珠江流域降水研究进展综述及展望

珠江流域降水研究进展综述及展望作者：吴裕珍王大刚

摘要:珠江流域降水研究已取得较多成果，但结论散见于数量巨大的文献中，为方便研究人员了解目前的进展情况以及开展相关的研究工作，将对已有的研究进行有条理地综述，从极端降水和非极端降水两个方面分别进行总结。通过总结研究的进展情况指出目前研究存在的不足并据此展望未来的研究。

关键词:降水;研究;珠江流域

中图分类号:P426．6;TV882．4文献标识码:A文章编号:1001-9235(2014)06-0045-04

0前言

珠江流域雨量充沛，但是降水量时空分布不均匀［1］，年际、年内变化很大，极端降水频繁出现，常导致各种衍生灾害［2，3］，而且珠江流域是我国农业和工业的中心之一，其中珠江三角洲无论是人口还是GDP总量在全国均占有举足轻重的地位［4］。一旦在这种人口、经济高密集的区域发生旱涝灾害，其带来的损失会更加巨大，因此对该流域的降水进行研究就显得尤为重要和有意义。

目前，珠江流域降水方面的研究已有较大地进展，无论是在理论方法还是实践应用中都取得相当多的成果，但这些成果和结论散见于数量巨大的文献中，为方便研究人员了解目前的进展情况和成果，避免重复研究造成资源浪费，以及为未来的进一步研究提供参考，对这些研究成果和结论进行总结和归纳就显得十分必要。同时有些研究因数据选取、统计方法和研究对象等原因出现了不一致的结论，将这些结论呈现出来不仅有助于研究人员清楚了解目前研究的不足，更能为其提供一个有意义的研究方向。

总体而言，珠江流域的降水研究较为全面，日、月、季节、年和极端降水等都有涉猎，分别研究其趋势、周期和其他一些时空分布特征，其中又以趋势分析占主导，主要的研究方法是Mann-Kendall检验、滑动平均法;其次是周期性的研究，周期性主流用小波分析，但也有用其他方法，如逐步回归分析法、正规化周期回归模型［5-7］。鉴于对珠江流域降水的研究主要分为极端降水和非极端降水两个方面，本文对这两方面的研究进展进行综述，并指出目前研究存在的问题以及据此展望未来的研究。

1非极端降水研究进展

非极端降水的研究主要集中于趋势性和时空降水特征，其中趋势性主要是通过对月、季节和(非)汛期降水的统计分析而获得的，而降水特征则多侧重于降水的空间分布特征，通常使用多种降水指标来进行分布特征的描述，这两方面的研究数量较多，较为成熟，但是方法较为单一，由于使用的数据不同，常会出现互为矛盾的结论。周期性的研究相对较少，主要的时间尺度为(非)汛期、年，多数采用小波分析研究周期。这3种研究常常作为对降水的综合分析同时出现在同一篇文献中，较少有单独对其进行系统研究的，因此成果较为零

散，使用不同方法或数据得出的不一致的结论也很难进行比较和判断。

1．1趋势性

对于非极端降水总的趋势性，不少学者进行了研究工作。王兆礼等［8］使用Mann-Kendall法分析了基于中国气象局1961—2000年80个观测站插值到珠江流域得到的逐月降水量的变化趋势及其突变分量，认为近40年来，流域总降水量呈不显著的增加趋势，但不存在突变现象，在空间上表现为西南部以减少为主，东半部则以增加为主。但是Zhang等［9］使用Mann-Kendall法分析1951—2005年47个雨量站的日降水量的变化趋势却发现，年总降水量并没有显著的趋势，但是全流域降水天数却有显著地下降趋势，而降水强度有显著地上升趋势。另外，Zhang等［10］利用改进Mann-Kendall法检验了珠江流域42个站点1960—2005年日降水量的变化显著性，认为上游和中部地区降水量以及在整个流域范围内的降水天数均呈现减少趋势，而全流域的降水强度总体上具有上升的趋势。根据这些不同的研究结果，大致可确定总降水量还未出现显著的趋势，而降水天数和降水强度则分别有下降和上升的趋势。但是这些结论均是使用同一种方法得来的，如果能应用多种方法则能互相印证。

非极端降水趋势分析的重点之一是季节的降水趋势性。宋晓猛等［11］根据我国《气候变化国家评估报告》［12］以及其他一些研究结果［13，14］得出珠江流域除了秋季呈现弱减少趋势外，其余3个季节均呈现上升趋势。王兆礼等［8］同样发现，秋季降水具有不显著地下降趋势，春、夏和冬3季降水则有不显著地增加。但是彭俊台等［15］采用改进Mann-Ken-dall法对42个站点1960—2005年日降水量进行分析的结果为春季各降水特征具有弱下降趋势，夏季降水强度变化不大，但是降水量和降水天数均呈现下降趋势，而秋季降水总体呈现显著下降趋势，冬季降雨总体上呈上升趋势。通过这些研究结果可知，结论间差异较大，目前在季节降水的趋势性方面较难有一个统一的结论，而且对现有的互为矛盾的结论的正确性也较难判断。

对降水趋势分析的时间尺度除以上两种外，还有汛期和枯水期。王兆礼等［8］分析认为汛期降水量具有不显著的减少趋势，而主汛期与非汛期则呈现不显著的增加趋势。刘艳群等［16］对珠江流域1954—2003年51个站的汛期降水进行突变分析，认为汛期降水存在突变现象。目前对非极端降水(非)汛期的趋势分析研究较少。

1．2周期性

非极端降水周期分析主要集中于汛期和枯水期。刘艳群等［16］使用小波分析进行周期的研究，发现珠江流域汛期降水存在2—3、6—7及14a左右的周期。陆文秀等［17］对珠江流域62个站点1959—2009年逐月降水量进行了小波分析，研究表明汛期降水周期以年际变化为主，整体呈现由南向北、由西向东、由内陆向沿海逐渐减小的趋势，且沿海地区周期年际特征显著。而对于枯水期的周期，张峰等［18］基于40个气象站1959—2008年实测降水量进行小波分析，认为非汛期降水存在约2、6、13、30a的主周期，其中以13、30a的周期变化最为显著。陆文秀等［17］研究认为枯水期降水周期空间分布比较散乱，长周期与短周期交替出现，没有明显的分区特征。而对于整个珠江流域降水周期而言，苗娟等［19］利用小波分析对我国9大气候区降水特性进行研究时发现，华南地区降水存在着3、8以及11a的多层次的准振荡周期，在高层次变化里，也存在一个24a周期变化。而王兆礼等［8］

的研究也发现了流域存在明显的11年主周期振荡。总体而言，降水的周期研究较少，但研究较为全面，不同时间、空间尺度均有所涉及。

1．3其他降水特征

不少学者对珠江流域降水的时空特征进行了研究。Zhang等［20］基于珠江流域1960—2005年42个雨量站的日降雨量分析了降雨集中度的时空变化特征，研究指出流域的西北部和南部有着更高的降水集中指数并且有增加的趋势，西南部和东北部的降雨集中程度较低并且有减少的趋势，而东部和西部的降水集中指数虽然较高但是呈现较少的趋势。邓汗青等［21］利用流域内1961—2008年48个台站逐日降水量分析了年降水量的时空特征，研究表明年降水量总体上呈现出西少东多的格局，近10a来年降水量年际变化较大，从降水日数上看，东南沿海地区少，内陆较多。刘艳群等［22］利用珠江流域1954—2003年51个站的月降水量进行主分量分析，认为珠江流域4—9月降水空间分布特征主要有5种分布型态:全区涝(旱)型、南涝(旱)北旱(涝)型、东涝(旱)西旱(涝)型、东西涝(旱)中部旱(涝)型、南和北旱(涝)中部涝(旱)，其中全区性涝(早)和南旱(涝)北涝(旱)等分布型态较容易出现。另外也有部分研究涉及降水的概率分布特征。Niu［23］利用1952—2000年的网格月降水量进行主成分分析，认为多数区域表现出较为相似的分布特征。总体而言，对珠江流域降水特征的研究主要是空间分布特征，分析较为全面，而对降水的概率分布研究目前还比较少。

2极端降水研究进展

鉴于极端降水的危害性，不少学者对其进行了不同角度地研究，因此相关的研究较多、较为全面，其中又以趋势性和时空分布特征为主，各种降水指标均有所涉及，而对周期性的研究目前尚少，常用的方法仍旧是Mann-Kendall检验、滑动平均以及小波分析等，不同的研究方法和数据资料常会带来不同的结论。

2．1趋势性

对极端降水的趋势进行研究是重点之一。Zhang等［9］认为，极端高值降水事件的频率和总降水量均有一个显著的上升趋势，而极端低值降水事件同样显著地增加。但彭俊台等［24］基于珠江流域1960—2005年42个雨量站的日降雨量运用线性回归模型以及Mann-Kendall法分析了珠江流域极端降水，认为极端降水总量无明显变化，极端降水强度略有上升，但是突变不明显。而Zhao等［25］采用Mann-Kendall法以及小波分析对42个气象站点1960—2012年日降水量进行分析的结果为暴雨天数呈现出不显著的减少趋势，除连续干旱天数有显著性增加趋势外，其余的极端降水指标均呈不显著的增加趋势。伍丽丽等［26］根据1959—2009年年际极端降水群发站点数采用频数标准化分析不同阈值下极端降水群发性特征，研究表明不同百分位下所得的极端降水群发性的线性变化趋势均为不显著的上升趋势，强降水事件的群发站点数年际变化的特征表明站点数呈增多趋势，范围具有逐步扩大的趋势。从研究结果来看，结论间差异较大，目前尚不能很好地判断结论间的正确性，未能得到一个较为一致的结论。

2．2周期性

极端降水的周期分析研究较少，零散见于研究降水时空分布特征的文献中。Zhao等

［25］研究发现极端降水具有7、14a的周期。何慧等［27］利用国家气象观测站1960—2010年逐日降水量研究华南地区极端降水日数时发现，南岭区、沿海区和海南区的极端降水日数有5—11年的周期振荡，桂西区、沿海区和海南区有2—5年的周期振荡，海南区还有较长的年代际周期变化。目前针对珠江流域极端降水周期的研究很少，部分见于研究其他地区的文献中，未来应加大这方面的研究力度。

2．3其他降水特征

极端降水特征多数研究集中于空间分布特征，彭俊台等［24］认为，珠江流域极端降水空间分布差异明显，总体呈东多西少的变化趋势，其中流域下游地区较上游地区易发生强降水。彭俊台［15］在其他研究中也得出了相似的结论，即流域中部和东部地区的极端降雨量都较大，而且东部地区极端暴雨次数较多。

另外对极端降水的概率分布研究也有一些学者进行了研究。Yang等［28］基于珠江流域1960—2005年42个雨量站的日降水量采用线性矩法对极端降水的频率分布进行分析，拟合度检验表明，对于流域的大部分区域而言，广义极值分布、广义正态分布以及皮尔逊Ⅲ型分布等具有较好的拟合度。Zhao等［29］利用1960—2009年42个雨量站的日降水量进行极端降水的频率分析，认为最大1、3、5、7d降水量的序列较为平稳，且相互间独立，各种极端降水变量的边缘分布大致呈对数正态分布，而它们的联合分布多数符合Gumbel－Hougaard分布。张修玉等［30］基于流域内1960—2005年42个国家基本雨量站的日降水量引进了广义帕雷托分布，研究表明利用广义帕雷托分布模式对珠江流域汛期的逐日极端降水量拟合效果较好，虽然无论是广义极值分布分布模式还是广义帕雷托分布分布模式，其拟合效果均较好，但总体而言广义帕雷托分布优于广义极值分布。

目前对极端降水的特征研究较多，结论大致一致，其中概率分布的研究也已有不少进展，更多的概率分布被引入，各种分布拟合的优劣可互相印证。

3展望

目前在珠江流域降水的研究中数据资料等都较多，基本所有研究的时间序列都有三四十年，另外对降水的不同方面和角度均有研究，较为全面，但是仍存在一定的不足。未来的研究应完善现有的不足并开拓其他新方法、新理论在珠江流域降水研究中的应用。

a)加强降水的周期性分析。目前无论是非极端降水还是极端降水的周期研究均较少，虽然不同时间、空间尺度都有所涉及，但是相比趋势性和其他降水特征的研究而言还远不够，而且结论间由于数量少的原因，暂时还无法相互比较、参证。因此未来的降水研究中应加强这方面的研究力度。

b)降水研究中应引入多种方法，互相参证。在降水的趋势性分析中基本只用Mann-Kendall法，而周期性研究则主要用小波分析，虽然这两种方法经过理论和实践应用的检验认为是目前较好的研究趋势和周期的方法，但是由于结论均是用同一种方法得到的，一旦它们之间互为矛盾，则较难判断其正确性。因此，在降水研究中不应只局限于一种方法，而是引入多种方法，使得结论间可以互相比较、参证。

c)引入数学方法的最新成果并应用到降水的研究中。目前在降水研究中的各种数学方

法使用时间均较长，有些传统的方法已不太适合目前出现变异的降水特征，而有些传统方法在数学上已更新完善却未被及时地运用到降水研究中，另外对一些新理论和方法在降水领域的尝试性应用也较为缺乏。因此未来的研究应实现数学方法与降水特征之间的融合，充分反映降水的特征规律，拓宽降水的研究方法和角度，以便更好地揭示降水的各种规律，为降水中长期预报提供有益的参考。

d)加强降水机理和原因的研究。现有的降水研究中主要集中分析各种降水的时空特征，而其背后机理和原因的研究则较为薄弱，因此有必要加强这方面的探究。

参考文献:

［1］童娟．珠江流域概况及水文特性分析［J］．水利科技与经济，2007(1):31-33．［2］曾昭璇，黄伟峰．广东自然地理［M］．广州:广东人民出版社，2001．

［3］鹿世瑾．华南气候［M］．北京:气象出版社，1990．

［4］彭涛，陈晓宏，刘霞，等．珠江三角洲洪水孕灾环境变化及其洪水响应［J］．水文，2008(5):57-60．

［5］胡宇丰，张峰，李匡，等．珠江梧州水文站枯季月径流预报［J］．南水北调与水利科技，2012(1):40-44．

［6］王萍．珠江流域枯水期流量周期特征及影响因素分析［J］．水利学报，2007(S):379-382．

［7］邓雪原．东江流域水文时间序列的周期分析［J］．广东水利水电，2010(3):37-38．［8］王兆礼，陈晓宏，张灵，等．近40年来珠江流域降水量的时空演变特征［J］．水文，2006，26(6):71-75．

［9］Q．Zhang，C．Y．Xu，S．Becker，etal．TrendsandabruptchangesofprecipitationmaximainthePearlRiverbasin，China［J］．Atmosph．Sci．Lett，2009，102．

［10］QiangZhang，VijayP．Singh，JuntaiPeng，etal．Spatial-temporalchangesofprecipitationstructureacrossthePearlRiverbasin，China［J］．JournalofHydrology，2012，440-441．

［11］宋晓猛，张建云，占车生，等．气候变化和人类活动对水文循环影响研究进展［J］．水利学报，2013(7):779-790．

［12］《气候变化国家评估报告》编写委员会．气候变化国家评估报告［M］．北京:科学出版社，2007．

［13］WangYQ，ZhouL．Observedtrendsinextremeprecipitationeventsin