江苏省极端降水时空分布特征研究

论文总字数：17853字

目 录

摘要.....................................................2

1. 引言...................................................2

2 国内外研究现状..........................................2

2.1 国内研究现状....................................................2

2.2 国外研究现状....................................................3

3 研究区概况与研究方法....................................3

3.1 研究区概况......................................................3

3.2 资料来源........................................................3

3.3 研究方法........................................................4

3.3.1 极端降水定义...............................................4

3.3.2 反距离加权插值.............................................4

3.3.3 气候倾向率.................................................5

3.3.4 Mann-kendall检验...........................................5

4 研究结果与分析..........................................6

4.1 极端降水的时间变化特征..........................................7

4.1.1 极端降水年际变化特征......................................7

4.1.2 极端降水距平变化..........................................9

4.1.3 极端降水季节变化特征......................................9

4.1.4 极端降水突变分析.........................................11

4.2 极端降水的空间变化特征.........................................11

4.2.1 年极端降水空间分布特征...................................11

4.2.2 极端降水季节空间分布特征.................................11

5 结论与讨论.............................................17

5.1 结论...........................................................17

5.2 讨论...........................................................18

参考文献.................................................18

致谢.....................................................21

江苏省极端降水时空分布特征研究

周羽鑫

摘要：江苏省是长江三角洲地区的主要组成部分之一，也是我国的重要农业区之一，同时江苏省也是降水充足，洪涝灾害频发的地区之一，对江苏省的极端降水时空分布进行研究，可以为江苏省甚至长江三角洲地区的农业生产和防洪减灾提供依据。本文选取1981 - 2014年逐日降水资料进行研究，对江苏省极端降水的时间趋势和空间分布这两个方面的特征进行研究，并且分别从年际变化和四季变化两个尺度进行研究。结果表明：（1）时间趋势上，极端降水在研究的近30年里，江苏省的极端降水阈值、降水日数都呈下降趋势，年际倾向率分别为-0.032mm/a和-0.0507d/a，极端降水量、日最大降水量、5日最大降水量、极端降水强度都呈上升趋势，年际倾向率分别为2.3504mm/a、0.2247mm/a、0.1124mm/a、0.3397mm/a.（2）时间突变上，UB和UF存在许多交点，但只有1991年是时间突变点，其它点都不是时间突变点。（3）空间分布上，苏南地区受极端降水影响的程度比苏北地区大。（4）四季变化上，夏季是受极端降水影响最大的季节，春季和冬季极端降水较有规律。

关键词：极端降水；时空变化；江苏省；GIS

1 引言

近20年来，全球乃至区域极端气候事件，尤其是极端降水事件，反生的频率不断增加，强度不断增强，这给人们的生命安全乃至整个社会的经济造成严重的影响^[1]。极端降水事件主要受人类活动和全球气候变暖影响，具有时空变异特性，是衡量气候变化的一个重要指标^[2]。通常降水偏多会导致地表径流增多，进而引起洪涝和泥石流等灾害，而降水偏少会导致土壤和地下水的减少，进而引起干旱^[3]。由于极端降水对人类社会和自然环境造成危害，从而引起了全世界的关注，并成为各国学者研究的热点。

近年来，江苏省气候变化频繁，主要包括如下几个方面，一是气候灾害发生的频率明显增加，二是气候持续变暖，三是气候灾害对人们的生活的影响越来越大。进一步了解降水特征及极端降水事件时空变化规律对江苏省地区农业生产规划以及针对气候变化的适应性对策制定均有重要意义。本文根据极端降水的时间趋势、空间分布特征，并且从年际变化和季节变化两个尺度研究极端降水特征。

1. 国内外研究现状

2.1 国内研究现状

国内学者在极端降水趋势和极端降水区域性差异上做了许多研究，如翟盘茂等研究表明，近50年，我国大部分地区的降水强度普遍有增加的趋势，同时除西北地区外的其他大部分地区，降水日数显著减小^[4]；卞洁等分析长江中下游极端降水的变化，研究数据显示，长江中下游汛期频次、暴雨量有大范围的增加，并且暴雨强度也呈现某种强度的增长趋势。^[5]。何书樵等研究结果为近50年来长江中下游地区降水整体是呈上升趋势的，上升趋势不太明显^[6]。蔡敏等对我国东部地区极端降水时空分布特征和概率特征进行了分析，表明近50年来我国东部极端降水趋势无明显变化，但时空差异较大^[7]。并且苏步达等人对此在我国不同区域极端降水量和极端降水强度等的趋势变化做出了进一步的研究^[8]。

国内对于极端降水的趋势统计方面已经做出了很多研究，对近年来的降水强度和降水分布等已经有了清晰的认识。虽然不同的研究者采用不同的数据、不同的研究方法以及对于极端降水的不同定义，进而导致研究结果的不同，但大体的趋势是相同的。所以对于国内的研究，更重要的是加强极端降水的成因和影响机制的研究。通过对我国东部极端降水与北太平洋海温的遥相关进行研究，张永领等人指出太平洋海温异常是直接影响我国极端降水的主要因素之一^[9]。杨金虎等研究指出冬季太平洋海表温度异常时，会引起西北区东部夏季极端降水事件发生异常。^[10]。

2.2 国外研究现状

极端降水与人们的生活息息相关，近年来，国外学者对极端降水事件和极端降水的极值变化也做出了大量研究。

Ａｌｅｘａｎｄｅｒ等利用全球近６００个站点日降水数据和10个极端降水指数分析了全球极端降水的时空分布格局特征和全球极端降水特征，结果表明，二十世纪以来，全球极端降水量基本增加。^[11]。通过中国１２４个站点研究，Ｚｈａｉ等发现１９５１—２０００年极端降水天数有减少的趋势，极端降水强度却呈现增加趋势^[12]。 Ｇｒｉｆｆｉｔｈｓ等的研究证实，半个世纪以来，北美极端降水指标有增加的趋势^[13]，Ｍｏｂｅｒｇ等也发现，自２０世纪５０年代以来，欧洲极端降水呈现明显增加的趋势^[14]。

大量研究表明，极端降水存在较大的地域差异。Russo等指出，全球大部分地区未来降水差距会持续加大，湿润的地方会更湿润，干燥的地方会更干燥。这是因为尽管许多地方极端降水量不断加大，但还有很多地方降水量增加趋势不明显甚至有减少的趋势^[15]。对此，Zhang等指出20世纪加拿大的极端降水强度和频率均没有明显的增长趋势。通过研究中东地区的降水日数、平均降水强度和最大降水事件等降水指数，Zhang还指出该地区的降水指数变化很小^[16]。Klein Tank 等研究发现，中亚和南亚地区的区域极端降水指数在1961—2000年变化很小。New 等也指出，南非地区在1961—2000 年日极端降水变化趋势很小。极端降水减少的地区包括尼日利亚地区，澳大利亚的西南和西部地区，东南亚地区和中太平洋的部分地区，新西兰的东部和北部地区，波兰和印度的部分地区^[17]。

3 研究区概况与研究方法

3.1 研究区概况

江苏位于中国大陆东部沿海中部，长江、淮河下游，是长江三角洲的重要组成部分。江苏属于温带向亚热带的过渡性气候，沿海空气湿度大，地势低平，河网交错，湖泊众多，是我国降水异常、旱涝频发的地区之一。江苏地区降雨量年际变化大，少雨年和多雨年交替出现。江苏降水量时间分布特征为，每年1—3月、11—12月偏少，4月明显偏多，7—8月达到顶峰，9月又开始减少，多梅雨天气，进而引起极端降水的频繁发生。

3.2 资料来源

所用数据为从中国气象科学数据共享服务网下载的中国地面气候资料日值数据，主要为江苏地区气象观测站1981-2014的逐日降水。数据经过质量控制，各要素数据的质量及完整性明显提高，并选取26个观测站点，观测站点的选取和分布如图一所示。

图1 江苏省及周边地区气象站点分布图

3.3 研究方法

3.3.1 极端降水定义

气象预报中，将日降水量大于50mm的降水事件称为暴雨，将日降水量大于25mm的降水量称为大雨。实际上，不同地区不应该用统一的降水量来定义降水事件。目前国际上多使用百分位阈值法定义极端降水的阈值，即将某个百分位值作为极端值的检验标准，超过这个极端值，则为极端降水^[18]。具体做法是，将1981-2014年的日降水量按从小到大进行排列，取其第95个百分位34年的平均值作为极端降水的阈值。当某次降水超过这个极端降水阈值时，就成为极端降水事件^[19]。通过计算，26个站台极端降水阈值相差不大。本文除了采用极端降水阈值表征极端降水特征，还采用另外5个极端降水指数来分析江苏地区极端降水的时空变化特征，具体描述见表1。

表1 极端降水指数及其定义