引言

云南省处于青藏高原往东延伸的低纬高原地区，具有独特的低纬高原季风气候。受南亚季风和东亚季风影响，云南干湿季分明，受复杂的地形、地貌影响，降水具有很强的局地性和突发性特征。发生在小时尺度的极端降水事件由于短时降水强度大，极易引起城市内涝和滑坡、泥石流等灾害的发生，给人们的生产、生活乃至生命安全带来严重危害。根据IPCC报告，近百年来全球平均气温已经升高了0.6±0.2 ℃，并且这种上升趋势还将持续。Trenberth (1998)指出，地球温度升高会导致蒸发加剧、大气含水量升高，降水也将增加。基于观测资料分析，Zhai等(2005)指出1951—2000年间，我国平均日降水强度普遍增强，降水日数在除西北地区外普遍减少，我国极端日降水强度和降水量有增加趋势，极端降水事件趋于增多。张丽亚和吴涧(2014)指出近几十年来小雨量和小雨频次在除西北地区外呈现减少趋势，且小雨频次的减少比小雨量的减少更为显著。刘瑜等(2010)研究表明，1961—2007年间云南年均降水量趋于减少，其中夏季降水量减少较为明显。夏阳等(2018)利用百分位阈值法对1960—2014年云贵高原夏季日降水资料进行分类研究指出，不同等级日降水事件阈值均呈现南多北少的分布特征，近55 a来，第99和95百分位日降水事件的发生频次呈一定程度的增加趋势，第90和75百分位主要呈减少趋势。

李建等(2013)指出使用逐日降水资料研究极端降水会低估短时强降水的强度，由于降水强度是衡量极端降水事件的重要标准，所以使用小时降水资料分析极端降水会减小误差，更精确地刻画降水细节。近年来，随着长时间序列小时降水观测资料的形成，使用云南地区小时降水资料的研究也开始出现。毛冬艳等(2018)利用西南地区1981—2010年小时降水资料，分析了该区域短时强降水的分布特征及短时强降水和强暴雨的变化趋势，指出该地强的短时强降水呈现频次增加、强度增强的变化趋势。王夫常等(2011)利用1991—2004年等小时降水数据分析了我国西南部降水日变化等基本特征和区域差异，结果表明该地具有“夜雨”和午后次峰值并存的特征。唐红玉等(2011)利用1960—2000年小时降水资料对西南地区的降水频率和降水比率进行了分析，总结了该地的降水日变化规律。李华宏等(2017)利用1981—2015年云南省小时降水资料，对云南短时强降水的空间分布、逐月分布、日变化和长期趋势进行了分析。张焕等(2011)根据西南地区1961—2000年逐时降水资料，研究了不同季节降水和极端强降水的变化，对降水较大的夏秋季进行了重点分析，结果表明夏季极端强降水呈现降水时数增加、降水强度增强的变化趋势，而秋季极端强降水整体趋势不显著。

王小玲和翟盘茂(2008)指出，降水过程中不同强度等级的降水对整体降水变化的贡献是不同的，其影响机制也不尽相同，因此以降水强度分级展开研究可以对降水结构进行更深入的剖析。而目前尚未有针对云南地区不同强度等级小时降水的研究，进行相关研究有助于更精确刻画云南省降水细节、为研究不同的降水机制提供基础。本文将基于云南省小时降水资料，分析云南省年降水和三种强度等级的小时降水在各个季节的长期变化，以求丰富对云南省降水特点的认识，为云南降水预报和防洪减灾等气象相关服务提供参考依据。

1 资料与方法 1.1 资料说明

本文所用资料为中国气象局国家气象信息中心提供的云南省1971年1月1日—2016年12月31日的小时降水资料。在考虑了资料缺失情况、所分析的年份长度和站点数量的基础上，选取了1982年1月1日—2016年12月31日67个气象观测站的逐小时降水资料。考虑到云南省降水主要集中在雨季(5—10月)，故站点选取原则为在所要分析的35 a间(1982—2016年)雨季均有观测记录，干季(11月至次年4月)缺失记录最多不超过两个月。在所选取站点的有记录的观测资料中，有效观测资料比率均达到99%。

图 1为云南省67个站点分布，可以看到，云南省海拔由西北向东南逐级递减，西北部为南北向的横断山脉群，山脉峡谷相间，海拔约在3 000 m以上，中部和东部为滇中、滇东高原，海拔在2 000 m左右，南部和西南部山势较矮，宽谷盆地较多，海拔降至500~ 1 000 m。红色数字分别代表：01迪庆州、02怒江州、03丽江市、04德宏州、05保山市、06大理州、07临沧市、08楚雄州、09普洱市、10玉溪市、11昆明市、12曲靖市、13昭通市、14西双版纳州、15红河州、16文山州。除昭通市以外，站点在全省各州市均有分布。

1.2 研究方法

利用百分位阈值法(翟盘茂和潘晓华，2003)定义各个站点极端降水事件的阈值，具体是将1982—2016年间小时降水量大于等于0.1 mm的降水记录按升序排列，将处于第80和95百分位的降水量值分别定义为该测站强降水和极端降水的阈值，小时降水量大于第95百分位降水量阈值的降水记为“极端小时降水”，小时降水量大于第80百分位降水量阈值，同时小于等于第95百分位降水量阈值的记为“强小时降水”，小时降水量小于等于第80百分位降水量阈值的记为“中等-弱小时降水”。本文采用Mann-Kendall趋势分析(魏凤英，2007；郑小华等，2019)、线性倾向估计方法，并用F检验对线性趋势进行显著性检验。

定义年降水频次为某年内小时降水量大于等于0.1 mm的小时数之和，定义年降水强度为年降水量除以年降水频次，极端小时降水频次定义为某年内发生极端小时降水的小时数之和，极端小时降水强度为极端小时降水量除以极端小时降水频次，类似地，分别定义强小时降水和中等-弱小时降水的降水频次和强度。另外，定义相对变化率为线性回归斜率与初始年份值之比。

2 云南省年平均降水及其变化 2.1 云南省年平均降水的空间分布

计算1982—2016年云南省67个站点的平均年降水量，利用空间插值绘制云南省年降水量分布(图 2a)，从中可见，站点年降水量为700~2 000 mm，呈现出由南向北逐渐递减的趋势，有两个大值中心分别位于普洱市的西南部及普洱市东南部与西双版纳州、红河州交汇处，在云南省西北部有一个明显的降水量较大的区域。有研究(董海萍等，2007)表明，在云南南部、西南部地区，多个开口向南的喇叭口地形对偏南暖湿气流有辐合抬升作用，使得该地雨量增多。平均年降水量最大值位于红河州金平县(站点编号60，见图 1)，降水量为2 259.7 mm，最小值位于大理州宾川县(站点编号10)，平均年降水量仅为531.2 mm。从年降水频次空间分布来看(图 2b)，云南西北部为降水频次的极大值区，年平均总降水频次最大值出现在滇西北的福贡站(站点编号01)，达到了1 465 h；云南中部为降水频次的小值区，最小值出现在宾川站，仅有455 h；除云南西北部外，年降水频次表现出由西南向东北递减的趋势。年降水强度空间分布表明(图 2c)，大值区位于云南南部，即普洱市和西双版纳州交界处东部，小值区位于云南西北部，即迪庆州、怒江州和丽江市的西北部分区域。

图 3显示35 a平均的云南省各个季节降水量的空间分布，可以看出，夏季是云南省降水的高峰季节，一年中大约有一半的降水量是发生在夏季；夏、秋季的降水分布与年降水量空间分布较为相似，均有从西南向东北递减的特点，由此也可以说明，夏、秋季是云南省主要的降水期；冬、春季全省大部分地区降水显著减少，但在云南西北部横断山脉西侧附近存在一个明显的相对高值区。郑建萌等(2010)研究表明，云南横断山脉纵向岭谷区的降水季节特征与周边地区存在着明显差异，在纵向岭谷区北部的怒江州及邻近地区在2—4月存在“春汛”(在当地也称为“桃花汛”)，是全国最早开始的雨季之一，其典型代表站点是怒江州的福贡站和贡山站。在春季西北部的降水高值区东南侧，存在一个降水的低值区，这可能与青藏高原东南缘地形作用产生下沉气流抑制降水有关(Li et al., 2011)。

综上可知，在云南南部，由于降水强度大，产生了降水量的极大值区域，在云南西北部，由于极高的降水频次而导致了较大的降水量。云南省大部分地区年降水量约80%发生在夏、秋两季，而在云南省西北部横断山脉纵向岭谷区附近存在独特的“春汛”特征，春季降水显著多于其他季节。

2.2 云南省年平均降水的长期变化

图 4a—c为67个站点平均的年降水量、降水频次和降水强度随时间的变化情况。分析可知，年降水量线性回归趋势未通过F检验，由5 a滑动平均曲线可见，年降水量在1982—1989年、1989—2000年及2000—2011年表现出减少-增加-减少的趋势，2011年后呈现增加趋势；年降水频次的线性趋势通过了F检验，在1982—2000年没有明显变化，波动平缓，2000年以后表现为波动中降低的趋势；站点平均年降水强度线性回归通过了F检验，1990年后表现为明显的在波动中增强的趋势。

图 4d—f为各站点年降水量、降水频次和降水强度的相对变化率和1982—2016年变化趋势空间分布。分析可知，67个站点中，年降水量增加和减少的交错分布，其中仅有3个站点通过信度为0.05的显著性检验且均为减少趋势，这是降水频次降低、强度增强的结果；全省年降水频次表现为一致的减少趋势，且有21%的站点减少趋势通过显著性水平检验，大部分集中在云南西部地区，全省仅有1个站点表现出不显著的增加趋势；各站年降水强度表现出一致的增强趋势，且有36%的站点增强趋势显著，而仅有4个站点表现为减弱趋势。

3 云南省不同强度小时降水及其变化 3.1 不同强度小时降水空间分布

图 5显示云南省67个站点第95百分位和第80百分位小时降水值。第95百分位降水阈值的最大值为江城站的9 mm·h^-1，最小值为位于横断山区的福贡站的3.6 mm·h^-1，67个站点的平均值为5.83 mm·h^-1，最大值为最小值的2.5倍。阈值分布表现为从南向北逐渐减少，在23°—26°N之间，相同纬度下西侧的阈值高于东侧。第80百分位降水阈值最大值同样是江城站，为2.7 mm·h^-1，最小值为云龙站的1.4 mm·h^-1，平均值为1.9 mm·h^-1，最大值为最小值的1.93倍，空间分布特征与第95百分位阈值分布类似。全部站点的第95百分位和第80百分位降水量阈值分别对各个站点的年降水量进行相关性计算，得到相关系数分别为0.749 1和0.778 0，均通过了信度为0.001的显著性检验，说明强降水和极端降水的降水量阈值与年降水量呈显著正相关；而阈值与站点海拔高度做相关性计算时，相关系数分别为-0.436 3和-0.460 3，均通过了信度为0.001的显著性检验，说明不同强度降水量阈值和海拔高度呈显著负相关。

计算三种强度等级的降水量占总降水量的比例分别为：38%(极端降水)、34%(强降水)和28%(中等-弱降水)，虽然极端降水频次仅占总降水的5%，但却产生了最多的降水，由此也说明了研究极端小时降水的变化对于掌握云南省降水特征具有重要意义。图 6a—c为三种强度等级降水的年降水量空间分布，其空间分布情况均与总年降水量空间分布情况较为类似。通过对比分析可知，在除滇西北以外大部分地区，尤其是滇南，强度越强的降水所产生的降水量越大，但是在云南北部，尤其是西北部，强降水和中等-弱降水所产生的降水量均明显高于极端降水产生的降水量。

图 6d—f为三种强度等级降水的年平均降水强度的空间分布，可以看出极端降水强度的大值区以云南省南部和东部为主，强降水和中等-弱降水强度的大值区以南部和西部为主。结合云南省年降水频次分布(图 2b)可知，云南省南部为不同等级降水强度和降水量的大值中心，西北部地区降水频发但降水强度相对较弱，云南中东部降水频次少、强度较弱且降水量也相对较小。

3.2 不同强度小时降水的长期变化

图 7a—c为云南省极端小时降水的时间序列，可以看出，极端小时降水的降水量和发生频次的趋势相似，线性趋势均未通过F检验，均在1982—1990年、1990—2000年、2000—2011年呈现为减少-增加-减少的趋势，2011年后表现为增长趋势；极端小时降水平均强度在1982—2015年整体表现为波动中的缓慢增强趋势，线性趋势通过了F检验。图 7d—f为云南省67个站点极端小时降水的降水量、发生频次和强度的相对变化率和变化趋势空间分布。分析可知，极端小时降水的降水量变化有69%的站点(46个)表现为增加趋势，在全省分布比较均匀，但仅有3个站点通过了显著性水平检验；极端小时降水发生频次的变化有61%的站点(41个)表现为增长趋势，仅有2个站点通过了信度为0.05的显著性检验；极端小时降水的强度变化有79%的站点(53个)表现为增强趋势，且有6个站点通过了信度为0.05的显著性检验，总体而言比前两者具有更明显的增长趋势。

图 8a—c显示强小时降水的降水量和频次的长期变化趋势与极端小时降水的变化趋势相似，在1982— 2010年表现出一致的减少-增加-减少趋势，2011年后为增加趋势，线性趋势未通过F检验；强小时降水强度的线性趋势通过了F检验，为量级很小的增强趋势。从图 8d—f可以看出，强小时降水的降水量和频次变化以减少为主，其中，降水量表现为减少趋势的站点占76% (51个)，有5个站点通过了显著性水平检验，表现为增加趋势的站点主要集中在云南中东部和南部的部分地区；强小时降水频次表现为减少趋势的站点占了78% (52个)，其中有7个站点通过了显著性水平检验，强小时降水的降水量和降水频次减少趋势的站点集中在云南省西部边缘和东南部边缘；强小时降水的强度在大多数站点(69%，46个)表现为增长趋势，其中5个通过了α=0.05的显著性水平检验。

分析图 9a—c可知，中等-弱小时降水的降水量和频次的变化趋势相似，1982—2000年表现为平缓波动，2000年后为明显的波动中下降趋势，通过了F检验；中等-弱小时降水的强度线性趋势不显著，1982— 1988年和2008—2011年为短暂的减弱期，其余时期表现为缓慢的增强趋势。从空间分布图(9d—f)来看，几乎所有的站点(97%)的频次都表现出减少趋势，有27个站点通过显著性水平检验，仅有2个站点表现为不显著增长趋势；全部站点的降水量均表现出减少趋势，有15个站点通过了显著性水平检验；中等-弱小时降水的强度变化有61%(41个)的站点表现为增强趋势，并且有15个站点的增强趋势通过了显著性水平检验。

通过对比以上三种强度等级降水的降水量、发生频次和强度的气候态和变化趋势可以知，1982—2016年间，降水量和降水频次整体表现为减少趋势，且该趋势随着降水强度等级的升高而减弱，极端降水表现为很弱的增长趋势；而降水强度在1990年后整体表现为增长趋势，极端降水强度的增长趋势最显著，强降水降水强度的增强趋势最弱。

3.3 不同季节小时降水的长期变化趋势

从各站点不同季节不同强度等级小时降水变化趋势的空间分布(图略)可以看出，相较于降水强度变化的站点分布，降水量和降水频次变化的站点分布相似度更高。为节约篇幅仅叙述分析结果。结合表 1分析可得，云南省春季极端降水和强降水的降水量、降水频次整体表现为弱的增长趋势，增长最明显的区域是滇中以西、以南地区，其强度相对变化率的绝对值较小。有80%站点的中等-弱小时降水强度表现为增加趋势，相对变化率大于2.5(%·decade^-1)的站点集中在云南南部。夏、秋季是云南降水的主要季节，强降水和中等-弱小时降水的降水量、降水频次在夏秋季表现为相对变化率较大、全省基本一致的减少趋势，秋季更为明显。孟加拉湾是云南秋季降水的水汽来源之一(张万成等，2014；万云霞等，2016)，李聪等(2012)指出2000年之后孟加拉湾季风有结束时间提前的趋势，故推测云南秋季降水的减少趋势与此有关。夏、秋季极端小时降水强度均表现为弱增长趋势，从站点分布上看，表现为增长趋势的站点在全省都有分布，表现为减弱趋势的站点主要集中在云南中部地区。冬季降水的变化趋势有很强的区域性特征，强降水的降水量、频次和强度在滇西北表现为下降趋势，在滇中及滇中以东、以南表现为增长趋势，中等-弱降水变化的分布与之类似，但表现为下降趋势的区域相较强降水面积更大，往东延伸。

4 结论与讨论

基于1982—2016年云南省67个气象站逐小时降水资料，利用百分位阈值法定义极端小时降水、强小时降水、中等-弱小时降水，并分析其35 a平均气候态和变化趋势，得到如下结论：

(1) 云南省南部为降水强度大值区，西北部为降水频次大值区，分别对应了年降水量的大值和次大值区。云南大部分地区年降水量的80%产生于夏秋两季，而在西北部横断山脉纵向岭谷区附近存在春季降水高峰。

(2) 采用第95、第80百分位小时降水量阈值定义极端小时降水、强小时降水、中等-弱小时降水，分别占全省年平均降水量的38%、34%和28%；云南省南部为不同等级降水强度和降水量的大值中心，西北部降水频发、但强度相对较弱，中东部降水频次少、强度弱且降水量也相对较小。

(3) 1982—2016年间，年降水量和降水频次表现为减少趋势，减少趋势随着降水强度等级升高而减弱；年平均小时降水强度表现为增强趋势，极端小时降水的增强趋势最显著。

(4) 1982—2016年春季，全省站点平均而言只有中等-弱小时降水的强度具有显著的增长趋势；夏秋两季，强降水和一般降水的降水量和降水频次表现出普遍的下降趋势，且秋季通过显著性水平检验，而三个等级降水的强度的相对变化率均较小，仅有极端小时降水具有显著的增强趋势；冬季，极端降水和强降水的变化整体表现为增长趋势，而中等-弱降水的降水量和频次则表现为下降趋势，但是全省站点平均的线性趋势都没有通过显著性水平检验。

本文仅根据云南省小时降水资料初步统计分析了近35 a该地区不同等级降水的变化趋势和分布特征，但对其与复杂地形之间的关系以及不同强度等级降水的变化机制等问题，还有待于今后进行更为深入的研究。