湖南城步近61年降水变化特征分析

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　　摘  要：利用1957—2017年城步县近61年的降水资料，运用回归分析、趋势分析、Mann-Kendall检验、变异分析及旱涝等级分析等方法，对近61年春夏秋冬季、汛期（4—9月）的降水动态变化趋势进行了分析。结果表明：近61年城步的降水变化趋势不明显。年降水最大值为1991.7mm，出现在2002年;最小值为802.2mm，出现在2011年;极值均出现在21世纪的初期，进入21世纪以来年降水量变化趋势较剧烈。城步降水主要集中在夏季和春季，降水量分别占全年总量的41.8%和26.1%;冬季最少，仅占14.1%。通过降水变异系数可以看出，降水变化中虽有季节差异，但变化较为接近，秋、冬两季降水波动稍明显，而汛期及年际间的降水都比较稳定，近61年城步有5段降水连丰期，4段连枯期。通过Z指数进行旱涝分析;近61年中城步出现正常年份的概率最大，重涝和重旱的概率共占12%，大涝和大旱的出现概率各占11%和10%。
　　关键词：降水特征;突变检验;变化趋势;旱涝分析
　　中图分类号 P468.024 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2019）04-0120-04
　　Abstract：In this paper，the precipitation data of 61 years in Chengbu County from 1957 to 2017 were counted，using regression analysis，trend analysis，Mann-Kendall test，mutation analysis and drought and flood level analysis，etc.，for the spring，summer，autumn and winter，and the flood season. From April to September，the trend of precipitation dynamics was analyzed，revealing the characteristics and evolution of precipitation in different ages and seasons. The results show that the change trend of the near 61 years in Chengbu is not obvious. The annual precipitation maximum is 1991.7mm，which appeared in 2002;the minimum value is 802.2mm，which appeared in 2011. The extreme values ??appeared in the early 21st century. The annual precipitation has changed sharply since the beginning of the 21st century. Precipitation in Chengbu is mainly concentrated in summer and spring. The precipitation accounts for 41.8% and 26.1% of the total amount in the whole year，and the least in winter，only 14.1%. It can be seen from the variation coefficient of precipitation that although there are seasonal differences in precipitation changes，the changes are relatively close. The precipitation fluctuations in autumn and winter are slightly obvious，while the precipitation in the flood season and interannual period are relatively stable. There are 5 segments in the near 61 years of Chengbu.The precipitation period is continuous，and the 4th section is continuous. Through the Z-index for drought and flood analysis，the probability of a normal year in the middle 61 years is the largest，the probability of heavy and heavy drought is 12%，and the probability of occurrence of big and large drought is 11% and 10%.
　　Key words：Precipitation characteristics;Mutation test;Change trend;Drought and flood analysis
　　城步位于湖南省西南部，地理坐標为东经109.96°～110.61°、北纬25.97°～26.71°之间，境内有全国十大国家公园之一的湖南南山国家公园。地处雪峰山脉与南岭之首越城岭山脉交汇之处，沅江支流巫水上游，地势南高北低。属中亚热带季风湿润气候区，四季分明，山地逆温效应明显。由于其特殊的地理位置和地形特点，决定了境内气候与湖南境内其他县（市）有显著差异。为了探讨城步苗族自治县气候变化的特点，本研究对1957—2017年城步县近61年的降水资料进行了统计分析，得出了近代降水变化特征。通过对近61年春夏秋冬季、汛期（4—9月）的降水动态变化趋势进行分析，揭示出了城步不同年代、不同季节降水特征和演变规律，以期为更好地为湖南南山国家公园的旅游气候资源开发利用提供科学依据。 　　1 资料选取与分析方法
　　1.1 资料选取 选取1957—2017年城步国家基本气象站的降水量资料进行年际、季际、汛期的统计分析。四季划分为冬季（12月至次年2月）、春季（3—5月）、夏季（6—8）、秋季（9—11月），汛期为4—9月。
　　1.2 分析方法 （1）降水要素的气候倾向率采用一元线性回归模型描述1[1-2]用于定量分析降水变化的趋势，这是目前普遍采用的一种方法;（2）用降水序列定义的气候趋势系数R2[3]。当R>0，表明降水量呈上升趋势;R<0，表明降水量呈下降趋势;（3）利用变异分析降水降水量的离散程度。变异系数大的，说明降水量的离散程度大，年际间波动大;变异系数小的，说明降水量的离散程度小，年际间波动也小。其计算公式：[C.V=Sx]，式中：C.V为变异系数，S为标准差，[x]为平均值;（4）利用M-K方法3[4]对城步近61年降水进行突变分析;（5）利用Z指数4[5]计算旱涝等级。根据Z的正态分布曲线划分单站的旱涝等级，分析城步近61年旱涝情况。将Z指数自大到小（或自小到大）按顺序排列起来，再按其概率分位数0.05、0.15、0.20、0.80、0.85、0.95的原则和累积频率[7-11]的大小划分旱涝指标，从而确定出相应的旱涝等级（表1）。
　　2 结果与分析
　　2.1 降水变化特征及距平百分率 近61年城步降水动态变化分布。20世纪60—80年代降水变化较均衡，该时段年降水量均在平均值上下波动;而进入20世纪90年代后降水变化趋于剧烈，先是在1994年和2002年间出现了一段降水丰沛期，且2002年出现降水量的峰值，而后2003年开始的21世纪00—10年代进入了一段降水貧乏期，且谷值出现在2011年，2002—2011年间是降水变化最为剧烈的年代。城步近61年年平均降水量为1235.2mm，最大降水值出现在2002年，降水量为1991.7mm，比累年平均值偏多747.3mm;最小值出现在2011年，降水量为802.2mm，比累年平均值偏少442.2 mm。年降水量小于1000mm的有5年次，占8%;年降水量达到1000mm的年份占92%，而其中达到1200mm的年份占54%，达到1400mm的年份占18%，超过1600mm的年份为3%。
　　正距平26/61，占32.7%，负距平35/61，占57.3%。按照大于城步年平均降水量为相对丰水年，小于年平均降水量为相对枯水年的思路，从年降水量距平百分率分析图上可见，20世纪60、70和90年代是丰水时段，其中20世纪90年代降水更为丰沛，集中出现降水极值的第1高值年和第2高值年均;20世纪80年代和21世纪00—10年代是枯水阶段。
　　2.2 降水的季节及汛期变化
　　2.2.1 季节变化
　　2.2.1.1 春季 1957—2017年城步春季（3—5月）平均降水量为310.4mm。春季最大降水量出现在1992年，为465.4mm;最小值出现在2015年，为142.1mm。降水量几乎每年都在平均值上下有较明显的波动。
　　2.2.1.2 夏季 1957—2017年城步夏季（6—8月）平均降水量为497.5mm。夏季最大降水量出现在2017年，为917.5mm，占全年总降水量的63%;最小值出现在2011年，为275.9mm。降水量在20世纪90年代以及2017年较历年同期平均值有显著偏多;21世纪00年代则是夏季枯水期。
　　2.2.1.3 秋季 1957—2017年城步秋季（9—11月）平均降水量为211.6mm。秋季最大降水量出现在2015年，为474.3mm，综合2015年全年降水情况综合分析可见，2015年出现了春旱，但因有历史罕见的秋涝使得全年总降水量偏多;最小值出现在2005年，为44.9mm，是城步近61年来各季节降水量统计中最小值的季度，与此相对应的是2005年总降水量是历史第4低值年。
　　2.2.1.4 冬季 1957—2017年城步冬季（12月至次年2月）平均降水量为168.0mm。秋季最大降水量出现在1998年，为325mm;最小值出现在1999年，为61.1mm。20世纪60—70年代，冬季降水量多低于历年平均值;80年代始，冬季降水趋于偏多，且变化较为剧烈，1998年和1999年分别是最大值和最小值出现的年份。
　　2.2.2 汛期变化 1957—2017年城步汛期（4—9月）平均降水量为820.8mm。汛期最大降水量出现在1994年，为1335.3mm，根据Z指数分析，1994年4—9月（汛期）是重涝标准第1高值的汛期，而该年同时是重涝年标准的第2高值年;最小值出现在2011年，为500.9mm。最大值和最小值之差为834.4mm，达2.7倍之多。20世纪60—80年代，汛期降水量在历年平均值上下波动，20世纪90年代开始降水变化较为显著，先是进入丰水期，而后21世纪00年代转入枯水期，汛期降水极值最高、最低均出现该段丰水期和枯水期内。
　　2.3 连丰期、连枯期分析 定义降水量大于平均值连续3年以上为连丰期、小于平均值连续3年以上为连枯期[11]。通过年降水量5年滑动平均来分析城步降水的连丰、连枯期。通过分析得出，近61年城步有5段降水连丰期，4段连枯期。降水连丰期在1994—1998、2000—2006年间尤为显著，5年滑动平均降水量较历年平均降水量明显偏多，而连枯期在2007—2015年则较历年平均降水量明显偏小，且长达9年。
　　2.4 气候趋势系数分析 R>0表明降水量呈上升趋势，R<0则表明降水量呈下降趋势。城步近61年全年、各年代及春、夏、秋、冬和汛期的降水量趋势系数计算结果见表2和表3。从表2可见，城步61年降水量变化趋势系数>0，整体表现为上升趋势，其中20世纪60年代、20世纪80年代至21世纪00年代降水量呈下降趋势，20世纪70年代略有上升，而20世纪50年代后期及2011—2017年则呈较显著的上升趋势。从表3可知，降水较为集中的春、夏季降水上升趋势较明显，冬季次之，而秋季则是缓慢下降的趋势。 　　2.5 变异分析 从降水量四季分布情况来看（表4），城步降水主要集中在夏季和春季，降水量分别占全年总量的41.8%和26.1%，冬季最少，仅占14.1%。通过降水变异系数可以看出，降水变化中虽有季节差异，但变化较为接近，秋、冬两季降水波动稍明显，秋季降水变异系数为0.412，而汛期及年际间的降水都比较稳定，年际降水变异系数为0.166。
　　2.6 突变分析 分析城步1957—2017年降水量M-K曲线，近61年降水变化趋势未能通过显著性水平0.05临界线，说明近61年湖南城步降水的变化特征不明显。
　　2.7 旱涝等级 利用规定的Z指数等级，分析统计得出城步旱涝级别（表5），在城步近61年中正常年份占比重最多，为61%;而占比最少的是偏涝年和偏旱年，各占3%;重涝、重旱年和大涝、大旱年均有出现，且比例较为接近，分别为5%～7%和10%～11%。在灾情等级中，大涝、大旱年所占比例较大。
　　3 结论
　　利用1957—2017年城步县近61年的降水资料，运用回归分析、趋势分析、Mann-Kendall检验、变异分析及旱涝等级分析等方法，对近61年春夏秋冬季、汛期（4—9月）的降水动态变化趋势进行分析，得到以下结论：
　　（1）近61年城步年降水量最大值为1991.7mm，出现在2002年;最小值为802.2mm，出现在2011年。近61年城步有5段降水连丰期，4段连枯期。降水极值均出现在21世纪的初期，近年来年降水量变化趋势越来越剧烈。
　　（2）1957—2017年城步的降水变化趋势不明显。从降水变化趋势的季节来看，秋季降水量气候趋势系数为
　　-0.062，表现为缓慢的下降趋势;春季、冬季降水量气候趋势系数为0.145、0.049，呈上升趋势;夏季降水量气候趋势系数很小，可定为无明显的变化特征。
　　（3）城步降水主要集中在夏季和春季，降水量分別占全年总量的41.8%和26.1%;冬季最少，仅占14.1%。通过降水变异系数可以看出，降水变化中虽有季节差异，但变化较为接近，秋、冬两季降水波动稍明显，而汛期及年际间的降水都比较稳定。
　　（4）城步近61年的降水量在M-K检验中未通过0.05的置信水平检验，说明近61年的变化趋势不明显。
　　（5）通过Z指数进行旱涝分析，近61年中城步出现正常年份的概率最大，重涝和重旱的概率共占12%，大涝和大旱的出现概率各占11%和10%。
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　　（责编：张宏民）
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