1975—2015年清遠市汛期極端降水時空變化特征分析

曾志平

(廣東省水文局清遠水文分局，廣東清遠511500)

降水是水文循環的重要組成部分，是眾多水文預報手段必不可少也是最為重要的輸入要素之一[1-2]。受全球氣候變化的影響，降水在空間分布和時間分配上發生了改變[3]。降水的多變提高了水文預報的工作難度[4]。清遠市位于北江中下游，境內中小河流眾多，且多為山區性河流，降水匯流時間短，極易發生中小流域洪水，引發山洪災害。根據相關研究統計[5-6]，在清遠市山洪災害評價對象中，約有15萬人處于危險區，占清遠市常駐人口的6.5%，主要分布在地勢高、坡度陡、河網密集的連州和連南北部山區、連山南部、陽山西南部、英德西南部以及佛岡縣。降水的頻率和強度是形成洪澇災害的2個重要指標[7-8]。清遠市多年平均降水量約為1 897 mm，降水年內分布極不均勻，汛期雨量占年雨量的80 %左右，極端降水事件頻發。認識清遠市降水時空變化規律，對做好該區域的水文預報具有重要意義，亦可為指導工農業生產及防災減災提供科學依據。已有學者對清遠市降水作了一些研究，周小云等[9]指出，21 世紀以來清遠市暴雨日數明顯偏多而大暴雨以上則明顯偏少；李翠華等[10]指出，清遠地區年雷暴日數以準4、準10 、準20 年等多重時間周期嵌套式震蕩；羅律等[11]指出清遠市極端強降水總量、頻數和強度在南部地區呈減少趨勢、北部地區呈增加趨勢，總量和頻數在年變化上呈減少趨勢，強度呈增加趨勢。目前對清遠市降水的研究分析指標相對較少，有必要對清遠市開展更為詳盡的汛期極端降水特征分析。

1 研究區概況

清遠市(113°42～111°55′E，23°28′～25°12′N)位于廣東省中北部，是廣東省南北經濟交流的重要通道之一。境內國土面積19 152 km2，是廣東省陸地面積最大的地級市，占全省國土面積10.66 %，占北江流域面積41.00%。境內地勢北高南低，北部南嶺山脈為珠江與長江分水嶺，也是華中、華南氣候分界線，對臺風北上和寒潮南下均起到一定屏障作用。

2 資料與研究方法

2.1 資料來源與預處理

本文所用數據資料為廣東省水文局整編的清遠市60個雨量站1975—2015年汛期(4月1日至9月30日)逐日降水資料，數據基本連續完整，僅幾個站點缺測個別年份或個別月份；站點空間分布較為均勻(圖1)，能較好地代表清遠市各地區的極端降水特性。所選測站資料中，缺測部分分析借用臨近站同期數據[12-13]。

2.2 研究方法

參考世界氣象組織(WMO)、氣象學委員會(CCL)及氣候變化和可預報性研究計劃(CLLVAR)提出的指標，選取14個極端降水指標分析清遠市降水(表1)。近年來，國內外常采用相關指標研究極端氣候事件[7-8，12-13]。通過泰森多邊形法計算清遠市面雨量；利用線性回歸分析[14]、Mann-Kendall非參數檢驗法[15]，分析清遠市各極端指數時間序列的趨勢變化并進行置信度95%的顯著性檢驗(P<0.05)；采用反距離加權插值IDW法[14]分析極端降水指標的空間分布規律。

圖1 清遠市雨量站點分布

表1 極端降水指標及其定義

3 結果分析

3.1 清遠市極端降水時間序列變化特征

清遠市極端降水指數年際變化差異明顯(表2)。1975—2015年，所有極端降水指標中，除R95P呈明顯下降趨勢(以-2 d/10a減少，且通過了95%置信水平檢驗)、R95ptot無明顯趨勢外，其余指數均呈上升趨勢，其中R50通過了95%置信水平檢驗(以0.6 d/10a增加)。

表2 1975—2015年清遠市14個極端降水指標檢驗結果

注：*P<0.05

3.2 極端降水指數變化趨勢及空間分布

3.2.1干旱或濕潤指數變化的空間分布

CDD、CWD和R1、R5分別能夠表征干旱和濕潤狀態，其變化具有明顯的空間差異性(圖2)。具體而言，清遠市除1站點CDD呈上升趨勢外，其余站點均呈下降趨勢(36個站點通過置信檢驗)，下降幅度基本呈現從北向南逐漸遞減趨勢；41個站點CWD呈上升趨勢(5個站點通過置信度檢驗)，主要分布在清遠市中部和佛岡縣；33個站點R1呈上升趨勢(1個站點通過置信度檢驗)，主要分布在“三連一陽”地區(連州市、連南縣、連山縣和陽山縣，下同)和佛岡縣，27個呈下降趨勢(2個通過置信度檢驗)；36個站點R5呈上升趨勢，24個呈下降趨勢，均各有1個通過置信度檢驗。從空間分布看，R1(圖2c)和R5(圖2d)分布較為相似，均為東西兩端上升而中部下降，下降區域在英德市、清城區和清新區形成一條較為緊密的條帶狀。

a) CDD

b) CWD

c) R1

d) R5圖2 干旱或濕潤指數變化的空間分布及顯著性檢驗

3.2.2中等強度及較強降水指數變化的空間分布

R10、R25能夠表征中等強度及較強降水特征，其變化趨勢特征在清遠市內具有明顯的地區差異性(圖3)。清遠市內有43個站點R10呈上升趨勢，17個呈下降趨勢，均各有1個通過置信度檢驗。有40個站點R25呈上升趨勢(4個通過置信度檢驗)， 20個呈下降趨勢(2個通過置信度檢驗)。就上升趨勢來看，表現出R10大于R25，呈上升趨勢的分布范圍也表現出R10大于R25。同時，隨著降水強度增大，上升趨勢逐漸減弱，下降趨勢逐漸增強。

a) R10

b) R25

圖3 中等強度及較強降水指數的空間分布及顯著性檢驗

3.2.3強降水指數變化的空間分布

R50、R100、R95P、R95ptot和PRCPTOT能夠表征強降水，其變化趨勢特征在清遠市內具有明顯的地區差異性(圖4)。清遠市內分別有45、48個站點R50和R100呈上升趨勢；42個站點R95P呈下降趨勢(24個通過置信度檢驗)，52個站點R95ptot呈下降趨勢(43個通過置信度檢驗)，44個站點PRCPTOT呈下降趨勢(1個通過置信度檢驗)。從空間分布看， R50(圖4a)和R100(圖4b)、PRCPTOT(圖4e)分布較為一致：“三連一陽”及英德等清遠市北部地區呈上升趨勢，清城區、清新區和佛岡縣等南部地區呈下降趨勢。而R95P(圖4c)、R95ptot(圖4d)指數中“三連一陽”及英德地區卻呈現下降趨勢，這表明該區域降水更加集中，強降水有增加趨勢。

a) R50

b) R100圖4 強降水指數趨勢變化空間分布及顯著性檢驗

c) R95P

d) R95ptot

e) PRCPTOT續圖4 強降水指數趨勢變化空間分布及顯著性檢驗

3.2.4最大降水指數變化的空間分布

R1D和R5D為表征最大降水指數，其變化趨勢特征在清遠市內具有明顯的地區差異性(圖5)。清遠市分別有43、49個站點R1D、R5D呈上升趨勢。R1D和R5D 分布情況基本一致，“三連一陽”呈上升趨勢，而清城、清新區和佛岡縣呈下降趨勢。

a) R1D

b) R5D圖5 最大降水指數的空間分布及顯著性檢驗

3.2.5降水強度指數變化的空間分布

整個清遠市內有68.3 %站點的SDII呈上升趨勢(圖6)，其中有10個通過95 %置信水平檢驗，空間上主要分布在清遠市的北部地區，即“三連一陽”和英德北部，其余站點SDII呈下降趨勢，主要分布在清遠市的南部地區，即清城、清新區和佛岡縣。

圖6 SDII變化的空間特征布及顯著性檢驗

4 結論

本文運用多種方法基于清遠市60個雨量站的汛期(4—9月)逐日降水數據，分析了該區域1975—2015年極端降水事件的時空變化特征，主要結論如下。

a) 清遠市極端降水存在較大的年際變化，各指標變化趨勢有增有減且存在明顯的區域差異。面平均降水中，所有極端降水指數除R95P呈明顯下降趨勢、R95ptot無明顯趨勢外，其余指數均呈上升趨勢。除CDD、CWD、R95P和R95ptot外，“三連一陽”等清遠市北部地區其余極端降水指數均呈上升趨勢，清城區、清新區和佛岡縣等南部地區則呈下降趨勢。

b) “三連一陽”地區強降水有增加趨勢，降水更加集中，容易發生洪澇災害。針對未來強降水增加的基礎上，需要做好北部山區河流中小河流預報，防患于未然。