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黔南州近40年降水时空变化特征分析

2021-04-16 377 上传者：管理员

摘要：近年来黔南州年降水量和5—8月降水量表现为增加趋势且降水偏多年份越发明显，为研究其变化规律，故选取黔南州近40年降水资料对其时间和空间状态进行分析。得出黔南州降水大致可分为三种类型：a.降水一致性偏多(偏少)型；b.西北少东南多型；c.中部多南北少型。近年来尽管降水量有增加趋势，但从近40年时间尺度来看，黔南州降水表现为减少趋势，其值在平均值周围变动；降水集中时段5—8月的变化趋势平缓，仅个别年份偏离平均值较多。

关键词：
主分量分析
时空分布
趋势分析
黔南州降水
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由强降水所引发的气象灾害与强降水的时间和空间分布有着密切关系。目前，对降水的研究已取得很多丰富的成果。伍红雨等[1,2]指出贵州降水具有显著的年际和年代际变化特征，夏季降水异常主要存在2.8年的显著周期，此外还分析了贵州多、少雨年夏季环流所具有的不同特征。张志才等[3]指出贵州近44年来，汛期降雨强度、最大日降雨量存在明显上升，最大日降雨总体呈现由南向北减少的趋势。苟杨等[4]指出黔南州有4个短时强降水活跃区；5—8月强降水范围先从东往西、再从南向北扩大，最后南落减小。本文使用主分量分析和气候趋势系数两种分析方法，并计算黔南州1975—2014年共12个站点全年和5—8月[4,5]的降水倾向率，进一步分析黔南州降水的时间变化和空间变化。

1、资料与方法

1.1资料选取

本文选取贵州省黔南州1975—2014年共12个国家站年降水及5—8月月降水资料，由于2015年之后，黔南州接近一半站点均经历过台站搬迁，考虑资料的一致性，所以只选取到2014年底的连续资料。个别站点缺测的资料，用该站点该时段多年平均值代替。使用主成分分析、降水趋势系数和倾向率等统计学方法分析降水的时空变化特征。

1.2黔南州年降水基本特征

图1为贵州省黔南州1975—2014年多年平均降水量分布图，全州多年平均降水量在1088.9mm～1421.6mm之间。从图中可以看出，降水强中心在该州东部，位于都匀市大部及三都县北部和独山县东北部地区，次强中心在该州西部，位于长顺县大部及惠水县西部与长顺交界地区。全州降水较少的地区主要集中在州中北部龙里以北地区。造成都匀等地多降雨的主要原因是由于地形的影响，由于都匀与三都附近南北向的喇叭口地形，当暖湿气流流入喇叭口谷地时，由于两侧高山的阻挡，气流收缩，在喇叭口地形内引起强烈的上升运动，这样的条件增加了水汽的辐合，故造成暴雨多发生于该种地形。而造成州西部多降水的主要原因是β中尺度系统乌蒙涡和喇叭口地形的共同作用。从全省的范围来看，黔南州西部的降水强中心属于贵州省范围最大、强度最强的以普定、六枝、晴隆为中心的多雨区[6]。

2、降水量时间分析

2.1气候趋势系数

气候趋势系数[7]能定量地给出某种气象要素随时间序列的升降程度，它定义为n年的要素序列与自然数序列的相关系数：

（公式）

其中：n为n年份序号（自然数序列）,xi为第i年的降水量值，为所选取气象要素样本的平均值，这样定义的趋势系数是变化在-1,1]之间的无量纲常数，即rxt>0(<0)1代表所分析的要素有上升(下降）趋势。

图1黔南州1975-2014年多年平均降水量分布图

2.2气候倾向率

一般的，降水的气候趋势用一次直线方程就能满足。这里用一次直线方程来定量描述降水的趋势变化[7]即：

（公式）

a1×10称为气候倾向率，其单位为某要素单位/10a。根据回归理论：

（公式）

σx为要素x的标准差，σt为自然数序列1，2，…n的标准差。这样便可以利用气候趋势系数rxt求出气候倾向率。

从降水资料的分析结果(见表1)来看，1975—2014年黔南州年降水和5—8月降水趋势均为负值(仅有福泉市和龙里县5—8月降水表现为微弱的上升趋势)，即表明黔南州各地自20世纪70年代中期以来，降水的总趋势均表现为下降趋势。其中年降水倾向率变幅最大的是独山县，每10年降水减少21.0mm；龙里县最小，为每10年减少5.4mm；5—8月时段中变幅最大的为荔波县，每10年减少2.8mm。从各地降水倾向率来分析，近40年，该州中南部县市的年降水减少速率相比于北部县市，约偏高10.5mm/10年；5—8月的趋势与年趋势相同，但强度偏弱，也反映了虽然该州降水的主要集中时段在5—8月，但仅个别年份表现出比平均值偏多，而其多年的变化趋势较为平缓，降水无明显的减少趋势，变化最大的地区主要集中在州东部一带，以三都县为中心，每10年变化仅为-2.3mm。

表1黔南州年降水和5—8月降水趋势系数和降水倾向率表

3、降水量空间分析

对黔南州12个台站40年年降水资料进行z-score标准化，将其转化为无量纲的数，然后对其进行主成分分析。分析得到：KMO检验，其值为0.882，且巴特利特球形度检验的显著性值为0.000<0.05，各指标提取得到的公因子方差均在0.9以上；表明所提取的主成分对于变量的解释程度比较高，说明数据适合做主成分分析。表2列出了前5个主分量的特征值及累计方差贡献率。其中，第1主分量特征值为7.33，对方差的贡献率为61.1%，站总方差的绝大部分，前3个主分量对方差的贡献率达到79.6%，能较好地解释降水量场的主要分布特征。从降水场的主分量分析来看，反应特征向量随时间的变化，其值越大，表示对应的向量场对要素场的贡献就越大。

表2黔南州年降水量场前5个主分量特征值及累计方差贡献率表

当第1主分量为正值时，黔南州各地年平均降水量相比多年平均降水量均表现为偏多，其中1976、1977、1979、2000、2008、2014年偏多较为明显，年降水量均达到1400mm以上，年降水偏多在195mm～241.7mm之间，其第1主分量的取值均大于3.40；最值出现在2000年，年平均值与多年平均值相比偏多241.7mm，第1主分量值为4.17；当第1主分量为负值时，州各地年平均降水量低于多年平均降水量，特别是1981、1989、2005、2011年，其年降水都在1000mm以下，1989年是降水异常偏低的年份，年降水仅为902.9mm，与多年平均值相比偏少313.3mm，远低于黔南州年降水平均值。从第1主分量的分布可以分析出全州降水呈现出一致性的偏多(偏少)。

同理，当第2主分量为负值时，黔南州降水呈现西北少东南多。1979、1990、1993、2006、2010这几年是东南部和西北部降水差异最明显的5年，极端年份在1990年，州东南部县市(荔波、三都、独山、平塘、罗甸、都匀)年平均降水比西北部降水偏多447.9mm，主分量取值为-2.08，从各地的年降水来看，州东南部县市年降水距平为正值区，降水偏多在118.8mm(罗甸)～602.6mm(都匀)之间；西北部为负值区，最值在贵定(偏少262.5mm)。当第2主分量为正值时，1991、1996、1999、2004、2012年西北部县市年降水比东南部偏多，1999年是极端年份，年平均降水比州东南部偏多203.8mm，其余年份西北部各县的降水量逐渐趋近并多于东南部。

当第3主分量为负值时，黔南州中部降水偏多，南北降水少；1983、1985、2008年是这种分布的代表年份，中部年平均降水相比于南北部，偏多范围均在280mm以上，第3主分量为正值时，黔南州中部一带降水依旧表现为比南北部降水偏多或者相差不大的情况，故从总体来看，第3主分量基本上能说明黔南州中部地区降水偏多型。

4、总结

通过上述方法分析黔南地区降水，大致可将黔南州近40年的降水变化总结如下：1)时间分布角度来看，年降水量的减少趋势明显，除州北部部分县市外，减少趋势约为16.7mm/10a以上。2)降水量场空间分布大致可分为三种类型：a.全州降水一致性偏多(偏少)型；b.西北少东南多型；c.中部多南北少型。3)从降水的总体分布来看，全州降水主要有2个强中心，分别位于州东部都匀和州西部长顺两地且州东部的降水强中心强于州西部的；虽然近年来降水量有增加趋势，但从近40年的时间尺度来看，黔南州降水呈现出减少趋势，其值也在平均值周围变动，未表现出明显偏离平均值的趋势；而降水集中时段5—8月的变化趋势平缓，仅个别年份偏离平均值较多。

参考文献：

[1]伍红雨,王谦谦.贵州夏季降水异常的环流特征分析[J].高原气象,2006(6):1120-1126.

[2]伍红雨,王谦谦.近49年贵州降水异常的气候特征分析[J].高原气象,2003(1):65-70.

[3]张志才,陈喜,王文,等.贵州降雨变化趋势与极值特征分析[J].地球与环境,2007(4):351-356.

[4]苟杨,向燕,张伦雨.黔南州近7年3~10月短时强降水时空特征分析[J].吉林农业,2018(21):116.

[5]石昌军.黔南暴雨洪涝灾害情势及防御[J].贵州气象,2010,34(4):6-10.

[6]贵州天气预报员手册[Z].

[7]施能,陈家其,屠其璞.中国近100年来4个年代际的气候变化特征[J].气象学报,1995(4):431-439.

邓继海,周治黔,彭燕,陈杨.黔南州近40年降水时空变化特征分析[J].南方农机,2021,52(07):95-97.