1980-2015年貴州省不同等級降雨日數時空變化特征

莫躍爽，索惠英，焦樹林，趙宗權，張 潔，趙 夢

(貴州師范大學 地理與環境科學學院，貴州 貴陽 550025)

1 研究背景

近年來，隨著全球氣候變暖，降水氣候變化也受到了人們的廣泛關注。國內外學者主要就降水量的時空變化、年代際變化、氣候區劃、降水相關分析以及極端降水的變化等方面進行了研究，且取得了豐碩的成果[1-4]，但針對量級降水和非汛期降水的研究較少。降雨日數與降水頻率有密切關系，雨日能反映降水在時空分布上的均衡情況和區域特征，以及相關的天氣系統和背景大氣環流在該地區的活動強度，對氣候變化趨勢和旱澇災害防治具有重要的現實意義。在國內，黃嘉佑[5-6]首先開始對月降雨日數進行研究，并分析了我國夏季雨日與海溫的關系，進入21世紀后，關于雨日的研究引起了更多學者的關注，但所研究的時間尺度不一，研究區域和時段也不同，部分學者還對雨量等級標準進行了進一步劃分，增加了微量等級等[7]和降水強度等級[8]。陳曉燕等[9]、吳昊旻等[10]、劉金平等[11]得出小雨日數在總降雨日數中是最主要的，總雨日數的減少主要是由于小雨日數的減少所致，且近50年來我國大到暴雨雨量和日數比重有所增加。謝益軍等[12]研究中國8個氣候區不同強度降雨日數的變化情況，認為我國長江流域和東北地區的極端降雨日數分別在冬季和夏季、冬季和春季顯著增加，而西北地區四季的極端降雨日數均呈顯著增加趨勢；其季節極端降水異常主要受ENSO影響。此外，李慧等[13]指出華南地區強降水雨日數呈增加趨勢。汪衛平等[14]認為中國年總雨日數高值區在四川東部、貴州、江南及云南西南部，推測其原因與青藏高原東部低層回流冷空氣形成的靜止鋒或輻合帶相關。

貴州省位于中國西南腹地[15]，屬我國典型喀斯特山區[16]，生態環境脆弱[17]，自然災害頻發。以往對貴州省降水的研究多側重于年代際的多年平均狀態[18]、極端降水指數[19-20]、強降水變化特征[21-22]，從地形坡度、流域及汛期與非汛期等方面進行研究，缺乏對不同雨量等級進行分析探討，現有研究表明[23-25]，降雨日數減少的范圍遠大于降雨量減少的范圍，且具有較強的區域性和季節性[8-9]，因此，在研究降雨量的同時，很有必要研究降雨日數及各等級雨量在不同地貌類型上的氣候特征及其規律，以期為當地制定防災減災措施提供現實指導和理論依據。

2 資料與方法

2.1 研究區概況

貴州是中國南方一個巖溶極其發育的省份，位于中緯度(103°36′～109°35′E，24°37′～ 29°13′N)的云貴高原，是全國云量最多的地區，受云貴靜止鋒的影響，多陰雨天氣。貴州省屬亞熱帶濕潤季風氣候，南來的暖濕氣流常與北來的冷空氣在省內交綏，常年雨量充沛，時空分布不均，年降雨量大都超過1 100 mm，平均氣溫在15℃左右，光照適中，相對濕度較大，日照時數少，雨季明顯，四季分明。貴州地處高原，高原、丘陵和山地約占全省面積的97%，“壩子”僅占3%。地勢西高東低，平均海拔1 100 m，地面起伏大，海拔高度相差2 500 m以上，境內山巒交錯、河谷縱橫，地勢極為復雜，大部是崇山峻嶺，少部是丘陵起伏，僅在山脈的平緩處有少數山間盆地，垂直差異較大，立體氣候明顯。省內降雨日數多，高地尤多，夏半年多于冬半年。貴州省地形地貌及氣象站點分布見圖1。

2.2 研究數據及方法

本文采用1980-2015年貴州省19個氣象站點的24 h日降水量，統計小雨、中雨、大雨、暴雨、總雨日日數，數據來自中國氣象數據網。19個站點中，遵義站的缺測和錯誤率為2.54%，其余站點均小于1%，錯誤或缺測的數據采用其他年份同期的平均值代替。以3-5月為春季，6-8月為夏季，9-11月為秋季，12-翌年2月為冬季[26]。為了方便分析，基于地形、巖性和地質的區域結構條件，將貴州省分為6個地貌區，即巖溶槽谷、非喀斯特區、巖溶高原、峰叢洼地、巖溶峽谷、巖溶盆地[27](詳見圖1)。將24 h日降水量(包括降雪)≥0.1 mm定義為雨日，若日降水量在0.1～9.9 mm之間，則該日雨量等級定義為小雨，10.0～24.9 mm為中雨，25.0～49.9 mm為大雨，日降水量≥50.0 mm定義為暴雨。氣候態為1980-2015年共36 a的雨日平均值。所用的方法有線性趨勢法、概率估算法、M-K突變檢驗法等，并采用GIS樣條函數插值法繪圖。

圖1 貴州省地形地貌及氣象站點分布

3 結果與分析

3.1 各地貌區降水日數的趨勢分析

表1為1980-2015年貴州省6個地貌區暴雨、大雨、中雨、小雨、總雨日年均降雨日數及線性系數。從表1中可看出，貴州省年均總雨日數為170.80 d，巖溶盆地最多，高達181.31 d，峰叢洼地最少，為161.06 d，兩者相差20 d左右；暴雨、大雨在巖溶盆地比較常見，日數分別為3.39 d和10.94 d，在巖溶峽谷日數較少，分別為1.42 d和5.31 d；中雨日數范圍為18.68～25.39 d，全省平均值為20.77 d，中雨日數最高的仍是巖溶盆地25.39 d，最低的是巖溶高原18.68 d；小雨日數總體較多，均值為138.88 d，范圍為126.63～152.13 d，小雨日數起伏較大，在巖溶高原最頻繁，在峰叢洼地最少，比平均水平低12.25 d。從變化趨勢上看，1980-2015年間，暴雨和大雨日整體呈微弱上升趨勢，而中雨、小雨降雨日數和總雨日呈下降趨勢，其中總雨日下降趨勢最顯著，而中雨日遞減趨勢不明顯。

表1 1980-2015年貴州省各地貌區不同等級降雨的年均日數及線性趨勢

3.2 降雨日數的時間變化

1980-2015年貴州省不同等級年降雨日數及年總雨日數變化如圖2所示。由圖2可看出，暴雨日數和大雨日數呈不明顯遞增趨勢(圖2(a)、2(b))，上升速率分別為0.015和0.008 d/a，即36 a內暴雨日數上升了約0.53 d，大雨日數上升約0.28 d。暴雨日數的極低值與極高值相繼出現在2013年和2014年，兩者相差2.9 d，變化起伏較大。1983年的大雨日數最多，達185 d，比2009年的大雨日數最低值高5.64 d，大雨日在20世紀80年代發生頻率相對較低，在90年代較高。中雨日數和小雨日數總體呈遞減趨勢(圖2(c)、2(d))，下降速率分別為0.106和0.602 d/a，可推測這段期間內中雨日數減少3.81 d左右，小雨日數下降約21.68 d，小雨日數降幅度較大。中雨日數在1980年最多，為27.68 d，1980年后開始減少，1990后有短暫的回升情況，在2011年出現最低值12.26 d，極差值為15.42 d，說明整體波動較大。小雨日數最低值出現在1987年，為125.05 d，最高值為2012年的163.95 d，兩者相差38.90 d。1980-2015年貴州省年降水日數多年平均值為170.80 d，暴雨、大雨、中雨、小雨分別為2.86、8.29、20.77、138.88 d(表1)，分別占該省多年平均降水日數的1.68%、4.85%、12.16%、81.31%，即小雨日數最多，暴雨日數最少，強降水天數整體呈下降趨勢，此結論與文獻[28]得出的貴州省強降水天數的時間變化特征結論一致。由于小雨日數占比總雨日的比重最高，因此總雨日數的線性變化趨勢與小雨日數大致相同，呈顯著的遞減趨勢，下降速率為0.685 d/a，總雨日數下降約24.67 d，1982年總雨日數最多，為194.58 d，2011年總雨日數最少，為146.84 d；從不同時間階段看，1987-2000年總雨日數較多，呈增加趨勢，其他階段降水天數呈減少趨勢(圖2(e))。

圖2 1980-2015年貴州省不同等級年降雨日數及年總雨日數變化

3.3 降雨日數的空間變化

前人有研究認為中國雨日數與相應時段的降水分布型呈一致性[29-30]，實際上，小雨決定雨日數，大量級降雨決定降水量，因此雨日數和降水量的分布情況存在較大差異。圖3為1980-2015年貴州省年均總雨日數氣候態分布及空間變化趨勢，由圖3(a)可看出，貴州省總雨日數的氣候態整體為西多東少，中部多南北少。該時段貴州省年總雨日平均值為170.8 d，雨日最多的地區在習水-畢節一帶，可達200 d左右，雨日最少的區域在峰叢洼地的望謨和羅甸，為138～143 d，非喀斯特區的榕江、巖溶槽谷區的銅仁和思南等地的雨日數也偏低，為154 d左右。由圖3(b)中變化趨勢上看，年總雨日數普遍呈顯著下降趨勢，總雨日數傾向率從東北至西南遞減，即西南部的總雨日數減少最為明顯，望謨、羅甸、盤縣、興義等地的傾向率可達-10 d/10a以上，比較特殊的是處于中部的貴陽呈現出一個高值中心，其傾向率為-1.3 d/10a，表明其總雨日減少速率沒有周圍區域快。

圖4為1980-2015年貴州省不同等級年雨日數及空間變化趨勢。由圖4(a)、4(b)可看出，暴雨日數在西南部較多，在西北部較少，從東到西呈現出遞減的趨勢；暴雨傾向率均值為0.152 d/10a，說明暴雨日數整體呈上升趨勢，且南方高于北方，羅甸、凱里、畢節、榕江這4個站點的傾向率較大，其值分別為0.456、0.414、0.418、0.378 d/10a，盤縣為全省暴雨日數傾向率的低值中心，其傾向值為-0.335 d/10a，表明盤縣的暴雨日持續偏少。圖4(c)、4(d)表明，大雨日數總體分布規律與暴雨日數接近，其高值區在西南部的盤縣-興義-獨山一帶，大雨日數達10～11 d，低值區在西北部的威寧-畢節-黔西一帶，自北向南，大雨日數呈遞增趨勢；在湄潭為代表的北部地區和東南部的榕江周邊大雨日數減少趨勢明顯，傾向率為-0.248～-0.529 d/10a，大雨日正趨勢區域主要在南部巖溶洼地的羅甸、獨山一帶，傾向值分別為0.516、0.627 d/10a。圖4(e)、4(f)表明，中雨日數自東、西向中部遞減，東部的三穗、銅仁和西南部的盤縣中雨日數較高，日數值在23～26 d之間；中雨日數傾向率除東部的銅仁和榕江的部分地區為正值外，其他絕大多數地區為負值，在安順、獨山和桐梓等地區形成低值中心，傾向率為-3.815～-2.280 d/10a。由圖4(g)、4(h)可看出，小雨日數從西北到東南、從西南到東北呈下降趨勢，小雨日數的變化趨勢與圖3(b)中的總雨日大致相同，整體呈下降趨勢，其中南部和西部的下降速率最快，以非喀斯特區的望謨、羅甸地區為典型代表，傾向率分別達-12.761、-13.089 d/10a。

圖4 1980-2015年貴州省不同等級年雨日數及空間變化趨勢

圖3 1980-2015年貴州省年均總雨日數氣候態分布及空間變化趨勢

3.4 雨日概率的年內分布特征

1980-2015年貴州省不同地貌類型不同等級雨日氣候概率的年內分布如圖5所示。為清楚顯示暴雨日的概率，圖5中使用雙坐標，其中，橫坐標為365 d，左邊縱坐標為1980-2015年36 a年內平均每天出現總雨日、小雨、中雨、大雨的概率，右邊縱坐標為暴雨概率，總雨日、暴雨、大雨、中雨、小雨日的概率以30 a滑動平均線性顯示。總雨日概率分布大致可分為3類：平緩型、單峰型、雙峰型[14]。

如圖5(a)、5(b)和5(d)可知，巖溶槽谷、非喀斯特區和巖溶高原地區總雨日概率屬于第1類平緩型，即全年多雨日，總體波動不大，總雨日概率的主峰值特征不明顯，分布有多個小峰值，同時也存在一些區域差異：巖溶槽谷和非喀斯特區總雨日概率在春季時為全年最大值，達0.57，同期小雨、中雨和大雨日概率也出現了最高值，全年雨日概率最小是在冬季，概率分別為0.34和0.21；巖溶高原在5月總雨日概率最大，達0.58，小雨概率最大值則出現在1月；巖溶槽谷和非喀斯特區的暴雨概率在夏季有一個比較明顯的峰值，主要在6月，期間正值江南的梅雨期，暴雨概率除了在冬季很低之外，在9、10月下旬也出現明顯的暴雨低發時段；巖溶高原地區的暴雨概率年內分布相對集中，在4-10月呈單峰型出現，且在7月達到峰值。

第2類單峰型總雨日概率分布出現在峰叢洼地地區，如圖5(c)所示。峰叢洼地地區的各等級降雨峰值早晚、概率大小均存在差異。圖5(c)表明，總雨日概率在6、7月達到最大值0.58，小雨概率在3月出現一個短暫的峰值，之后總體呈下降趨勢；峰叢洼地的暴雨概率在6月和8月出現兩個峰值，概率分別為0.084和0.098，是全省6個地貌區暴雨總概率最高的地區。

第3類雙峰型總雨日概率分布地區包括巖溶峽谷和巖溶盆地，如圖5(e)、5(f)所示。由圖5(e)、5(f)可看出。巖溶峽谷和巖溶盆地在冬季的總雨日概率偏低，但在其他季節雨日概率明顯增多，且有兩個峰值出現，在5月底-7月出現第1個峰值，隨后在9-10月出現第2個峰值。有研究顯示[14]，巖溶盆地、巖溶峽谷大部分區域位于貴州省西部，處于西南暖濕氣流入侵通道，故西南部地區多雨，另一原因是當西太平洋副熱帶高壓控制該省，大部分地區處于連晴少雨時，該區恰處于副高壓邊緣，反而多降暴雨。巖溶峽谷的暴雨概率呈對稱雙峰型(圖5(e))，巖溶盆地的暴雨概率在7月份出現一個極大峰值，達0.14(圖5(f))，說明該地區歷年在同期出現暴雨天氣的可能性最大。

圖5 貴州省不同地貌區不同等級雨日概率的年內分布

3.5 降雨日數的M-K突變檢驗

1980-2015年貴州省不同等級降雨日數M-K突變檢驗結果如圖6所示。從暴雨日數的突變檢驗圖(圖6(a))來看，1983年前，UF值小于0，說明在此期間，暴雨日數表現出下降趨勢；1983年后UF值大于0(1986、1990年除外)，暴雨日數有回升的跡象，由于UF與UB兩條線存在多個交點，故貴州省的暴雨日數未發生明顯突變。大雨UF曲線(圖6(b))顯示，1980-1994年，絕大多數年份UF值小于0，大雨日數呈現出遞減的趨勢，1994年后UF值大于0，大雨日數增加。由中雨日數UF曲線(圖6(c))可見，1980-2015年的UF值均小于0，說明該期間中雨日數總體呈下降趨勢。1985年以前小雨日數曲線中的UF值大于0(圖6(d))，小雨日數增加，2000年以后UF值小于0，小雨日數明顯減少。從總雨日UF曲線(圖6(e))可以看出，1984年以后的所有年份的UF值小于0，總雨日大部分年份呈遞減趨勢，并兩次超出U0.05=-1.96置信水平，總體來看，總雨日日數呈顯著下降趨勢。

在95%的顯著性水平下，1980-2015年貴州省的小雨日數、總雨日數均發生了突變(圖6)，并且均在突變后呈現顯著性下降的趨勢，暴雨、大雨和中雨的雨日數未發生突變。小雨日數的UF和UB曲線在0.05顯著性水平區間中相交于1998年左右，UF曲線在2002年左右開始低于U0.05=-1.96的顯著性水平，說明貴州省的小雨日數存在明顯的突變。小雨日數的突變點在1998年左右，在突變前小雨日數的多年平均值為144.9 d，而突變后的多年平均值為133.8 d，突變后比突變前減少了11.1 d。同理，總雨日數的突變點在1997-1998年，突變前總雨日數多年平均值為177.6 d，突變后的多年平均值為163.4 d，突變后比突變前減少了14.2 d。

圖6 1980-2015年貴州省不同等級降雨日數的M-K突變檢驗

4 討 論

在全球氣候變暖的影響下，我國雨日數呈減少趨勢[14,31]，大到暴雨增加區主要集中在南方[8-9]。本文在時間序列變化上得出，貴州省總降水日數和小雨日數為負趨勢，暴雨和大雨日數呈不明顯上升趨勢，這與前人研究得到的云貴高原雨日數結果一致[7,16,25]。王穎等[31]通過計算中國最大雨日概率的10個城市，得出貴州省畢節、貴陽、興仁、遵義4個城市均在其中，進一步表明貴州省中西部雨日較多，但省內大多數城市的雨日數明顯減少。貴州省雨日等級表現出的特征在一定程度上可能加大旱澇災害發生的概率[15-16]，如望謨地區降水量、降水強度、總雨日、中雨日、小雨日均較低，但暴雨日數和變化率非常高；盤縣的暴雨、大雨、中雨日數均非常高，而其變化率和總雨日數相對偏低。針對貴州省雨日等級體現出的特殊性，需進一步分析地形地勢和季風活動等對貴州省降雨日數的影響，加強對大雨以上量級雨日數的降水動態研究及災害防治。

本文通過現代統計診斷方法，比較客觀地分析出1980-2015年貴州省雨日數的時空氣候變化趨勢，但為什么會產生這些變化還未作深入研究，對于該區域降雨特征的形成原因還需要從物理角度作進一步的探討。貴州省降雨日數大體呈現出明顯的下降趨勢，但進入21世紀后特別是2010年以后卻呈增加趨勢，未來降雨日數又會呈現怎樣的變化趨勢、大氣環流是如何影響我國西南地區的雨量等級、其影響過程通過何種方式來實現等問題，均有待于今后進一步分析和數值模擬研究。

5 結 論

(1)1980-2015年貴州省各地降雨日數多年平均值常在130～200 d之間，全省年總雨日平均值約為171 d，雨日時空分布主要由小雨日數分布決定，總雨日數與小雨日數分布情況大致相同，總體表現為西多東少，中部多南北少，180 d以上降雨日數的地區主要分布在中部和西部，以畢節、習水一帶的200 d為最多。暴雨、大雨、中雨、小雨日數分別為2.86、8.29、20.77、138.88 d，暴雨、大雨日數的空間上呈帶狀分布，整體表現為南多北少；中雨日數存在兩個大值中心，一個位于東部，另一個位于西南部的巖溶盆地。

(2)1980-2015年貴州省暴雨和大雨日整體呈不顯著上升趨勢，而中雨、小雨、總雨日數呈下降趨勢，總雨日下降趨勢最顯著。巖溶峽谷的雨日數最多，非喀斯特區和巖溶槽谷最少，暴雨、大雨、中雨日數高值區在巖溶盆地，低值區在巖溶峽谷。

(3)從降雨時間分配來看，冬半年少于夏半年，冬季是全年中降雨日數最少的季節，尤其以南部地區較少。貴州省總雨日年內概率分布曲線可分為3類：平緩型、單峰型、雙峰型。巖溶槽谷、非喀斯特區和巖溶高原地區屬于第1類平緩型，全年多雨日，總體波動不大；峰叢洼地地區為單峰型，夏季雨日多，冬季雨日少；巖溶峽谷和巖溶盆地為雙峰型，冬季雨日少，其他季節雨日多，在5-7月和9-10月各有一個峰值，巖溶峽谷地區的暴雨年內概率分布呈對稱雙峰型，巖溶盆地的7月份暴雨概率高達0.14，說明該地區歷年在同期出現暴雨天氣的可能性極大，應注意防汛防災。

(4)貴州省的小雨日、總雨日數在1997-1998年發生突變，呈顯著的下降趨勢，且均通過0.05的顯著性檢驗，暴雨、大雨和中雨日數均未發生突變。