1、DOI:1016616/jcnki10-1326/TV2023080119732021 年南京地区不同等级降水时空变化特征湛忠宇 严 锋 姜红梅(江苏省水文水资源勘测局南京分局,江苏 南京 211500)【摘 要】本文采用气候倾向率、M-K 检验及反距离权重插值等方法,针对南京地区 7 个雨量站 19732021 年逐日降水资料,以降水量、降水天数和降水强度 3 个变量为主要研究对象,分析得到南京地区不同等级降水时空变化特征。结果表明,近 50 年来,南京地区暴雨量及暴雨天数显著增加,小雨天数显著减少,年降水强度显著增强,不同等级降水量、降水天数、降水强度基本呈现南多北少分布特征。该成果可为南
2、京市旱涝防御决策提供依据。【关键词】降水量;降水天数;降水强度;时空变化;南京地区中图分类号:TV213 文献标志码:B 文章编号:2096-0131(2023)08-001-07Spatial and Temporal Variation Characteristics of Precipitation atDifferent Levels in Nanjing Region from 1973 to 2021ZHAN Zhongyu,YAN Feng,JIANG Hongmei(Nanjing Branch of Jiangsu Provincial Hydrology and Water
3、 Resources Investigation Bureau,Nanjing 211500,China)收稿日期:2023-02-15网络首发地址:http:/ this paper,methods such as climate tendency rate analysis,Mann-Kendall test,and inverse distanceweighting interpolation are employed to analyze daily precipitation data from seven rainfall stations in Nanjing region fr
4、om1973 to 2021.The study focuses on three variables:precipitation amount,number of precipitation days,and precipitationintensity,to investigate the spatial and temporal variation characteristics of different levels of precipitation in Nanjingregion.The results indicate that over the past 50 years,th
5、ere has been a significant increase in heavy rainfall amount andthe number of heavy rainfall days,while the number of light rainfall days has significantly decreased.The annualprecipitation intensity has also shown a significant enhancement.Different levels of precipitation,precipitation days,andpre
6、cipitation intensity exhibit a spatial distribution pattern with more precipitation in the south and less in the north.Thesefindings can serve as a basis for decision-making in drought and flood prevention strategies in Nanjing City.Key words:precipitation amount;number of precipitation days;precipi
7、tation intensity;temporal variation;Nanjing region 由于全球气候变化和人类活动的双重因素影响,导致水循环系统产生一定的变化,大气降水作为水循环过程的主要驱动因素,深入了解其结构变化特征对于探索区域水循环的变异规律有着重要意义。诸多学者围绕不同降水历时的降水变化规律进行了有益探索,而不同等级降水因其划分方便使用有效,近年来受1到广泛关注1-2。已有学者对北京地区3、太湖流域4、海河流域5、赣江流域6等区域不同等级降水的变化进行了研究。结果表明:不同等级降水的降水量、降水天数、降水强度在时空分布上存在着明显差异。南京市地处长江下游,属亚热带季风气候
8、,降水的变化是造成灾害性天气频发的重要因素。因此,分析南京地区降水变化规律对于防御旱涝风险有着重要意义。已有涉及南京地区降水变化的文献较多,大致分为:针对降水的基础性研究,主要是通过数理统计分析年尺度降水特征,研究表明南京地区年降水量存在增加趋势,周期变化明显7-8;从对暴雨的研究结果来看,主要表现为不同历时年最大降水量总体呈现增大趋势,短历时、高强度的暴雨频次呈现增加趋势,主城区变化趋势显著9;试图通过数理统计方法或模型,分析某一特定时期降水或异常降水事件的影响因素10。综上所述,虽然已有的研究中关于南京地区降水变化探讨较多,但系统、全面阐述该区域不同等级降水的文献仍较少见。鉴于此,本文利用
9、南京地区 7 个雨量站点 19732021 年逐日降水数据,分析了南京地区不同等级降水量、降水天数及降水强度的时空变化特征,以期为提高城市适应气候变化能力提供科学依据。1 数据来源及研究方法考虑到行政区不同,本研究选用南京站、东山站、晓桥站、江宁镇站、六合站、天生桥闸站和高淳站共 7个雨量站 19732021 年日降水数据。根据采用的降水数据特点,定义 8 00 至次日 8 00 降水量不低于0 1mm 为 1 个降水日。参考国家标准降水量等级(GB/T 285922012),将日降水量划分为小雨(0 1 9 9mm)、中 雨(10 0 24 9mm)、大 雨(25 0 49 9mm)和暴雨(
10、50 0mm)共 4 个等级。定义南京地区降水量、降水天数及降水强度分别为 7 个雨量站测定的降水量、降水天数及计算降水强度平均值。采用气候倾向率法分析降水量、降水天数、降水强度等降水指标趋势,运用 Mann-Kendall 法检验趋势变化显著性和不同等级降水指标的突变情况,选定显著性水平=0 05,其对应临界值为 1 96。此外,利用反距离权重插值法对降水数据进行空间插值,并根据插值结果分析南京地区降水的空间特征。2 结果与分析2 1 时间变化分析2 1 1 不同等级降水年际变化利用南京地区 7 个雨量站降水数据,计算研究区年降水量、降水天数和降水强度距平百分率,绘制出年降水量、降水天数、降
11、水强度距平百分率年际变化曲线。由图 1(a)(e)可以看出,年降水量距平百分率倾向率为 0 04%/10a,表明南京地区年降水量呈不显著上升趋势,结论与尹娅婷7、王晓莹等8的研究结果一致,除小雨降水量以外,其余各等级降水量均呈增加趋势,暴雨量变化趋势显著;由图 1(f)(j)可以看出,年降水天数距平百分率降幅为-0 009%/10a,趋势不显著,不同等级降水天数与其对应的降水量趋势一致,小雨天数以 0 027%/10a 速度下降,趋势显著;由图 1(k)(o)可以看出,受年降水量增加和年降水天数减少影响,南京地区年降水强度距平百分率增幅为0 05%/10a,上升趋势显著,受小雨降水天数减少影响
12、,小雨强度上升趋势显著。2 1 2 不同等级降水突变分析使用 Mann-Kendall 突变检验进行突变分析,监测突变点,表 1 和图 2 列出了不同等级降水指标 M-K 检验成果。暴雨量 UF 和 UB 在 2010 年相交,且交点在置信区间内,是突变点,突变前后的多年平均年暴雨量分别为 239 4mm、344 1mm。中雨天数 UF 和 UB 在2020 年有交点,在置信区间内,是突变点。年降水强度UF 和 UB 在2013 年相交,且交点在置信区间内,是突变点,突变前后的多年平均降雨强度分别为 9 5mm/d、10 9mm/d,突变明显。年降水量、中雨量、暴雨强度、小雨强度、暴雨天数在
13、2013 年以后反复出现上升与下降的转折变化,波动性强。从图 2 可以看出,年降水量年际变化与年降水强度关系比与降水天数的关系更为密切,而中雨及以上等级降水量年际变化与降雨天数关系比与降雨强度的关系更为密切。2图 1 不同等级年降水量、降水天数、降水强度距平百分率年际变化表 1 不同等级降水突变检验成果降水量降水天数降水强度年降水 2013 年前,UF0,呈上升趋势。UF 和 UB 在 2013 年以后有多个交点 UF0,呈下降趋势 1998 年以前,UF 0,呈上升趋势。UF 和 UB 在2013 年有交点,在置信区间内,是突变点。2015 年超出置信区间,呈明显上升趋势小雨 UF0,呈下降
14、趋势 UF0,呈上升趋势。UF 和UB 在 2015 年以后有多个交点中雨 2013 年以后,UF0,呈上升趋势。UF 和UB 在 2013 年以后有多个交点 2013 年以后,UF0,呈上升趋势。UF 和 UB 在 2020 年有 交点,在置信区间内,是突变点 19902017 年,UF0,呈下降趋势大雨 1991 年以后,UF0,呈下降趋势 UF0,呈上升趋势。UF 和UB 在 1985 年以后有多个交点暴雨 2000 年以后,UF0,呈上升趋势。UF 和UB 在 2010 年有交点,在置信区间内,是突变点。2015 年超出置信区间,呈明显上升趋势 2000 年以后,UF0,呈上升趋势。U
15、F 和 UB 在 2010 年以后有多个交点 2008 年前,UF0,呈上升趋势。UF 和 UB 在 2013年以后有多个交点3湛忠宇等/19732021 年南京地区不同等级降水时空变化特征 图 2 不同等级降水量、降水天数和降水强度突变检验 受气候变化和人类活动影响,近 10 年南京地区降水量和降水强度明显增加,尤其是短历时强降水频发,更易引发流域及区域洪水,2015 年、2016 年秦淮河流域先后发生超历史洪水,2020 年滁河流域多个水文站点水位为有观测记录以来历史极值,晓桥水文站实测流量排名第一。2 2 空间变化分析2 2 1 不同等级降水均值空间分布采用反距离权重插值法对 7 个雨量
16、站点的降水量、降水强度、降水天数进行插值,得到各指标的空间分布情况。从图 3(a)(e)所示的各级别降水量可见,南京市年平均降水量大致呈“南多北少”的带状分布,年降水量为 1045 5 1238 8mm。小雨与中雨降水量空间分布相似,降水高值出现在南部高淳站、天生桥闸站,六合站、晓桥站较少,大雨降水量分布呈现“南部北部中部”的特点,暴雨降水量空间分布最为特殊,呈现“东多西少,临水区大,远水区小”的特点,城区南京站年平均暴雨量最大,可达 288mm 以上,这可能与城市雨岛效应有关,与杜尧等9研究结论基本一致。从图 3(f)(j)所示的各级别降水天数可见,年降水天数空间分布与年降水量相似,各站年降水天数为 104 9 124 8d。小雨天数、中雨天数和大雨天数分布与其相应等级降水量分布基本一致,暴雨天数空间总体相差不大,为 3 1 3 4d。从图 3(k)(o)所示的各级别降水强度可以看出,年降水强度分布与年降水量、降水天数明显不同,4高值位于南京站和六合站,晓桥站最小。江宁镇小雨强度最大,晓桥站小雨强度最小;中雨强度空间差异较小,强度为 15 51 15 80mm/a;大雨强度呈现南北高
