.3 滑動平均法

滑動平均法是趨勢擬合技術最基礎的方法[8-10]，它相當于低通濾波器。用確定的時間序列的平滑值來顯示變化趨勢，對樣本為n的序列x，其滑動平均序列為：

其中：k為滑動長度，k最好取奇數(shù)，以使平均值可以加到時間序列中項的時間坐標上。

2 湘江流域面雨量分布特征

2.1 湘江流域面雨量月分布特征

根據(jù)文獻[11-13]定義的標準，把強降水面雨量劃分為4個等級：大雨(15～29.9 mm)；暴雨(30～49.9 mm)；大暴雨(50～69.9 mm)；特大暴雨(不小于70 mm)4個等級。計算湘江6個子流域面雨量的氣候值，統(tǒng)計時段為1979-2018年。各子流域面雨量的月變化特征如下：

2.1.1 東江子流域

東江流域年平均面雨量1 514.6 mm，降水主要集中在4、5、6月份，共560.7 mm，占全年面雨量的37%。月降水變化呈現(xiàn)雙峰型，第一個峰值出現(xiàn)在6月份，為192.5 mm；第二個峰值出現(xiàn)在8月份，為172 mm。第一個峰值原因是7月副高西伸北抬，東江流域處于副高西北側邊緣，大氣層結不穩(wěn)定，多對流性降水發(fā)生。第二個峰值的原因是9-10月份受華西秋雨的影響，在副高東退減弱后又會出現(xiàn)短時間降水增多的現(xiàn)象，全年降水最少的月份在12月份，為58.9 mm。從月平均雨日來看，上半年月平均雨日明顯多于下半年，8月份平均降水日數(shù)最多，為27 d；12月份平均最長雨日數(shù)最少，為12 d(圖2)。

圖2 1979-2018年東江流域逐月平均累計降水及月平均雨日

從最大日面雨量的月分布來看，最大日面雨量的大值主要出現(xiàn)在8和10月份，說明這兩個月出現(xiàn)極端降水的概率較大，1999年8月12日最大降雨量99.9 mm，達到大暴雨級別。東江流域日面雨量≥15 mm以7、8月份為最多；日面雨量≥30 mm的日數(shù)，以6月份為最多，12月份最少(圖3)。

圖3 1979-2018年東江流域當月最大日面雨量及日降水日數(shù)

2.1.2 雙牌子流域

雙牌流域年平均面雨量1 609.1 mm，降水主要集中在4、5、6月份，共710.7 mm，占全年面雨量的44.2%。月降水變化呈現(xiàn)雙峰型，第一個峰值出現(xiàn)在5月份，月平均面雨量為262.9 mm；第二個峰值出現(xiàn)在11月份，月平均面雨量為82.9 mm。從最長連續(xù)降水日數(shù)來看，全年月平均雨日最多在7月份，為28 d；而12月份的雨日數(shù)最少，為14 d(圖略)。

從最大日面雨量的分布來看，最大日面雨量的大值主要出現(xiàn)在5和8月份，說明這兩個月出現(xiàn)極端降水的概率較大，2016年5月7日最大降雨量99 mm，達到大暴雨級別。雙牌流域日面雨量≥15 mm的日數(shù)最多在8月份，有25 d，12月份最少；日面雨量≥30 mm的日數(shù)最多在5月份，有4 d，9月份最少(圖略)。

2.1.3 近尾洲子流域

近尾洲流域年平均面雨量1 543.7 mm，降水主要集中在5、6月份，共385.1 mm，占全年面雨量的24.9%。月降水變化呈現(xiàn)雙峰型，第一個峰值出現(xiàn)在5月份，月平均面雨量為239.3 mm；第二個峰值出現(xiàn)在11月份，月平均面雨量為85.2 mm。從最長連續(xù)降水日數(shù)來看，全年月平均雨日最多在7月份，為28 d，而12月份的雨日數(shù)最少，為15 d(圖略)。

從最大日面雨量的分布來看，最大日面雨量的大值主要出現(xiàn)在6、7月份，說明這個月出現(xiàn)極端降水的概率較大， 2008年6月12日和2017年7月1日日最大降雨量89 mm，達到大暴雨級別。日面雨量≥15 mm的日數(shù)最多在8月份，有25 d；12月份最少。日面雨量≥30 mm的日數(shù)最多在5月份，有4 d；12月份最少(圖略)。

2.1.4 衡陽-湘潭子流域

衡陽-湘潭流域年平均面雨量1 698.6 mm，降水主要集中在5、6月份，共457.2 mm，占全年面雨量的26.9%。月降水變化呈現(xiàn)雙峰型，第一個峰值出現(xiàn)在6月份，月平均面雨量為243.2 mm；第二個峰值出現(xiàn)在11月份，月平均面雨量為93 mm。從最長連續(xù)降水日數(shù)來看，全年月平均雨日最多在8月份，為28 d，而12月份的雨日數(shù)最少，為17 d(圖略)。

從最大日面雨量分布來看，最大日面雨量的大值主要出現(xiàn)在6和9月份，說明這兩個月出現(xiàn)極端降水的概率較大，2006年9月10日日最大降雨量83.5 mm，達到大暴雨級別。日平均面雨量≥15 mm的天數(shù)均以3和8月份為最多，12月份最少；日平均面雨量≥30 mm的天數(shù)均以6月份為最多，12月份最少(圖略)。

2.1.5 湘江中游支流

湘江中游支流年平均面雨量1 449.2 mm，降水主要集中在5、6月份，共457.2 mm，占全年面雨量的26.9%。月降水變化呈現(xiàn)雙峰型，第一個峰值出現(xiàn)在5月份，月平均累計面雨量為201 mm；第二個峰值出現(xiàn)在8月份，月平均累計面雨量為141.8 mm。從最長連續(xù)降水日數(shù)來看，全年月平均雨日最多在8月份，為28 d，而12月份的雨日數(shù)最少，為16 d(圖略)。

從逐月最大日面雨量的分布來看，最大日面雨量的大值主要出現(xiàn)在5和8月份，說明這個月出現(xiàn)極端降水的概率較大，日最大降雨量出現(xiàn)在1996年8月30日，為89 mm，達到大暴雨級別。日平均面雨量≥15 mm的天數(shù)均以7、8月份為最多，12月份最少。日平均面雨量≥30 mm的天數(shù)均以4、5月份為最多，12月份最少(圖略)。

2.1.6 長沙子流域

長沙子流域年平均面雨量是1 505 mm，降水主要集中在5、6月份，共423.7 mm，占全年面雨量的28.2%。月降水變化呈現(xiàn)雙峰型，第一個峰值出現(xiàn)在6月份，月平均累計面雨量為226 mm；第二個峰值出現(xiàn)在11月份，月平均累計面雨量為84.5 mm。從最長連續(xù)降水日數(shù)來看，全年月平均雨日最多在8月份，為26 d；而12月份的雨日數(shù)最少，為16 d(圖略)。

從最大日面雨量的分布來看，最大日面雨量的大值主要出現(xiàn)在5、6月份，說明這個月出現(xiàn)極端降水的概率較大，日最大降雨量出現(xiàn)在2017年6月24日，為90 mm，達到大暴雨級別。日平均面雨量≥15 mm的天數(shù)均以3和8月份為最多，12月份最少；日平均面雨量≥30 mm的天數(shù)均以4月份為最多，12月份最少(圖略)。

綜上所述，可以得到湘江6個子流域面雨量的基本氣候特征(表1)，衡陽-湘潭子流域的年面雨量值最大，湘江中游支流的年面雨量值最??；6個流域月面雨量分布均呈雙峰型，第一個峰值基本都在5和6月份，月面雨量最大值出現(xiàn)在5月份的雙牌流域，為262.9 mm；雨日在7和8月份最多，12月份最少，最大日面雨量在東江流域，8月12日達到99.9 mm。

表1 湘江流域各子流域面雨量的氣候特征

2.2 湘江流域面雨量年變化特征

由湘江全流域近40年年平均面雨量的逐年變化可知(圖4)，全流域年降水變化趨勢也呈現(xiàn)總體增加的特征，增加的速率為每10年31.5 mm。由各子流域的年平均面雨量逐年變化可知(圖略)，6個子流域中面雨量總體呈現(xiàn)增加趨勢，其中雙牌流域和衡陽-湘潭增加趨勢顯著，增加速率分別為每10年57.6 mm和每10年41.2 mm。

圖4 湘江流域年面雨量的逐年變化(單位：mm)

2.3 湘江流域面雨量季變化特征

2.3.1 春季特征

從各流域春季降水逐年變化來看(圖略)，近40年來，6個流域春季降水均呈現(xiàn)出減少的趨勢。其中東江流域春季降水減少的速率最大，為每10年減少28.4 mm；而長沙地區(qū)減少的速率最小，為每10年減少18.1 mm。整體上全流域也呈現(xiàn)出減少的特征，減少速率為每10年減少22.4 mm，其中春季降水最多的年份為1992年；最少的年份為1999年。

2.3.2 夏季特征

從各流域夏季降水逐年變化來看(圖略)，夏季降水在全年降水中所占比重最大，也導致全流域年降水年際變化幅度較大。近40年來，6個流域均表現(xiàn)出增加的趨勢。其中，雙牌站增加速率最大，達到每10年36.7 mm；而湘江中游支流夏季降水增加趨勢最小，每10年增加4.6 mm。從全流域來看，整體呈現(xiàn)出增加的特征，增加趨勢為每10年增加21.5 mm，年際波動較大。

2.3.3 秋季特征

從各流域秋季降水逐年變化來看(圖略)，近40年來，總體上6個流域秋季降水均呈現(xiàn)出增加的趨勢。其中，東江流域秋季降水增加的速率最大，為每10年增加35.9 mm；而長沙地區(qū)增加的速率最小，為每10年增加9.2 mm。整體上全流域也呈現(xiàn)出增加的特征，增加速率為每10年增加21.4 mm，其中秋季降水最少的年份為1992年，最多的年份為2002年，說明在進入21世紀后，秋季降水表現(xiàn)出年際變率增大的特征。

2.3.4 冬季特征

從各流域冬季降水逐年變化來看(圖略)，近40年來，總體上6個流域冬季降水均呈現(xiàn)出略增加的趨勢。其中，東江流域冬季降水增加的速率最大，為每10年增加19.8 mm；而長沙地區(qū)增加的速率最小，為每10年增加7.8 mm。整體上全流域也呈現(xiàn)出增加的特征，增加速率為每10年增加13.4 mm，其中冬季降水最多的年份為2015年，最少的年份為1987年。

3 結 論

1) 湘江流域1979-2018年平均面雨量1 553.4 mm，各子流域年平均面雨量在1 449～1 699 mm之間。近40年年面雨量總體呈現(xiàn)增加趨勢，增加的速率為每10年31.5 mm，其中雙牌流域和衡陽-湘潭增加趨勢顯著，增加速率分別為每10年57.6 mm和每10年41.2 mm。

2) 在湘江流域各子流域的年面雨量中，衡陽-湘潭地區(qū)子流域的最大，達到1 698.6 mm；湘江中游支流的最小，為1 449.2 mm。6個子流域的逐月降水分布均呈雙峰型，第一個降水峰值基本都集中在5和6月份，第二峰值主要出現(xiàn)8和11月份。

3) 從季面雨量變化來看，近40年來6個子流域均是春季呈略減少、其他季節(jié)呈現(xiàn)出增加的趨勢，其中東江流域在春季、秋季、冬季的年際變化趨勢較大，長沙地區(qū)在春季、秋季、冬季的年際變化趨勢較小。夏季，雙牌流域的增加趨勢最大，湘江中游支流夏季降水增加趨勢最小，40年來年際變化趨勢最大的是秋季的東江流域，每10年增加35.9 mm，夏季的湘江中游支流降水增加趨勢最小，每10年增加4.6 mm。

本文針對1979-2018年湘江流域各子流域面雨量和來水量的分布特征進行了研究，旨在為更好地開展該流域面雨量的預報，為水電氣象服務提供參考和依據(jù)，對于其影響因素及氣候特征有待在以后的工作中繼續(xù)研究。