引言

三峡库区位于大巴山脉以南、鄂西武陵山脉以北，由于特殊的地形、地貌，加上雨量充沛的气候，经常发生滑坡、泥石流等灾害，由此造成巨大的经济损失和人员伤亡。如1998年宜昌-江津段发生大范围滑坡及边坡变形，造成直接经济损失高达6.1亿元^[1]。滑坡、泥石流等灾害会对水库河流造成不同程度的填塞，减小有效库容，威胁三峡大坝安全。因此，加强库区地质灾害防治是水库建成以来一项重要的国家需求。尽管导致地质灾害的因素是多方面的，但气象因素特别是强且持续时间长的降水是重要因素^[2-3]。以往的研究表明，对于中等强度的降水，当24 h降水量达到40 mm就可以诱发一次泥石流灾害；当降水持续几周且总降水量达到200 mm时，就可以导致一次严重的滑坡事件^[4]。例如，2015年发生在浙江丽水市雅溪镇的特大滑坡事件，造成38人死亡，尽管滑坡当天的降水量不大(日降水量仅6 ~ 8 mm)，但之前持续连阴雨，累计降水量较大，连阴雨是其主要的诱发因素。因此，研究连阴雨的演变特征，了解其未来的变化趋势，对认识地质灾害的活动规律和形成机制有重要的指示意义。

一般而言，连阴雨是指连续5 d及以上的持续降水现象。因为其极易影响农作物的生长、收割和贮藏，很早就为人们所关注^[5]。许多学者对我国连阴雨的气候特征、影响系统和形成机制进行了研究，发现春季是连阴雨的频发季节，由于温度低、日照少，春季连阴雨影响范围大、持续时间长^[6-8]；连阴雨是中高纬稳定的大气环流与低纬热带副热带系统相互作用的产物^[9-11]；就三峡库区而言，连阴雨主要集中于中南部，且发生年频次和降水量均有微弱的减少趋势^[8]，尽管连阴雨过程的平均持续时间没有明显变化，但最长连阴雨持续时间表现为明显的减少^[3]。

随着全球变暖，气候系统的许多特征发生了改变。地表温度的升高将导致地表蒸发加剧和大气的储水能力增强，蒸发加剧意味着更容易发生干旱，储水能力增强意味着降水强度将会增大，更容易发生极端降水^[12-14]。有研究表明中国降水强度的年际变化总体呈现上升趋势^[15-17]。目前，在气候变暖背景下，三峡库区连阴雨是否表现出一些新的特征尚不清楚。尽管有研究表明，相比之前春季库区连阴雨无论是总降水量还是频次均呈现减少的特征^{[1, 8]}，但至今为止10多年，利用新的观测资料是否能得出与以前一致的结论尚不清楚。因此，有必要利用最新且更长时间序列的数据对其进行更新研究，以期了解其气候变化特征，为三峡库区地质灾害的监测预报提供一定的科学依据。

1 资料及方法

降水资料为中国气象局国家气象信息中心提供的全国753站1960—2015年逐日观测数据。考虑到降水数据的完整性和研究结果的可靠性，按照以下标准选取站点：(1)单站在分析期内的逐日资料完整；(2)单站某年统计时间段内有10%以上天数缺测，则该站不选；(3)某站点存在一年及以上的缺测，该站不选。基于以上要求，从三峡库区及库区影响区(104°—113°E、28°—33°N) 76个观测站中选出39个站点。

以往的研究中关于连阴雨的定义并没有统一标准，本文结合以前研究中连阴雨的定义方法^{[5, 8, 18, 19]}，将连阴雨过程定义并分类如下：(1)不少于5 d持续时间且每日降水量均大于0.1 mm的降水过程称为一次连阴雨过程；(2)当持续时间为5 ~ 6 d且不间断，称为短期过程；(3)持续7 ~ 8 d时允许中间有一个无雨日，或者持续9 ~ 10 d且允许中间有两个不相邻无雨日，称为中期过程；(4)持续时间10 d以上且允许有不限次数的不相邻无雨日，称为长期过程；(5)在连阴雨过程中，若连续2 d无降水，则视为本次过程结束。

考虑到定义的三类连阴雨过程中最短的持续天数为5 d，在统计连阴雨时把2月25日(闰年为2月26日)—6月4日定义为春季，共计100 d。为研究连阴雨的特征，参照翟盘茂等^[16]方法，分别统计了各站各年的连阴雨过程频次、过程总天数(当年春季所有连阴雨过程降水持续天数之和，包含间断的无雨日)、过程总降水量(当年春季各次连阴雨过程降水量之和)以及过程降水强度(过程总降水量除以过程总天数)。

为分析连阴雨的变化趋势，计算了各站的气候趋势系数r_xt^[20]。r_xt为正(负)时表示该要素在所计算的n年内有线性增加(减少)的趋势，并使用自由度n-2的t分布检验这种气候趋势是否有意义(α=0.05)。此外，参照Lu等^{[21, 22]}利用回归探讨连阴雨过程总天数和降水强度对过程总降水量变化的贡献情况。

过程总天数(d)和过程降水强度(i)可以共同影响过程总降水量(r)的变化^[15]，即

$ r = r\left( {d,i} \right) $

(1)

于是

$ \Delta r = \frac{{\partial r}}{{\partial d}}\Delta d + \frac{{\partial r}}{{\partial i}}\Delta i $

(2)

其中，$\frac{{\partial r}}{{\partial d}}$和$\frac{{\partial r}}{{\partial i}}$分别表示由连阴雨过程总天数和过程降水强度引起的降水变化率。过程总天数(d)和过程降水强度(i)对过程总降水量(r)变化的贡献可近似地用对应因子的贡献率乘以该因子的变化量来表示，即

$ {W_d} = \left| {\frac{{\partial r}}{{\partial d}}} \right| \cdot \left| {\Delta d} \right|;{W_i} = \left| {\frac{{\partial r}}{{\partial i}}} \right| \cdot \left| {\Delta i} \right| $

(3)

其中，$\Delta d$和$\Delta i$对应过程总天数和过程降水强度的长期变化量。

2 春季连阴雨的时空分布 2.1 发生频次和总天数

图 1给出1960—2015年多年平均的春季短期、中期、长期及总的连阴雨过程的频次分布图。总体来看，发生频次从南向北逐渐减少，每个站点平均每年发生2 ~ 3次连阴雨过程，这与邹旭恺等^[10]研究结论一致。位于重庆境内的三峡库区是连阴雨的高发地段，平均每年发生3次以上。对比来看，短期过程频次在大部分区域低于0.4次·a^-1，重庆附近稍高，为0.6次·a^-1；中期过程平均0.8 ~ 1.2次·a^-1，而长期过程则为0.6 ~ 1次·a^-1。

图 2给出1960—2015年区域平均的春季短期、中期、长期及总的连阴雨过程的频次逐年演变。从中可见，总的连阴雨过程频次存在明显的年代际变化，且呈明显的减小趋势，减小速率约-0.2次·(10 a^-1)；1960年代是连阴雨的高发阶段，每年发生3次以上的连阴雨。分类来看，短期过程频次大部分年份发生不足1次，具有明显的年际变化特征，且有弱上升趋势。与短、中期过程相比，长期过程频次有明显的减少。值得注意的是，在最近的10 a，中、长期以及总的连阴雨过程频次呈现一定的增加。对连阴雨的频次序列进行小波变换(图略)可知，在26 ~ 28 a的时间尺度上振荡周期显著，其经历了“多-少-多-少-多”的交替，分别对应1970年代末、21世纪初的连阴雨偏少，以及1960年代、1990年代和2010年后的偏多，春季连阴雨过程频次与全年连阴雨过程频次变化一致^[3]。中、长期过程的主周期与总的连阴雨过程一致，均表现为26 ~ 28 a；短期过程主周期为9 ~ 11 a；三类以及总的连阴雨过程在2010年后均表现为正位相。

通过计算三类连阴雨过程频次分别对春季总的连阴雨过程频次的逐年贡献率(图略)可知，短期过程频次的贡献显著增长，中期过程变化不大，而长期过程频次的贡献明显减少，约从40%下降至20%。在统计时段内，中期过程频次的比重最大，平均占43.6%。1960年代，长期过程的比重大于中期，但之后逐渐减小并小于中期，在2003年短期所占比重也超过了长期。

为进一步分析连阴雨的变化趋势，图 3给出1960—2015年春季短期、中期、长期及总的连阴雨过程频次的趋势系数空间分布，从中可见，大部分台站总的连阴雨过程呈减少趋势(39个站中有36个站，其中有15个站通过0.05的统计检验)；库区内的5个站均呈现减小趋势，其中宜昌站通过0.05的统计检验。有22个站尤其是东南部站点的短期过程呈现增长趋势；中期过程与短期的相似，也呈现北部减少东南部增长的分布特征；对于长期过程，有37个站为负趋势，其中19个站通过0.05的统计检验，减少最快的为沅陵站，可达到-0.52次·10 a^-1。

连阴雨持续天数越长，造成危害越大^[8]。通过统计春季连阴雨过程总天数可知，对于各个站而言，每年春季连阴雨过程总天数大致在26 d左右。过程总天数与频次的分布基本一致，呈自北向南逐渐增多的纬向分布特征(图略)。重庆和恩施地区短期过程总天数最长，恩施附近中期过程总天数最长，而长期过程的总天数大值区集中于区域南部。

图 4给出1960—2015年春季短期、中期、长期及总的连阴雨过程总天数的逐年演变，从中可见，总的连阴雨过程以-2.5 d·(10 a)^-1的速率减少。长期过程总天数的减少幅度最大，为-2 d·(10 a)^-1，其在2005年之后很少发生，但近几年又出现较明显的增加趋势；中期过程有一定减少；而短期过程变化不大，具有明显的年代际变化特征。

统计各站总的连阴雨过程总天数的趋势(图略)可知，所有站点均表现为负趋势，其中30个站通过0.05的统计检验，有17个站甚至通过0.005的统计检验。长期过程39个站中有22个站的负趋势显著。总之，春季连阴雨过程总天数的减少较明显，总天数的减少必定会对过程总降水量以及过程降水强度产生影响，下面分别对两者进行讨论。

2.2 过程总降水量

过程总降水量的分布有明显的地域性，呈现自西北向东南逐渐递增的特征，与频次和总天数的分布略有不同(图略)。在中心地区，连阴雨过程总降水量在120 ~ 200 mm·a^-1左右。各类过程总降水量的分布与连阴雨过程总降水量的类似。从三类过程总降水量分别对连阴雨过程总降水量的贡献率来看(图 5)，在南部长期过程总降水量的贡献比较大，贡献率超过50%；而北部中、短期过程的贡献较大。对所研究区域求平均，中期和长期的贡献分别占41%和42%，说明这两类过程是该地区的主要连阴雨类型。由于地形爬坡，三峡库区以南水汽含量多于以北^[6]，且随着风速增加，连阴雨过程总天数增加^[19]，这可能造成不同类型的连阴雨降水量南北分布形势。

在整个分析期间，区域内连阴雨过程总降水量有减少趋势(图 6)，减小速率-16.1 mm·(10 a)^-1。长期过程总降水量减少最为明显，约为-13.1 mm·(10 a)^-1，特别是2000年以后，每年由该类连阴雨造成的总降水量基本在50 mm以下。由于长期过程总降水量对连阴雨过程总降水量有重要贡献，该过程总降水量的减少会显著影响区域的连阴雨降水，从而影响该地区的气候。由于过程总天数和频次的减小，50余年来中期过程总降水量呈现微弱的减小趋势。短期过程总降水量的趋势变化不大，但年际变率增强。

通过统计每个台站连阴雨过程总降水量的变化趋势(图略)可知，选取的39个站全部为减少趋势，其中有23个站的减少显著。长期过程总降水量有37个站为减少趋势，其中有15个站点显著，且有9个站通过0.005的统计检验；中期过程大部分站点也表现为减少趋势；短期过程约有一半站点呈增长趋势。

为分析春季连阴雨在整个春季降水中的作用，本文统计了区域内春季总降水量的逐年演变情况，结果表明春季总降水量呈现减少趋势，但没有连阴雨过程总降水量的减小趋势明显(图略)。图 7a统计了各年春季连阴雨过程总降水量占整个春季总降水量的百分比，可见春季连阴雨过程总降水量对春季总降水量的贡献有所减弱，50余年来下降了约21.6%。图 7b表明两者的差值有明显上升，增长率11.3 mm·(10 a)^-1。这意味着春季连阴雨降水过程越发少见，5 d以下的非连阴雨降水过程发生概率增加、对春季降水的贡献增大。随着全球气温的升高，蒸发加大，大气可降水量增多，因此在比过去短的时间内，就可降下相同甚至更多的降水量，这可能也是造成短期过程出现增多的原因。

2.3 过程降水强度

连阴雨过程降水强度存在明显地域性，图 8给出1960—2015年春季短期、中期、长期、总的连阴雨过程的降水强度分布，从中可见，总的过程降水强度呈现自东南向西北逐渐减少的分布。平均而言，三峡库区总的连阴雨过程降水强度基本维持在6 ~ 8 mm·(d·a)^-1。短期过程降水强度明显强于中、长期，大值中心位于万州达县地区，平均为9 mm·(d·a)^-1以上，因为短期过程频次和总天数有增加的趋势，伴随过程降水强度的增强，对三峡库区造成的影响也可能会随之加大；中期过程降水强度基本维持在6 ~ 8 mm·(d·a)^-1，库区中心较强；长期过程降水强度要明显弱于短、中期。

从区域平均的连阴雨过程降水强度的变化趋势来看(图略)，1960年以来总的过程降水强度变化不大，增速为0.05 mm·(10 a)^-1；在1960年代后有减弱趋势，而在1970年代末至今又开始显著增强，增速为0.40 mm·(10 a)^-1，这可能与全球变暖加速有关。各类过程降水强度的变化与总体变化类似，大致为先减弱后增强。但值得注意的是，随着近年来连阴雨过程降水强度的增强以及偏离平均值的振幅增大，更易导致出现极端偏强或者极端偏弱的连阴雨天气，加之连阴雨天气本身持续时间长，可能是导致近年来三峡库区山地滑坡泥石流灾害频发的原因之一。进一步对各站总的连阴雨过程降水强度的变化趋势做显著性检验可知，1979年以来，有25个站呈增强趋势(其中3个站显著)，主要集中于东南部区域(图 9)，而西北部的站点主要表现为减弱趋势。

2.4 总天数和降水强度的相对重要性

降水量变化趋势是天数、频次和降水强度变化趋势共同影响的结果^[15]。为进一步分析春季连阴雨降水的变化，将连阴雨过程总天数及其降水强度的变化与连阴雨过程总降水量的变化结合起来看，在所选区域内可归为2类情况：一种是过程降水强度、总天数和总降水量共同减少的情况，在39个站中有18个站出现这种情况；另一种为过程降水强度增强，总天数和总降水量减少的情况，共有21个站。两种情况的不同之处在于过程降水强度的趋势不同，第一种情况集中于库区的西北部，而第二种情况多出现于库区和库区东南侧。

图 10给出1960—2015年春季区域内各台站过程总天数和过程降水强度的变化对总降水量变化趋势的贡献及其大小的比较结果。从中可见，在连阴雨的长期变化中，大部分站点的过程总天数变化的贡献W_d要大于过程平均强度变化的贡献W_i，特别是过程总降水量大的站点几乎都由总天数变化对降水起支配作用，说明大部分站点是由总天数的变化主导过程总降水量的变化。这可能是由于达到连阴雨降水标准的降水强度已相对较大，各类过程的降水强度变化不明显，特别是长期过程，很难保证在长时间降水的同时强度还增加，而达到连阴雨事件阈值标准的总天数的增加或减少，必定会造成总降水量的显著变化。所以，当出现连阴雨总天数减少时，不论过程强度增强或减弱，仍出现总降水量减少的情形。半数左右的春季连阴雨过程总降水量均由长期过程贡献，由于降水时间长的缘故，若长期过程总天数有明显的减少，在过程总天数变化起主导作用下，该类过程总降水量也会有很大程度的减少，从而显著影响该地区连阴雨降水。

3 结论与讨论

本文利用三峡库区39个站1960—2015年逐日降水观测资料，将该地区春季连阴雨分为短、中以及长期过程三类，并分别讨论了总的连阴雨和各类连阴雨过程频次、总天数、总降水量以及过程降水强度的时空分布特征和变化趋势，得出如下结论：

(1) 春季连阴雨过程频次、总天数和总降水量均呈现自北向南逐渐增多的纬向分布特征。总的连阴雨过程频次、总天数以及总降水量有明显减少，但近10 a来呈现增长趋势。1970年代末至今，过程降水强度增强显著，偏离平均值的振幅增大，且呈现增强的站点主要位于东南部。连阴雨过程总降水量对春季总降水量的贡献减弱，而小于5 d的非连阴雨降水增多增强。

(2) 短期过程在频次、总天数和总降水量上均呈现略增加的趋势，且年际振幅增强，该类过程降水强度有一定的增强趋势，且年际变率增大，整个三峡库区均是该类过程降水强度的大值中心。

(3) 中期过程主要出现在北部地区，对北部降水量有重要贡献，其变化程度介于短期和长期过程之间，频次、总天数、总降水量均有略微减弱，过程降水强度变化不大，是三峡库区出现最为频繁的连阴雨类型。

(4) 长期过程频次、总天数以及总降水量的减少最为明显，在2000年后几乎消失，但近10 a来有略微增长趋势。该类连阴雨过程降水强度普遍弱于短期过程，但其主导了南部地区的降水。

(5) 连阴雨过程总天数变化的贡献要大于平均强度变化的贡献，降水量的长期变化是由总天数的变化主导的。由于降水时间长的缘故，半数左右的连阴雨过程总降水量均来自长期过程的贡献，该类过程发生的减少导致其过程总降水量大幅度减少。

三峡库区为我国春季连阴雨变化的过渡地带，连阴雨过程频次、总天数、总降水量均有不同程度的减少。从降水过程的持续时间来看，短期过程出现增多，而长期过程出现减少，这在秋季全国连阴雨过程演变中也有体现^[19]。造成这种变化的因素较多，一个可能是气溶胶含量的增加。三峡库区是我国气溶胶含量较丰富的地区^[23]，增加的凝结核有利于大雨滴的形成，不利于出现毛毛雨，导致连阴雨等弱降水过程减少。此外，连阴雨受高纬和低纬的共同影响，其变化也可能与大气环流系统的变化有关，其具体原因有待进一步研究。值得强调的是，在最近10 a库区连阴雨出现了时间变短强度变强的趋势，可能引起近些年来地质灾害加剧。