1. 引言
永胜县是云南省丽江市下辖县之一，县境位于云南省西北部，丽江中部，地处滇西北高原与横断山脉交汇处，长江上游地区。永胜县县城位于永北镇，全县面积4952平方千米，辖9个镇、6个乡，属亚热带山地季风气候，海拔高度在1056至3963米之间，东与华坪县相交界，西与玉龙县相依，北和宁蒗彝族自治县毗邻，南与大理州宾川县相连，是丽江的重要交通枢纽地。永胜县占据地理优势，地跨横断山脉和滇西北高原两种地貌，是三江并流的边缘地区，有江、河、湖泊、河谷等多种地貌类型，地势东北高、西南低。金沙江从县境北部的松坪乡入境，沿西部往南经大安、顺州后向东折，经涛源、片角、鲁地拉、仁和等乡镇后出境，在永胜境内有长达215千米的河段。受复杂地形、地貌及季风气候影响，永胜县降水具有很强的局地性、突发性及短时降水强度大的特征，因汛期5~10月累计降水量占全年降水量的94.8%，导致汛期暴雨引发的洪涝、泥石流、山体滑坡等灾害成为永胜县主要的灾害性天气之一，常给当地人民生命财产造成严重的损失[1]-[6]。虽然不少学者对云南暴雨进行研究分析，如：张云瑾等[3]通过对长达14年云南盛夏45次成片暴雨的当天和前一天各层天气图的统计分析，分析出9种与暴雨形成有关的天气系统；朱莉等[7]对云南两次局地特大暴雨个例进行了数值模拟，分析了其条件不稳定性、对流不稳定性以及条件性对称不稳定性；铁永波等[8]针对2020年5月25日贡山县强降雨诱发的地质灾害，分析了其发育分布特征与形成机制及地形影响；黄初龙等[9]对比分析了昆明地区发生在夏季和秋季的两次局地大暴雨过程，分析影响系统、水汽来源和对流环境等方面的差异；解明恩等[10]利用1961~2018年云南省逐日降水资料，分析了云南雨涝过程特征，构建了雨涝指数，用于客观定量监测和评估云南洪涝灾害的强度，并分析了1961`2018年云南雨涝过程的特征；胡颖等[11]从致灾因子危险性、孕灾环境敏感性和承灾体易损性三个方面，建立了云南省1 km分辨率的暴雨灾害风险评估模型与风险区划。但是针对永胜县县域降水的分析较少，本研究基于永胜县国家气象站(1993~2023年)和38个区域自动站(2013~2023年)的5~10月逐日降水数据研究汛期暴雨日数、暴雨强度、暴雨贡献率、暴雨初终日、连续暴雨等的气候特征，分析出永胜县汛期暴雨时空特征分布，进一步为当地的防灾减灾、水资源管理和气象预报预警服务提供科学依据。
2. 资料与方法
本研究采用永胜国家基本气象站1993~2023年5~10月的逐日降水资料，运用统计和线性分析方法分析近31年汛期暴雨日数、暴雨强度、暴雨贡献率及暴雨初终日的变化等，并利用Morlet小波分析汛期暴雨对时间的变化规律。
由于区域站建站时间偏晚，部分资料缺失，选择2013~2023年近11年38个区域自动站降水数据和永胜国家基本气象站的汛期5~10月降水数据资料进行分析，利用Surfer软件，对统计数据和基底图进行网格化处理，从而形成永胜县汛期暴雨空间分布图。
根据云南汛期的定义，将汛期定义为每年5~10月。暴雨日定义为：前日20:00~当日20:00，日降雨量 ≥ 50 mm，大暴雨日降雨量 ≥ 100 mm，特大暴雨日降雨量 ≥ 250 mm；暴雨强度定义为暴雨降雨量和暴雨日数的比值；暴雨贡献率定义为暴雨降雨量与同期总降雨量的比值；连续暴雨为连续2 d及以上的暴雨。
3. 永胜国家基本气象站汛期暴雨时间分布分析
3.1. 汛期雨量分析
1993~2023年均降雨量为912.4 mm，汛期年均降雨量为864.7 mm，占94.8%；汛期年均暴雨降雨量为143.1毫米，占汛期年均降雨量的16.5%。经计算暴雨日数与汛期暴雨降雨量、年降雨量的相关系数分别为0.94和0.27，说明暴雨日数与汛期暴雨降雨量具有很好的相关性，但与年降雨量的相关性较弱。1993~2023年汛期有5年无暴雨日，占16.13%，最多暴雨次数出现在2019年的5次，占3.23%，近31年来每年有1场暴雨的频率占19.34%，每年有2场的暴雨频率占41.94%，每年有3场的暴雨频率占16.13%，每年有4场的暴雨频率占3.23%。
3.2. 月际变化
由每年汛期各月暴雨累计次数(图1)可知，除5月未监测到暴雨外，6~10月均监测到暴雨。其中，汛期暴雨单月累计：6月9 d，7月18 d，8月19 d，9月9 d，10月1 d。7~8月汛期暴雨在15 d以上，占总日数的66%，10月仅出现1 d (2018年10月1日61.3 mm)，由此可见汛期暴雨集中在7~8月，且1995至2003年连续9年在7月均出现一场暴雨天气，而相较于其余月份，在8月多出现2场及2场以上的暴雨天气。
Figure 1. Cumulative distribution of heavy rainfall frequency during the 1993~2023 flood seasons
图1. 1993~2023年汛期暴雨次数累计分布
3.3. 年际变化
对永胜县汛期暴雨发生次数进行统计发现，近31年汛期暴雨总日数为56 d，年平均1.8 d，大暴雨日数为4 d，占7%，除2004年外，仅在2019年至2022年陆续出现3次大暴雨现象，但无特大暴雨天气现象。暴雨日数出现最多的年份为2019年5 d，有5年无暴雨日(2006、2008、2011~2013年)。从汛期暴雨日数变化趋势(图2(a))可得知，近31年来永胜汛期暴雨日数以0.007 d/年的速率增加，趋势系数为0.052 (未通过α = 0.05的显著性检验)，增幅不明显。由图可知，在20世纪90年代至21世纪00年代中期，暴雨日数处于相对稳定期；21世纪00年代中后期至10年代中期，暴雨日数处于偏少期，且无暴雨趋势明显；21世纪10年代中期至2023年暴雨日数逐渐偏多，突破1993年来暴雨日数极值，总体呈增长趋势。从汛期暴雨日数的小波分析(图2(b))看，暴雨日数的年际变化具有低频波动、局部年际突变的特点。高值年集群呈现约8年的时间间隔及局部年际波动的4年左右的小周期；汛期暴雨日数存在多时间尺度的周期性特征，且在不同时期尺度的信号强度随时间变化存在显著差异，短周期波动活跃，中、长周期表现出比较明显的年代际变化规律。
(a) (b)
Figure 2. Interannual variation (a) and wavelet analysis (b) of heavy rainfall days during the 1993~2023 flood seasons
图2. 1993~2023年汛期暴雨日数的年际变化(a)和小波分析(b)
Figure 3. Interannual variation of heavy rainfall intensity during the 1993~2023 flood seasons
图3. 1993~2023年汛期暴雨强度的年际变化
永胜县汛期平均暴雨强度(图3)为66.3 mm/d，单日最大平均暴雨强度出现在2022年90.2 mm/d，单日最小平均暴雨强度出现在2003年51.6 mm/d (除无暴雨年份)；单日最大暴雨强度出现在2004年132.7 mm/d，最小暴雨强度50 mm/d，出现在1996年(除无暴雨年份)。汛期平均暴雨强度以0.35 mm/(d·年)的速率增强，趋势系数为0.273 (未通过α = 0.05的显著性检验)，突变性明显。由图知，20世纪90年代至21世纪00年代中期，暴雨强度呈稳步增长趋势；21世纪00年代中后期至21世纪10年代中期，暴雨强度波动明显，且有5年无暴雨日明显；2014年以后暴雨强度逐渐稳定偏强，呈增长趋势。
1993~2023年永胜县汛期平均暴雨贡献率为13.9%，2019年最大40.2%，1998年和2005年最小6.1% (除无暴雨年份外)。由(图4)可知，近31年来永胜县暴雨贡献率变化由稳定至先减后增。1997、2009、2014、2018~2022年8年暴雨贡献率在20%以上，其余年份均在20%以下。1993~2004、2018~2022年暴雨贡献较为稳定。
Figure 4. Contribution rate of heavy rainfall during the 1993~2023 flood seasons
图4. 1993~2023年汛期暴雨贡献率
3.4. 暴雨初、终日的变化
永胜县1993~2023年汛期暴雨平均初日为7月8日，最早在6月10日(2009年)，最晚8月4日(2004年)，暴雨初日出现在6、7月份次数最多，均占45%；平均终日为8月18日，暴雨终日出现在9月份次数最多，占35%，终日最早7月6日(2016年)，最晚10月1日(2018年)；汛期暴雨初日至终日平均持续41天，最长109天(2009年6月10日~9月27日)、最短10天(2007年7月10日~7月20日)，汛期暴雨长度变化大，从10天到109天。分析可知，1993~2023年，暴雨发生时间在年际尺度上保持相对稳定，汛期暴雨初终日及汛期长度无显著的线性变化趋势。
3.5. 连续暴雨的变化
永胜县汛期自1993~2023年来仅有一次连续两天出现大于50毫米的降水，出现在2020年8月17日至18日，分别降雨91.7 mm、60.8 mm。由此可知，永胜县连续性降暴雨的概率较小。
4. 永胜县汛期暴雨的空间分布
由于永胜地区仅一个国家基本气象站，因此，本研究还选取2013~2023年永胜地区38个区域自动站的逐日降水资料，将站点选取更密集，数据更具代表性，空间分布呈精细化，能较好反映出永胜县汛期暴雨的空间分布，但由于选取时间仅11年，也存在时间上的局限性。
从2013~2023年永胜地区汛期暴雨的平均暴雨日数空间分布(图5(a))可知，永胜平均暴雨日数基本呈现“由南向北逐渐增多”的分布特点，即永胜南部片角向北至松坪暴雨日数逐渐增加，南部片角、涛源、期纳、鲁地拉、程海一带降雨日数最少，东山、松坪一带最多。平均暴雨日数的最高值区出现在永胜东南部东山，为3.6 d，次高值为永胜的北部松坪3.5 d，其周围暴雨日数均呈正常；最少暴雨日数位于片角–程海一带，最小值为1 d左右。
从2013~2023年永胜地区汛期暴雨的平均暴雨强度空间分布(图5(b))可知，汛期暴雨强度呈现“中间弱四周强”的特点，中部暴雨强度相较于北部松坪、南部片角、东部仁和一带较弱，且中部暴雨强度往四周逐渐增强，其中南部片角一带最强，最大值达78.7 mm/d，其次为东部仁和–六德一带为78.6 mm/d；而暴雨强度的小值区位于大安–程海–期纳一带均值约为63.7 mm/d。由平均暴雨强度分布图也可知，永胜暴雨点受地形影响和相邻县域强对流天气影响较大，永胜县域边缘地区平均暴雨强度值较大，且暴雨强度低值区呈片状分布。
由汛期暴雨日数图和暴雨强度图知，松坪、东山、仁和一带降雨次数与强度呈正相关，片角一带降雨次数少但降水强度大，县中间区域相对稳定，也侧面反映与其他县域紧邻的乡镇，降水受影响较大。一般而言，北部松坪、大安降雨常受西北部玉龙、古城一带的影响，对流由西北向东南移动，常具有局地性短时强降水的特征；东南部东山、仁和、六德一带受楚雄的影响，对流常呈东南–西北移向，伴随着强降水和冰雹天气；片角、涛源、期纳等南部一带降水常受大理影响，对流由西向东移动，边缘地区常影响到片角区域，造成片角出现山体滑坡等自然灾害，且近年来片角影响最重的自然灾害常出现在9月；受东北部宁蒗的影响，对流呈东北–西南移，常影响到光华、三川、羊坪、永北一带，带来强降水和冰雹天气。
(a) (b)
Figure 5. Spatial distribution of heavy rainfall days (a) and heavy rainfall intensity; (b) during the 2013~2023 flood seasons
图5. 2013~2023年汛期暴雨日数(a)和汛期暴雨强度；(b) 空间分布
5. 永胜县暴雨时空分布特征与云南降雨的相似点
云南地处低纬高原地区，影响云南降雨的主要天气系统为南支槽、昆明准静止锋、切变线、辐合区、西南低涡、热带气旋等，且云南靠近孟加拉湾和南海两个热源和水汽源，受东亚夏季风和印度西南季风的影响，和来自北方和青藏高原上空冷空气的影响以及地形的作用，局地暴雨频发，具有突发性强、强度大、历时短的特点[3] [7]，从永胜汛期暴雨空间分布图上也能反映出以上特点，松坪、东山、仁和一带降雨次数与强度呈正相关，片角一带降雨次数少但降水强度大，说明单次降雨强度大；由于永胜地貌多样，地形对降雨的影响也较大，从图5也能看出，由华坪移来的暴雨往往影响到六德和仁和区域，受地形影响，向永胜中部移动时强度减弱，降雨强度相对偏小。“七下八上”是云南防汛期的关键时刻，从永胜汛期暴雨日数分布也能发现，暴雨集中出现在7月下旬和八月上旬的频率较高。总而言之，云南省地貌丰富、地形多样，暴雨类型及分布也受多方协同影响，永胜县暴雨的分布特征也仅是云南省暴雨天气的缩影之一。
6. 结论
1) 汛期暴雨日数与汛期暴雨降雨量具有较强的相关性，但与年降雨量的相关性较弱。
2) 汛期暴雨集中在7~8月，累计汛期暴雨日数在15 d以上，占总日数的66%，1995至2003年在7月均出现暴雨天气，8月出现2次暴雨天气的概率较大。
3) 汛期暴雨总日数为56 d，年平均1.8 d，大暴雨日数为4 d，除2004年外，仅在2019年至2022年陆续出现3次大暴雨现象，但无特大暴雨天气现象；暴雨日数出现最多的年份为2019年5 d，有5年无暴雨日，且仅有一场连续暴雨。
4) 永胜县汛期平均暴雨强度为66.3 mm/d，最大暴雨强度出现在2004年132.7 mm/d，最小50 mm/d，出现在1996年(除无暴雨年份)。
5) 1993~2023年永胜县汛期平均暴雨贡献率为13.9%，2019年最大40.2%，1998年和2005年最小5.1% (除无暴雨年份外)。
6) 汛期暴雨平均初日为7月8日，暴雨初日出现在6、7月份次数最多，均占45%；平均终日为8月18日，暴雨终日出现在9月份次数最多，占35%。
7) 2013~2023年永胜地区汛期暴雨的平均暴雨日数空间分布呈现“由南向北逐渐增多”的特点，平均暴雨强度空间分布呈现“中间弱四周强”的特点。
项目名称
项目编号：LJQXKJCX-2024-06；项目名称：永胜县汛期暴雨的时空分布特征分析。