關于云南省月降水量預測探究

郭敏

摘 要 以云南省2012年4月的降水量為基礎數據源，對降水數據的分析，將省內126個站點的時間維降水序列變差函數值作為降水強度的影響因素引入到降水量空間預測的多元地理統計中，對云南省4月平均降水數據進行空間插值模擬。通過分析不同時間尺度下的交叉檢驗統計量，選擇最優的時間維變差函數計算尺度。

關鍵詞 降水空間分布；協同克里格法；變差函數值；云南省

中圖分類號：P333 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.26.082

大氣降水是常見的天氣現象，高精度的降水分布信息是進行氣象、水文以及地質災害等研究的基礎。但由于雨量計觀測站點的數量有限，區域范圍的降水分布往往需要通過一定的插值方法來實現。提高降水插值方法的精度，建立更為合理的降水空間分布，對區域水資源環境以及氣候變化研究具有重要意義。

1 研究區概況

云南省總面積約39萬平方千米，占全國總面積的4.11%，居全國各省級行政區域第八位。北回歸線穿過省境南部，云南省東部是廣西壯族自治區和貴州省，北部是四川省，西北部是西藏自治區。云南邊界長4 060 km，邊界與三個國家相鄰：西部為緬甸（主要口岸為瑞麗），南部為老撾（主要口岸為磨憨），東南部為越南（主要口岸為河口）。

云南省有北熱帶、南亞熱帶、中亞熱帶、北亞熱帶、暖溫帶、溫帶和高原氣候帶共7個氣候類型，氣候兼具低緯氣候，季風氣候和山地氣候的特點[1]，其主要表現如下。

1.1 氣候的區域差異

云南省的氣候差異與緯度、海拔有關。從緯度來看，云南省的位置只相當于從雷州半島到福建、江西、湖南、貴州的地理緯度，但由于地勢北高南低，南北高差達6 663.6 m，在該省內極大地加劇了因經度緯度造成的溫差。高海拔和高緯度的組合，使除金沙江流域，沅江流域以外的所有地區年平均氣溫普遍由北向南遞增，平均氣溫5～24 ℃，南北氣溫差約19 ℃[2]。

由于受地形和氣候條件的影響，往往出現了全省氣溫分布的特殊情況，出現“南冷南熱”的現象。特別是在垂直分布上，由于山地的影響，河床的侵蝕加深，由于從山谷到山頂的高度上升，形成了高深度，多種氣候類型的山谷。每當高原上升100 m，溫度下降0.6 ℃左右。

1.2 年溫差小，日溫差大

云南省位于低緯高原，空氣干燥而相對較薄，除了太陽仰角外，太陽輻射的熱量增加變化，也受云霧和雨水的影響。夏季最熱日平均氣溫為19～22 ℃，冬季最冷月平均氣溫在6～8 ℃，年溫差一般為10～15 ℃，但多雨天氣溫度較低。有一天溫度變化很涼，下午有熱量，特別是冬春兩季，日溫差高達12～20℃。

1.3 降水充沛，干濕分明，分布不均

云南省大部分地區年降水量為1 100 mm，南部部分地區降水量可達1 600 mm。但由于冬、夏季不同大氣環流的控制和影響，降水的季節和地理分布極不均勻。冬季位于昆明準靜態鋒面西側，由單一暖氣團控制，降雨量少[3]。受夏季西南季風影響，炎熱潮濕，雨量充沛，時長達6～8個月，約占全年降雨量的60%。11月至4月的冬春季節是旱季，降水量僅占全年的10%～20%。云南省無霜期長，文山南部、蒙自、思茅、臨滄、德宏無霜期300～330 d，昆明、玉溪、楚雄中部約250 d，慶達無霜期210～220 d[4]。

2 數據來源

截取云南省2012年4月位于北緯21.483 3°～28.6°、東經97.85°～105.63°區域的126個降水量觀測點觀測到的降水數據，如圖1所示。

云南省2012年4月降水量頻數直方圖及其降水量統計特征如圖2和表1所示。

3 研究方法與過程

3.1 變差函數

變差函數是Motheron在1965年提出的一種矩估計方法，為區域化變量的增量平方的數學期望，也就是區域化變量的增量的方差。

將區域化變量的增量的方差的一半稱為半變差函數，但由于通常要用到的都是半變差函數，而不是變差函數，所以，出于方便的考慮，很多學者直接將半變差函數稱為變差函數。

變差函數是地統計學特有的研究工具，不僅能夠表征區域化變量的空間結構性，而且能夠表征區域化變量的隨機性，反映了區域化變量在某個方向上某一距離范圍內的變化程度。

本研究使用距離變差函數：

其中V（h）為變差函數數值，Z（x）為區域變化量，h為滯后距，N為樣本數。

本區截取h為0.35、07、1.05、1.40、1.75等處的降水量均值，得到變差函數和變差函數線性，如圖3和圖4所示。

虛線曲線為V（h）與h之間的折線，實線曲線為V（h）與h之間的擬合變差函數。

3.2 球狀模型擬合

球狀模型擬合就是通過一組實驗變異函數數值確定該模型的參數C0，C，a的值。其數學表達公式為：

由圖3可得a=3.85，C=4.47，C0=0.34，代入球狀模型得到擬合函數為：

3.3 克里格插值法（Kriging）

克里格法（Kriging）是地統計學的主要內容之一，從統計意義上說，是從變量相關性和變異性出發，在有限區域內對區域化變量上說，是從變量相關性和變異性出發，在有限區域內對區域化變量的取值進行無偏、最優估計的一種方法；從插值角度講是對空間分布的數據求線性最優、無偏內插估計一種方法。克里格法的適用條件是區域化變量存在空間相關性。

本文中設Z（x）為區域化變量，滿足二階平穩和本征假設，其數學期望為m，協方差函數c（h）及變異函數λ（h）存在。

即E[Z（x）]=M，C（h）=E[Z（x）Z（x+h）]-M2

對于中心位于x0的塊段為V，其平均值為Zv（x0）的估計值以對于中心位于x0的塊段為V，其平均值為Zv（x0）的估計值以進行估計。在待估區段V的鄰域內，有一組n個已知樣本v（xi）（i=1，2，3，…，

n），其實測值為Z（xi）（i=1，2，3，…，n）。克里格方法的目標是求一組權重系數λi（i=1，2，3，…，n）。使得加權平均值：

利用云南省2012年4月位于北緯21.48°～28.6°、東經97.85°～105.63°區域的降水量觀測點觀測到的降水數據，將云南省2012年4月降水量觀測點降水量圖分成0.5°×0.5°的經緯度網格圖。依次利用球狀模型表達式及普通克立格方程組及方差的矩陣模擬出每個交叉點出的降水量，如點（99°E，26°N）、（99°E，28°N）、（99°E， 24°N）等。以借用圖1中點X1（98.91667°E，28.48333°N，月降水量4.5 mm）、

X2（99.7°E，27.8333°N，月降水量6 mm）、X3（98.66667°E，27.75°N，月降水量12.7 mm）擬合點（99°E，28°N）處的降水量，結果顯示點（99°E，28°N）處預測月降水量為10.15 mm。以此類推，得到云南省4月降水量，如圖5所示。

圖中由黑到灰色表示月降水量逐漸增多。

4 結果與分析

4.1 試驗結果

由圖5可知，云南省境內4月的月降水量由北向南逐步增加，同一緯度下東西走向相對均勻。其中滇東南地區如迪慶、麗江等地的月降水量與云南省內其他州月降水量相比較低，預測在5～10 mm；滇中到滇東北如昆明、曲靖、昭通等地的月降水量與云南省內其他州月降水量相比較少，預測約在15 mm；滇西南地區如臨滄、普洱、版納一帶月降水量與云南省內其他州月降水量相比較高，預測在25mm左右。

4.2 結果分析

4.2.1 地形因素

主要與滇西北特殊地形有關地形，滇西北處理西藏高原東南側，屬于高原地區。很多氣象學家指出：近年來全球氣溫加速變暖，冰川融消增強，降水與徑流增加。滇西北一角的降水量多與西部高原地區的氣候變化一致[5]。

4.2.2 熱帶季風因素

滇中和滇西南地區的月降水量主要受熱帶季風氣候影響。云南地處低緯高原，受青藏高原和東亞、南亞兩支季風影響顯著[6]，由全球和地區人類活動引起的全球氣候變化是影響該區域氣候變化的重要因素，以西雙版納為代表的云南南部和西南部的北熱帶、南亞熱帶雨林、季雨林高濕、高溫、靜風地帶。滇西南地區較大的月降水量主要與此有關[7]。

5 實驗結論

通過對云南省2012年4月126個降水量觀測站收集到的月降水量數據進行統計分析及預測，得到以下結論：1）根據歷史數據，云南省月降水量實際均值約在19 mm。2）結合歷史數據，預測出云南省境內滇西南的月降水量最大，約為25 mm，滇中次之，月降水量約在

15 mm，滇西北月降水量最少，為5～10 mm。3）滇西南的月降水量受青藏高原和東亞、南亞兩支季風影響顯著。滇中月降水量主要受東亞季風氣候影響。而滇西北月降水量主要與滇西北特殊的西藏高原地形有關地形。

參考文獻：

[1] 尹晗，李耀輝.我國西南干旱研究最新進展綜述[J].干旱氣象，2013，31（1）：182-193.

[2] 文成，吳勝文，張忠.黎平縣干旱氣候特征分析[J].貴州氣象，2012，36（2）：26-28.

[3] 段旭，陶云，鄭建萌，等.氣象干旱時空表達方式的探討[J].高原氣象，2012，31（5）：1332.

[4] 張萬誠，萬云霞，任菊章，等.水汽輸送異常對2009年秋、冬季云南降水的影響研究[J].高原氣象，2011，30（6）：1534-1542.

[5] 段長春，朱勇，尤衛紅.云南汛期旱澇特征及成因分析[J].高原氣象，2007，26（2）：402-408.

[6] 段旭，陶云，寸燦瓊，等.孟加拉灣風暴時空分布和活動規律統計特征[J].高原氣象，2007，28（3）：634-641.

[7] 孔祥偉，于樂江，劉新偉.西南地區冬季旱澇特征及其與北極濤動關系[J].干旱區地理，2012，35（6）：875-882.

（責任編輯：趙中正）