湖南城步近61年降水變化特征分析

潘江萍 邱麗靜 王米吉 朱家亮 王曉東

摘? 要：利用1957—2017年城步縣近61年的降水資料，運用回歸分析、趨勢分析、Mann-Kendall檢驗、變異分析及旱澇等級分析等方法，對近61年春夏秋冬季、汛期（4—9月）的降水動態變化趨勢進行了分析。結果表明：近61年城步的降水變化趨勢不明顯。年降水最大值為1991.7mm，出現在2002年;最小值為802.2mm，出現在2011年;極值均出現在21世紀的初期，進入21世紀以來年降水量變化趨勢較劇烈。城步降水主要集中在夏季和春季，降水量分別占全年總量的41.8%和26.1%;冬季最少，僅占14.1%。通過降水變異系數可以看出，降水變化中雖有季節差異，但變化較為接近，秋、冬兩季降水波動稍明顯，而汛期及年際間的降水都比較穩定，近61年城步有5段降水連豐期，4段連枯期。通過Z指數進行旱澇分析;近61年中城步出現正常年份的概率最大，重澇和重旱的概率共占12%，大澇和大旱的出現概率各占11%和10%。

關鍵詞：降水特征;突變檢驗;變化趨勢;旱澇分析

中圖分類號 P468.024文獻標識碼 A文章編號 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，地理坐標為東經109.96°～110.61°、北緯25.97°～26.71°之間，境內有全國十大國家公園之一的湖南南山國家公園。地處雪峰山脈與南嶺之首越城嶺山脈交匯之處，沅江支流巫水上游，地勢南高北低。屬中亞熱帶季風濕潤氣候區，四季分明，山地逆溫效應明顯。由于其特殊的地理位置和地形特點，決定了境內氣候與湖南境內其他縣（市）有顯著差異。為了探討城步苗族自治縣氣候變化的特點，本研究對1957—2017年城步縣近61年的降水資料進行了統計分析，得出了近代降水變化特征。通過對近61年春夏秋冬季、汛期（4—9月）的降水動態變化趨勢進行分析，揭示出了城步不同年代、不同季節降水特征和演變規律，以期為更好地為湖南南山國家公園的旅游氣候資源開發利用提供科學依據。

1 資料選取與分析方法

1.1 資料選取 選取1957—2017年城步國家基本氣象站的降水量資料進行年際、季際、汛期的統計分析。四季劃分為冬季（12月至次年2月）、春季（3—5月）、夏季（6—8）、秋季（9—11月），汛期為4—9月。

1.2 分析方法 （1）降水要素的氣候傾向率采用一元線性回歸模型描述1[1-2]用于定量分析降水變化的趨勢，這是目前普遍采用的一種方法;（2）用降水序列定義的氣候趨勢系數R2[3]。當R>0，表明降水量呈上升趨勢;R<0，表明降水量呈下降趨勢;（3）利用變異分析降水降水量的離散程度。變異系數大的，說明降水量的離散程度大，年際間波動大;變異系數小的，說明降水量的離散程度小，年際間波動也小。其計算公式：[C.V=Sx]，式中：C.V為變異系數，S為標準差，[x]為平均值;（4）利用M-K方法3[4]對城步近61年降水進行突變分析;（5）利用Z指數4[5]計算旱澇等級。根據Z的正態分布曲線劃分單站的旱澇等級，分析城步近61年旱澇情況。將Z指數自大到小（或自小到大）按順序排列起來，再按其概率分位數0.05、0.15、0.20、0.80、0.85、0.95的原則和累積頻率[7-11]的大小劃分旱澇指標，從而確定出相應的旱澇等級（表1）。

2 結果與分析

2.1 降水變化特征及距平百分率 近61年城步降水動態變化分布。20世紀60—80年代降水變化較均衡，該時段年降水量均在平均值上下波動;而進入20世紀90年代后降水變化趨于劇烈，先是在1994年和2002年間出現了一段降水豐沛期，且2002年出現降水量的峰值，而后2003年開始的21世紀00—10年代進入了一段降水貧乏期，且谷值出現在2011年，2002—2011年間是降水變化最為劇烈的年代。城步近61年年平均降水量為1235.2mm，最大降水值出現在2002年，降水量為1991.7mm，比累年平均值偏多747.3mm;最小值出現在2011年，降水量為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%;年降水量達到1000mm的年份占92%，而其中達到1200mm的年份占54%，達到1400mm的年份占18%，超過1600mm的年份為3%。

正距平26/61，占32.7%，負距平35/61，占57.3%。按照大于城步年平均降水量為相對豐水年，小于年平均降水量為相對枯水年的思路，從年降水量距平百分率分析圖上可見，20世紀60、70和90年代是豐水時段，其中20世紀90年代降水更為豐沛，集中出現降水極值的第1高值年和第2高值年均;20世紀80年代和21世紀00—10年代是枯水階段。

2.2 降水的季節及汛期變化

2.2.1 季節變化

2.2.1.1 春季 1957—2017年城步春季（3—5月）平均降水量為310.4mm。春季最大降水量出現在1992年，為465.4mm;最小值出現在2015年，為142.1mm。降水量幾乎每年都在平均值上下有較明顯的波動。

2.2.1.2 夏季 1957—2017年城步夏季（6—8月）平均降水量為497.5mm。夏季最大降水量出現在2017年，為917.5mm，占全年總降水量的63%;最小值出現在2011年，為275.9mm。降水量在20世紀90年代以及2017年較歷年同期平均值有顯著偏多;21世紀00年代則是夏季枯水期。

2.2.1.3 秋季 1957—2017年城步秋季（9—11月）平均降水量為211.6mm。秋季最大降水量出現在2015年，為474.3mm，綜合2015年全年降水情況綜合分析可見，2015年出現了春旱，但因有歷史罕見的秋澇使得全年總降水量偏多;最小值出現在2005年，為44.9mm，是城步近61年來各季節降水量統計中最小值的季度，與此相對應的是2005年總降水量是歷史第4低值年。

2.2.1.4 冬季 1957—2017年城步冬季（12月至次年2月）平均降水量為168.0mm。秋季最大降水量出現在1998年，為325mm;最小值出現在1999年，為61.1mm。20世紀60—70年代，冬季降水量多低于歷年平均值;80年代始，冬季降水趨于偏多，且變化較為劇烈，1998年和1999年分別是最大值和最小值出現的年份。

2.2.2 汛期變化 1957—2017年城步汛期（4—9月）平均降水量為820.8mm。汛期最大降水量出現在1994年，為1335.3mm，根據Z指數分析，1994年4—9月（汛期）是重澇標準第1高值的汛期，而該年同時是重澇年標準的第2高值年;最小值出現在2011年，為500.9mm。最大值和最小值之差為834.4mm，達2.7倍之多。20世紀60—80年代，汛期降水量在歷年平均值上下波動，20世紀90年代開始降水變化較為顯著，先是進入豐水期，而后21世紀00年代轉入枯水期，汛期降水極值最高、最低均出現該段豐水期和枯水期內。

2.3 連豐期、連枯期分析 定義降水量大于平均值連續3年以上為連豐期、小于平均值連續3年以上為連枯期[11]。通過年降水量5年滑動平均來分析城步降水的連豐、連枯期。通過分析得出，近61年城步有5段降水連豐期，4段連枯期。降水連豐期在1994—1998、2000—2006年間尤為顯著，5年滑動平均降水量較歷年平均降水量明顯偏多，而連枯期在2007—2015年則較歷年平均降水量明顯偏小，且長達9年。

2.4 氣候趨勢系數分析 R>0表明降水量呈上升趨勢，R<0則表明降水量呈下降趨勢。城步近61年全年、各年代及春、夏、秋、冬和汛期的降水量趨勢系數計算結果見表2和表3。從表2可見，城步61年降水量變化趨勢系數>0，整體表現為上升趨勢，其中20世紀60年代、20世紀80年代至21世紀00年代降水量呈下降趨勢，20世紀70年代略有上升，而20世紀50年代后期及2011—2017年則呈較顯著的上升趨勢。從表3可知，降水較為集中的春、夏季降水上升趨勢較明顯，冬季次之，而秋季則是緩慢下降的趨勢。

2.5 變異分析 從降水量四季分布情況來看（表4），城步降水主要集中在夏季和春季，降水量分別占全年總量的41.8%和26.1%，冬季最少，僅占14.1%。通過降水變異系數可以看出，降水變化中雖有季節差異，但變化較為接近，秋、冬兩季降水波動稍明顯，秋季降水變異系數為0.412，而汛期及年際間的降水都比較穩定，年際降水變異系數為0.166。

2.6 突變分析 分析城步1957—2017年降水量M-K曲線，近61年降水變化趨勢未能通過顯著性水平0.05臨界線，說明近61年湖南城步降水的變化特征不明顯。

2.7 旱澇等級 利用規定的Z指數等級，分析統計得出城步旱澇級別（表5），在城步近61年中正常年份占比重最多，為61%;而占比最少的是偏澇年和偏旱年，各占3%;重澇、重旱年和大澇、大旱年均有出現，且比例較為接近，分別為5%～7%和10%～11%。在災情等級中，大澇、大旱年所占比例較大。

3 結論

利用1957—2017年城步縣近61年的降水資料，運用回歸分析、趨勢分析、Mann-Kendall檢驗、變異分析及旱澇等級分析等方法，對近61年春夏秋冬季、汛期（4—9月）的降水動態變化趨勢進行分析，得到以下結論：

（1）近61年城步年降水量最大值為1991.7mm，出現在2002年;最小值為802.2mm，出現在2011年。近61年城步有5段降水連豐期，4段連枯期。降水極值均出現在21世紀的初期，近年來年降水量變化趨勢越來越劇烈。

（2）1957—2017年城步的降水變化趨勢不明顯。從降水變化趨勢的季節來看，秋季降水量氣候趨勢系數為

-0.062，表現為緩慢的下降趨勢;春季、冬季降水量氣候趨勢系數為0.145、0.049，呈上升趨勢;夏季降水量氣候趨勢系數很小，可定為無明顯的變化特征。

（3）城步降水主要集中在夏季和春季，降水量分別占全年總量的41.8%和26.1%;冬季最少，僅占14.1%。通過降水變異系數可以看出，降水變化中雖有季節差異，但變化較為接近，秋、冬兩季降水波動稍明顯，而汛期及年際間的降水都比較穩定。

（4）城步近61年的降水量在M-K檢驗中未通過0.05的置信水平檢驗，說明近61年的變化趨勢不明顯。

（5）通過Z指數進行旱澇分析，近61年中城步出現正常年份的概率最大，重澇和重旱的概率共占12%，大澇和大旱的出現概率各占11%和10%。

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（責編：張宏民）