衡陽盆地降水時空特征分析

賈曉云，江 琴，黃一民

(1.新疆青河縣中學，新疆 阿勒泰 836200；2.上海師范大學地理系，上海 200234；3.衡陽師范學院 城市與旅游學院,湖南 衡陽 421002)

過去的一百年，全球氣候以超過其自然速率迅速變化著。這種變化給人類的生產生活帶來的影響深遠。在全球氣候變化的大背景下，區域氣候的變化特征、響應機制及其帶來的影響成為了人類關注的重點。降水量是諸多氣候要素中描述一個地區氣候及其變化的關鍵指標之一[1]。其中，由于降水的時空分配不均對農業生產、防汛抗旱、人類生活等影響巨大，因此對它的研究也非常多[2-3]。一些學者對湖南汛期降水的時空分布進行了研究[4-5]，指出湖南汛期降水存在整體一致、南北相反、中部和周圍地區相反變化的種空間特征，同時汛期降水存在3、7、23年三個特征時間尺度。

衡陽盆地位于洞庭湖流域內，盆地作為一個特殊的地貌單元，其對氣候的形成及變化的響應均有待研究。一些學者基于衡陽盆地8個地面氣象觀測站1981—2013年的日平均氣溫、年最高氣溫、年最低氣溫和日降水量資料的研究發現衡陽盆地的年及春夏降水呈增加趨勢，秋冬降水呈減少趨勢[6-7]，但盆地降水的空間分布特征有待揭示。本研究基于盆地9個地面氣象觀測站逐月降水量資料，揭示了盆地降水的時空分布特征。

1 衡陽盆地概況

衡陽盆地為湘江谷地六大盆地之一，位于湖南省中南部，盆地由南(陽明山、大義山)、北(衡山)、東(荊紫山)、西(大云山)四方的諸山合抱，地勢四周高中部低，并自西南向東北傾斜(圖1)。盆地面積約為15 310 km2，范圍大體與衡陽市行政區域相當。衡陽盆地受亞熱帶季風氣候氣候影響，冬冷夏熱干濕交替，多年平均降水量約1 200～1 400 mm。

圖1 衡陽盆地地勢特征及氣象臺站分布Fig.1 Distribution of meteorological stations in the Hengyang Basin

2 資料與方法

本文資料包括衡陽盆地9個地面氣象臺站，即祁東縣、衡東縣、衡南縣、衡山縣、南岳、衡陽縣、常寧市、耒陽市、衡陽市(圖1)，1960—2012年月降水資料下載自中國氣象數據網http://data.cma.cn/site/index.html。季節劃分如下：春季(3～5月)、夏季(6～8月)、秋季(9～11月)、冬季(12～翌年2月)。另外，降水變化趨勢分析采用的是一元線性回歸，同時采用相關系數檢驗對降水變化趨勢進行顯著性檢驗。

3 結果分析

3.1 衡陽盆地降水空間分布

3.1.1 年降水空間分布

一般而言，高大地形對局地盛行風存在著較大影響，進而制約著降水的空間分布。盆地四周高、中間低的地形特點對于降水的空間分布又有著怎樣的影響呢？圖2給出了衡陽盆地年降水量的空間分布。可以發現衡陽盆地年降水表現出由盆地中心向四周增加的趨勢，盆地中心的衡陽縣的年降水量為1 247 mm，盆地邊緣的常寧降水量為1 398 mm、北部的南岳降水量則高達2 029 mm。盆地降水的這種空間分布特征顯然與地形有關。就衡陽盆地而言，西南季風、東南季風帶來的低緯度濕潤海洋性氣團自盆地南緣向北輸送，首先遭遇盆地南部較高地形，形成較多降水。當氣團繼續向北通過盆地上空時，由于存在下沉氣流，不利于水汽凝結，降水偏少。到了盆地北部，溫暖濕潤氣團受高大地形的阻擋，氣團沿迎風坡移動爬升，容易形成大量降水。

圖2 衡陽盆地年降水空間分布Fig.2 Spatial distribution of annual precipitation over the Hengyang basin

3.1.2 季節降水的空間分布

圖3為衡陽盆地四季降水空間分布。由圖3可見，盆地春夏秋冬的季節降水與年降水具有相似的空間分布特征，即盆地中心降水少、四周多。季節降水空間分布形勢的疊加必然使得年降水具有相似的分布特征。但四季降水也存在一些不同之處，如秋冬除盆地中心的低值外，在東北部即衡山以東一帶存在另一個少雨中心。

3.2 衡陽盆地降水隨時間變化

3.2.1 年降水變化趨勢

采用線性回歸對衡陽盆地研究時段內年降水變化趨勢進行了擬合(圖略)，衡陽盆地年降水呈微弱增加趨勢，但不顯著。由于降水的年際變化非常大，為了觀測不同時期，降水的變化情況，采用7年滑動平均對年降水序列進行平滑處理。從7年滑動平均可以看到，以1980年代中期為界，之前年降水波動較小，之后降水波動非常大。1970年代中期至1980年代中期，降水呈減少趨勢，1980年代中期至20世紀末降水經歷了一個明顯的增加過程，隨后降水又處在一個快速下降的通道中。

圖3 衡陽盆地四季降水空間分布(a、b、c、d依次為春夏秋冬)Fig.3 Spatial distribution of seasonal precipitation over the Hengyang Basin

3.2.2 季節降水變化趨勢

圖4為研究時段內衡陽盆地春夏秋冬四季降水變化情況。從圖中有以下幾點發現：1)衡陽盆地春夏降水多于秋冬，計算表明春夏秋冬四個季節的多年平均降水量依次為526.51 mm、427.53 mm、234.27 mm、217.67 mm，分別占全年降水量的37.45 %、30.41 %、16.66 %、15.48 %。我們注意到盆地春季降水多于夏季，這是江南春雨(Spring Persistent Rains，或SPR)區的一個重要氣候特征[8]。已有研究揭示了春夏兩季水汽輸送機制[9]：春季，西太平洋副高西伸，在北緯10～30度范圍內，其西緣風向由東南轉向西南，并將太平洋的近源水汽輸送到中國大陸；夏季，西太平洋副高東撤，西南季風將遠源的印度洋水汽自西向東輸送至中國大陸。2)春秋季降水呈減少趨勢、冬夏季降水呈增加趨勢，但均未達到顯著性水平。3)7年滑動平均顯示春夏兩季降水變化具有很好的相似性：兩者均以1970年中期為界，之前波動較小，之后至1980年代中期(春季)、后期(夏季)，降水呈減少趨勢，這之后至20世紀末(春季)、20世紀90年代中后期(夏季)經歷了一個降水明顯增加時期，隨后降水又呈減少趨勢。秋季波動不大，53年中總體表現出緩慢地下降。冬季降水在1990年代中期以前呈增加趨勢，1990中期以來降水則表現出減少的趨勢。由上分析可以發現，衡陽盆地降水的季節差異大，尤其夏季降水偏少、年際變化大而此時日照強烈，農作物生長旺盛，需水量大，從而對盆地農業發展有著非常大的制約。另外，秋冬降水偏少，由此產生的河流徑流流量下降，對于盆地重要河流湘江的航運，湘江及支流沿岸城市用水存在著較大的威脅。

圖4 衡陽盆地季節降水變化Fig.4 Variations of seasonal precipitation in the Hengyang Basin

4 結 論

本文基于衡陽盆地9個地面氣象臺站1961—2012的逐月降水量資料，對盆地年、季節降水的空間分布特征、變化趨勢進行了分析，得到以下結論：

1)衡陽盆地年及季節降水均表現出由盆地中心向四周增加的空間分布特征，這顯然與盆地地形有關，來自低緯度濕潤海洋性氣團自盆地南緣向北輸送，首先遭遇盆地南部較高地形，形成較多降水。當氣團通過盆地上空時，因氣流下沉導致降水偏少。當到達了盆地北部，氣團沿山坡爬升而形成大量降水。

2)衡陽盆地年、夏季及冬季降水表現出微弱增加趨勢，春秋兩季則呈微弱減少趨勢，但均未達到顯著性水平。

3)年及季節降水的年際變化非常大。同時，降水的年內分布不均，春夏季降水多，秋冬季降水少。

[1] 白瑩瑩,張焱,高陽華,等.四川盆地降水變化的區域差異[J].地理科學,2011,31(4):478-484.

[2] 劉永林,延軍平,岑敏儀.中國降水非均勻性綜合評價[J].地理學報,2015,70(3):392-406.

[3] 李疆,尹景原,卡得爾,等.吐魯番盆地降水分布特征[J].新疆地理,1984,7(2):22-30.

[4] 劉會玉,林振山,張明陽.湖南汛期降水異常的時空分布特征研究[J].熱帶氣象學報,2004,20(4):409-418.

[5] 張劍明,黎祖賢,章新平,等.湖南省近46年來降水時空分布特征及趨勢分析[J].水文,2009,29(4):73-78.

[6] 劉蘭芳，陳濤，肖志成，等.衡陽盆地氣象干旱頻率的時空演變特征[J].華北水利水電大學學報，2016，37(1)：24-28.

[7] 劉蘭芳,肖志成,陳濤,等.近33年衡陽盆地的氣候變化與干旱發展趨勢[J].湖南農業大學學報(自然科學版),2014,40(6):637-642.

[8] 萬日金,吳國雄.江南春雨的時空分布[J].氣象學報,2008,66(3):310-319.

[9] 譚明,南素蘭,段武輝.中國季風區大氣降水同位素的季節尺度環流效應[J].第四紀研究,2016,36(3):575-580.

(編校 劉蘭芳)