1. 引言
气候变化所引起的灾害风险已成为影响全球可持续发展的重大挑战 [1]。IPCC第五次评估报告表明，全球各地极端事件异常变化，导致各类自然灾害频发，风险陡增 [2]。极端降水事件发生的频次、范围以及强度也在不断增加 [3]。Tank and Knnen [4] 和Kunkel et al. [5] 分别分析了欧美两洲的极端降水事件，指出极端降水事件以正变化趋势为主，大部分站点的暴雨事件随着总降水量的增加而增加，极端降水在十九世纪末至二十世纪初发生频率较高，但随后降低。近年来，关于我国极端降水事件的分布及变化特征也有不少研究 [6] - [21]。如翟盘茂等 [6] [7] [8] 研究发现我国华北地区强降水事件趋于减少，但西北地区强降水事件趋于增多；刘学华等 [9] 分析2003年之前近40年来全国极端降水指数和年降水量总体呈线性增加趋势；齐庆华 [16] 认为近60年来我国东部夏季极端性降水强度和频次在长江以南均以增加为主，以北均为下降。
由于极端降水常导致山洪、泥石流、滑坡等灾害性天气发生，对社会经济、群众生命财产以及生态系统造成一定影响，目前，已经成为政府和公众最为关注的极端事件之一，也是政府防灾抗灾的重点。为此，青藏高原极端降水的变化也一直受到国内外大气科学工作者的关注和研究 [22] - [32]。马伟东 [22] 等研究表明1961~2017年青藏高原年降水量表现出上升趋势，且各站点的极端降水量、极端降水日数和极端降水贡献率均表现出明显的上升趋势。对西藏极端降水事件频数的研究表明，1961~2010年间西藏极端降水事件频数总体呈不明显的增多趋势 [23] [24]。杨丽敏等 [25] 研究得出西藏强降雨和强降雪有明显的季节性变化特征，强降雨主要发生在6~9月，强降雪主要发生在2~5月。但上述研究在极强降水强度和频数的研究方面还存在不足，为此，本文全面客观地分析了西藏近39年有关极强降水事件各指标的变化规律，一方面有利于深化气候变化影响的研究；另一方面有利于理解极端降水事件的时空演变，减轻灾害风险，对保障社会可持续发展有着重要意义。
2. 研究区概况与分析方法
2.1. 资料来源
本文选用西藏38个气象站点(图1)逐日降水资料，数据来源于西藏自治区气象信息网络中心，考虑到数据完整性，本文选取1981~2019年作为研究时段。
Figure 1. 38 meteorological stations in Tibet and their altitudes
图1. 西藏38个气象站点及海拔高度
2.2. 研究区域概况
本文主要将西藏分为东南、西北等方位进行描述，具体分为以下几处：东南部具体是昌都、林芝一带；西北部主要为阿里地区；那曲市主要在北部；拉萨市及沿江一线为中部；普兰、聂拉木、错那及帕里等地为南部边缘一带。其中季节划分按照当地特殊自然地理环境，以4~5月为春季，6~8月为夏季，9~10月为秋季，11月至次年2月为冬季。
2.3. 分析方法
本文中的极端降水定义见表1。
Table 1. The extremely rainfall indexs and definitions
表1. 极端降水指标及其定义
基于百分位阈值法，将西藏38个气象站点1981~2019年逐年的非零日降水按升序排列，之后取其第99个百分位数值定义为各站点极端降水事件的阈值。
极强降水的时间变化特征采用气候倾向率 [33] 公式进行计算，应用Mann-Kendall (简称M-K方法)突变检验方法 [33]，分析极端降水参数的突变气候特征。
3. 极强降水的空间分布特征
3.1. 极强降水量阈值空间分布
极强降水阈值在17.3 (错那)~37.4 (聂拉木) mm之间，高值区主要分布在聂拉木、波密、察隅、芒康，阈值大于30 mm；低值区位于错那、狮泉河、班戈、帕里，阈值小于20 mm。极强降水阈值空间主要呈现东南部及南部边缘聂拉木地区较大，西北部及南部错那地区较小的趋势(图2(a))。结合图2(b)年总降水量的分布图来看，全区38个站点，有5个站点的年降水量超过700 mm，集中分布在东南部地区，其中波密站的年降水量达到了905.7 mm，在所有站点中最高。
(a)
(b)
Figure 2. The spatial distribution of extreme precipitation threshold (a) and total precipitation (b) in Tibet from 1981 to 2019
图2. 西藏1981~2019年极强降水阈值(a)和总降水量(b)空间分布图
从站点上来看，波密、察隅两站在表现出高降水量的同时表现出了高极强降水量的特征。需要特别注意的是，在南部边缘聂拉木地区，其降水量虽然不高，但其极强降水阈值却表现出较高水平，存在明显的极强降水阈值高值区，究其原因，该地区主要受到来自南部孟加拉湾的水汽输送通道的影响。一般而言，降水的水汽主要来自海洋和湖泊的水汽蒸发，聂拉木地区距离南部的孟加拉湾较近，其受海洋影响较大，水汽多。聂拉木县以喜马拉雅山脉的主干线为界，可分为两个气候类型区。一个是北区，其气候是表现为寒，少雨；另一个是南区以樟木镇为主，气候表现为高温、降水多。因而聂拉木地区经向的极强降水阈值梯度十分明显，这与喜马拉雅山脉对气流的阻挡作用密不可分。
整体而言，1981~2019年期间，西藏地区极强降水阈值存在十分显著的空间差异，东南部的波密、察隅地区以及南部边缘地区的聂拉木地区降水阈值大；南部错那、西部狮泉河、普兰和改则地区降水阈值小，中部地区的阈值在这两者之间，这样的分布特征与西藏的地形特征、地理位置息息相关。
3.2. 极强降水量的频数、强度空间分布
1) 频数分布：1981~2019年极强降水频数主要呈东多西少的空间分布特点，强降水多年累积频数介于13 (狮泉河) ~73 (错那) d之间，其中米林、波密、错那频数大于70 d；阿里地区频数小于20 d (图3(a))。
2) 强度分布：极强降水的强度是衡量极端降水的另一要素，强度越大造成灾害的几率越高，因此研究极强降水的强度显得尤为重要。西藏1981~2019年极强降水强度介于22.2 (狮泉河)~64.1 (聂拉木) mm/d之间，聂拉木、普兰、波密、察隅强度大于40 mm/d。其中，聂拉木极强降水强度最强，超过60 mm/d；其余各地的极强降水强度较集中，在25~40 mm/d之间(图3(b))。
(a)
(b)
Figure 3. The spatial distribution of extremely heavy rainfall frequency (a) and intensity (b) from 1981 to 2019 in Tibet
图3. 西藏1981~2019年极强降水频数(a)、强度(b)空间分布图
3.3. 极强降水频数、强度季节空间分布特征
极强降水频数存在显著的季节差异。由于冬季西风和夏季西南风的起源、性质和控制时间不同，使西藏降水的季节分布非常不均匀。对于西藏地区而言，冬季水汽主要来源于中纬度的偏西风，但是水汽输送非常弱，除东南部部分区域的水汽略强，其余地区上空的水汽输送非常弱 [34]，导致冬季的极端降水普遍偏低。春季高原地区水汽主要来源于中纬度地区的偏西风水汽输送。秋季西藏地区的水汽输送主要来自中纬度的西风带水汽输送，强度较弱 [34]，因此春秋两季极端降水较少；夏季高原维持着强烈的西南季风 [35]，在其支配下，西藏的降水非常集中，整体夏季极端降水处于一个偏高平稳的分布状态。
1) 各季节极强降水频数空间分布特征：1981~2019年西藏冬季极强降水频数最多出现在聂拉木，累计值为31 d；普兰、错那、隆子、帕里出现极强降水天气极少，仅1~6 d之间；其余各地因冬季气温偏低、降水条件不足未出现极强降水(图4(a))。春季极强降水频数较少，介于0~42 d之间(图4(b))，最大值位于
(a) 
(b) 
(c) 
(d)
Figure 4. The spatial distribution of heavy rainfall frequency from 1981 to 2019 in Tibet. (a) Spring, (b) Summer, (c) Autumn, and (d) Winter
图4. 西藏1981~2019年极强降水频数空间分布图。(a) 为冬季，(b) 为春季，(c) 为夏季，(d)为秋季
察隅(42 d)，次值为波密(26 d)；且共有13个站点未出现极强降水。极强降水主要集中在夏季，与周顺武 [30] 强降水主要集中在7月上旬~8月下旬的结论相一致，其范围在3 (聂拉木)~58 (米林) d之间，除聂拉木、普兰、察隅频数不足10 d外，其余普遍维持在一个较多的层次(图4(c))。秋季极强降水频数最大值位于南部边缘的聂拉木(24 d)；次值为波密(20 d)；江孜未出现极强降水；其余区域偏少，范围在1~16 d之间(图4(d))。秋季除南部边缘一带有一个极强降水区域中心外，在东南部地区也存在一个相对大值区。
2) 各季节极强降水强度空间分布特征：1981~2019年西藏冬季极强降水强度高值区出现在南部边缘一带，其中聂拉木最强为17 mm/d (图5(a))；春季极强降水强度较弱，介于0~19 mm/d之间(图4(b))，最高值位于察隅，次值为波密(mm/d)；夏季各地区极强降水强度普遍维持在较高层次，范围为1~15 mm/d，其中最高值为米林，最低值为聂拉木(图5(c))。秋季极强降水强度最高值位于南部边缘的聂拉木(13 mm/d)；次值为波密(9 mm/d)，其余区域偏弱，范围在0~6 mm/d之间(图5(d))。
(a) 
(b) 
(c) 
(d)
Figure 5. The spatial distribution of heavy rainfall intensity from 1981 to 2019 in Tibet. (a) Spring, (b) Summer, (c) Autumn, and (d) Winter
图5. 西藏1981~2019年极强降水强度空间分布图。(a) 为冬季，(b) 为春季，(c) 为夏季，(d)为秋季
从整个区域看，极强降水频数及强度高值区主要位于西藏东南部以及南部边缘地区，其季节分布存在较大差异，其主要与其地势及气候有关。南部边缘地区的极强降水主要受孟加拉湾热带风暴影响，风暴出现时，其外围云系在南支西风槽的引导下，不断向北输送丰富的水汽，导致南部边缘地区的极强降水事件增大。而西藏东南部的极强降水事件可能是由西太平洋副热带高压和印度低压引起的，西太平洋副热带高压向西伸时，其脊点向西延伸至西藏东部，脊线向北抬升，有利于印度低压云系将南部水汽输送高原，在西太平洋副高西南气流的作用下，影响西藏东部地区。低值区主要位于西部地区，且不同的季节，极强降水变化不显著，这一现象主要可能与西藏西部地势高亢，水汽来源匮乏有关。中部地区随季节极强降水变化较大，春秋两季极强降水少，夏季多，冬季少，主要原因可能是气温、季风和纬度的影响 [36] [37]。
综上，结合不同区域的极强降水在四季的分布特征，分析认为造成四季分布不同的主要影响因子可能为副高、西风急流、季风等。这些因子使得不同季节的大气环流发生变化，从水汽和垂直运动角度影响降水条件，进而影响极强降水的季节分布。
4. 时间变化特征
4.1. 极强降水1981~2019年的频数、强度的年变化
全区累计极强降水频数整体以3.1 d/10a (P < 0.1)的趋势增加，增加趋势较明显，1985年频数最多(67 d)；1993年频数最少，为20 d (图6(a))。
强降水强度全区以1.2 mm/d·(10a)−1 (P < 0.05)的速率在增加，2013年强度最强，为26.7 mm/d；1993年强度最弱，为9.8 mm/d (图6(b))。
Figure 6. The trend diagram of extremely heavy precipitation frequency (a) and intensity (b) in Tibet from 1981 to 2019
图6. 西藏1981~2019年极强降水频数(a)、强度(b)变化趋势图
4.2. 极强降水1981~2019年的频数、强度的M-K检验
为研究极强降水的频数和强度是否存在气候突变，本文采用M-K突变检验方法进行突变分析 [37]，可以看出极强降水频数及强度出现交点较多，整体呈现缓慢上升的变化趋势。根据UF和UB曲线的交点位置，确定西藏极强降水频数及强度的突变现象，具体是从1984年开始的(图7)。
Figure 7. The MK statistics of extreme heavy precipitation frequency (a) and intensity (b) in Tibet from 1981 to 2019
图7. 西藏1981~2019年极强降水频数(a)、强度(b) MK统计量图
5. 结论
本文利用西藏38个气象站逐日降水数据，分析该区域1981~2019年极端降水事件的时空变化特征，主要结论如下：
1) 极强降水阈值具有明显空间差异。极强降水阈值在17.3 (错那)~37.4 (聂拉木) mm之间，极强降水阈值空间主要呈现东南部及南部边缘聂拉木地区较大，西北部及南部错那地区较小的趋势。需要特别注意的是南部边缘聂拉木地区，其降水量虽然不高，但其极强降水阈值却表现出较高水平，存在明显的极强降水阈值高值区。
2) 极强降水频数、强度亦具有明显空间分布特征。极强降水频数主要呈东多西少的空间分布特点，强降水多年累积频数介于13 (狮泉河)~73 (错那) d之间；极强降水强度介于22.2 (狮泉河)~64.1 (聂拉木) mm/d之间。
3) 极强降水频数、强度存在显著的季节差异。冬季聂拉木频数最多、强度最强，其余各地出现频数极少、强度弱，大部分站点未出现极强降水；春秋两季频数略少、强度较弱；夏季频数及强度普遍维持在一个较高的层次，聂拉木频数最少，强度最低。
4) 全区累计极强降水频数整体以3.1 d/10a的趋势增加，增加趋势较明显；强度全区以1.2 mm/d·(10a) −1的速率在增加。从M-K突变检验方法进行突变分析，西藏极强降水频数及强度的突变现象，具体是从1984年开始的。
基金项目
211项目资助，课题编号：21108。
参考文献
NOTES
*第一作者。