北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)降水年內(nèi)非均勻性特征分析

劉占明,胡寶清,閆 妍,魏興琥,江學(xué)頂,梁釗雄

(1.佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院廣東省西北江流域生態(tài)文明建設(shè)與可持續(xù)發(fā)展研究中心,廣東佛山528000；2.廣西師范學(xué)院北部灣環(huán)境演變與資源利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西南寧530001；3.廣西師范學(xué)院廣西地表過(guò)程與智能模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西南寧530001)

北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)降水年內(nèi)非均勻性特征分析

劉占明1,胡寶清2,3,閆 妍2,3,魏興琥1,江學(xué)頂1,梁釗雄1

(1.佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院廣東省西北江流域生態(tài)文明建設(shè)與可持續(xù)發(fā)展研究中心,廣東佛山528000；2.廣西師范學(xué)院北部灣環(huán)境演變與資源利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西南寧530001；3.廣西師范學(xué)院廣西地表過(guò)程與智能模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西南寧530001)

基于廣西北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)分布較均勻的12個(gè)雨量站1961年～2011年日降水資料,統(tǒng)計(jì)出各站各年降水集中度(pcd)和集中期(pcp)指標(biāo),再基于該指標(biāo)分析區(qū)域降水集中度和集中期多年均值、變化趨勢(shì)、與年降水量相關(guān)性、多水年少水年合成分析的空間分布情況,以期研究區(qū)域降水年內(nèi)非均勻分布的時(shí)空變化特征。結(jié)果表明,pcd、pcp均值區(qū)域差異明顯；pcd呈上升趨勢(shì),pcp為下降趨勢(shì)；多水年與少水年的pcd空間分布比較相似,但多水年與少水年的pcp空間分布差異較大。

降水；時(shí)空分布；集中度；集中期；廣西北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)

0 引 言

廣西北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)(以下簡(jiǎn)稱“北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)”)地處我國(guó)沿海西南端,由南寧、北海、欽州、防城港4個(gè)地級(jí)市所轄行政區(qū)域構(gòu)成,同時(shí)納入近海沿邊的玉林、崇左兩市統(tǒng)籌規(guī)劃建設(shè),陸地國(guó)土總面積約7.28萬(wàn)km2。北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)地處我國(guó)華南、西南和東盟經(jīng)濟(jì)圈結(jié)合部,與東盟國(guó)家既有海上通道、又有陸地接壤,戰(zhàn)略地位突出；近年來(lái),隨著中國(guó)-東盟自由貿(mào)易區(qū)建設(shè)的加快推進(jìn),國(guó)家高度重視廣西沿海地區(qū)發(fā)展,明確將該區(qū)作為面向東盟開放合作的重點(diǎn)區(qū)域[1]。該區(qū)南部瀕臨海洋,是我國(guó)年降水量最豐富的地區(qū)之一,但由于降水年內(nèi)分布很不均勻,旱澇災(zāi)害頻繁,每年因旱澇災(zāi)害造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡[2]；同時(shí),降水不均勻分布也是導(dǎo)致山體滑坡、泥石流等自然災(zāi)害發(fā)生的重要影響因素。因此,研究北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)降水非均勻性分布特征具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。而集中度和集中期作為衡量降水年內(nèi)非均勻分配的指標(biāo)之一,可以很好地反映出降水的年內(nèi)分布情況[3]。近年來(lái),已有很多學(xué)者對(duì)降水集中度和降水集中期進(jìn)行了研究,并得出了有意義的結(jié)論[4- 6]。目前,關(guān)于北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)降水的研究已做了一些工作,但主要集中于年降水量變化趨勢(shì)分析[7]、降水結(jié)構(gòu)變化特征分析[2]及遙聯(lián)分析[8]等方面；對(duì)年內(nèi)非均勻性分布特征的研究較少。本研究基于北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)分布較均勻的雨量站點(diǎn)日降水資料,運(yùn)用集中度和集中期指標(biāo)探討區(qū)域降水年內(nèi)非均勻分布的時(shí)空變化特征,以期揭示區(qū)域降水相關(guān)變化規(guī)律。

1 研究方法

1.1 集中度與集中期的相關(guān)定義

本文選取廣西北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)分布較均勻且沒有發(fā)生位置變更的12個(gè)測(cè)站1961年～2011年逐日降水?dāng)?shù)據(jù)資料(數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)氣象局氣象信息中心)。具體方法如下。

把一年中各月的降水均作為向量,一年內(nèi)12個(gè)月組成一個(gè)圓周(360°),將某月份降水量作為該月降水矢量的模,該月月序(從0算起)與30°的乘積作為該月降水矢量的方向,從而引進(jìn)了表示降水年內(nèi)時(shí)間分配特征的兩個(gè)參數(shù)：集中度(pcd)和集中期(pcp),即

(1)

pcpi=arctan(Rxi/Ryi)

(2)

Rxi=∑rij·sinθj；Ryi=∑rij·cosθj；

i=1，2，…，51；j=1，2，…，12

式中,Ri表示某測(cè)站第i年的總降水量；rij表示第i年第j月的總降水量；θj表示第j月對(duì)應(yīng)的方位角。

pcd反映年降水在研究時(shí)段內(nèi)各月份的集中程度,若年降水全部集中于某一個(gè)月,則合成向量的模與總降水量的比值為1(pcd極大值)；相反,若各月降水量相等,則各分量累加后結(jié)果為0(pcd極小值)。pcp即合成向量的方位角,指示各月降水量合成后的總體情況,表1為集中期pcp與月份的具體對(duì)應(yīng)關(guān)系,根據(jù)pcp還可推算具體旬序,如pcp介于165°～175°、175°～185°、185°～195°之間,分別對(duì)應(yīng)7月上、中、下旬。該方法詳見文獻(xiàn)[3]。

表1 降水集中期(pcp)與月份的對(duì)應(yīng)關(guān)系

1.2 反距離權(quán)重插值法

本文在研究北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)降水相關(guān)指標(biāo)的pcd和pcp空間分布時(shí),均采用反距離權(quán)重插值法IDW(Inverse Distance Weighted)進(jìn)行空間插值,該插值方法詳見文獻(xiàn)[9]。

2 降水 pcd和 pcp的時(shí)空變化特征

2.1 pcd和pcp多年平均值空間分析

全區(qū)12個(gè)站pcd多年平均值介于0.44～0.58之間。從空間分布來(lái)看,區(qū)域差異明顯。南部沿海地區(qū)(北海、東興、欽州)為高值區(qū),pcd都在0.53以上；東北部的玉林、容縣、橫縣所在區(qū)域?yàn)榈椭祬^(qū),pcd都在0.48以下；其余地區(qū),尤其是西北部廣大地區(qū)pcd介于0.48～0.53之間。

全區(qū)12站pcp多年平均值介于155°～185°之間。南部沿海地區(qū)(北海、東興、欽州)pcp在175°～185°之間,對(duì)應(yīng)時(shí)間為7月中旬；東北部(玉林、容縣、博白)及北部(馬山)地區(qū)pcp在155°～165°之間,對(duì)應(yīng)6月下旬；中西部廣大地區(qū)pcp在165°～175°之間,對(duì)應(yīng)7月上旬。

2.2 pcd和pcp變異系數(shù)空間分析

由于變異系數(shù)能夠反映數(shù)據(jù)序列長(zhǎng)期變化的穩(wěn)定程度及相對(duì)變化特征,研究中利用區(qū)域12個(gè)站的降水集中度和集中期的變異系數(shù)值進(jìn)行空間插值。由圖1a可知,12個(gè)站pcd變異系數(shù)介于0.16～0.25之間。根據(jù)變異系數(shù)的大小,空間上大體可分為西南部和東北部?jī)刹糠帧Ｎ髂系貐^(qū)(天等、崇左、東興、欽州)變異系數(shù)較小,介于0.16～0.20之間；東北部廣大地區(qū)變異系數(shù)較大,介于0.20～0.25之間。這說(shuō)明近50年來(lái)降水年內(nèi)集中程度西南部區(qū)域較為穩(wěn)定,東北部區(qū)域變化幅度相對(duì)較大。

從圖1b可知,12站pcp變異系數(shù)普遍較小,介于0.05～0.15之間,說(shuō)明全區(qū)集中期年際差異普遍較小；但從空間分布看又存在著較明顯的區(qū)域差異,東北部(玉林、容縣、橫縣)變異系數(shù)在0.10～0.15之間,為全區(qū)高值區(qū)域,說(shuō)明這一地區(qū)相對(duì)區(qū)內(nèi)其他地區(qū)而言,降水集中期年際差異稍大。

圖1 北部灣地區(qū)pcd、pcp變異系數(shù)空間分布

2.3 pcd和pcp與年降水量的相關(guān)性分析

從12站pcd與年降水量相關(guān)系數(shù)空間分布來(lái)看(圖2a),相關(guān)系數(shù)由西南向東北逐漸減小；東部地區(qū)(容縣-0.23～-0.11、玉林-0.11～0、博白-0.11～0),pcd與年降水量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,其余大部分地區(qū)pcd與年降水量呈正相關(guān)關(guān)系,但都不夠顯著(0.05置信水平,下同)。從12站pcp與年降水量相關(guān)系數(shù)空間分布來(lái)看,中南部(北海、欽州、東興、橫縣)和西部(天等)地區(qū)為-0.17～-0.10,pcd與年降水量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；東部(容縣、玉林為0.10～0.20、博白為0～0.10)和西北部的龍州、崇左、南寧、馬山等為0～0.10,pcd與年降水量呈正相關(guān)關(guān)系,但都不顯著。

2.4 pcd和pcp的變化趨勢(shì)分析

由圖2a可知,pcd有8站不顯著上升,3站顯著上升,1站不顯著下降。從空間分布看,不顯著下降的站(天等)位于西北部邊緣,顯著上升的站主要分布在北部(馬山)和南部沿海(東興、欽州),其余站點(diǎn)為不顯著上升。因此,總體來(lái)看,全區(qū)大部分地區(qū)pcd表現(xiàn)為不顯著上升,小部分區(qū)域(北部和南部沿海)表現(xiàn)為顯著上升。

由圖2b可知,全區(qū)12站pcp均表現(xiàn)為下降,其中8站為不顯著下降,4站為顯著下降。從空間分布看,顯著下降的站并不集中分布,而是零散分布在東南西北各地。因此,總體來(lái)看,流域pcp表現(xiàn)為以不顯著下降為主,即降水集中期呈現(xiàn)出提前的趨勢(shì),部分區(qū)域表現(xiàn)顯著。

圖2 北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)pcd、pcp M-K趨勢(shì)檢驗(yàn)空間分布

2.5 pcd和pcp的合成分析

研究中采用合成分析法分別對(duì)北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)1961年～2011年降水量最多(依次為2001年、1994年、2008年、1973年、1970年)和最少(依次為1989年、1963年、1962年、2000年、2007年)的前5年進(jìn)行合成,然后利用合成后的區(qū)域12站多水年和少水年的pcd、pcp均值進(jìn)行空間插值(見圖3)。

多水年pcd(圖3a)與少水年pcd(圖3b)在空間分布上具有一定相似性。如,總體變化趨勢(shì)均主要表現(xiàn)為從南向北逐漸減小,南部沿海地區(qū)(北海、東興、欽州)為高值區(qū),東北地區(qū)(橫縣、玉林、容縣)為低值區(qū)。多水年pcd與少水年pcd的區(qū)別在于集中度值差別較大,對(duì)比發(fā)現(xiàn)多水年全區(qū)12站pcd全部大于少水年pcd；從12站pcd平均值來(lái)看,多水年為0.535,少水年為0.487,說(shuō)明降水多的年份降水集中度更高。

圖3 北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)多水年、少水年期間pcd、pcp合成值空間分布

如圖3c所示,多水年pcp合成值由西南向東北遞減,西南部的大片區(qū)域pcp合成值在175°～185°之間,對(duì)應(yīng)時(shí)間為7月中旬；東北部的玉林、容縣等地pcp合成值在156°～165°之間,對(duì)應(yīng)6月下旬。如圖3d所示,少水年pcp合成值由中南部向東北、西北兩個(gè)方向遞減,中南部的橫縣、欽州、北海等地pcp合成值在175°～185°之間,對(duì)應(yīng)7月中旬；東北部的玉林、容縣和西北部馬山等地pcp合成值在156°～165°之間,對(duì)應(yīng)6月下旬。總體來(lái)看,無(wú)論是多水年還是少水年,大部分地區(qū)pcp均在165°～185°之間,即降水集中期為7月中上旬。

3 結(jié) 論

(1)廣西北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)降水集中度區(qū)域差異明顯,南部沿海地區(qū)偏高,東北部偏低；變異系數(shù)分析表明,西南部集中度較為穩(wěn)定,東北部變化幅度相對(duì)較大。就降水集中期而言,南部沿海地區(qū)、廣大中西部和東北部分別對(duì)應(yīng)7月中旬、7月上旬和6月下旬；變異系數(shù)分析表明,全區(qū)集中期年際差異普遍較小,就區(qū)內(nèi)對(duì)比而言,東北部稍微偏大。

(2)從降水集中度與年降水量的相關(guān)性來(lái)看,除東部小部分區(qū)域?yàn)樨?fù)相關(guān)外,其余大部分地區(qū)均為正相關(guān)。從降水集中期與年降水量的相關(guān)性來(lái)看,正負(fù)相關(guān)區(qū)域交錯(cuò)分布,但都不顯著。

(3)M-K趨勢(shì)檢驗(yàn)表明,降水集中度呈上升趨勢(shì),其中,南部沿海地區(qū)和北部邊緣區(qū)域上升顯著。降水集中期表現(xiàn)為下降趨勢(shì),即降水集中期呈現(xiàn)出提前的趨勢(shì),且部分區(qū)域表現(xiàn)顯著。

(4)多水年與少水年的集中度在空間分布上具有相似性,均表現(xiàn)為從南向北逐漸減小,其區(qū)別在于集中度值不同,降水多的年份集中度更高。多水年與少水年的集中期空間分布差別較大,多水年份集中期表現(xiàn)為由西南向東北遞減,少水年份則表現(xiàn)為由中南部向東北、西北兩個(gè)方向遞減；從集中期對(duì)應(yīng)時(shí)間來(lái)看,無(wú)論是多水年還是少水年,大部分地區(qū)均為7月中上旬。

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(責(zé)任編輯陳 萍)

Intra-annualInhomogeneityCharacteristicsofPrecipitationinGuangxiBeibuGulfEconomicZone

LIU Zhanming1, HU Baoqing2,3, YAN Yan2,3, WEI Xinghu1, JIANG Xueding1, LIANG Zhaoxiong1
(1. Research Center for Ecological Civilization Construction and Sustainable Development in Xijiang & Beijiang River Basin of Guangdong Province, Foshan University, Foshan 528000, Guangdong, China; 2. Key Laboratory of Beibu Gulf Environment Change and Resources Use, Ministry of Education, Nanning 530001, Guangxi, China; 3. Guangxi Key Laboratory of Earth Surface Processes and Intelligent Simulation, Nanning 530001, Guangxi, China)

Based on the daily precipitation data between 1961 and 2011 from 12 rainfall stations in Guangxi Beibu Gulf Economic Zone, the Precipitation Concentration Degree (PCD) and Precipitation Concentration Period (PCP) are calculated for each rainfall station in each year, and then based on these index, the inhomogeneous distribution characteristics of inter-annual precipitation are analyzed by introducing the spatial distribution of annual mean values, variable coefficients, correlation coefficients between annual precipitation, change trends and composite analysis. The results show that: (a) the annual mean values of PCD and PCP in different regions are obvious; (b) PCDs are mainly upward trend, while PCPs are downward trend; and (c) more-precipitation year composite analysis of PCD is similar to less-precipitation years in spatial distribution, but there is an obvious difference of PCPs between more-precipitation and less-precipitation years．

precipitation; temporal and spatial distribution; concentration degree; concentration period; Guangxi Beibu Gulf Economic Zone

2016- 04- 11

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41361022,41371498,4157-1091)；廣西自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(2014GXNSFDA-118031)；北部灣環(huán)境演變與資源利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、廣西地表過(guò)程與智能模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合開放或系統(tǒng)基金項(xiàng)目(2015BGERLKF03)；佛山市科技發(fā)展專項(xiàng)基金資助項(xiàng)目(2009031)

劉占明(1979—),男,河南信陽(yáng)人,講師,博士,主要從事水文學(xué)研究；胡寶清(通訊作者)．

P461

：A

：0559- 9342(2017)06- 0023- 05