近30年广西降水时空分布特征及变化趋势分析

(整期优先)网络出版时间:2019-07-17
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近30年广西降水时空分布特征及变化趋势分析

蒙江

广西地矿投资集团有限公司

摘要:本文基于实测气象数据,采用倾向率法和Mann-Kendall趋势检验,探讨广西1985年至2017年的降水时空分布特征及变化趋势,结果表明:分别位于广西南北部的钦州和桂林地区的降雨量较大,而位于广西西北部的百色地区的降水量较少,降水时空分布不均,主要受到气候和地形地貌的影响。近30年来广西降水量以60.05mm/10a的趋势增加,降水除了在春季呈减少趋势外,在其他季节都是增加的趋势,其中秋季增加趋势比较显著。本文的研究有助于广西降水结构变化研究,为进行防洪减灾科学决策提供参考。

关键词:广西;降水;Mann-Kendall法;倾向率法

1.前言

强降水是诱发洪水、滑坡、泥石流等自然灾害的主导因素之一,及时准确获取某地降水信息是应对灾害重要的非工程措施之一。降水主要受气候、地貌、人类活动等因素的影响,在一定的气候区间内,降水呈周期性变化。全球变化是人们关注的热点,在气候变化背景下,降水变化趋势不确定性增大,需要探讨气候变化背景下水文气候的变化情势,本文主要关注降水要素的变化。

广西自然灾害频发,近年来由强降水引起的洪涝和地质灾害发生愈演愈烈,严重威胁了人们的生命和财产安全[1]。因此,为了防范由强降雨引发的自然灾害,掌握广西的降雨变化特征以及情势,本文基于历史实测气象数据,对广西1985年至2017年的降水要素进行时空分布特征分析,并讨论降水的变化趋势,为进行防洪减灾研究提供参考。

图1广西区气象站点分布

2.数据和研究方法

2.1研究区域及数据收集

广西壮族自治区位于中国南部,处于云贵高原东南边缘,地势西北高、东北低,面积约为23.76万km2,,拥有亚热带季风气候类型,降雨充沛,地区河流水系发达,分布着珠江、长江、红河、滨海等水系,自然灾害频发。本文收集了广西壮族自治区的气象数据。气象数据采用国家气象中心(http://data.cma.cn/)提供的1985年到2017年中国地面气候资料日值数据集(V3.0)产品,收集了广西区一共23个气象站点数据,该数据经过了严格的质量控制,国家气象中心数据集应用广泛而且质量较好[2],站点分布如图1。

2.2研究方法

(1)线性倾向率法

要素的气候线性趋势变化可用一次直线方程来描述。用表示样本量为的某一气候变量,用表示所对应的时间,建立与之间的一元线性回归方程:

(2)

其中,为气候倾向率,即气候每年的变化幅度。

(2)Mann-Kendall趋势检验

突变分析采用Mann-kendall非参数统计检验,MK检验是1945年由Mann和Kendall提出的一种统计检验方法[3],提出后被世界气象组织推荐并广泛使用,它对样本分布情况要求不高,并且受异常值干扰影响较小,多适用于类型变量和顺序变量,计算简单方便,易于操作[4]。

MK法对于一个样本容量为的时间序列,求其第时刻数据大于第时刻个数的累计数,假定是随机独立的,为均值,为方法,计算统计量:

(1)

类似的,按时间逆序列计算统计量,将和绘制成两条曲线,根据和两条曲线的交点的位置确定突变时间,且交点位于置信度区间内,则认为曲线交点是突变的开始时间。

3.结果与分析

3.1广西降水时空分布特征

对广西一共23个气象站逐日数据进行处理,采用算术平均法计计算得到1985-2017年的逐年降水数据,采用ArcGIS软件绘制流域年平均降水等值线图,如图2。多年平均降水量为1674.0mm,空间分布差异较大,从北到南呈减少趋势,1994年降水量最大,高达2190.9mm,最小降水年份发生在1989年,低至1210.4mm。总的看来,广西降水主要受南北不同气候带和地形地貌的影响,呈现出不同的气候特点,降雨量较大区域分布于钦州和桂林等南北地带,而西北部的百色一带降雨稀少。广西南北部山区降雨量较大,在前期土壤水分比较饱和的情况下,极易爆发山洪、泥石流、滑坡等自然灾害[5],而西北部山区降水量较少,容易造成当地干旱发生。

图2广西33年来平均降水空间分布

从图3可以看出,1985年至2017年间广西降水波动较大,降水量最大年份与降水量最小年份相差了980.5mm,但总体呈增加趋势,倾向率为60.05mm/10a,即每十年降水增加60.5mm,说明了在全球气候变化大背景下,广西区的降水也发生了明显的变化,与全球降水变化趋势一致。虽然广西总降水量呈增加趋势,但是由于降水时空分布不均,以及极端降水事件的增加,很可能会造成旱涝灾害更为严重,即旱区降水更少,而洪涝区降水增多。

图3广西1985-2017年际降水变化

从图4可以看出,广西年内降水分布呈季节性变化,月平均降水为139.50mm,夏季降雨量最大,6月份降水高达320.15mm,而冬季降水最小,12月平均降水低至35.43mm。夏季降水增多,土壤含水量较高,暴雨过后容易引发地质灾害和洪涝灾害。

图4广西降水年内分配

3.2广西降水变化趋势

对广西1985-2017年间不同季节和年降水量进行M-K检验(*表示趋势显著),计算MK值,并计算出气象要素的倾向率,其中MK值为正值表示增加趋势,负值表示减少趋势,绝对值越大则变化越明显。从表1中看出,无论从倾向率或者是MK值都可以看出,降水除了在春季呈减少趋势外,夏、秋、冬季均都是增加趋势,秋季的变化趋势最大,而且呈显著趋势。从中也可以看出,秋季降水增加趋势明显,在进行自然灾害防范的时候,需要特别注意秋季时段的降水变化。在未来气候变化下,广西地区的降水量都呈增加趋势,极端降水事件的增加,会对地区安全造成严重威胁。

表1广西1985-2017年降水倾向率及变化趋势

4.结论

本文探讨了近30年来广西降水的时空变化特征及变化趋势,发现分别位于广西南北部的钦州和桂林地区的降水较大,而广西西北部的百色地区的降水量较少,降水时空分布不均,容易造成旱涝灾害的发生,降水量时空分布主要受到气候和地形地貌的影响。另外,近30年来广西降水量以60.05mm/10a的趋势增加,降水除了在春季呈减少趋势外,在其他季节都是增加的趋势,其中秋季增加趋势比较显著,在全球气候变化背景下,广西降水呈增长趋势,极易造成洪涝、滑坡、泥石流等自然灾害的发生,需要采用科学的应对防范措施。

参考文献:

[1]黄春丽,李佳.广西汛期降水时空分布特征[J].农业与技术,2018(11).

[2]赵华荣,姚越,金鑫,等.广西地区1960~2017年降水结构变化特征[J].水电能源科学,2018,36(12):1-4.

[3]孙桂凯,高沫,黄亚,等.广西近50年降水结构时空变化特征分析[J].水电能源科学,2016(9):1-4.

[4]康淑媛,张勃,柳景峰,等.基于Mann-Kendall法的张掖市降水量时空分布规律分析[J].资源科学,2009,31(3):501-508.

[5]刘占明,陈子燊,胡宝清,等.广西环北部湾地区降水的时空变化特征[J].中山大学学报(自然科学版),2017(4).