1980-2015年贵州省不同等级降雨日数时空变化特征

莫跃爽，索惠英，焦树林，赵宗权，张 洁，赵 梦

(贵州师范大学 地理与环境科学学院，贵州 贵阳 550025)

1 研究背景

近年来，随着全球气候变暖，降水气候变化也受到了人们的广泛关注。国内外学者主要就降水量的时空变化、年代际变化、气候区划、降水相关分析以及极端降水的变化等方面进行了研究，且取得了丰硕的成果[1-4]，但针对量级降水和非汛期降水的研究较少。降雨日数与降水频率有密切关系，雨日能反映降水在时空分布上的均衡情况和区域特征，以及相关的天气系统和背景大气环流在该地区的活动强度，对气候变化趋势和旱涝灾害防治具有重要的现实意义。在国内，黄嘉佑[5-6]首先开始对月降雨日数进行研究，并分析了我国夏季雨日与海温的关系，进入21世纪后，关于雨日的研究引起了更多学者的关注，但所研究的时间尺度不一，研究区域和时段也不同，部分学者还对雨量等级标准进行了进一步划分，增加了微量等级等[7]和降水强度等级[8]。陈晓燕等[9]、吴昊旻等[10]、刘金平等[11]得出小雨日数在总降雨日数中是最主要的，总雨日数的减少主要是由于小雨日数的减少所致，且近50年来我国大到暴雨雨量和日数比重有所增加。谢益军等[12]研究中国8个气候区不同强度降雨日数的变化情况，认为我国长江流域和东北地区的极端降雨日数分别在冬季和夏季、冬季和春季显著增加，而西北地区四季的极端降雨日数均呈显著增加趋势；其季节极端降水异常主要受ENSO影响。此外，李慧等[13]指出华南地区强降水雨日数呈增加趋势。汪卫平等[14]认为中国年总雨日数高值区在四川东部、贵州、江南及云南西南部，推测其原因与青藏高原东部低层回流冷空气形成的静止锋或辐合带相关。

贵州省位于中国西南腹地[15]，属我国典型喀斯特山区[16]，生态环境脆弱[17]，自然灾害频发。以往对贵州省降水的研究多侧重于年代际的多年平均状态[18]、极端降水指数[19-20]、强降水变化特征[21-22]，从地形坡度、流域及汛期与非汛期等方面进行研究，缺乏对不同雨量等级进行分析探讨，现有研究表明[23-25]，降雨日数减少的范围远大于降雨量减少的范围，且具有较强的区域性和季节性[8-9]，因此，在研究降雨量的同时，很有必要研究降雨日数及各等级雨量在不同地貌类型上的气候特征及其规律，以期为当地制定防灾减灾措施提供现实指导和理论依据。

2 资料与方法

2.1 研究区概况

贵州是中国南方一个岩溶极其发育的省份，位于中纬度(103°36′～109°35′E，24°37′～ 29°13′N)的云贵高原，是全国云量最多的地区，受云贵静止锋的影响，多阴雨天气。贵州省属亚热带湿润季风气候，南来的暖湿气流常与北来的冷空气在省内交绥，常年雨量充沛，时空分布不均，年降雨量大都超过1 100 mm，平均气温在15℃左右，光照适中，相对湿度较大，日照时数少，雨季明显，四季分明。贵州地处高原，高原、丘陵和山地约占全省面积的97%，“坝子”仅占3%。地势西高东低，平均海拔1 100 m，地面起伏大，海拔高度相差2 500 m以上，境内山峦交错、河谷纵横，地势极为复杂，大部是崇山峻岭，少部是丘陵起伏，仅在山脉的平缓处有少数山间盆地，垂直差异较大，立体气候明显。省内降雨日数多，高地尤多，夏半年多于冬半年。贵州省地形地貌及气象站点分布见图1。

2.2 研究数据及方法

本文采用1980-2015年贵州省19个气象站点的24 h日降水量，统计小雨、中雨、大雨、暴雨、总雨日日数，数据来自中国气象数据网。19个站点中，遵义站的缺测和错误率为2.54%，其余站点均小于1%，错误或缺测的数据采用其他年份同期的平均值代替。以3-5月为春季，6-8月为夏季，9-11月为秋季，12-翌年2月为冬季[26]。为了方便分析，基于地形、岩性和地质的区域结构条件，将贵州省分为6个地貌区，即岩溶槽谷、非喀斯特区、岩溶高原、峰丛洼地、岩溶峡谷、岩溶盆地[27](详见图1)。将24 h日降水量(包括降雪)≥0.1 mm定义为雨日，若日降水量在0.1～9.9 mm之间，则该日雨量等级定义为小雨，10.0～24.9 mm为中雨，25.0～49.9 mm为大雨，日降水量≥50.0 mm定义为暴雨。气候态为1980-2015年共36 a的雨日平均值。所用的方法有线性趋势法、概率估算法、M-K突变检验法等，并采用GIS样条函数插值法绘图。

图1 贵州省地形地貌及气象站点分布

3 结果与分析

3.1 各地貌区降水日数的趋势分析

表1为1980-2015年贵州省6个地貌区暴雨、大雨、中雨、小雨、总雨日年均降雨日数及线性系数。从表1中可看出，贵州省年均总雨日数为170.80 d，岩溶盆地最多，高达181.31 d，峰丛洼地最少，为161.06 d，两者相差20 d左右；暴雨、大雨在岩溶盆地比较常见，日数分别为3.39 d和10.94 d，在岩溶峡谷日数较少，分别为1.42 d和5.31 d；中雨日数范围为18.68～25.39 d，全省平均值为20.77 d，中雨日数最高的仍是岩溶盆地25.39 d，最低的是岩溶高原18.68 d；小雨日数总体较多，均值为138.88 d，范围为126.63～152.13 d，小雨日数起伏较大，在岩溶高原最频繁，在峰丛洼地最少，比平均水平低12.25 d。从变化趋势上看，1980-2015年间，暴雨和大雨日整体呈微弱上升趋势，而中雨、小雨降雨日数和总雨日呈下降趋势，其中总雨日下降趋势最显著，而中雨日递减趋势不明显。

表1 1980-2015年贵州省各地貌区不同等级降雨的年均日数及线性趋势

3.2 降雨日数的时间变化

1980-2015年贵州省不同等级年降雨日数及年总雨日数变化如图2所示。由图2可看出，暴雨日数和大雨日数呈不明显递增趋势(图2(a)、2(b))，上升速率分别为0.015和0.008 d/a，即36 a内暴雨日数上升了约0.53 d，大雨日数上升约0.28 d。暴雨日数的极低值与极高值相继出现在2013年和2014年，两者相差2.9 d，变化起伏较大。1983年的大雨日数最多，达185 d，比2009年的大雨日数最低值高5.64 d，大雨日在20世纪80年代发生频率相对较低，在90年代较高。中雨日数和小雨日数总体呈递减趋势(图2(c)、2(d))，下降速率分别为0.106和0.602 d/a，可推测这段期间内中雨日数减少3.81 d左右，小雨日数下降约21.68 d，小雨日数降幅度较大。中雨日数在1980年最多，为27.68 d，1980年后开始减少，1990后有短暂的回升情况，在2011年出现最低值12.26 d，极差值为15.42 d，说明整体波动较大。小雨日数最低值出现在1987年，为125.05 d，最高值为2012年的163.95 d，两者相差38.90 d。1980-2015年贵州省年降水日数多年平均值为170.80 d，暴雨、大雨、中雨、小雨分别为2.86、8.29、20.77、138.88 d(表1)，分别占该省多年平均降水日数的1.68%、4.85%、12.16%、81.31%，即小雨日数最多，暴雨日数最少，强降水天数整体呈下降趋势，此结论与文献[28]得出的贵州省强降水天数的时间变化特征结论一致。由于小雨日数占比总雨日的比重最高，因此总雨日数的线性变化趋势与小雨日数大致相同，呈显著的递减趋势，下降速率为0.685 d/a，总雨日数下降约24.67 d，1982年总雨日数最多，为194.58 d，2011年总雨日数最少，为146.84 d；从不同时间阶段看，1987-2000年总雨日数较多，呈增加趋势，其他阶段降水天数呈减少趋势(图2(e))。

图2 1980-2015年贵州省不同等级年降雨日数及年总雨日数变化

3.3 降雨日数的空间变化

前人有研究认为中国雨日数与相应时段的降水分布型呈一致性[29-30]，实际上，小雨决定雨日数，大量级降雨决定降水量，因此雨日数和降水量的分布情况存在较大差异。图3为1980-2015年贵州省年均总雨日数气候态分布及空间变化趋势，由图3(a)可看出，贵州省总雨日数的气候态整体为西多东少，中部多南北少。该时段贵州省年总雨日平均值为170.8 d，雨日最多的地区在习水-毕节一带，可达200 d左右，雨日最少的区域在峰丛洼地的望谟和罗甸，为138～143 d，非喀斯特区的榕江、岩溶槽谷区的铜仁和思南等地的雨日数也偏低，为154 d左右。由图3(b)中变化趋势上看，年总雨日数普遍呈显著下降趋势，总雨日数倾向率从东北至西南递减，即西南部的总雨日数减少最为明显，望谟、罗甸、盘县、兴义等地的倾向率可达-10 d/10a以上，比较特殊的是处于中部的贵阳呈现出一个高值中心，其倾向率为-1.3 d/10a，表明其总雨日减少速率没有周围区域快。

图4为1980-2015年贵州省不同等级年雨日数及空间变化趋势。由图4(a)、4(b)可看出，暴雨日数在西南部较多，在西北部较少，从东到西呈现出递减的趋势；暴雨倾向率均值为0.152 d/10a，说明暴雨日数整体呈上升趋势，且南方高于北方，罗甸、凯里、毕节、榕江这4个站点的倾向率较大，其值分别为0.456、0.414、0.418、0.378 d/10a，盘县为全省暴雨日数倾向率的低值中心，其倾向值为-0.335 d/10a，表明盘县的暴雨日持续偏少。图4(c)、4(d)表明，大雨日数总体分布规律与暴雨日数接近，其高值区在西南部的盘县-兴义-独山一带，大雨日数达10～11 d，低值区在西北部的威宁-毕节-黔西一带，自北向南，大雨日数呈递增趋势；在湄潭为代表的北部地区和东南部的榕江周边大雨日数减少趋势明显，倾向率为-0.248～-0.529 d/10a，大雨日正趋势区域主要在南部岩溶洼地的罗甸、独山一带，倾向值分别为0.516、0.627 d/10a。图4(e)、4(f)表明，中雨日数自东、西向中部递减，东部的三穗、铜仁和西南部的盘县中雨日数较高，日数值在23～26 d之间；中雨日数倾向率除东部的铜仁和榕江的部分地区为正值外，其他绝大多数地区为负值，在安顺、独山和桐梓等地区形成低值中心，倾向率为-3.815～-2.280 d/10a。由图4(g)、4(h)可看出，小雨日数从西北到东南、从西南到东北呈下降趋势，小雨日数的变化趋势与图3(b)中的总雨日大致相同，整体呈下降趋势，其中南部和西部的下降速率最快，以非喀斯特区的望谟、罗甸地区为典型代表，倾向率分别达-12.761、-13.089 d/10a。

图4 1980-2015年贵州省不同等级年雨日数及空间变化趋势

图3 1980-2015年贵州省年均总雨日数气候态分布及空间变化趋势

3.4 雨日概率的年内分布特征

1980-2015年贵州省不同地貌类型不同等级雨日气候概率的年内分布如图5所示。为清楚显示暴雨日的概率，图5中使用双坐标，其中，横坐标为365 d，左边纵坐标为1980-2015年36 a年内平均每天出现总雨日、小雨、中雨、大雨的概率，右边纵坐标为暴雨概率，总雨日、暴雨、大雨、中雨、小雨日的概率以30 a滑动平均线性显示。总雨日概率分布大致可分为3类：平缓型、单峰型、双峰型[14]。

如图5(a)、5(b)和5(d)可知，岩溶槽谷、非喀斯特区和岩溶高原地区总雨日概率属于第1类平缓型，即全年多雨日，总体波动不大，总雨日概率的主峰值特征不明显，分布有多个小峰值，同时也存在一些区域差异：岩溶槽谷和非喀斯特区总雨日概率在春季时为全年最大值，达0.57，同期小雨、中雨和大雨日概率也出现了最高值，全年雨日概率最小是在冬季，概率分别为0.34和0.21；岩溶高原在5月总雨日概率最大，达0.58，小雨概率最大值则出现在1月；岩溶槽谷和非喀斯特区的暴雨概率在夏季有一个比较明显的峰值，主要在6月，期间正值江南的梅雨期，暴雨概率除了在冬季很低之外，在9、10月下旬也出现明显的暴雨低发时段；岩溶高原地区的暴雨概率年内分布相对集中，在4-10月呈单峰型出现，且在7月达到峰值。

第2类单峰型总雨日概率分布出现在峰丛洼地地区，如图5(c)所示。峰丛洼地地区的各等级降雨峰值早晚、概率大小均存在差异。图5(c)表明，总雨日概率在6、7月达到最大值0.58，小雨概率在3月出现一个短暂的峰值，之后总体呈下降趋势；峰丛洼地的暴雨概率在6月和8月出现两个峰值，概率分别为0.084和0.098，是全省6个地貌区暴雨总概率最高的地区。

第3类双峰型总雨日概率分布地区包括岩溶峡谷和岩溶盆地，如图5(e)、5(f)所示。由图5(e)、5(f)可看出。岩溶峡谷和岩溶盆地在冬季的总雨日概率偏低，但在其他季节雨日概率明显增多，且有两个峰值出现，在5月底-7月出现第1个峰值，随后在9-10月出现第2个峰值。有研究显示[14]，岩溶盆地、岩溶峡谷大部分区域位于贵州省西部，处于西南暖湿气流入侵通道，故西南部地区多雨，另一原因是当西太平洋副热带高压控制该省，大部分地区处于连晴少雨时，该区恰处于副高压边缘，反而多降暴雨。岩溶峡谷的暴雨概率呈对称双峰型(图5(e))，岩溶盆地的暴雨概率在7月份出现一个极大峰值，达0.14(图5(f))，说明该地区历年在同期出现暴雨天气的可能性最大。

图5 贵州省不同地貌区不同等级雨日概率的年内分布

3.5 降雨日数的M-K突变检验

1980-2015年贵州省不同等级降雨日数M-K突变检验结果如图6所示。从暴雨日数的突变检验图(图6(a))来看，1983年前，UF值小于0，说明在此期间，暴雨日数表现出下降趋势；1983年后UF值大于0(1986、1990年除外)，暴雨日数有回升的迹象，由于UF与UB两条线存在多个交点，故贵州省的暴雨日数未发生明显突变。大雨UF曲线(图6(b))显示，1980-1994年，绝大多数年份UF值小于0，大雨日数呈现出递减的趋势，1994年后UF值大于0，大雨日数增加。由中雨日数UF曲线(图6(c))可见，1980-2015年的UF值均小于0，说明该期间中雨日数总体呈下降趋势。1985年以前小雨日数曲线中的UF值大于0(图6(d))，小雨日数增加，2000年以后UF值小于0，小雨日数明显减少。从总雨日UF曲线(图6(e))可以看出，1984年以后的所有年份的UF值小于0，总雨日大部分年份呈递减趋势，并两次超出U0.05=-1.96置信水平，总体来看，总雨日日数呈显著下降趋势。

在95%的显著性水平下，1980-2015年贵州省的小雨日数、总雨日数均发生了突变(图6)，并且均在突变后呈现显著性下降的趋势，暴雨、大雨和中雨的雨日数未发生突变。小雨日数的UF和UB曲线在0.05显著性水平区间中相交于1998年左右，UF曲线在2002年左右开始低于U0.05=-1.96的显著性水平，说明贵州省的小雨日数存在明显的突变。小雨日数的突变点在1998年左右，在突变前小雨日数的多年平均值为144.9 d，而突变后的多年平均值为133.8 d，突变后比突变前减少了11.1 d。同理，总雨日数的突变点在1997-1998年，突变前总雨日数多年平均值为177.6 d，突变后的多年平均值为163.4 d，突变后比突变前减少了14.2 d。

图6 1980-2015年贵州省不同等级降雨日数的M-K突变检验

4 讨 论

在全球气候变暖的影响下，我国雨日数呈减少趋势[14,31]，大到暴雨增加区主要集中在南方[8-9]。本文在时间序列变化上得出，贵州省总降水日数和小雨日数为负趋势，暴雨和大雨日数呈不明显上升趋势，这与前人研究得到的云贵高原雨日数结果一致[7,16,25]。王颖等[31]通过计算中国最大雨日概率的10个城市，得出贵州省毕节、贵阳、兴仁、遵义4个城市均在其中，进一步表明贵州省中西部雨日较多，但省内大多数城市的雨日数明显减少。贵州省雨日等级表现出的特征在一定程度上可能加大旱涝灾害发生的概率[15-16]，如望谟地区降水量、降水强度、总雨日、中雨日、小雨日均较低，但暴雨日数和变化率非常高；盘县的暴雨、大雨、中雨日数均非常高，而其变化率和总雨日数相对偏低。针对贵州省雨日等级体现出的特殊性，需进一步分析地形地势和季风活动等对贵州省降雨日数的影响，加强对大雨以上量级雨日数的降水动态研究及灾害防治。

本文通过现代统计诊断方法，比较客观地分析出1980-2015年贵州省雨日数的时空气候变化趋势，但为什么会产生这些变化还未作深入研究，对于该区域降雨特征的形成原因还需要从物理角度作进一步的探讨。贵州省降雨日数大体呈现出明显的下降趋势，但进入21世纪后特别是2010年以后却呈增加趋势，未来降雨日数又会呈现怎样的变化趋势、大气环流是如何影响我国西南地区的雨量等级、其影响过程通过何种方式来实现等问题，均有待于今后进一步分析和数值模拟研究。

5 结 论

(1)1980-2015年贵州省各地降雨日数多年平均值常在130～200 d之间，全省年总雨日平均值约为171 d，雨日时空分布主要由小雨日数分布决定，总雨日数与小雨日数分布情况大致相同，总体表现为西多东少，中部多南北少，180 d以上降雨日数的地区主要分布在中部和西部，以毕节、习水一带的200 d为最多。暴雨、大雨、中雨、小雨日数分别为2.86、8.29、20.77、138.88 d，暴雨、大雨日数的空间上呈带状分布，整体表现为南多北少；中雨日数存在两个大值中心，一个位于东部，另一个位于西南部的岩溶盆地。

(2)1980-2015年贵州省暴雨和大雨日整体呈不显著上升趋势，而中雨、小雨、总雨日数呈下降趋势，总雨日下降趋势最显著。岩溶峡谷的雨日数最多，非喀斯特区和岩溶槽谷最少，暴雨、大雨、中雨日数高值区在岩溶盆地，低值区在岩溶峡谷。

(3)从降雨时间分配来看，冬半年少于夏半年，冬季是全年中降雨日数最少的季节，尤其以南部地区较少。贵州省总雨日年内概率分布曲线可分为3类：平缓型、单峰型、双峰型。岩溶槽谷、非喀斯特区和岩溶高原地区属于第1类平缓型，全年多雨日，总体波动不大；峰丛洼地地区为单峰型，夏季雨日多，冬季雨日少；岩溶峡谷和岩溶盆地为双峰型，冬季雨日少，其他季节雨日多，在5-7月和9-10月各有一个峰值，岩溶峡谷地区的暴雨年内概率分布呈对称双峰型，岩溶盆地的7月份暴雨概率高达0.14，说明该地区历年在同期出现暴雨天气的可能性极大，应注意防汛防灾。

(4)贵州省的小雨日、总雨日数在1997-1998年发生突变，呈显著的下降趋势，且均通过0.05的显著性检验，暴雨、大雨和中雨日数均未发生突变。