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分析乌江中下游流域极端降水强度及事件频数的特征
摘要：利用1987—2017年乌江中下游流域思南、德江、沿河三站国家站逐日降水数据,采用95位百分位法定义极端降水事件发生阈值,运用统计学方法分析乌江中下游流域极端降水事件频数和强度的特征,基于MK非参数检验方法对极端降水事件频数和强度长期变化趋势进行检验。研究近31年乌江中下游流域三站极端降水频数和强度的特征与关系,结果表明,乌江中下游流域思南、德江、沿河近31年来发生极端降水事件阈值分别为31.5mm、31.2mm、33.5mm,平均极端降水频数分别为7.6d、8.1d、7.5d,平均极端降水强度分别为52.3mm/d、53.4mm/d、55.3mm/d,近31年来三站发生极端降水事件的频数和强度总体有上升的趋势,日降水量大于100mm的极端降水事件主要集中出现在6月和7月,典型极端降水事件年发生概率为45%。
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乌江中下游流域处于亚热带季风区,地处气候变化的脆弱地带,易受到极端降水天气过程影响,极端降水事件是阻碍社会经济发展的重大灾害性天气,研究极端降水事件相关参数的特征和关系是亟亟所需的。王苗等[1]对我国极端降水事件的研究进展进行了综述,指出极端降水的长期变化特征具有区域性,王志福等[2]对中国极端降水事件的频数和强度特征进行研究,发现极端降水事件多发生在35°N以南地区,并且极端降水持续时间较长。张艳梅等[3]对贵州主汛期极端降水事件及其环流特征进行分析,指出贵州主汛期极端降水阈值自北向南逐渐增大,极端降水事件发生频数西部比东部高。高红梅等[4]对乌江流域降水气候特征进行分析,指出乌江下游德江一带暴雨天气日数较多。前人学者对极端降水做了大量研究,但针对乌江中下游流域极端降水事件的研究相对较少,本文选取思南、德江、沿河为研究区域,研究乌江中下游流域发生极端降水事件的频数和强度,总结归纳极端降水频数和强度等相关参数的特征和变化趋势,为预测乌江中下游流域发生极端降水事件提供参考。
1、数据与方法
1.1数据
由贵州省气象信息中心提供的1987—2017年思南、德江、沿河国家站逐日降水数据。
1.2极端降水事件相关定义
本文采用第95位百分位法,将1987—2017年逐年日降水量数据按从小到大的升序排列,选取第95位百分位的31年平均值作为极端降水事件发生的阈值,当某日降水量大于阈值则记为发生一次极端降水事件。本文定义每年出现极端降水事件天数之和为极端降水频数,极端降水强度为每年出现极端降水事件的日降水量之和与极端降水频数之比。本文定义日降水量大于100mm为典型极端降水事件阈值,将发生典型极端降水事件的年份定义为典型极端降水事件年。
1.3MK非参数检验方法
MK检验方法[5]是一种非参数检验方法,已广泛用于分析气象要素时间序列的长期变化趋势,MK检验不需要样本遵从一定分布,也不受少数异常值干扰。本文基于MK检验方法检验思南、德江、沿河三站近31年极端降水事件频数和强度的长期变化趋势。
2、极端降水事件特征分析
2.1极端降水频数和强度特征
我国气象规定日降水量大于50mm为暴雨量级,通过第95位百分位法对乌江中下游流域三站极端降水阈值进行定义,研究发现近31年思南、德江、沿河出现极端降水事件的日降水量在31.2mm到33.5mm之间均小于50mm,平均极端降水频数为7d到8d天,平均极端降水强度在52.3mm/d到55.3mm/d之间(表1)。再对日降水量大于100mm的大暴雨量级的极端降水事件进行统计分析,统计结果表明思南典型极端降水事件年为10年,且多发生在7月,德江为17年多发生在6—7月,沿河为15年多发生在6—7月,思南、德江、沿河典型极端降水事件年出现概率分别为32%、55%、48%。
表1近31年乌江中下游流域极端降水事件相关参数值
根据统计分析,近31年思南、德江、沿河发生极端降水频数在2d到16d之间(图1),极端降水强度在36mm/d到81.6mm/d之间(图2),乌江中下游沿思南至沿河一带极端降水频数呈先增加后减少的变化趋势,德江出现极端降水事件为最多,极端降水强度呈增强趋势(表1)。而三站发生极端降水事件大于平均极端降水频数分别出现了14年、14年、15年,结果表明乌江中下游流域每年发生7天以上且强度大于52mm/d的极端降水事件的概率大于45%。
图1近31年乌江中下游流域极端降水频数逐年柱形图
2.2极端降水频数和强度长期趋势
用MK检验法检验近31年思南、德江、沿河极端降水频数和强度的长期变化趋势,给定显著性水平α=0.05,临界值U0.05=±1.96绘制趋势图,UF和UB曲线的交点为突变点。由图3极端降水频数变化趋势思南站1991年后主体呈现出增加趋势,德江站1992年后呈增加趋势,沿河站1990年后呈增加趋势。由图4极端降水强度变化趋势思南站2000年后呈增强趋势,德江站1995年后大体呈增强趋势,沿河站1997年后呈增强趋势。
图2近31年乌江中下游流域极端降水强度逐年折线图
图3近31年乌江中下游流域极端降水频数变化趋势
3、结论
本文主要研究分析1987—2017年近31年乌江中下游流域逐日降水量数据。研究结果表明:
图4近31年乌江中下游流域极端降水强度变化趋势
(1)乌江中下游流域极端降水事件阈值为32mm,年极端降水频数多出现在7～8d,年极端降水强度平均为53.6mm/d,最大极端降水频数为16d,最强极端降水强度为81.6mm/d,日降水量100mm以上的极端降水事件多发生在6—7月,典型极端降水事件年出现概率为32%以上。
(2)思南、德江、沿河三站极端降水频数和强度时间序列上的长期变化趋势,近31年以来乌江中下游流域极端降水频数1992年后呈增加趋势,极端降水强度2000年后呈增强的趋势,乌江中下游流域极端降水频数和强度整体上呈现出上升的趋势。
(3)乌江中下游流域思南至沿河一带,极端降水频数呈先增加后减少变化趋势,极端降水强度呈逐渐增强的变化趋势,典型极端降水事件年出现概率呈逐渐增加趋势。本文因站点选择有限,对于极端降水事件的空间变化趋势研究还存在局限性,需要进一步研究。
参考文献：
[1]王苗,郭品文,邬昀,等.我国极端降水事件研究进展[J].气象科技,2012(1):79-86.
[2]王志福,钱永甫.中国极端降水事件的频数和强度特征[J].水科学进展,2009(1):1-9.
[3]张艳梅,黄峰,钟静,等.贵州主汛期极端降水事件及其环流特征分析[J].热带地理,2009(5):445-449.
[4]高红梅,严小冬,王丽.近50a乌江流域降水气候特征分析[C]//贵州省气象学会2013年学术年会论文集.安顺:贵州省气象学会,2013:233-238.
[5]曹洁萍,迟道才,武立强,等.Mann-Kendall检验方法在降水趋势分析中的应用研究[J].农业科技与装备,2008(5):35-37.
[6]王静,余锦华,何俊琦.江淮地区极端降水特征及其变化趋势的研究[J].气候与环境研究,2015,20(1):80-88.
[7]王金凤,代稳.贵州省乌江流域地貌定量研究[J].贵阳学院学报(自然科学版),2015(1):66-68.
[8]彭芳,吴古会,杜小玲.贵州省汛期短时降水时空特征分析[J].气象,2012,38(3):307-313.
张丹丹,黎荣,刘勋埙,王棚,许文亚.乌江中下游流域极端降水频数和强度浅析[J].贵州科学,2020,38(03):58-61.
基金:贵州省气象局科研业务登记项目(黔气科登[2018]07-10号).
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2020-06-16
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