1961-2010年浙江省極端降水特征分析

丁 楠，沙曉軍，高穎會，王 婷，游志康，徐向陽

(1.河海大學水文水資源學院，南京 210098；2.江陰市水資源管理辦公室，江蘇 江陰 214400)

近百年來，受全球氣候變暖和人類生活方式改變的影響，全球范圍內的極端氣候事件頻發，并引發了人們的廣大關注。極端降水事件作為極端氣候事件的表現之一，極易引發小流域山洪、泥石流等次生災害，給世界許多國家和地區造成了巨大的損失。因此，研究極端降水事件對于防汛指揮工作，降低洪澇災害等具有重要意義。陳海山等分析了中國近50 a來不同區域的極端降水事件的基本變化特征，發現了極端降水事件具有顯著的年際和年代際變化特征；楊速英等研究了東北地區汛期極端降水量的非均勻性分布特征，發現了極端降水集中度呈現階段性變化特征；何書樵等分析了近50 a來長江中下游地區的降水特征，發現了各降水指數在年代際尺度上均存在著周期震蕩。但目前對浙江省極端降水事件的時空演變規律及原因分析的研究還比較有限。為此，本文選取了年極端降水量、極端降水發生頻次、極端降水強度和年最大日降水量4個極端降水指數，分析了近50 a來浙江省極端降水事件的空間分布特征，并分別采用了Mann-Kendall法和有序聚類法對年極端降水量進行了趨勢分析和突變檢驗。研究結果不僅能提高對浙江省降水演變規律的認識，而且對浙江省的防洪規劃具有重要的指導意義。

1 研究區概況

浙江省地處中國東南沿海長江三角洲南端，土地面積10.18 萬km2，在所有省份中面積較小。全境70.4%的陸域面積為山地和丘陵，平原和盆地占23.2%，地形自西南向東北呈階梯狀傾斜，大致可分為浙北平原、浙西丘陵，浙東丘陵，中部金衢盆地、浙南山地、東南沿海平原及濱海島嶼等6個地形區。受亞熱帶季風氣候的影響，浙江省內雨量豐沛，雨熱季節變化同步，氣象災害頻發。降雨年內年際變化比較大，集中期為5、6月，年均降水量為1 600 mm，是中國降水較為豐富的地區之一，也是極端氣候事件多發的地區。因此，本文利用浙江省1961-2010年的逐日降水資料，對極端降水事件的特征進行分析。

2 研究資料與方法

研究選用了1961-2010年浙江省21個代表雨量站的逐日降水資料，為了保證各雨量站資料系列的同步性，缺測數據均采用鄰近站點進行多元回歸插值補齊。1961-2010年的浙江省21個雨量站降雨系列具有較長的平均豐、平、枯水時段, 豐枯出現的頻次也相當，且隨著系列的延長，逐日降水的均值趨于穩定,由此認為, 本文選用的雨量站逐日降水系列具有較好的代表性。

采用國際上常用的百分位法定義各測站極端降水闕值，把1961-2010年逐年日降水量達到0.1mm的子樣本按升序進行排列，將第95個百分位值定義為該雨量站50 a來的極端降水事件閾值。若某站某日日降水量超過該站閾值，則該站該日發生了極端降水事件。對于各個測站，將某年發生極端降水事件的次數定義為該年極端降水事件發生頻次；某站某年所有超過該站闕值的極端降水量的總和定義為該站該年的年極端降水量；某站某年的年極端降水量除以對應極端降水事件的發生頻次，稱為這一年的極端降水強度；某站一年中極端降水事件的最大值稱為該年的最大日降水量。

本文采用Mann-Kendall法對1961-2010年浙江省21個雨量站的年極端降水量序列進行趨勢分析。Mann-Kendall趨勢檢驗適用于非參數檢驗，能夠有效區分某一自然過程處于自然波動還是存在確定的變化趨勢。其優點是樣本不需要服從一定的分布，且受異常值的干擾較少，因而該檢驗方法在水文統計領域運用較為廣泛。選取統計值Z判斷趨勢變化，若Z>0，則表明序列呈上升的趨勢；反之，Z<0，則表明序列呈下降的趨勢。顯著性水平α定為0.05，當|Z|≥Zα時，拒絕原假設，即趨勢顯著；當|Z|

為了研究極端降水量在時空上的急劇變化，選用有序聚類法對年極端降水量進行突變分析。有序聚類法實際上就是找尋最優分割點，使同類間的離差平方較小。對序列X1，X2，…,Xn，設可能的突變點為m，突變前后離差平方和分別表示為：

(2)

Sn(m)=Vm+Vn-m

(3)

式中：Sn(m)為突變點m前后的總離差平方和，當Sn(m)取最小值時，m點即為尋找的最優分割點。

3 年極端降水量的特征分析

3.1 年極端降水量的空間分布特征

根據統計得到各測站1961-2010年的年極端降水量，計算各測站的平均年極端降水量，從而得到近50 a極端降水量的空間分布圖，見圖1。由圖1可以看出，浙江省年極端最大降水量為380～680 mm。受亞熱帶季風氣候的影響，年極端降水量的最大值出現在東南沿海地區的臨海市西部，達到了680 mm。最小值位于紹興市嵊縣，年極端降水量略小于380 mm。浙西丘陵地區的年極端降水量略大于中部金衢盆地，浙西丘陵地區的年極端降水量主要為460～480 mm，中部金衢盆地主要為420～440 mm，其原因可能是浙西丘陵地區海拔高，空氣在移動過程中遇到地形阻擋而容易形成地形雨。浙江多山地和丘陵，年極端降水量越大越會造成大的滑坡、泥石流等災害，因此浙西丘陵和浙東丘陵地區應成為重點防護對象。

圖1 年極端降水量空間分布(單位：mm)Fig.1 Spatial distribution of annual extreme precipitation

3.2 趨勢分析

檢驗結果表明，1961-2010年的浙江省年極端降水量整體上呈不顯著的上升趨勢，上升趨勢站點數占到總測站數的81%，僅有浙西丘陵地區中部為下降趨勢。空間方面，顯著性水平具有自東向西遞減的特點。21個測站中僅有4個站通過了95%的顯著性檢驗，且均分布在浙江省東部沿海地區，年極端降水量增加趨勢顯著。因此，浙江東部沿海地區未來的防汛工作需予以重視，尤其是臺州和溫州2市。

3.3 突變檢驗

采用有序聚類法對各測站1961-2010年的年極端降水量序列進行突變檢驗可以準確地識別序列發生顯著變化的突異點。結果分析可知，各測站的突變時間不統一，但多集中在20世紀80年代初至20世紀90年代末。主要原因可能是這段時間內全球性的厄爾尼諾和拉尼娜現象的交替出現，改變了海洋與大氣之間的能量交換以及大氣環流，從而導致東海沿岸的浙江省年極端降水量波動較大。

4 極端降水發生頻次的特征分析

本文計算了各測站極端降水發生頻次近50 a來的均值，并得到了相對應的空間分布圖，見圖2，可見極端降水發生頻次的空間差異不大。浙江省東南沿海地區的極端降水發生頻次為8.0～9.2 d/a，高值中心出現在臨海市的括蒼山地區，達到了9.2 d/a。浙江省西北地區的天目山站極端降水發生頻次也較高，達到8.7 d/a。浙江省其余地區的極端降水發生頻次主要為7.3～8.0 d/a。浙江省丘陵地區的極端降水發生頻次較高于東北沖擊平原地區和中部盆地，因此山地丘陵地區的防汛工作應予以重視。

圖2 極端降水發生頻次空間分布(單位：d/a)Fig.2 Spatial distribution of extreme precipitation frequency

5 極端降水強度的特征分析

極端降水強度的空間分布與年極端降水量、極端降水發生頻次基本一致，浙江省極端降水強度呈南部大、北部小的格局，極端降水強度主要為49～73 mm/d，見圖3。東南沿海地區的極端降水強度最高，均超過了60 mm/d，最大值出現在臨海市的括蒼山地區，達到了73 mm/d。東北沖擊平原地區極端降水強度明顯小于西部和東南丘陵地區，為50～56 mm/d。多發的高強度極端降水事件往往在很短時間內就會造成巨大的危害，應該得到更多的關注。

圖3 極端降水強度空間分布(單位：mm/a)Fig.3 Spatial distribution of extreme precipitation intensity

6 最大日降水量的特征分析

圖4為浙江省21個雨量站的最大日降水量(50 a均值)的空間分布，主要為80～160 mm，呈東南向西北遞減的特點。東南沿海地區的最大日降水量明顯高于其他地區，其中括蒼山、溫州、洪家3個測站均超過了120 mm。最小值出現在金華市，最大日降水量也達到了80 mm。最大日降水量越高，則代表該地區該日面臨的防汛工作越嚴峻，短歷時的極端降水更容易引發突發的次生災害。

圖4 最大日降水量空間分布(單位：mm)Fig.4 Spatial distribution of annual daily maximum amount

7 原因分析

浙江省21個測站的年極端降水量、極端降水發生頻次、極端降水強度和年最大日降水量的空間分布基本一致，呈南多北少，東南沿海地區最多的格局。主要原因有以下兩個方面：①浙江西部和東南地區多丘陵山地，濕潤氣流遇到山脈等高地阻擋時被迫抬升而氣溫降低容易形成地形雨，所以這部分區域相對中部盆地和東北沖擊平原更容易發生高強度、長歷時的極端降雨事件。②浙江省作為中國沿海經濟大省，其城市化水平一直居于前列，城市化的進程改變了下墊面的天然形態，工業發展和人們生活方式的轉變，全球環流突變，全球變暖，這些都從不同程度上影響浙江省的極端降水特征。

8 結 論

(1)浙江省年極端降水量、極端降水發生頻次、極端降水強度、年最大日降水量在空間上呈現由南向北逐漸減少的分布特征，各指標最大值均出現在東南沿海地區。應重點關注東南沿海地區的防汛指揮工作。

(2)浙江省年極端降水量普遍呈上升趨勢，東南沿海地區年極端降水量增大趨勢明顯。

(3)本文未對極端降水做周期分析，未來尚需進一步分析。

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