近50年贵州不同强度降水日数时空变化分析

摘要：利用1961年-2010年贵州省81个气象站的逐日降水量资料，采用线性倾向估计、Mann-Kendall检验和GIS空间分析，探讨了贵州省不同强度降水日数的时空演变规律和突变特征，结果表明：近50年，不同强度降水日数呈先增加后减小的态势，总降水日数表现为明显下降趋势，下降速率为1.93 d/（10a），其中小雨日数对总降水日数变化趋势的贡献最大，两者均在2006年发生突变，转为急剧下降趋势。在空间分布上，总降水日数和小雨日数总体分布态势由西南向东北递减，黔西南的大方、纳雍、水城等地为高值区，黔东南以及东北局部地区为低值区;中雨日数和大雨以上日数则由东南向西北递减。不同地区降水日数以减少为主，其中总降水日数和小雨日数在黔南地区减少比较明显，中雨日数呈减少趋势的比例高达90.1%，而大雨以上日数为增加趋势的比例较大（44.5%），呈条带状分布，主要在黔西、黔东北以及黔中南等地。

关键词：降水日数;Mann-Kendall检验;时空变化

中图分类号：P426文献标志码：A文章编号：

1672-1683（2015）02-0220-05

Spatial and temporal variations of rainfall days with different intensities in Guizhou in recent 50 years

BAI Shu-ying1，2，MO Ting1，SHI Jian-qiao3，ZHOU Yin4

（1.Nanjing University of Information Science & Technology，Nanjing 210044，China;

2.Nanjing Institute of Environmental Sciences，Ministry of Environmental Protection，Nanjing 210042，China;

3.Unit 61，No.94783 of PLA，Changxing 313111，China;4.Unit 61，No.94857 of PLA，Wuhu 241007，China）

Abstract：Based on the daily precipitation data at 81 meteorological stations in Guizhou Province from 1961 to 2010，the spatial and temporal variations and abrupt change of rainfall days with different intensities were analyzed using the methods of linear trend analysis，Mann-Kendall test，and GIS spatial analysis.The results showed that the rainfall days with different intensities increase gradually from the 1960s to 1990s and decrease in the early 2000s，the total rainfall days present an obvious decreasing trend with a rate of 1.93 d/10a，and the light rainfall days account for most of total rainfall days as both have an abrupt decreasing trend in 2006.As for the spatial distribution，the total rainfall and light rainfall days decrease from southwest to northeast with higher-value centers in Dafang，Nayong，and Shuicheng in the southwest and lower-value areas in the southeast and northeast of Guizhou Province，while the medium rainfall and heavy rainfall days decrease from southeast to northwest.The rainfall days decrease in different area of Guizhou Province.The total rainfall and light rainfall days have a significantly decreasing trend in the south of Guizhou Province，the proportion of moderate rainfall days shows a decreasing trend of 90.1%，and the area of heavy rainfall days with an increasing trend accounts for 67.1% and is mainly located in the west，northeast，and south central Guizhou Province with a banding distribution.

Key words：rainfall days;Mann-Kendall test;spatial and temporal variations

降水是一个重要的气候要素和水文要素，它对区域水资源时空分布、生态环境形成与演变以及农业生产起着决定性的作用[1]。IPCC第4次评估报告[2]指出，世界很多地区最近几十年的强降水事件发生频率有所上升，并且在温室效应影响下，这种趋势会进一步发展。我国地形复杂，受季风的影响，每年都会遭受不同程度的干旱与洪涝。研究显示，我国的年降水量无明显变化趋势，但存在着明显的区域特征[3-5]， 同时，年、季降水日数呈现明显的减少趋势，降水日数减少的范围远远大于降水量减少的范围，并具有区域性和季节性[6-10]。这说明降水日数的变化与降水量的变化并不完全一致，甚至可能出现很大差异。在区域上也同样如此，如顾骏强等[12]利用1961年-1999年36个站点的资料，分析了浙江省年、季、月降水总量与雨日数的气候变化，指出在浙江省年降水量增加的同时，除了7月、8月份雨日是增加以外，其他月份的雨日数都表现为减少。

近10年来，贵州省气候持续变暖，各类极端天气事件频发，而且由于大面积的喀斯特地貌，不利于蓄水，加上降水时空分布不均[13]，地区有效利用的水资源匮乏[14]。然而，目前针对贵州不同强度降水日数的长时间序列分析较少。因此，本文利用1961年-2010年贵州省81个气象站的逐日降水量资料，采用线性倾向估计、Mann-Kendall检验和GIS空间分析，探讨贵州不同强度降水日数的时空演变规律和突变特征，为全面认识降水的气候变化特征、气候预测，以及区域农业生产合理布局与可持续发展提供参考和依据。

1研究区概况

贵州省地处青藏高原东南部，介于东经103°36′-109°35′、北纬24°37′-29°13′之间，总面积17.61万km2，海拔呈西高东低形势，自中部向北、东、南三面倾斜，平均海拔在1 100 m左右。全省地貌分为高原、山地、丘陵和盆地四种基本类型，其中92.5%的面积为山地和丘陵。境内山脉众多，重峦叠嶂，绵延纵横，山高谷深。

贵州属亚热带湿润季风气候，冬暖夏凉，受季风影响降水多集中于夏季，降水较多，境内各地阴天日数一般超过150 d，常年相对湿度在70%以上。受大气环流及地形等影响，贵州气候呈多样性，“一山分四季，十里不同天”。另外，灾害性天气种类较多，干旱、秋风、凌冻、冰雹等频度大，对农业生产危害严重。

2数据与方法

降水强度指年总降水量除以年雨日，即平均降水日数的降水量。降水量数据来源于贵州省气象局，选取了81个时间序列完整气象站点（图1）1961年-2010年的逐日降水资料。其中降雨等级以中央气象台的划分为标准，分别统计各站点降水日数（P≥0.1 mm/d）、小雨日数（0.1 mm/d≤P<10 mm/d）、中雨日数（10 mm/d≤P<25 mm/d）和大雨以上日数（P≥25 mm/d）。

在研究方法上，采用线性倾向估计分析研究区不同强度降水日数的时间变化特征，利用Mann-Kendall[15]检验对变化明显的不同强度降水日数进行趋势检验和突变分析。假设数据序列 x1，x2，x3，…，xn为平稳的时间序列，遵从正态分布，样本相对独立，首先需要计算对于元素 xi，xi>xj（j=1，2，…，i-1） 成立的累积次数 mi，总累积数为 dk，定义统计量

Udk=dk-EdkVark（2≤k≤n）（1）

式中：Edk、Vark分别是 dk的均值和方差。可计算如下：

dk=∑ki=1mi;Edk=k（k-1）4;Vardk=k（k-1）（2k+5）72

（2≤k≤n）（2）

式中：Udk服从标准正态分布。原假设为序列无趋势变化，采用双边趋势检验，在给定显著性水平 α下，若|Udk|<Uα/2，接受原假设;若|Udk|≥Uα/2，拒绝原假设。所有Udk将组成一条随时间变化曲线，当该曲线落在置信区间（-Uα/2，+Uα/2）外时，原序列才存在显著的变化趋势。本文选取置信区间|U|<1.96（95%的置信水平） ，那么当曲线（Udk值） 落在|U|<1.96 之外，则存在显著趋势，Udk>0 时，表示有上升趋势;Udk<0 时，表示有下降趋势。

不同强度日数的空间分布采用反距离权重插值法IDW 进行插值[16]。该方法可以通过权重调整空间插值等值线的结构，插值后的资料范围与原始资料站点能够覆盖的最大区域范围有关。最后，利用ArcGIS软件进行空间表达。

3降水日数时间变化特征

3.1年际变化特征

图2显出了1961年-2010年贵州不同强度降水日数年际和年代际变化情况。可以看出，近50年来贵州年平均总降水日数、小雨日数、中雨日数和大雨以上日数分别为175.2 d、140.8 d、22.4 d和12.0 d，均呈减少趋势，但总降水日数、小雨日数和中雨日数减少明显，减少速率分别为1.93 d/（10a）、1.36 d/（10a）和0.52 d/（10a），其中仅有中雨日数变化趋势显著，达到了0.05显著性水平，大雨以上日数变化平缓，减少速率为0.03 d/（10a）。不同强度降水日数中，小雨日数的变化对总降水日数的贡献最大，相关系数高达0.954，通过了0.001显著性检验。

从图2（b）可以看出，1961年-2010年贵州不同强度降水日数呈现先增加后减小的态势。20世纪60年代至70年代，不同强度降水日数均逐渐增加;80年代小雨日数达到最大值，中雨日数和大雨以上日数较同期偏少;90年代以后则逐渐下降，但总降水日数和大雨以上日数高峰出现在90年代;进入21世纪后，不同强度降水日数较20世纪末大幅减少，尤其是总降水日数和小雨日数，较平均值分别偏少10.7 d、9.1 d。

3.2突变特征