湖南省降水集中度與集中期時空變化特征分析

尹　樂,張新主（湖南師范大學資源與環境科學學院,長沙410081）

湖南省降水集中度與集中期時空變化特征分析

尹樂,張新主
（湖南師范大學資源與環境科學學院,長沙410081）

本文選取湖南省1961-2007年84個氣象站點逐日降水量資料，運用趨勢分析和合成分析等方法對研究區降水集中度（PCD）和集中期（PCP）的時空變化特征進行分析，結果表明：研究區47年來PCD的值偏小，在0.14-0.50之間變化；PCP值在104-154之間變化，也就是降水主要集中在5月初到6月下旬。PCD空間分布特征明顯，自西北向東南減少的分布特點，這說明湘東北比湘西北地區降水集中；PCP自西北向東南逐漸遞減。多水年PCD與少水年PCD具有很好的一致性，均由西北向東南減少。

PCD；PCP；合成分析；空間分布

1　引言

湖南省屬于內陸省份，位于青藏高原南緣下游，境內山地、丘陵、崗地、平原和江湖兼備，但以山地為主。南高北低三面環山，朝北開口，呈“馬蹄形”。湖南省屬亞熱帶季風濕潤氣候，加上“馬蹄形”地貌的影響，使湖南氣候呈現復雜的變化。湖南省屬多雨省份之一，全省年平均降水量在1200～1700mm之間，但時間分配不均，明顯集中于4-8月，春夏降水多，秋冬降水少，降水的年際變率大和季節分配不均導致洪澇、旱災多發。旱澇是影響湖南經濟和人民生活動的氣象災害，因此研究降水的時空變化規律意義重大。而降水集中度和集中期是衡量降水的不均勻分配指標之一，能夠很好地反映降水過程中的時空不均勻分布特征。國內外有不少關于運用降水集中度與集中期來分析區域降水變化趨勢的研究成果。B.Alijani等運用地理統計等方法計算日降水的強度和集中度，研究發現，伊朗年降水量主要來自于少數高強度的極端降水事件[1]。TommasoCaloiero研究了新西蘭日降水集中的時空模式，發現新西蘭北島降水最集中，南島的東西兩側降水集中趨勢存在顯著地域差異，南島西側日降水集中程度比東側低[2]。在國內，Zhang等分析了降水集中程度和集中時期的時空變化，在研究年內降水分配上有著很好的實用性，但方法過于繁雜[3]。姜愛軍，杜銀等提出一種同時提取不同強度降水過程在過程內和年內非均勻分配特性的方法，應用該方法探討了中國近50年來不同強度降水過程時空非均勻分布特征及其氣候趨勢演變規律[4]。

2　數據及方法

2.1數據及處理

本文選取的研究數據為：湖南省84個氣象站點的1961年1月1 日-2007年12月31日逐日降水量資料。選站原則是：選取盡可能多的站點，測站數據齊全的氣象站（氣象站點分布如圖1）。

2.2研究方法

降水集中度(PCD)和集中期(PCP)是利用向量分析的原理來定義區域降水量時間分配特征的參數[5-9]，可以定量地描述某一研究時段的降水集中程度和集中時段。

3　湖南省降水時間變化特征

圖2給出1961-2007年湖南年降水集中度和集中期的年際變化曲線。由圖2a可以看出，47年來PCD的值偏小，在0.14-0.50之間變化，1961-2007年PCD整體呈上升趨勢，上升速率為0.007/10a，超過了95%的顯著性檢驗。PCD多年平均值為0.34，若PCD大于多年平均值,那么認為該年降水偏集中；當PCD小于多年平均值,那么該年降水比較均勻。其中PCD極大值出現在1979年（0.50），說明1979年降水比較集中；極小值出現在1972年（0.14），說明1972年降水在47年中最均勻。1967-1980年、1995-1999年這兩個時間段絕大多年份都大于或等于多年平均值，處于降水偏集中時期；而1981～1985年、1989～1991年2個時段，小于多年平均值，降水相對均勻；其他時段降水集中度偏大與偏小年份交替出現。

從圖2b可以看出，湖南47年來的PCP值在104-154之間變化，也就是降水主要集中在5月初到6月下旬。1961-2007年湖南地區PCP整體呈上升趨勢，上升速率為0.635/10a，也超過了95%的顯著性檢驗。PCP多年平均值為129，若PCP大于多年平均值，降水時間比正常年偏晚；當PCP小于多年平均值，降水時間比正常年偏早。例如，1999 年PCP值最大，為154，說明1999年最大降水出現最晚，在6月下旬左右。1992年PCP值最小，為104，說明1992年最大降水出現最早，在5月初。PCP值的年代際變化不明顯，可見湖南降水集中的時間比較穩定。

4　湖南省降水空間變化特征分析

湖南降水集中度和集中期的平均值空間分布結果如圖3所示。從圖3a中可以看出，湖南降水集中度空間分布特征明顯，自西北向東南減少的分布特點，說明相對于湖南東北部來說西北地區的降水更為集中。整個湖南地區降水集中度均不大，在0.3-0.44之間，多年平均值為0.34。湖南西北部降水集中度最強，各臺站的集中度均達到0.4以上。其中，龍山站達0.44。衡邵盆地則成為年降水集中度最差的區域，在0.27-0.3之間。其中南岳站集中度低于0.27，說明南岳是全區年降水最均勻的。

從圖3b可見，湖南年降水集中期有明顯的空間分布規律，跟年降水集中度的空間分布規律比較一致，大致也是自西北向東南逐漸遞減，說明最大降水時間自東南向西北推遲。西北部是湖南地區年降水集中期最晚的區域，在145-155之間，其中桑植的集中期大于155，也就是桑植的最大降水量出現在6月中旬。東南部的衡邵盆地和株洲南部是整個湖南省年降水集中期最早的區域，常寧、衡陽、耒陽、祁東、攸縣、安仁等站點的集中期都小于120，說明這些站點最大降水量出現在5月上旬。對比可知，降水較集中的湘西北地區，最大降水出現較晚，一般在6月上、中旬，而最大降水較早的湘東南地區降水最為均勻，最大降水一般出現在5月上、中旬。

湖南年降水集中在5、6月，受各種天氣系統的影響。春未夏初，冷暖空氣頻繁交匯，極易形成暖式切變線，產生強降水。加上6月上、中旬，雨帶推移至長江中下游，西南低渦和切變線在梅雨鋒上活躍，維持了梅雨期持續性降水，還為強降水提供了充沛的水汽和能量。此外，孟加拉灣的西風暖濕氣流源源不斷北上，為西南低渦提供了充足的水汽。

5　降水集中度和集中期合成分析

本文采用合成分析法，分別對湖南省1961-2007年4-9月降水量最多和最少前5年進行合成。多水年依次為：1999、2002、1973、1970、1994。少水年依次為：1963、1985、966、1978、1972。

從圖4a、b中可以看出，多水年PCP和少水年PCP的分布情況不同。在多水年，降水集中期由新化、漣源、懷化、芷江一帶向南北兩側遞減。多水年集中期高值中心位于湘西南地區，大部分地區在140-145，也就是說，湘西南最大降水出現最遲，在6月上旬；集中期低值中心在湘東南地區，宜章、臨武最低，低于115，也就是說湘東南地區最大降水出現較早。在少水年降水集中期自西北向東南遞減，最大降水出現時間自西北向東南提前。少水年降水集中期高值中心在湘西北，大部分地區達到140。集中期低值中心在湘中地區，大部分低于113。但是值得注意的是，除了湘西北和湘東南地區，多水年降水集中期整體晚于少水年降水集中期。這說明多水年降水多集中在5月下旬至6月上旬，而少水年降水集中時間可能會提前半個月左右。

從圖4c、d所示，多水年PCD與少水年PCD空間分布比較一致，大致由西北向東南遞減。其中PCD高值中心位于湘西北地區，但低值中心多水年和少水年分布不同，多水年降水集中度低值中心位于湘中地區少水年降水集中度低值中心位于湘西南地區。由此可見，無論是多水年還是少水年，湘西北地區的降水比湘東南地區集中，所以對湘西北地區的防洪抗災工作得更加重視。多水年降水整體比少水年更加集中，說明在多水年發生洪澇災害的可能性將更大。

6　結論

（1）湖南省PCD的值偏小，在0.14-0.50之間變化，1961-2007年PCD整體呈上升趨勢，上升速率為0.007/10a；PCP值在104-154之間變化，也就是降水主要集中在5月初到6月下旬，PCP整體呈上升趨勢，上升速率為0.635/10a。PCD存在四個特征時間尺度，分別為5年、7年、15年、35-40年；PCP存在5年左右的短周期和14年左右的長周期變化。

（2）湖南PCD空間分布特征明顯，自西北向東南減少的分布特點，說明相對于湖南東北部來說西北地區的降水更為集中。PCD跟年降水集中度的空間分布規律比較一致，大致也是自西北向東南逐漸遞減，說明最大降水時間自東南向西北推遲。

（3）多水年PCD與少水年PCD空間分布規律比較一致，由西北向東南遞減。其中PCD高值中心位于湘西北地區，但低值中心多水年和少水年分布不同，多水年降水集中度低值中心位于湘中地區少水年降水集中度低值中心位于湘西南地區。

（4）降水集中度和集中期是近年提出用來年內和汛期降水分配的一個重要參數，可以較理想地分析湖南省降水的基本特征，較準確的表述年內降水分布的規律。

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