广东省极端降水事件的变化特征_王文静

Ａｂｓｔｒａｃｔ：［Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ］Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｅｌｕｃｉｄａｔｅｄ ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｅｘｔｒｅｍｅ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｅｖｅｎｔｓ ｉｎ Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ ａｎｄ ｍａｄｅ ｆｏｒｅｃａｓｔｓ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｔｒｅｎｄｓ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｃｌｉｍａｔｅ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ，ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ． ［Ｍｅｔｈｏｄｓ］Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｄａｉｌｙ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｄａｔａ ｏｆ ２４ ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ ｓｔａｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ ｄｕｒｉｎｇ １９６０—２０１３，ｔｈｅ ｅｘｔｒｅｍｅ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄｓ ｗｅｒｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｆｏｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｔａｔｉｏｎｓ ｂｙ ｔｈｅ ｃｅｎｔｅｓｉｍａｌ ｖａｌｕｅ ｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄ ｔｈｅｎ，ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｅｘｔｒｅｍｅ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｅｖｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ Ｍａｎｎ－Ｋｅｎｄａｌｌ ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄ，ｗａｖｅｌｅｔ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅ Ｈｕｒｓｔ ｉｎｄｅｘ ｔｏ ｅｘｐｌｏｒｅ ｔｈｅ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｅｘｔｒｅｍｅ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｅｖｅｎｔｓ． ［Ｒｅｓｕｌｔｓ］Ｔｈｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ａｎｄ ｒａｉｎｆａｌｌｓ ｏｆ ｅｘｔｒｅｍｅ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｅｖｅｎｔｓ ｉｎ Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ ｗｅｒｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ．Ｅｘｔｒｅｍｅ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ａｃｃｏｕｎｔｓ ｆｏｒ ａｂｏｕｔ ５０ｐｅｒｃｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ．Ｉｎ ｓｐａｃｅ，ｔｈｅ ｆｒｅ－ ｑｕｅｎｃｙ ｏｆ ｅｘｔｒｅｍｅ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｅｖｅｎｔｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｎｏｒｔｈ ｔｏ ｔｈｅ ｓｏｕｔｈ，ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｓｈｏｗｅｄ ｏｐ－ ｐｏｓｉｔｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ．Ｅｘｔｒｅｍｅ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａｎｄ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｗｅｒｅ ｆｏｒｅｓｔｅｄ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｏｎｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐａｓｔ，ｓｈｏｗｉｎｇ ｃｏｎｔｉｎｕａｌｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｒｅｎｄ．［Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ］Ｔｈｅ ｆｒｅｑｕｅｎｔ ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ ｏｆ ｅｘｔｒｅｍｅ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｅｖｅｎｔｓ ｃａｕｓｅｄ ｓｅｒｉｏｕｓ ｌｏｓｓｅｓ ｔｏ Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ．Ｔｈｅ ｐｒｏｖｉｎｃｅ ｓｈｏｕｌｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎ ｔｈｅ ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ｏｆ ｅｘｔｒｅｍｅ ｅｖｅｎｔｓ．Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｔａｋｅｎ ｔｏ ｄｅａｌ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｘｔｒｅｍｅ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｃａｓｅｓ ｒｅｓｕｌｔｅｄ ｆｒｏｍ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃａｕｓｅｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｘｔｒｅｍｅ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｅｖｅｎｔｓ；ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ；Ｈｕｒｓｔ ｉｎｄｅｘ；Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ
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水土保持通报 第３６卷
化 ，温 度 极 端 值 的 变 化 导 致 干 旱 和 洪 涝 等 极 端 气 候 事 件 发 生 的 频 率 和 强 度 呈 现 出 增 加 的 趋 势 ，从 而 加 剧 了 极端事件所 带 来 的 影 响 。 ［２］ 极 端 气 候 的 频 繁 出 现 会 给 当 地 居 民 的 生 活 、经 济 等 造 成 巨 大 的 损 失 ，因 此 ，越 来越多的国内外学者加大了对极端气候事件的研究 和预测。Ｚｈａｉ等［３］对５０ａ来中国 的 极 端 降 水 的 变 化 进 行 了 研 究 ，发 现 极 端 降 水 在 华 北 和 四 川 盆 地 呈 现 出 显著减少的趋势，而 在 西 部 地 区、长 江 流 域 和 东 南 沿 海呈现出相 反 的 趋 势。 杨 素 英 等 利 ［４］ 用 中 国 东 北 地 区的降水数据对极端降水事件时空演变特征进行了 分 析 ，发 现 在 增 温 的 大 背 景 下 频 次 和 强 度 随 之 呈 现 出 增加的态势。 陆 虹 等 对 ［５］ 运 用 线 性 回 归、Ｍ－Ｋ 突 变 检验、ＥＯＦ 等方 法 分 析 了 华 南 地 区 极 端 强 降 水 频 次 的变化特 征，结 果 发 现 年 极 端 强 降 水 频 次 分 布 不 均 匀，即在华南中部较 大、广 东 沿 海 和 广 西 西 部 内 陆 较 小。汪宝龙等 对 ［６］ 西 北 地 区 极 端 事 件 的 变 化 特 征 进 行研究发现西北地区年平均降水强度和干旱天数持 续增加。袁文德等 基 ［７］ 于西南地区９０个气象站 点 的 逐日降水数据对极端降水事件进行了空间变化特征 的分析，发现西 南 地 区 近 ５０ａ极 端 降 水 事 件 总 体 呈 上升的趋势，但显 著 性 不 高。 截 止 目 前，众 多 学 者 加 大了对于大区域极端事件的研究。对于广东省降水 的研究只局限在时 间、空 间 变 化 等 方 面，而 对 极 端 降 水事件的变化特征及其未来趋势的判断研究相对较 少。基于此，本研究利用近５４ａ来广东省 ２４ 个 观 测 站 点 的 逐 日 降 水 资 料 ，分 析 极 端 降 水 事 件 的 分 布 特 点 并 对 未 来 的 变 化 趋 势 进 行 了 判 断 ，以 期 为 广 东 省 的 气 候 评 估 预 测 、生 态 环 境 建 设 及 促 进 经 济 的 可 持 续 发 展 等提供科学依据。
文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０００－２８８Ｘ（２０１６）０２－０２９３－０６
中 静 ，延 军 平 ，刘 永 林 ．广 东 省 极 端 降 水 事 件 的 变 化 特 征 ［Ｊ］．水 土 保 持 通 报 ，２０１６，３６（２）：２９３－ ２９９．ＤＯＩ：１０．１３９６１／ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｔｂｃｔｂ．２０１６．０２．０５５
２ 资料来源和研究方法
２．１ 资 料 来 源 气象资料来自于中国气象科学数据共享服务网
提供的中国地面气候资料日值数据集。在保证数据 完 整 、气 象 站 点 均 匀 的 前 提 下 ，选 取 了 广 东 省 的 ２４ 个 气象站点１９６０—２０１３ 年 的 逐 日 的 降 水 数 据，个 别 缺
测 的 降 水 数 据 利 用 插 值 法 进 行 填 补 ，经 整 理 后 的 数 据 具有较好的连续性和代表性。 ２．２ 研 究 方 法 ２．２．１ 阈 值 的 百 分 位 法 对 于 极 端 气 候 事 件 的 检 测 ，最 常 见 的 方 法 有 绝 对 阈 值 法 和 百 分 位 阈 值 法 。 绝 对 阈 值 法 是 设 定 某 一 固 定 数 值 ，当 大 于 或 者 小 于 该 值 时 ，则 认 为 发 生 了 极 端 事 件 。 我 国 通 常 将 日 降 水 量 超 过５０ｍｍ 的 降 水 事 件 称 为 暴 雨，日 降 水 量 超 过 ２５ ｍｍ 且低于 ５０ ｍｍ 的 降 水 事 件 称 为 大 雨。 事 实 上， 对 于 不 同 地 区 来 说 ，极 端 降 水 事 件 不 能 完 全 按 照 国 家 统一的固定阈值来简单地进行定义 。 ［８］ 比如，中 国 的 干旱半干旱地区 如 果 采 用 绝 对 阈 值 法 （５０ ｍｍ）几 乎 检 测 不 到 极 端 降 水 的 存 在 。 因 此 ，为 了 确 保 资 料 的 可 靠 性 ，本 文 采 用 了 百 分 位 法 定 义 了 各 站 极 端 降 水 事 件 的阈值，即把 １９６０—２０１３ 年 逐 日 降 水 数 据 按 升 序 排 列，将第９５个百分位值的５４ａ平均值定义为 极 端 降 水 事 件 的 阈 值 ，当 某 站 某 日 的 降 水 量 超 过 该 站 极 端 降 水 事 件 的 阈 值 时 ，称 该 日 出 现 了 极 端 降 水 事 件 。 极 端 降 水 量 为 每 年 极 端 降 水 事 件 的 降 水 量 的 总 和 ；极 端 降 水 频 次 为 每 年 发 生 极 端 降 水 事 件 的 天 数 ；而 极 端 降 水 量与极端降水天数的比值则称为极端降水强度。 ２．２．２ 小 波 分 析 法 小 波 分 析 方 法 是 由 工 程 师 Ｍｏｒｌｅｔ［９］首先提出 的，是 一 种 时 频 分 析 方 法，它 开 启 了 一 个 全 新 的 领 域 ，对 于 科 学 研 究 具 有 十 分 重 要 的 意 义。小波分析为更好地研究时间序列问题提供了可 能 ，能 清 晰 地 揭 示 出 隐 藏 在 时 间 序 列 中 的 多 种 变 化 周 期，充分反映系统在 不 同 时 间 尺 度 中 的 变 化 趋 势，并 能定性估计系统未来发 展 的 趋 势 。 ［１０］ 根 据 小 波 系 数 曲线反映 的 冷 暖、干 湿 交 替 情 况 以 及 对 主 周 期 的 分 析 ，可 以 预 测 未 来 一 段 时 间 内 气 候 演 变 的 趋 势 。 ２．２．３ Ｈｕｒｓｔ指 数 分 析 法 Ｈｕｒｓｔ指 数 分 析 法 最 早 由英国水文专家赫斯特在尼罗河水库水流量和储存量 之间的关系的研究中提出的，而后不断完善，被大多数 学者广泛地应用到降水事件的研究中。根据 Ｈｕｒｓｔ指 数 Ｈ（０＜Ｈ＜１）的 数 值 大 小 来 判 断 其 未 来 的 变 化 趋 势：（１）当 Ｈ＝０．５时，表示各时间序列相互独立，即 未来变化与历 史 变 化 情 况 无 关；（２）当 ０＜Ｈ ＜０．５ 时，表示各要素时间 序 列 具 有 反 持 续 性，即 未 来 变 化 情况与过去变化呈相反 的 趋 势，Ｈ 值 越 小，其 反 持 续 性 越 强 ；（３）当 ０．５＜Ｈ ＜１ 时 ，表 示 各 要 素 时 间 序 列 具有持续性，即 未 来 变 化 情 况 与 过 去 变 化 相 一 致，Ｈ 值越大，也就是 Ｈ 值越接近１，持续性越强。