貴州省降水量統計特性分析＊

楊 佳，張斯嶼，馮觀樺，劉小艷，趙潔如

（貴州師范學院地理與資源學院，貴州 貴陽 550018）

1 研究背景及現狀

1.1 研究背景

水是生命之源，生產之要。水資源不僅是社會經濟發展中的重要組成部分，更是人類生存的基本保障。根據2020年貴州省水資源公報顯示，2014—2020年，全省人均用水量從235 m3上升到298 m3，全省總耗水量高達50.38億m3。可以看出，隨著社會經濟的不斷發展，貴州省對于水資源的需求量與日俱增。

貴州省屬于喀斯特地貌區，地勢西高東低，平均海拔約為1 100 m，年平均降水量為1 147.06 mm，貴州省水資源公報數據顯示，貴州降水量年內分配不均勻，汛期4—9月降水量占全年的50%～85%，夏秋兩季頻繁的強降雨再加上喀斯特地表土層薄、易流失，導致貴州省泥石流及山體滑坡等地質災害頻發，嚴重威脅人民生命財產安全[1]。因此，對貴州省年降水量變化趨勢、空間分布、季節降水變化率等進行分析具有重要意義，可以為貴州省水資源合理評價、經濟建設、農田生產及水利工程等建設提供基礎數據及科學依據。

1.2 國內外研究現狀

目前，國內外對降水量變化趨勢分析主要是基于氣象觀測站點或降水量統計年鑒數據，采用線性回歸趨勢法、累積距平曲線法、地統計學、GPS網觀測數據等進行統計分析[2-6]。

國內相關學者的研究：張坤等[2]采用的地統計學變異函數理論對大湘西地區的年、月降水量空間結構及特性進行了分析，并且基于普通克里金插值研究年、月降水量空間分布的規律；張焱等[3]基于晉西地區多年降水量、月降水量資料，采用線性趨勢法和累積距平曲線法分析了晉西黃土高原地區近47年降水變化趨勢；楊引明等[4]采用地基GPS網觀測的降水數據分析了長江三角洲地區大氣可降水量的氣候特征，重點分析了梅雨時期的大氣可降水量特征及其與強降水的關系。

國外相關學者的研究：BEVⅠES等[5]基于全球定位系統（GPS）的水汽遙感方法精確測量大氣中的可降水量，以此來預測未來一段時間內降水量；MANTOU等[6]通過使用來自15個國家的91個站點的高質量數據對東南亞和南太平洋的降水和氣溫趨勢進行了分析。

以上研究方法雖然準確地揭示了不同地區降水特征，但多聚焦區域尺度的年或月降水量的線性變化趨勢、空間規律及特征，忽略了降水量的季節性變化及是否符合正態分布，因此本文以貴州省為研究區，對貴州省降水量時間變化、空間分布、正態分布及不同季節的降水相對變動率進行分析，揭示貴州省不同季節降水變化規律，以期為水資源利用、防汛抗旱等工作提供科學依據。

2 數據來源及研究方法

2.1 數據來源

本文的年降水數據來源于2000—2020年貴州省水資源公報，季節降水的原始數據來源于國家氣象科學數據共享服務平臺——中國地面氣候資料日值數據集（V3.0）[7]，原始數據是各個觀測點的日值數據，采用反距離權重法對每日數據進行插值，得到逐日降水數據，將每日降水數據累加得到貴州省月降水量數據。

2.2 研究方法

2.2.1 K-S檢驗法

K-S檢驗是柯爾莫洛夫斯密爾諾夫（Kolmogorov-Smirnov）檢驗的簡稱，是一種連續的一維概率分布均等性的非參數檢驗方法[8]。通過計算，得出檢驗統計Z值和漸進顯著性概率P值，并根據漸進顯著性概率P值是否大于顯著性水平（0.05）判定服從或不服從零假設，其中當概率P值大于0.05時，即接受原假設，認為該統計量是服從均值的正態分布，若概率P值小于0.05，則認為拒絕原假設，該統計量不服從均值的正態分布，漸進顯著性的真顯著性下限為0.2[8-10]。

2.2.2 線性回歸分析

線性回歸分析是研究一個因變量和一個或多個自變量之間是否存在某種線性關系的統計學方法。線性回歸分析檢驗過程是對顯著性檢驗統計量t值和顯著性水平Sig.值進行分析，即當顯著性水平Sig.值大于0.05時，認為該統計量的線性變化趨勢顯著；當Sig.值小于0.05時，則該統計量的線性變化趨勢不顯著?；貧w系數顯著性檢驗統計量t值，當t值大于0時，表明因變量隨自變量的變化，線性呈上升趨勢；當t值小于0時，則表明線性變化呈下降趨勢，可以根據t值的大小判斷線性上升或下降的顯著程度[8-10]。

線性回歸方程為：

式（1）中：β0為截距；β^1為回歸系數，當β^1＞0時，則因變量隨自變量的增加呈上升趨勢，當β^1＜0時，則因變量隨自變量的增加呈下降趨勢；X為自變量。

2.2.3 降水相對變率

降水相對變率是指降水量的年、季、月的變化率，區域的多年實際降水量和多年平均降水量之差再與平均降水量的百分比。降水相對變率可以反映該地一段時間內降水的穩定程度，降水相對變率越大，則該區域的降水量變動越大，極易發生干旱或洪澇等災害。本文利用以下公式計算貴州省年、各季節的降水的相對變率[11]：

式（2）中：F為降水相對變率；n為統計年份；xi為逐年降水量；為多年平均降水量。

3 結果分析

3.1 2000—2020年貴州省降水量正態分布及線性變化趨勢分析

近20年來，貴州省的年平均降水量為1 147.06 mm，年變化傾向率為5.57 mm/年，貴州省降水量的年際差異較大，2020年降水量最大，高達1 417.3 mm，2011年降水量最小，為820.6 mm，兩者相差596.7 mm。2000—2020年貴州省年降水量正態分布和趨勢分析如表1所示。在K-S檢驗中，K-S正態檢驗統計量Z值為0.11，檢驗統計量對應的概率P值為0.2，表明貴州省年降水量服從均值的正態分布。根據線性回歸分析檢驗，回歸系數顯著性檢驗統計量t值為1.452，大于0，表明2000—2020年貴州省降水量總體呈上升趨勢，線性顯著性水平Sig.值為0.163，大于0.05，在95%置信區間以內（區間臨界值±2信區間），說明雖然貴州省年降水量呈上升趨勢，但趨勢平緩，線性變化不顯著。

表1 2000—2020年貴州省年降水量正態分布和趨勢分析

3.2 2000—2020年貴州省降水量空間分布規律

貴州省年降水量空間分布差異性顯著，如圖1所示，降水量分布整體呈條帶狀由東向西呈遞減趨勢，最高值為1 478.23 mm，最低值為843.62 mm，兩者相差634.61 mm。按行政分區來看，黔東南、黔南、黔西南地區的降水量是貴州降水量的豐區，降水量在1 249.30～1 478.23 mm，畢節地區是貴州降水量最少的地區，降水量在843.62～992.95 mm，這表明貴州降水總量相對豐富但時空分布不均。

圖1 貴州省降水量空間分布圖

3.3 2000—2020年貴州省降水量相對變率分析

如表2所示，貴州省年降水量變化相對穩定，但不同季節降水相對變率差異明顯，夏秋兩季降水變率顯著，冬季則相對穩定。降水相對變率最大的是夏季（6—8月），為27.79%，主要原因有：夏季受東南季風的影響，當海陸垂直氣壓梯度力差大時，季風勢力強，從海面上攜帶大量的水汽進入內陸地區[12]，在貴州形成降雨，其次受地形抬升的影響，暖濕空氣隨海拔升高降溫、冷凝形成降雨；當海陸垂直氣壓梯度力差較小時，季風勢力較弱，攜帶的水汽量減少，導致降雨量減少，其次季風[12]勢力弱，對于地形的爬升能力減弱，無法形成有效降雨。降水相對變率最小的是冬季（12月至次年2月），為4.89%，主要原因有：冬季貴州省受西北季風控制，西北季風是來自于蒙古—西伯利亞高壓地區形成的寒冷干燥的大陸性氣流，攜帶的水汽含量較低，形成的降雨量少，所以貴州省的冬季降水變率小[12]。

表2 2000—2020年貴州省降水量相對變率

4 結論

2000—2020年貴州省年降水量總體呈現波動上升的趨勢，但降水趨勢上升平緩，線性變化不顯著；在K-S檢驗中表明，貴州省降水量服從均值的正態分布。2000—2020年貴州年平均降水量大致呈條帶狀由東向西遞減，降水空間分布差異顯著，極差最大可達634.61 mm，黔東南、黔南、黔西南為貴州省降水豐區，降水量較少的是畢節地區。2000—2020年貴州省的年降水量相對變率為10.08%，整體降水量相對穩定，但季節降水相對變率差異明顯，變率最大為夏季27.79%，其次是秋季19.67%、春季14.44%，最小的是冬季4.89%。

綜上所述，對區域降水量統計分析是水文特性分析的基礎工作，查清區域內降水量的時空分布情況、變化特征及區域降水年際、季節變化等特點，為摸清區域水資源涵養量提供基礎信息，有利于該區域水利資源的評價與水資源的再分配。其次，對區域降水量的變化趨勢進行分析，可以預測其未來降水量的變化，提前做好防汛抗旱的減災工作，減少人民生命財產的損失，對區域的社會經濟發展以及社會的團結穩定有著深遠的意義。