廖一丁 輝

(1.南京信息工程大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210044；2.南京信息工程大學(xué)應(yīng)用水文氣象研究院，江蘇 南京 210044)

近幾十年來(lái)，我國(guó)由暴雨造成的洪澇災(zāi)害事件頻繁發(fā)生，且呈顯著加劇的趨勢(shì)，對(duì)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成了嚴(yán)重的威脅[1]。廣東省是中國(guó)大陸最南部的沿海省份，東西北三面連接內(nèi)陸，南面瀕臨南海，鄰近西太平洋，受西風(fēng)帶天氣系統(tǒng)和熱帶天氣系統(tǒng)影響頻繁，加上南嶺及其他山脈的地形作用，降水量十分充沛，暴雨洪澇成為廣東省最主要的氣象災(zāi)害之一。尤其是短歷時(shí)暴雨所引發(fā)的洪澇災(zāi)害突發(fā)性強(qiáng)，危害性更高。由于廣東省地形復(fù)雜，不同區(qū)域受天氣系統(tǒng)的影響程度各有差異，使得降水的時(shí)空分布不均勻[2]，給暴雨洪澇災(zāi)害的預(yù)警和防范造成一定難度。因此，對(duì)廣東省的暴雨進(jìn)行頻率分析并研究其空間分布特征，有助于防災(zāi)減災(zāi)工作的開展，減少暴雨洪澇災(zāi)害帶來(lái)的損失。

過(guò)去我國(guó)常用的水文頻率分析方法是“單站、單時(shí)段、單一線型、基于常規(guī)矩的適線法”，線型通常選擇皮爾遜Ⅲ型曲線[3]。然而單站分析需要較長(zhǎng)的序列資料，序列長(zhǎng)度的不足和觀測(cè)站點(diǎn)的缺乏很大程度上影響了降雨頻率估計(jì)值的可靠性[4]，而且不能反映空間分布規(guī)律；常規(guī)矩估計(jì)的統(tǒng)計(jì)參數(shù)具有很大的偏態(tài)性，因而得到的降雨頻率估計(jì)值極不穩(wěn)定[3]。地區(qū)線性矩法是Hosking等[5]在線性矩的基礎(chǔ)上提出的一種地區(qū)頻率分析方法。美國(guó)國(guó)家海洋大氣管理總署(NOAA)自1991年起在美國(guó)開展地區(qū)線性矩法在防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用研究，從1997年起分區(qū)分批對(duì)全國(guó)的暴雨頻率圖集進(jìn)行更新，于2006年提出了一套基于次序統(tǒng)計(jì)量的線性矩法結(jié)合基于水文氣象一致區(qū)的地區(qū)分析法進(jìn)行暴雨頻率分析的完整系統(tǒng)[3,6-7]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)有不少學(xué)者利用降雨資料進(jìn)行了地區(qū)線性矩法的應(yīng)用研究[8-16]，證明了該方法的優(yōu)越性：線性矩相比常規(guī)矩具有良好的估計(jì)參數(shù)的不偏性和對(duì)特大值的穩(wěn)健性；地區(qū)分析法能夠充分利用鄰近站點(diǎn)的信息，提高降雨頻率估計(jì)值的準(zhǔn)確性，并且能更準(zhǔn)確地獲得其空間分布。

暴雨高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃是基于水文氣象地區(qū)線性矩頻率分析法得到的一個(gè)地區(qū)內(nèi)某一定歷時(shí)、一定頻率(重現(xiàn)期)降雨事件中最大雨強(qiáng)的空間分布[12,15]。實(shí)際上，暴雨高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃的概念為定量估算“強(qiáng)降雨雨強(qiáng)、降雨落區(qū)、概率”三者的關(guān)系奠定了理論基礎(chǔ)，填補(bǔ)了設(shè)計(jì)暴雨理論中強(qiáng)降雨雨強(qiáng)空間分布的空白；而現(xiàn)有的暴雨空間分布僅探討暴雨的點(diǎn)—面關(guān)系。暴雨高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃為中小流域洪水尤其是山洪防治、預(yù)警提供了理論基礎(chǔ)。

關(guān)于廣東省降雨頻率分析的研究，Yang等[17]以珠江流域?yàn)檠芯繀^(qū)，采用地區(qū)線性矩法對(duì)1 d、3 d、5 d和7 d年最大降水量進(jìn)行頻率分析，并聯(lián)系氣候背景及地形特征，探析流域極端降雨的時(shí)空分布規(guī)律；黃強(qiáng)等[18]利用廣東省年最大日降水量資料，應(yīng)用地區(qū)線性矩法，得到不同流域分區(qū)100 a或500 a以下重現(xiàn)期可靠性較高的降雨頻率估計(jì)值。這些都是對(duì)1 d及以上長(zhǎng)歷時(shí)極值降雨的頻率分析，而對(duì)小時(shí)歷時(shí)降雨的頻率分析比較少。

本文應(yīng)用水文氣象地區(qū)線性矩頻率分析法以及在此基礎(chǔ)上發(fā)展的暴雨高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃概念和技術(shù)，根據(jù)1 h、6 h、12 h和24 h年最大降水量資料對(duì)廣東省進(jìn)行暴雨高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃研究，繪制暴雨高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖并分析其空間分布特征，以期為廣東省的防洪規(guī)劃設(shè)計(jì)和洪澇災(zāi)害早期預(yù)警提供參考。

1 資料與方法

1.1 研究資料

廣東省陸地面積約17.97萬(wàn)km2，為提高研究區(qū)邊界處降雨頻率估計(jì)值的可靠性，本文將研究區(qū)廣東省向內(nèi)陸擴(kuò)大約30～50 km的范圍作為緩沖區(qū)。在研究區(qū)和緩沖區(qū)收集水文雨量站1 h、6 h、12 h 和24 h的歷史年最大降水量資料。經(jīng)質(zhì)量控制，去掉明顯錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)值，舍去不一致的資料序列，最終篩選出資料序列長(zhǎng)度在20 a及以上的站點(diǎn)用于分析，其中具備1 h年最大降水量資料的有202個(gè)站點(diǎn)(其中廣東省內(nèi)有92個(gè)站點(diǎn))，具備6 h、12 h和24 h年最大降水量資料的有291個(gè)站點(diǎn)(其中廣東省內(nèi)有157個(gè)站點(diǎn))。研究區(qū)及周圍的地形和所有站點(diǎn)的分布如圖1，可見廣東省內(nèi)站點(diǎn)的空間分布比較均勻，緩沖區(qū)站點(diǎn)密度略大于廣東省內(nèi)站點(diǎn)密度。站點(diǎn)降水序列范圍從1939—2015年，長(zhǎng)度不等，平均長(zhǎng)度約34 a。

圖1 廣東省及周圍緩沖區(qū)地形和站點(diǎn)

1.2 研究方法

Hosking[19]將線性矩定義為次序統(tǒng)計(jì)量線性組合的期望值，并定義了類似于常規(guī)矩的統(tǒng)計(jì)特征參數(shù)：線性矩離差系數(shù)CvL、線性矩偏態(tài)系數(shù)CsL和線性矩峰度系數(shù)CkL?；谒臍庀蟮貐^(qū)線性矩法的暴雨高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃研究，以線性矩作為參數(shù)估計(jì)方法，在水文氣象一致區(qū)劃分的基礎(chǔ)上，選擇各一致區(qū)的最優(yōu)分布線型，再根據(jù)地區(qū)分析法推求各站點(diǎn)的降雨頻率估計(jì)值，并進(jìn)行時(shí)空一致性調(diào)整，最終獲得不同重現(xiàn)期下降雨的空間分布。

1.2.1水文氣象一致區(qū)劃分

地區(qū)分析法的前提是劃分水文氣象一致區(qū)。由于不同時(shí)段分析的站點(diǎn)不一定完全相同，降雨的分布特征也不相同，一致區(qū)的劃分應(yīng)分不同時(shí)段進(jìn)行。水文氣象一致區(qū)的劃分和判定主要從以下3個(gè)方面進(jìn)行：

a.氣象相似性。一致區(qū)內(nèi)滿足降雨的水汽入流和氣象成因一致。

b.水文相似性。一致區(qū)內(nèi)所有站點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)參數(shù)CvL和CsL在一定的容忍度內(nèi)一致。采用基于CvL計(jì)算值的異質(zhì)性檢驗(yàn)指標(biāo)H1來(lái)判斷所劃分的子區(qū)是否為一致性區(qū)域[5]。當(dāng)H1<1時(shí)，表示該子區(qū)為可以接受的一致區(qū)。同時(shí)，利用各站點(diǎn)的CsL對(duì)子區(qū)進(jìn)行判別和調(diào)整，選出CsL特大值和特小值對(duì)應(yīng)的站點(diǎn)，分別考察刪除該站點(diǎn)前后，整個(gè)子區(qū)站點(diǎn)是否存在100 a重現(xiàn)期降雨頻率估計(jì)值小于實(shí)測(cè)資料序列中的最大降水量值的不合理情況。若刪除該站點(diǎn)后，這種不合理情況有較大改善，則需將該雨量站點(diǎn)移至相鄰子區(qū)分析，否則可以保留。

c.不和諧性檢驗(yàn)。檢驗(yàn)所劃分的子區(qū)內(nèi)是否存在不和諧的站點(diǎn)，若站點(diǎn)的不和諧性指標(biāo)Di超過(guò)一定的臨界值，則可認(rèn)為該站點(diǎn)是不和諧站點(diǎn)。Di具體計(jì)算方法和子區(qū)內(nèi)不同站點(diǎn)數(shù)對(duì)應(yīng)的臨界值可參考Hosking等[5]的研究。對(duì)不和諧站點(diǎn)進(jìn)一步檢查原數(shù)據(jù)的可靠性，并考慮將其調(diào)整至相鄰子區(qū)或單獨(dú)分區(qū)。如果該站點(diǎn)較大的Di值是由局部極端氣象事件所引起的，也可以保留在當(dāng)前區(qū)域。

1.2.2一致區(qū)線型選擇

選擇5種三參數(shù)分布線型作為一致區(qū)的候選分布線型，根據(jù)其尾端形態(tài)由厚至薄依次為：廣義邏輯分布(GLO)、廣義極值分布(GEV)、廣義正態(tài)分布(GNO)、廣義帕累托分布(GPA)和皮爾遜Ⅲ型分布(P-Ⅲ)。采用以下3種擬合優(yōu)度檢驗(yàn)方法來(lái)選擇各一致區(qū)的最優(yōu)分布線型：

a.蒙特卡洛模擬檢驗(yàn)。該檢驗(yàn)通過(guò)比較一致區(qū)內(nèi)區(qū)域平均的線性矩峰度系數(shù)與分布函數(shù)的線性矩峰度系數(shù)之間的差異來(lái)考察分布函數(shù)擬合的質(zhì)量。檢驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)量ZDIST的具體計(jì)算方法可參考Hosking和Wallis的研究[5]。若統(tǒng)計(jì)量滿足|ZDIST|≤1.64，認(rèn)為該分布函數(shù)擬合結(jié)果是合理可接受的，并且|ZDIST|越接近于0，認(rèn)為擬合效果越好。

b.樣本線性矩的均方根誤差檢驗(yàn)。該檢驗(yàn)利用一致區(qū)內(nèi)各站點(diǎn)的線性矩峰度系數(shù)與分布函數(shù)的線性矩峰度系數(shù)之間的差值，再根據(jù)站點(diǎn)資料序列長(zhǎng)度進(jìn)行加權(quán)平均得到的均方根誤差(RMSE)來(lái)比較分布函數(shù)的擬合效果[7]，具有最小RMSE的分布函數(shù)擬合效果最好。

c.實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)。該檢驗(yàn)首先分別計(jì)算一致區(qū)內(nèi)各站點(diǎn)不同重現(xiàn)期下的經(jīng)驗(yàn)頻率與候選分布函數(shù)理論頻率之間的相對(duì)誤差(RE)，取所有站點(diǎn)的RE平均值[7]；再將5種候選分布函數(shù)在2 a、5 a、10 a、25 a和50 a重現(xiàn)期的RE平均值從大到小排列，各重現(xiàn)期下的排列序號(hào)求和作為相應(yīng)分布函數(shù)的RE分?jǐn)?shù)SRE，SRE越高、RE越小，表明該分布函數(shù)擬合效果越好。

最后，綜合3種檢驗(yàn)方法的結(jié)果，確定各一致區(qū)擬合效果最佳的分布函數(shù)。

1.2.3降雨頻率估計(jì)值計(jì)算及時(shí)空一致性調(diào)整

b.時(shí)段間一致性調(diào)整。由于不同時(shí)段分布函數(shù)的適線是獨(dú)立進(jìn)行的，獲得的不同時(shí)段的降雨頻率估計(jì)值曲線可能會(huì)出現(xiàn)交叉的情況，即從交叉點(diǎn)之后，時(shí)段較短的降雨頻率估計(jì)值比時(shí)段較長(zhǎng)的降雨頻率估計(jì)值大，這與實(shí)際情況不符。本文采用“誤差分?jǐn)偂钡姆椒╗7]調(diào)整時(shí)段間不一致的降雨頻率估計(jì)值，其思路為：計(jì)算不一致起點(diǎn)前一頻率下相鄰的較長(zhǎng)時(shí)段與較短時(shí)段降雨頻率估計(jì)值的比值，將比值大于1的誤差部分，按頻率步長(zhǎng)權(quán)重分配到不一致起點(diǎn)之后的各不一致頻率點(diǎn)上，加上1作為相應(yīng)頻率下新的比值，乘以原較短時(shí)段降雨頻率估計(jì)值，即得到較長(zhǎng)時(shí)段調(diào)整后的降雨頻率估計(jì)值，而其他正常的降雨頻率估計(jì)值部分不改變。

c.空間一致性調(diào)整。同理，由于雨量站點(diǎn)資料有限、站點(diǎn)分布不均勻，以及各一致區(qū)的數(shù)據(jù)是獨(dú)立進(jìn)行分布函數(shù)選擇和參數(shù)化的，可能會(huì)造成計(jì)算得到的降雨頻率估計(jì)值在相鄰一致區(qū)邊界處出現(xiàn)不連續(xù)、梯度較大的現(xiàn)象。本文采用“往返兩次”空間平差法[20]來(lái)調(diào)整降雨頻率估計(jì)值的空間不一致性，其步驟如下：①構(gòu)造一個(gè)與站點(diǎn)分辨率大致相同的空間網(wǎng)格，采用克里金插值方法，將不規(guī)則的站點(diǎn)上的降雨頻率估計(jì)值插值到規(guī)則網(wǎng)格點(diǎn)上；②采用反距離加權(quán)插值法，利用規(guī)則網(wǎng)格點(diǎn)上的降雨頻率估計(jì)值反向插值回各站點(diǎn)，即得到站點(diǎn)空間平差校正后的降雨頻率估計(jì)值。

2 結(jié)果與分析

2.1 水文氣象一致區(qū)劃分

首先，根據(jù)廣東省的地形和氣候初步劃分水文氣象一致區(qū)。從廣東省地形(圖1)來(lái)看，整體地勢(shì)從北部山地向南部沿海呈逐步降低趨勢(shì)。北部群山是南嶺的組成部分，東部山地由三列東北—西南走向的山脈構(gòu)成，分別為九連山、羅浮山和蓮花山[1]。廣東省暴雨的主要成因是鋒面類暴雨和臺(tái)風(fēng)類暴雨，水汽主要來(lái)源于南面的南海[21]。通常南嶺南側(cè)、蓮花山東南坡等迎風(fēng)面降水量較大，而背風(fēng)面的谷底和內(nèi)陸盆地降水量較少。另外珠江三角洲平原是一個(gè)尺度很大的南開喇叭口地形，對(duì)氣流有輻合抬升作用，使降水量和降雨強(qiáng)度加大[1]。綜合以上分析，考慮將北部、東部和西南部劃分不同的一致區(qū)，并且喇叭口地形、山脈迎風(fēng)面和背風(fēng)面之間要進(jìn)行區(qū)分。

在初步分區(qū)的基礎(chǔ)上，分不同時(shí)段、利用各站點(diǎn)的CvL和CsL進(jìn)一步細(xì)分和調(diào)整。圖2和圖3給出了站點(diǎn)CvL和CsL的空間分布，盡可能將CvL和CsL接近的站點(diǎn)劃分為一個(gè)子區(qū)，對(duì)子區(qū)內(nèi)CsL特大值和特小值的站點(diǎn)進(jìn)行考察，并用異質(zhì)性檢驗(yàn)指標(biāo)H1檢驗(yàn)子區(qū)是否滿足一致區(qū)標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)多次反復(fù)調(diào)整，最終確定了各時(shí)段水文氣象一致區(qū)的劃分方案，針對(duì) 1 h、6 h、12 h和24 h年最大降水量序列分別劃分了13、15、16和16個(gè)一致區(qū)(圖2中以藍(lán)色實(shí)線劃分的區(qū)域表示)。不同時(shí)段的分區(qū)總體形態(tài)上相似，其中存在的差異可能是由于長(zhǎng)歷時(shí)站點(diǎn)數(shù)比短歷時(shí)站點(diǎn)數(shù)多，且CvL和CsL的梯度較大，因此在一些區(qū)域需要更細(xì)的劃分。表1列出了各時(shí)段各子區(qū)的站點(diǎn)數(shù)、異質(zhì)性檢驗(yàn)指標(biāo)H1值和不和諧指標(biāo)Di超過(guò)臨界值的站點(diǎn)數(shù)。所有子區(qū)H1<1，表明都可以認(rèn)為是一致區(qū)。1 h、6 h和12 h年最大降水量序列的部分子區(qū)存在少數(shù)不和諧站點(diǎn)，其中1 h時(shí)段的第三個(gè)一致區(qū)(1 h-3區(qū))的大仚站Di值最高，達(dá)4.41(相應(yīng)的臨界值為3)。通過(guò)對(duì)原數(shù)據(jù)序列分析發(fā)現(xiàn)，該站2003年的最大1 h降水量為94.5 mm，同時(shí)也是該子區(qū)所有站點(diǎn)數(shù)據(jù)序列中的最大值，造成了該站的CvL和CsL值較周圍站點(diǎn)偏大，所以Di值偏高。但該站序列長(zhǎng)度僅為21年，不考慮單獨(dú)分區(qū)，因此還是將其保留在1 h-3區(qū)。其他子區(qū)的不和諧站點(diǎn)的Di值只是略高于臨界值，且分區(qū)過(guò)程中已經(jīng)將這些站點(diǎn)劃入不同的子區(qū)進(jìn)行比較，從中選擇了站點(diǎn)不和諧度最小的方案。

(a) 1 h

表1 廣東省各水文氣象一致區(qū)的站點(diǎn)數(shù)及異質(zhì)性檢驗(yàn)和不和諧性檢驗(yàn)結(jié)果

(a) 1 h

2.2 一致區(qū)內(nèi)最優(yōu)頻率分布線型的選擇

對(duì)所劃分的一致區(qū)，采用蒙特卡洛模擬檢驗(yàn)、均方根誤差檢驗(yàn)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)，考察5種候選分布線型GLO、GEV、GNO、GPA和P-Ⅲ的擬合效果。以24 h水文氣象一致區(qū)為例，各一致區(qū)3種檢驗(yàn)的結(jié)果見表2。如24 h時(shí)段的第一個(gè)一致區(qū)(24 h-1區(qū))，3種檢驗(yàn)中都是GEV分布表現(xiàn)最好，因此該一致區(qū)的最優(yōu)分布為GEV。又如24 h-5區(qū)，GEV分布在蒙特卡洛模擬檢驗(yàn)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)中表現(xiàn)最好，而RMSE最小和次小的分布分別為GNO和GEV，但兩者RMSE相差不大，綜合3種檢驗(yàn)結(jié)果，選取GEV為該一致區(qū)的最優(yōu)分布。對(duì)各時(shí)段、各一致區(qū)進(jìn)行類似的分析，最終可以確定所有一致區(qū)的最優(yōu)分布(表3)。由表3可以看出，選擇作為最優(yōu)分布最多的是GEV(占60%)，其次是GNO(占38%)，只有24 h-12區(qū)選擇了GPA。

表2 廣東省24 h水文氣象一致區(qū)擬合優(yōu)度檢驗(yàn)結(jié)果

表3 廣東省水文氣象一致區(qū)的最優(yōu)分布線型

2.3 降雨頻率估計(jì)值計(jì)算及時(shí)空不一致性調(diào)整

由上一步選擇的各時(shí)段各一致區(qū)的最優(yōu)分布函數(shù)推求的地區(qū)增長(zhǎng)因子，與相應(yīng)時(shí)段各站點(diǎn)的年最大降水量平均值相乘，即得到各站點(diǎn)在各重現(xiàn)期下的降雨頻率估計(jì)值(1 h、6 h、12 h和24 h的降雨頻率估計(jì)值分別表示為Q1 h、Q6 h、Q12 h和Q24 h)。圖4給出了紫洞站和犁市站各時(shí)段降雨頻率估計(jì)值隨重現(xiàn)期變化的曲線。可以看出，同一時(shí)段，降雨頻率估計(jì)值隨重現(xiàn)期的增加而增加，相同重現(xiàn)期下，降雨頻率估計(jì)值也隨時(shí)段的增加而增加，這是符合統(tǒng)計(jì)規(guī)律的。

(a) 紫洞站

根據(jù)前文的分析，此時(shí)計(jì)算得到的降雨頻率估計(jì)值會(huì)存在時(shí)間或空間不一致的問(wèn)題，因此需要進(jìn)行時(shí)空一致性檢驗(yàn)及調(diào)整。從較短時(shí)段到較長(zhǎng)時(shí)段，依次檢查各站點(diǎn)兩相鄰時(shí)段降雨頻率估計(jì)值的一致性，對(duì)站點(diǎn)存在的較長(zhǎng)時(shí)段比較短時(shí)段降雨頻率估計(jì)值小的異常部分，采用“誤差分?jǐn)偂钡姆椒ㄟM(jìn)行調(diào)整。最終對(duì)5站的Q12 h、34站的Q24 h進(jìn)行了調(diào)整。這里以百候站為例分析時(shí)段間一致性調(diào)整的過(guò)程。圖5給出了該站調(diào)整前后降雨頻率估計(jì)值曲線的對(duì)比，該站缺少1 h年最大降水量數(shù)據(jù)，因此只分析Q6 h、Q12 h和Q24 h，曲線數(shù)據(jù)點(diǎn)上的數(shù)值為對(duì)應(yīng)重現(xiàn)期下Q24 h和Q12 h的比值。調(diào)整前，Q24 h和Q12 h曲線在重現(xiàn)期100 a到200 a之間出現(xiàn)了交叉，從200 a到10 000 a，Q24 h小于Q12 h，即兩者的比值小于1。于是將100 a重現(xiàn)期處Q24 h和Q12 h的比值誤差分配到200 a到10 000 a之間各重現(xiàn)期上，得到新的比值及Q24 h。調(diào)整后，Q24 h和Q12 h曲線不再交叉，Q24 h和Q12 h的比值都大于1。經(jīng)過(guò)時(shí)段間一致性調(diào)整后的降雨頻率估計(jì)值更符合降雨的統(tǒng)計(jì)特性，增強(qiáng)了不同時(shí)段間降雨頻率估計(jì)值的可比性。

(a) 調(diào)整前

在時(shí)段間調(diào)整的基礎(chǔ)上，采用“往返兩次”空間平差法調(diào)整空間的不一致性。根據(jù)各時(shí)段的站點(diǎn)密度，第一步插值的網(wǎng)格分辨率1 h數(shù)據(jù)取0.33°×0.33°(約33 km×33 km)，6 h、12 h和24 h數(shù)據(jù)取0.25°×0.25°(約25 km×25 km)。這里以24 h數(shù)據(jù)的50 a重現(xiàn)期為例考察降雨頻率估計(jì)值空間調(diào)整的效果(圖6)，調(diào)整前降雨頻率估計(jì)值的等值線在部分一致區(qū)邊緣處會(huì)存在梯度突然增大的現(xiàn)象，而調(diào)整后，一致區(qū)邊緣處的梯度有所緩和，但整體上主要的分布形勢(shì)和大值中心不變。

(a) 調(diào)整前

2.4 暴雨高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖分析

將時(shí)空一致性調(diào)整后各站點(diǎn)在不同時(shí)段、不同重現(xiàn)期下的降雨頻率估計(jì)值，通過(guò)克里金法空間插值，獲得相應(yīng)的降雨頻率估計(jì)值的空間分布，即暴雨高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖，其中最大雨強(qiáng)區(qū)域?yàn)楸┯旮唢L(fēng)險(xiǎn)區(qū)。圖7～10給出了在1 h、6 h、12 h和24 h時(shí)段25 a、50 a 和100 a重現(xiàn)期下的暴雨高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖?？傮w上看，同一時(shí)段不同重現(xiàn)期下，降雨頻率估計(jì)值的空間分布態(tài)勢(shì)基本一致；不同時(shí)段相同重現(xiàn)期進(jìn)行比較，6 h、12 h和24 h時(shí)段下的降雨頻率估計(jì)值的空間分布態(tài)勢(shì)較相似，而與短歷時(shí)1 h降雨頻率估計(jì)值的空間分布存在一定差異。所有時(shí)段最明顯的暴雨高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)位于廣東西南沿海陽(yáng)江附近(圖7～10中的C1)，隨著重現(xiàn)期增大，其范圍逐漸延伸至西南沿海陽(yáng)江—江門一帶。6 h、12 h和24 h降雨頻率估計(jì)值的空間分布還呈現(xiàn)出兩個(gè)較明顯的暴雨高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，分別位于珠江三角洲廣州到北部山區(qū)南側(cè)清遠(yuǎn)附近區(qū)域(圖8～10中的C2)和東部沿海陸豐附近(圖8～10中的C3)，且重現(xiàn)期越大，兩個(gè)區(qū)域的范圍越大、中心值越大。不同時(shí)段不同重現(xiàn)期下暴雨高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)中心的降雨頻率估計(jì)值見表4，可見4個(gè)時(shí)段C1處中心值都最大，為最主要的暴雨高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，6 h、12 h和24 h時(shí)段下位于C2和C3處的中心值相當(dāng)，C2處中心值在重現(xiàn)期較小時(shí)小于C3處，而隨著重現(xiàn)期增大變?yōu)榇笥贑3處中心值。6 h、12 h和24 h時(shí)段下的降雨頻率估計(jì)值在3個(gè)暴雨高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的南側(cè)都出現(xiàn)了低值區(qū)，分別位于西部的云浮—肇慶附近、北部的樂(lè)昌附近和東部的五華附近。這3個(gè)暴雨高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和3個(gè)低值區(qū)的位置與廣東省的3個(gè)多雨中心和3個(gè)少雨中心位置相一致，形成的原因與不同地區(qū)主要受影響的天氣系統(tǒng)不同，以及地形的阻擋、輻合抬升作用有關(guān)[22-23]，表明此暴雨高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖符合廣東省降雨的空間分布特征。6 h、12 h和24 h時(shí)段暴雨高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)C2所在的珠江三角洲區(qū)域，在1 h時(shí)段沒(méi)有呈現(xiàn)明顯的高值中心，說(shuō)明該區(qū)域主要受較長(zhǎng)歷時(shí)暴雨的影響。相反，1 h時(shí)段雷州半島在不同重現(xiàn)期的降雨頻率估計(jì)值都比較高，說(shuō)明雷州半島主要受短歷時(shí)暴雨影響。另外，廣東東部由于1 h序列所用資料的站點(diǎn)比較稀疏，一些局地分布的變化可能顯示不出，無(wú)法確定是否存在高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。由此可以說(shuō)明，不同區(qū)域主要的成災(zāi)暴雨歷時(shí)是不同的[24]，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)充分調(diào)查不同區(qū)域歷史主要暴雨、洪澇災(zāi)害事件，得到成災(zāi)暴雨的平均歷時(shí)和平均降水量，在此基礎(chǔ)上選擇相應(yīng)設(shè)計(jì)時(shí)段和重現(xiàn)期下的暴雨高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖進(jìn)行重點(diǎn)分析。

(a) 25 a

(a) 25 a

(a) 25 a

(a) 25 a

表4 廣東省暴雨高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)中心降雨頻率估計(jì)值

3 結(jié) 論

a.依據(jù)水文氣象一致區(qū)劃分準(zhǔn)則，基于1 h、6 h、12 h和24 h年最大降水量序列，分別將廣東省及其周圍緩沖區(qū)劃分為13、15、16和16個(gè)水文氣象一致區(qū)；采用3種擬合優(yōu)度檢驗(yàn)方法，確定了各水文氣象一致區(qū)的最優(yōu)分布線型，其中GEV和GNO是選擇最多的兩種分布。

b.根據(jù)地區(qū)分析法，計(jì)算各站點(diǎn)不同時(shí)段、不同重現(xiàn)期下的降雨頻率估計(jì)值，并采用“誤差分?jǐn)偂狈ê汀巴祪纱巍笨臻g平差法進(jìn)行時(shí)段間和空間的一致性調(diào)整，最終獲得時(shí)間上更符合統(tǒng)計(jì)特性、空間分布更合理的降雨頻率估計(jì)值成果。

c.相同時(shí)段降雨頻率估計(jì)值的空間分布態(tài)勢(shì)在不同重現(xiàn)期下基本一致，而1 h時(shí)段與6 h、12 h和24 h時(shí)段的降雨頻率估計(jì)值空間分布存在一定差異。廣東省多小時(shí)時(shí)段最主要的暴雨高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)位于西南沿海陽(yáng)江—江門區(qū)域；6 h、12 h和24 h時(shí)段的第二、第三個(gè)暴雨高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分別位于珠江三角洲廣州到北部山區(qū)南側(cè)清遠(yuǎn)附近和東部沿海陸豐附近區(qū)域。該暴雨高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖符合廣東省降雨的空間分布特征，可為防洪規(guī)劃設(shè)計(jì)以及洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)早期預(yù)警提供參考。