黔南州1989—2019年暴雨時(shí)空分布特征及風(fēng)險(xiǎn)落區(qū)分析

陸莎莎，馮正艷，柏曉波，吳良標(biāo)，楊勝忠

(1.貴州省都勻市氣象局，貴州 都勻 558000；2.貴州省三都水族自治縣氣象局，貴州 三都 558100；3.貴州省甕安縣氣象局，貴州 甕安 550400；4.貴州省黔東南苗族侗族自治州氣象局，貴州 凱里 556000)

0 引言

IPCC第六次評估報(bào)告指出[1-2]，氣候變暖仍將持續(xù)，全球許多區(qū)域出現(xiàn)極端事件頻發(fā)的概率將增加，疊加強(qiáng)降水造成的復(fù)合型洪澇事件加劇，加強(qiáng)極端災(zāi)害防御、積極應(yīng)對氣候變化勢在必行。暴雨作為災(zāi)害性天氣之一對人民生命造成極大影響，2021年7月17—24日河南特大暴雨[3]給各地敲響加強(qiáng)暴雨災(zāi)害防御的警鐘。中國南方暴雨高發(fā)[4-9]，貴州地處西南地區(qū)，降水東北部和南部較多，黔南州地處貴州暴雨中心[10-11]，暴雨災(zāi)害頻發(fā)。對黔南州歷史暴雨分布特征及風(fēng)險(xiǎn)落區(qū)進(jìn)行分析，能更好為當(dāng)?shù)貧庀蠓罏?zāi)減災(zāi)工作提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料及分析方法

黔南州位于云貴高原向廣西丘陵過渡的斜坡帶，屬亞熱帶季風(fēng)氣候。本文利用貴州省黔南州12個(gè)國家級自動(dòng)氣象站1989—2019年的地面降水觀測資料，采用線性回歸、氣候傾向率、Kriging法、滑動(dòng)t檢驗(yàn)[12-14]、暴雨風(fēng)險(xiǎn)因子加權(quán)分析等方法，分析了黔南州1989—2019年暴雨的時(shí)空分布特征及風(fēng)險(xiǎn)落區(qū)。

暴雨風(fēng)險(xiǎn)因子加權(quán)(定義暴雨歷史風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)P、暴雨風(fēng)險(xiǎn)趨勢指數(shù)Q)：

P=A×0.2+B×0.3+C×0.3+D×0.1+E×0.1

(1)

Q=F×0.2+A×0.2+B×0.25+C×0.25+D×0.1

(2)

其中：A、B、C、D、E、F分別為年平均降雨量、暴雨日數(shù)、大暴雨日數(shù)、最大日降雨量、最大連續(xù)降雨量、暴雨氣候傾向率重分類賦值，各項(xiàng)后的系數(shù)分別為各暴雨風(fēng)險(xiǎn)因子權(quán)重系數(shù)。

風(fēng)險(xiǎn)落區(qū)等級劃分：將年平均降水、暴雨次數(shù)、大暴雨次數(shù)、暴雨氣候傾向率、P指數(shù)、Q指數(shù)等數(shù)據(jù)重分類為9類不同風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)，其中：1～2類為低風(fēng)險(xiǎn)，3～4類為較低風(fēng)險(xiǎn)、5類為中風(fēng)險(xiǎn)、6～7類為較高風(fēng)險(xiǎn)、8～9類為高風(fēng)險(xiǎn)，并對不同風(fēng)險(xiǎn)落區(qū)面積占比進(jìn)行計(jì)算。

圖1 黔南州高程圖及國家站分布

2 黔南州暴雨的時(shí)空分布特征

2.1 暴雨時(shí)間變化

1989—2019年黔南州年暴雨次數(shù)呈增加趨勢(圖2)，年暴雨次數(shù)以0.133次/10a的速度上升。年暴雨次數(shù)共有4個(gè)峰值，分別出現(xiàn)在1991年、1999年、2008年、2014年，在1999年達(dá)到最大值5.67次；低于2次的年份有1989年(1.67次)、2001年(1.92次)。

圖2 黔南州暴雨年際變化趨勢

按照月分布來看，黔南州暴雨主要出現(xiàn)在5—9月，最大值出現(xiàn)在7月，共出現(xiàn)401站次，其次是6月297次， 1月未出現(xiàn)暴雨天氣；大暴雨主要出現(xiàn)在5—8月，大暴雨次數(shù)最大值為6月，共60次，其次是7月45次，其余月份都較少出現(xiàn)，1、2、3、11、12月均未出現(xiàn)過大暴雨天氣。

2.2 暴雨空間分布

黔南州降水呈現(xiàn)東西部多、北部中南部少的“川”字形分布[10]。暴雨在黔南州有兩大中心，分布位于中東部的都勻地區(qū)和西部的長順地區(qū)。東部暴雨主要影響都勻、三都、獨(dú)山、荔波等地，其中都勻、三都受影響較大。西部暴雨主要影響長順、惠水、羅甸等地，其中長順及惠水西部受影響較大，甕安、福泉、龍里等地受暴雨影響較小(圖3a)。黔南州大暴雨主要在都勻—三都地區(qū)，其次影響長順地區(qū)，甕安、龍里、平塘、荔波等地受大暴雨影響較小，呈“C”型少大暴雨區(qū)域(圖3b)。

圖3 黔南州暴雨(a)、大暴雨(b)空間分布

從暴雨氣候傾向率分析(圖4)，黔南州大部分地區(qū)暴雨均呈現(xiàn)增加趨勢，甕安、福泉、平塘、獨(dú)山等地少部分地區(qū)出現(xiàn)弱負(fù)增長，荔波暴雨次數(shù)以-0.238次/10a的趨勢下降。暴雨氣候傾向率主要出現(xiàn)3個(gè)強(qiáng)中心，分別為長順(0.395次/10a)、貴定(0.5次/10a)、三都(0.565次/10a)，都勻雖然是黔南州暴雨中心之一，增長率卻較弱。貴定、龍里一帶暴雨雖然較少，但近年來暴雨增長率同降水增長率[10]一致，呈現(xiàn)增加趨勢。西部長順及東部三都地區(qū)均為降水和暴雨中心，且暴雨次數(shù)呈增加趨勢，位于全州正增長大值中心，暴雨風(fēng)險(xiǎn)有增加趨勢。

圖4 黔南州暴雨氣候傾向率

黔南州暴雨集中發(fā)生在5—9月，5月相對其它暴雨集中月次數(shù)較少，分析6—9月暴雨次數(shù)空間分布(圖5)發(fā)現(xiàn)，6月暴雨高發(fā)區(qū)域中心在都勻地區(qū)，除甕安、荔波等地受暴雨影響較小外，其余地區(qū)受影響程度較為均勻。7月暴雨分布較為特殊，整體為南多北少趨勢，較6月暴雨中心南移，西南部及東南部偏多，主要影響長順、羅甸、荔波等地，中部較為均勻，北部偏少。8月暴雨中心與7月類似，均出現(xiàn)在西南部、東南部地區(qū)，影響黔南州長順、羅甸、荔波、三都等地，與7月不同的是在福泉、貴定、龍里、都勻等中部地區(qū)出現(xiàn)明顯少暴雨中心。9月暴雨區(qū)域減小，主要影響三都、荔波、長順等地，甕安、都勻西部、獨(dú)山等地區(qū)有一定影響，其余地區(qū)影響較小。

圖5 黔南州暴雨高發(fā)月空間分布

黔南州大暴雨主要集中在5—8月。分析其空間分布(圖6)得出：5月大暴雨主要有2個(gè)高值中心，分別為三都、惠水，甕安、荔波、龍里、獨(dú)山等地大暴雨頻率較低，其余地區(qū)影響較為均勻。6月大暴雨中心由三都北移至都勻，大暴雨主要影響都勻、三都、羅甸等地，甕安、荔波等地受影響較小。7月大暴雨對都勻地區(qū)影響最大，其次是長順和三都地區(qū)，較6月低值中心由東南部的荔波轉(zhuǎn)變?yōu)槲髂喜康牧_甸地區(qū)。8月東部大暴雨中心再次南移回到三都地區(qū)，西部長順依舊受大暴雨影響較大，其次為荔波、都勻地區(qū)，剩余地區(qū)8月大暴雨頻率較小。

圖6 黔南州大暴雨高發(fā)月空間分布

3 暴雨突變及風(fēng)險(xiǎn)落區(qū)分析

黔南州年暴雨次數(shù)變化較大，本文對年暴雨次數(shù)分別作了Mann-Kenddall檢驗(yàn)、5 a滑動(dòng)t檢驗(yàn)、7 a滑動(dòng)t檢驗(yàn)(圖7)，發(fā)現(xiàn)Mann-Kenddall檢驗(yàn)和7 a滑動(dòng)t檢驗(yàn)無明顯突變。5 a滑動(dòng)t檢驗(yàn)結(jié)果顯示2000年前后存在1次突變，但這次突變不顯著，未通過0.05的顯著性檢驗(yàn)；在2013年前后存在1次突變，且突變顯著，通過了0.05顯著性檢驗(yàn)。

圖7 黔南州暴雨站次5 a滑動(dòng)t檢驗(yàn)

對暴雨風(fēng)險(xiǎn)因子進(jìn)行空間加權(quán)得出暴雨歷史風(fēng)險(xiǎn)落區(qū)及暴雨風(fēng)險(xiǎn)趨勢落區(qū)(圖8)。暴雨歷史風(fēng)險(xiǎn)落區(qū)與暴雨風(fēng)險(xiǎn)趨勢落區(qū)基本一致，東部影響都勻、三都地區(qū)，西部影響長順地區(qū)。在暴雨歷史風(fēng)險(xiǎn)落區(qū)圖中，都勻風(fēng)險(xiǎn)最大，長順和三都風(fēng)險(xiǎn)次之。在暴雨風(fēng)險(xiǎn)趨勢落區(qū)中都勻、三都、長順風(fēng)險(xiǎn)一致，三都、長順地區(qū)較歷史風(fēng)險(xiǎn)落區(qū)強(qiáng)度更高，羅甸、龍里北部、貴定北部等地風(fēng)險(xiǎn)有微弱的上升，只有荔波地區(qū)在風(fēng)險(xiǎn)趨勢落區(qū)圖中較歷史風(fēng)險(xiǎn)落區(qū)減小，其余地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)趨勢落區(qū)與歷史風(fēng)險(xiǎn)落區(qū)基本一致。

圖8 暴雨歷史風(fēng)險(xiǎn)落區(qū)(a)、暴雨風(fēng)險(xiǎn)趨勢落區(qū)(b)

黔南州面積26 200 km2，年平均降水較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域占比34.8%，高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域占比11%；暴雨次數(shù)風(fēng)險(xiǎn)大部分區(qū)域?yàn)橹酗L(fēng)險(xiǎn)，占全州面積約1/3，其次為較低風(fēng)險(xiǎn)；50%的區(qū)域大暴雨風(fēng)險(xiǎn)較低，近1/3的區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)低，較高風(fēng)險(xiǎn)及高風(fēng)險(xiǎn)面積占比僅10.5%；在氣候傾向率方面，較高風(fēng)險(xiǎn)占比22.7%，高風(fēng)險(xiǎn)占比13.5%，在氣候變化趨勢上，仍有高于1/3的區(qū)域暴雨增長風(fēng)險(xiǎn)較高。綜合分析，暴雨歷史風(fēng)險(xiǎn)落區(qū)高風(fēng)險(xiǎn)面積占比16.7%，較高風(fēng)險(xiǎn)落區(qū)占比13.6%；暴雨風(fēng)險(xiǎn)趨勢落區(qū)則顯示，較高風(fēng)險(xiǎn)落區(qū)面積占比大于歷史風(fēng)險(xiǎn)落區(qū)占比，高風(fēng)險(xiǎn)落區(qū)面積小于歷史風(fēng)險(xiǎn)落區(qū)面積，總體來說，高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域及較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域趨勢落區(qū)面積占比基本上無變化，中風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)占比明顯減少，較低風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)面積占比明顯增加。

表1 風(fēng)險(xiǎn)等級面積占比(單位：%)

4 結(jié)果與討論

通過對黔南州暴雨的時(shí)空特征分析，主要得出以下結(jié)論：

①1989—2019年，黔南州暴雨以0.133次/10a的速率呈現(xiàn)增長趨勢，暴雨主要出現(xiàn)在5—9月，最大值出現(xiàn)在7月， 31 a間只有1月未出現(xiàn)過暴雨天氣；大暴雨主要出現(xiàn)在5—8月，大暴雨次數(shù)最大值為6月，1月、2月、3月、11月、12月均未出現(xiàn)過大暴雨天氣。

②暴雨在黔南州有2個(gè)大值中心，分布位于中東部的都勻地區(qū)和西部的長順地區(qū)；黔南州大暴雨主要在都勻至三都地區(qū)，其次影響長順地區(qū)，甕安、龍里、平塘、荔波等地受大暴雨影響較小，呈“C”型少大暴雨區(qū)域。

③黔南州大部分地區(qū)暴雨均呈現(xiàn)增加趨勢，暴雨氣候傾向率主要出現(xiàn)3個(gè)強(qiáng)中心，分別為長順、貴定、三都，都勻雖然是黔南州暴雨中心之一，增長率卻較弱。貴定、龍里一帶暴雨雖然較少，但近年來暴雨增長率呈現(xiàn)增加趨勢，西部長順及東部三都地區(qū)均為降水和暴雨中心，且暴雨次數(shù)呈增加趨勢，暴雨風(fēng)險(xiǎn)有增加趨勢。

④暴雨月分布，6月集中在都勻地區(qū)，7—8月南多北少，9月東部西部多、中部偏少；大暴雨5月東部西部多，北部東南部偏少，6月集中在東部都勻、三都地區(qū)，8月主要集中在東部三都、西部長順地區(qū)。

⑤暴雨日數(shù)在2013年前后存在1次突變，暴雨歷史高風(fēng)險(xiǎn)落區(qū)主要在都勻、三都、長順等地，低風(fēng)險(xiǎn)主要為北部的甕安、龍里等地，暴雨風(fēng)險(xiǎn)趨勢高風(fēng)險(xiǎn)落區(qū)主要集中在三都、都勻、長順等地，低風(fēng)險(xiǎn)主要為北部甕安、福泉、龍里等地，三都、長順地區(qū)趨勢風(fēng)險(xiǎn)較歷史風(fēng)險(xiǎn)高，貴定、羅甸、龍里等地區(qū)趨勢風(fēng)險(xiǎn)與歷史風(fēng)險(xiǎn)相比風(fēng)險(xiǎn)上升；風(fēng)險(xiǎn)落區(qū)與趨勢風(fēng)險(xiǎn)落區(qū)高風(fēng)險(xiǎn)及較高風(fēng)險(xiǎn)面積占比分別為黔南州總面積的30.3%、28.1%。