湖南省降水集中度与集中期时空变化特征分析

尹　乐,张新主（湖南师范大学资源与环境科学学院,长沙410081）

湖南省降水集中度与集中期时空变化特征分析

尹乐,张新主
（湖南师范大学资源与环境科学学院,长沙410081）

本文选取湖南省1961-2007年84个气象站点逐日降水量资料，运用趋势分析和合成分析等方法对研究区降水集中度（PCD）和集中期（PCP）的时空变化特征进行分析，结果表明：研究区47年来PCD的值偏小，在0.14-0.50之间变化；PCP值在104-154之间变化，也就是降水主要集中在5月初到6月下旬。PCD空间分布特征明显，自西北向东南减少的分布特点，这说明湘东北比湘西北地区降水集中；PCP自西北向东南逐渐递减。多水年PCD与少水年PCD具有很好的一致性，均由西北向东南减少。

PCD；PCP；合成分析；空间分布

1　引言

湖南省属于内陆省份，位于青藏高原南缘下游，境内山地、丘陵、岗地、平原和江湖兼备，但以山地为主。南高北低三面环山，朝北开口，呈“马蹄形”。湖南省属亚热带季风湿润气候，加上“马蹄形”地貌的影响，使湖南气候呈现复杂的变化。湖南省属多雨省份之一，全省年平均降水量在1200～1700mm之间，但时间分配不均，明显集中于4-8月，春夏降水多，秋冬降水少，降水的年际变率大和季节分配不均导致洪涝、旱灾多发。旱涝是影响湖南经济和人民生活动的气象灾害，因此研究降水的时空变化规律意义重大。而降水集中度和集中期是衡量降水的不均匀分配指标之一，能够很好地反映降水过程中的时空不均匀分布特征。国内外有不少关于运用降水集中度与集中期来分析区域降水变化趋势的研究成果。B.Alijani等运用地理统计等方法计算日降水的强度和集中度，研究发现，伊朗年降水量主要来自于少数高强度的极端降水事件[1]。TommasoCaloiero研究了新西兰日降水集中的时空模式，发现新西兰北岛降水最集中，南岛的东西两侧降水集中趋势存在显著地域差异，南岛西侧日降水集中程度比东侧低[2]。在国内，Zhang等分析了降水集中程度和集中时期的时空变化，在研究年内降水分配上有着很好的实用性，但方法过于繁杂[3]。姜爱军，杜银等提出一种同时提取不同强度降水过程在过程内和年内非均匀分配特性的方法，应用该方法探讨了中国近50年来不同强度降水过程时空非均匀分布特征及其气候趋势演变规律[4]。

2　数据及方法

2.1数据及处理

本文选取的研究数据为：湖南省84个气象站点的1961年1月1 日-2007年12月31日逐日降水量资料。选站原则是：选取尽可能多的站点，测站数据齐全的气象站（气象站点分布如图1）。

2.2研究方法

降水集中度(PCD)和集中期(PCP)是利用向量分析的原理来定义区域降水量时间分配特征的参数[5-9]，可以定量地描述某一研究时段的降水集中程度和集中时段。

3　湖南省降水时间变化特征

图2给出1961-2007年湖南年降水集中度和集中期的年际变化曲线。由图2a可以看出，47年来PCD的值偏小，在0.14-0.50之间变化，1961-2007年PCD整体呈上升趋势，上升速率为0.007/10a，超过了95%的显著性检验。PCD多年平均值为0.34，若PCD大于多年平均值,那么认为该年降水偏集中；当PCD小于多年平均值,那么该年降水比较均匀。其中PCD极大值出现在1979年（0.50），说明1979年降水比较集中；极小值出现在1972年（0.14），说明1972年降水在47年中最均匀。1967-1980年、1995-1999年这两个时间段绝大多年份都大于或等于多年平均值，处于降水偏集中时期；而1981～1985年、1989～1991年2个时段，小于多年平均值，降水相对均匀；其他时段降水集中度偏大与偏小年份交替出现。

从图2b可以看出，湖南47年来的PCP值在104-154之间变化，也就是降水主要集中在5月初到6月下旬。1961-2007年湖南地区PCP整体呈上升趋势，上升速率为0.635/10a，也超过了95%的显著性检验。PCP多年平均值为129，若PCP大于多年平均值，降水时间比正常年偏晚；当PCP小于多年平均值，降水时间比正常年偏早。例如，1999 年PCP值最大，为154，说明1999年最大降水出现最晚，在6月下旬左右。1992年PCP值最小，为104，说明1992年最大降水出现最早，在5月初。PCP值的年代际变化不明显，可见湖南降水集中的时间比较稳定。

4　湖南省降水空间变化特征分析

湖南降水集中度和集中期的平均值空间分布结果如图3所示。从图3a中可以看出，湖南降水集中度空间分布特征明显，自西北向东南减少的分布特点，说明相对于湖南东北部来说西北地区的降水更为集中。整个湖南地区降水集中度均不大，在0.3-0.44之间，多年平均值为0.34。湖南西北部降水集中度最强，各台站的集中度均达到0.4以上。其中，龙山站达0.44。衡邵盆地则成为年降水集中度最差的区域，在0.27-0.3之间。其中南岳站集中度低于0.27，说明南岳是全区年降水最均匀的。

从图3b可见，湖南年降水集中期有明显的空间分布规律，跟年降水集中度的空间分布规律比较一致，大致也是自西北向东南逐渐递减，说明最大降水时间自东南向西北推迟。西北部是湖南地区年降水集中期最晚的区域，在145-155之间，其中桑植的集中期大于155，也就是桑植的最大降水量出现在6月中旬。东南部的衡邵盆地和株洲南部是整个湖南省年降水集中期最早的区域，常宁、衡阳、耒阳、祁东、攸县、安仁等站点的集中期都小于120，说明这些站点最大降水量出现在5月上旬。对比可知，降水较集中的湘西北地区，最大降水出现较晚，一般在6月上、中旬，而最大降水较早的湘东南地区降水最为均匀，最大降水一般出现在5月上、中旬。

湖南年降水集中在5、6月，受各种天气系统的影响。春未夏初，冷暖空气频繁交汇，极易形成暖式切变线，产生强降水。加上6月上、中旬，雨带推移至长江中下游，西南低涡和切变线在梅雨锋上活跃，维持了梅雨期持续性降水，还为强降水提供了充沛的水汽和能量。此外，孟加拉湾的西风暖湿气流源源不断北上，为西南低涡提供了充足的水汽。

5　降水集中度和集中期合成分析

本文采用合成分析法，分别对湖南省1961-2007年4-9月降水量最多和最少前5年进行合成。多水年依次为：1999、2002、1973、1970、1994。少水年依次为：1963、1985、966、1978、1972。

从图4a、b中可以看出，多水年PCP和少水年PCP的分布情况不同。在多水年，降水集中期由新化、涟源、怀化、芷江一带向南北两侧递减。多水年集中期高值中心位于湘西南地区，大部分地区在140-145，也就是说，湘西南最大降水出现最迟，在6月上旬；集中期低值中心在湘东南地区，宜章、临武最低，低于115，也就是说湘东南地区最大降水出现较早。在少水年降水集中期自西北向东南递减，最大降水出现时间自西北向东南提前。少水年降水集中期高值中心在湘西北，大部分地区达到140。集中期低值中心在湘中地区，大部分低于113。但是值得注意的是，除了湘西北和湘东南地区，多水年降水集中期整体晚于少水年降水集中期。这说明多水年降水多集中在5月下旬至6月上旬，而少水年降水集中时间可能会提前半个月左右。

从图4c、d所示，多水年PCD与少水年PCD空间分布比较一致，大致由西北向东南递减。其中PCD高值中心位于湘西北地区，但低值中心多水年和少水年分布不同，多水年降水集中度低值中心位于湘中地区少水年降水集中度低值中心位于湘西南地区。由此可见，无论是多水年还是少水年，湘西北地区的降水比湘东南地区集中，所以对湘西北地区的防洪抗灾工作得更加重视。多水年降水整体比少水年更加集中，说明在多水年发生洪涝灾害的可能性将更大。

6　结论

（1）湖南省PCD的值偏小，在0.14-0.50之间变化，1961-2007年PCD整体呈上升趋势，上升速率为0.007/10a；PCP值在104-154之间变化，也就是降水主要集中在5月初到6月下旬，PCP整体呈上升趋势，上升速率为0.635/10a。PCD存在四个特征时间尺度，分别为5年、7年、15年、35-40年；PCP存在5年左右的短周期和14年左右的长周期变化。

（2）湖南PCD空间分布特征明显，自西北向东南减少的分布特点，说明相对于湖南东北部来说西北地区的降水更为集中。PCD跟年降水集中度的空间分布规律比较一致，大致也是自西北向东南逐渐递减，说明最大降水时间自东南向西北推迟。

（3）多水年PCD与少水年PCD空间分布规律比较一致，由西北向东南递减。其中PCD高值中心位于湘西北地区，但低值中心多水年和少水年分布不同，多水年降水集中度低值中心位于湘中地区少水年降水集中度低值中心位于湘西南地区。

（4）降水集中度和集中期是近年提出用来年内和汛期降水分配的一个重要参数，可以较理想地分析湖南省降水的基本特征，较准确的表述年内降水分布的规律。

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[3]Zhang L J, Qian Y F. Annual distribution features of the yearly precipitation in China and their interannual variations. Acta Meteor Sinica, 2003, 17(02):146-163.

[4]姜爱军,杜银,谢志清,等.中国强降水过程时空集中度气候趋势[J].地理学报,2005,60(06):1007-1014.

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