基于广义帕累托分布的长江中下游极端降水重现期研究

引言

极端降水事件是气候变化研究的重要内容之一，随着全球气候变暖，水循环加剧，全球范围极端降水事件及其导致的灾害呈增加的趋势。长江中下游地区是我国重要的粮食产区，也是经济、教育和文化发展的重要地区；同时，长江中下游地区又是我国降水量最多，洪涝灾害最严重的地区之一，特别在盛夏江淮梅雨季节，常常出现一些持续时间长、覆盖面大的连续性强降水，严重威胁当地居民的生命财产安全。因此，研究该地区极端降水重现期对抗洪救灾具有十分重要的意义。

4、喷洒质量要保证 叶面追肥要求雾滴细小，喷洒均匀，尤其要注意喷洒生长旺盛的上部叶片和叶片的背面。因为新叶比老叶、叶片背面比正面吸收养分的速度快，吸收能力强。

目前，关于长江中下游极端降水的研究主要集中在降水量变化规律的研究。刘小宁[1]研究了我国暴雨频数及最大日降水强度时空分布特征；苏布达[2]等揭示了自80年代中期以来，长江流域极端降水出现显著增加的趋势，突出表现在中下游地区；Tao Gao[3]通过趋势分析的方法得到长江流域极端降水在1980年前后有显著变化。很多学者认为，长江流域极端降水在1980年前后有所变化，故我也将研究区分为1960-1980年和1981-2012年两个时间段，以长江中下游地区实测降水资料为基础，探讨长江流域极端降水的时空变化，并对长江流域的极端降水重现期作出预估[4]。

1 数据与方法

1.1 研究区概况

长江中下游地区包括：湖北、湖南、江西大部分地区以及陕西、河南、安徽、浙江、贵州、江西省和重庆市部分地区，由长江中下游干流区、汉江、洞庭湖、鄱阳湖组成[5]。该地区地势低平，海拔大多在50m左右。其地理位置及大气环流的季节变化，使其大部分地域气候为典型的亚热带季风气候。流域气候温和，年平均气温14℃-18℃，年降水量1000-1400mm。由于该地区位于亚热带季风气候区，近50%的降水集中在夏季。长江中下游地区工农业生产发达、人口密度大，但洪涝灾害频繁[6]。因此，夏季长江中下游地区的降水异常，特别是极端降水事件值得我们普遍关注。

“他是我亲弟，昨天从衢州赶来给我报丧，早上就被炸死在碉堡里，后来，被鬼子割了头。所有的弟兄都被鬼子割了头。”孔老一慢慢说着，好像在说别人的故事。

1.2 数据来源

[4]钟美英，李凤梅.五华县近52年降水统计分析及最大降水量重现期的估算[J].广东水利水电，2010（12）：37-40.

在经历“十一五”、“十二五”连续数年的大规模投资与建设后，城市轨道交通行业已经成为影响我国国民经济和社会发展的重要支柱性行业。据有关数据表明，城市轨道交通系统的核心装备——车辆的保有量已上升到数千标列的庞大规模，轨道交通行业的发展重点正逐渐从前期建设和开通进入到运营与维护的“后轨交时代”[1]。

1.3 研究方法

从降水频次角度分析，通过帕累托分布拟合得到的降水重现期与实际降水重现期大致相同，说明其结果具有参考价值。本文只是基于实测数据对长江中下游各个子流域极端降水的时空分布特征和极端降水重现期进行了研究，对影响其分布和变化的原因和对此变化带来的影响有待进一步的研究。区域社会经济人口及土地利用作为洪水灾害的承灾体，其未来变化情景对洪水灾害风险的预估有着重要的影响，这也是近年来研究的热点和重点，有待进一步研究。

降水作为一种自然现象，国内外对它的研究多是基于对随机变量的概率统计分析方法，根据不同的研究目的，学者们对不同时段的降雨进行了概率分析，并找出了它们的概率分布，这些研究表明：不同气候区以及不同时段、季节的降水量具有不同的概率分布模型[9]。对于极端降水而言，国内外学者多利用极值分布、广义极值分布以及广义帕累托分布模型[10]。

由于在1980年前后长江流域极端降水有显著变化，故将研究区分为1960-1980年和1981-2012年两个时间段，1960-1980年为突变前，1981-2012年为突变后。根据长江中下游地区1960-2012年共53年的最大日降水量资料，利用广义帕累托分布模型计算不同重现期的降水极值。在广义帕累托分布中，当形状参数大于0时，对应的是帕累托分布；当形状参数等于0时，对应的是指数分布；当形状参数小于0时，对应的是Beta分布[11]（表1）。

2 结果与分析

从区域角度分析，长江中下游不同区域相同重现期内日降水最大值相差较大，各个子流域之间有空间差异存在，这就说明对长江中下游极端降水进行分流域研究是有一定必要性的。汉江流域不同重现期内日降水最大值较小，单从降水角度分析，发生洪水灾害的概率相对较小，而长江干流区域不同重现期内日降水最大值较大，从降水角度分析，发生洪水灾害的概率也相对较大，所以要特别做好长江中游干流区域的防洪救灾工作，做好降水监测和预警，保障该地区人民的生命财产安全。

根据收集到的长江中下游流域内的75个气象站点，采用广义帕累托分布模型计算突变前后每个站点不同重现期的最大日降水值；再通过泰森多边形法[12]计算得到五个区域内的最大日降水量。

从数值角度分析（表2），分别统计突变前后不同重现期最大日降水量。发现突变后最大日降水量均有增加，长江中游干流增幅最小为1%，鄱阳湖流域增幅最大为6%，其他区域最大日降水量增幅平均为5%。这一结果表明，在1980年之后，长江中下游地区极端降水强度有所增加。东南部增幅高于西北部降幅，说明东南部地区由于极端降水而导致洪涝灾害的可能性会逐渐增大。而鄱阳湖流域增长幅度最大，说明随重现期变化鄱阳湖流域出现极端降水事件的可能性更强、导致的危险性更大。

将得到的各气象站点的不同重现期的最大日降水量采用克里金法进行插值，得到整个长江中下游地区突变前后不同重现期最大日降水量空间分布（图1）。克里金法考虑了站点值和被估计值的位置关系，并且也考虑各观测点之间的相对位置关系，对于极端降水插值效果较好[13]。

对比不同时间段的相同重现期内的长江中下游地区最大日降水量分布，可以看出：突变前最大日降水量偏高的地区集中在长江干流西部，鄱阳湖赣江流域以及长江下游干流靠近入海口的地区，但最主要还是集中在鄱阳湖流域。突变后，极端降水分布最大的地区就只有长江中游干流的西部和鄱阳湖流域，说明在1980年之后极端降水有从长江下游干流向鄱阳湖流域集中的趋势。同时，汉江流域西南地区和洞庭湖流域西南地区在突变前后最大日降水量有较大变化，突变后汉江流域西南部最大日降水量有所下降；而洞庭湖流域西南地区突变后最大日降水量有较大增长。

参考文献：

 

表1 不同极值分布的分布函数

  

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表2 不同重现期下长江中下游地区最大日降水量理论值（单位：mm）

  

汉江流域 长江中游干流 洞庭湖流域 鄱阳湖流域 长江下游干流重现期10年20年50年100年突变前98.84 113.92 129.95 139.73突变后102.64 118.48 135.50 146.02突变前127.82 148.62 171.25 185.38突变后128.89 149.96 172.95 187.35突变前112.03 129.09 147.23 158.31突变后116.85 136.51 158.19 171.90突变前129.70 150.02 172.01 185.66突变后135.52 157.13 180.60 195.25突变前121.05 140.41 161.69 175.22突变后125.21 146.33 169.77 184.69

  

图1 突变前后不同重现期最大日降水量空间分布

 

（左为突变前，右为突变后，其中重现期分别为10a，2a，50a，100a一遇）

3 结论与讨论

以长江干流以及洞庭湖水系和鄱阳湖水系为框架，将流域整体分为五个部分，分别为汉江流域、长江中游干流、洞庭湖流域、鄱阳湖流域和长江下游干流。从整体上看，相同重现期内，最大日降水量分布的位置趋于稳定，都主要集中在鄱阳湖流域。在四种不同重现期，最大日降水量较高的地区主要分布在长江中游干流和鄱阳湖流域，最大日降水量最低的地区在汉江流域。

从时空角度分析，相同重现期内，突变后日降水最大值比突变前日降水最大值增长5%左右，说明分为两个时间段来研究是有意义的，同时，也说明80年代之后极端降水量比80年代之前有所增加，这可能跟80年代之后长江中下游地区暴雨频次增加有关。

重现期是指在一定数据记录统计时段内，大于或等于此水文要素在较长时期内重复出现的平均时间间隔，常以多少年一遇表达[7]。在本质上，重现期属于一个概率问题，它是概率上的回转周期。经过最优分布函数拟合计算出不同重现期对应的最大日降水量值，可将其表示为可能最大降水[8]。

（1）结合本工程的特点，整个施工该项目安全保障体系由项目的监督和管理部门负责人组成，并积极吸取相类似工程的经验教训，对本工程建设过程中可能存在的安全事故进行分析，并提出相对应防范措施。此外，还通过对施工流程和工艺的优化，从技术方面提高整个施工的安全性，避免安全事故的发生。

德岭山水库渔业资源调查及分析………………………………………… 乌兰托亚，武二栓，李俊世，薛树平，信忠志，时小沛（117）

[2]苏布达，姜彤，任国玉，等.长江流域1960-2004年极端强降水时空变化趋势[J].气候变化研究进展，2006（01）：9-14.

[1]刘小宁.我国暴雨极端事件的气候变化特征 [J].灾害学，1999（01）：54-59.

[3]Gao T,Xie L.Spatiotemporal changes in precipitation extremes over Yangtze River basin,China,considering the rainfall shift in the late 1970s[J].GLOBAL AND PLANETARY CHANGE,2016(147):106-124.

本文采用的降水数据来自中国气象科学数据共享服务网提供的1960-2012年地面气象资料数据库中的中国长江中下游区域的93个基准地面气象观测站数据集，利用插值的方法对缺测数据进行处理，最后得到75个可用的降水观测站点。

那一路日本兵过江后，就直奔沈家大院而来了。沈老七不得不开门把日本人迎进院里。那个挎着长刀的日本军官叽里咕噜几句后，几个日本兵就又出院门去了，一会儿后他们就牵来了几头大黄牛。那群日本兵将牛的腿脚绑在院门外的柳树上，就开始用军刀在牛屁股、牛腿上割肉，那牛就“哞哞”惨叫，血不断线地往下流。那些割下来的活牛肉放在砧板上还跳得老高，像是还有生命样的。他们把这些牛肉褪去皮毛，就在沈家大院架火烧烤。吃完了又去割。

[5]王冀，江志红，严明良，等.1960-2005年长江中下游极端降水指数变化特征分析[J].气象科学，2008（04）：384-388.

[6]陈迪.全球变暖背景下长江中下游夏季极端降水的变化及其可能的原因[D].南京信息工程大学，2016.

[7]杜鸿，夏军，曾思栋，等.淮河流域极端径流的时空变化规律及统计模拟[J].地理学报，2012（03）：398-409.

[8]蔡敏，丁裕国，江志红.我国东部极端降水时空分布及其概率特征[J].高原气象，2007（02）：309-318.

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[10]赵瑞星，翟宇梅.极端降水广义帕累托分布参数的Pickands自助矩估计研究[J].水力发电学报，2015（10）：42-50.

[11]高永胜，鲁帆，王雪.杭州市极值暴雨的统计建模与频率计算研究[J].自然灾害学报，2017（06）：224-230.

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[12]颜真梅，母国宏.基于泰森多边形法的流域面平均雨量计算[J].水利科技与经济，2017（01）：19-22.

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[13]肖城龙.基于ArcGIS的空间数据插值方法的研究与实验[J].城市勘测，2017（06）：71-73.