引言

湖北省位于长江中游，素有“洪水走廊”、“千湖之省”之称，既受制于水，又得益于水。黄朝迎在分析了近40年长江流域旱涝灾害的特征后^[1]认为，湖北的旱涝灾害是长江流域7省中最重的。周月华^[2]对1470—2000年(531年)旱涝变化特征分析发现，湖北省涝灾次数比旱灾多8.8%，20世纪是旱涝灾害次数最多的一个世纪，旱涝变化周期, 主要有20年、10~11年和5~6年。近年来更是频频遭遇旱灾，1990年代以来，湖北省发生较大或特大干旱的年份有6年，干旱周期明显缩短，出现的概率为50%。近一二十年来，一些学者利用不同方法和代表站资料对湖北或全国的降水变化趋势进行了分析^[4-10]，揭示了湖北降水变化的一些规律。本文利用全省72个站点对年雨日雨量、大雨雨日雨量、强降水过程等气候变化趋势、雨量时空分布均匀性等特征进行了研究分析，得出了一些有意义的结论。

1 资料与方法 1.1 资料来源

本文所采用的降水资料是湖北省72个台站1960—2004年的地面气象观测数据，洪涝、干旱受灾面积数据来自于中国农业部信息中心网站(1967—1969年无统计数据)。

气象上规定日雨量在10mm以下称为小雨, 10.0~24.9mm为中雨, 25.0~49.9mm为大雨, 大于50mm为暴雨。大范围的大雨天气，或某一县市连续数日的大雨有可能引发洪涝灾害，因此本文以大于25mm降水天气作为特征之一进行研究分析；为了叙述方便，我们称日降水量大于25mm降水日为大雨雨日，日降水量25mm以上累计雨量为大雨累计雨量。

降水过程的定义：降水过程是连续数日发生有量降水(中间可有一天为微量降水)，这里的降水过程特指发生在湖北空间范围内的降水过程，降水过程的主要指标包括：起止日期、降水中心地理位置、中心雨量、大于100、50mm等级雨量的站点数等，我们以中心雨量大小划分等级。

1.2 方法

趋势计算方法：根据文献[11], 用x_i表示样本量为n的某一个气候变量，用t_i表示x_i所对应的时间，建立x_i和t_i之间的一元线性回归方程:

$ {x_i} = a + b{t_{i{\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} }}{\kern 1pt} i = 1, 2, 3, 4 \cdots n $

(1)

b可称为气候变量的倾向率或倾向度，a×10即表示气候变量每10年的变化。对于变化趋势的显著性，采用时间t与原序列变量x之间的相关系数进行显著性检验。

旱涝灾害研究的重点之一就是降水的时空分布规律，尤其是降水量的年内分配。有些学者采用概率分布函数，来表示降水量在一年内分配的均匀程度^[12]，对一个区域降水量年内分配的均匀程度用月(或季)占年降水总量的百分比(或距平百分率)的等值线表示；这种方法有很多优点，但不能用一个比较简明的数据来反映出一个区域内降水量在年内的多寡与均匀分布的程度。为此，本文提出旱涝倾斜度来表示一区域降水时空分配不均程度。倾斜度(Skewness)^[13]是用来衡量一个分布是否具有单一而且较长的末端，亦即一个分布的均匀性。本文用它来计算湖北区域内一年12个月雨量分布的均匀程度，并以此来研究旱涝与降水的关系，其计算公式为：

$ S = \frac{{\sum\limits_1^{72} {\sum\limits_1^{12} {{{\left( {{X_{ij}} - {\mu _{ij}}} \right)}^3}} } }}{{\sum\limits_1^{72} {\sum\limits_1^{12} {{{\left( {\left. {\left| {{X_{ij}} - {\mu _{ij}}} \right.} \right|} \right)}^3}} } }} $

(2)

式(2)中i表示台站编号，j表示月份，x_ij、μ_ij分别表示某年第i台站第j月的实际降水量与多年的平均雨量。

2 结果及分析 2.1 雨量、雨日的变化

图 1是湖北省年雨量、雨日、大雨雨量、大雨雨日倾向率等值线分布，从图中可以看出，鄂西北、鄂西南的年雨量呈负趋势，江汉平原及鄂东呈正趋势，尤其是江汉平原东南部与鄂东南地区正趋势非常明显，大部分县市都在50mm/10a以上，通城最大81.38mm/10a(见表 1)，趋势系数显著性水平大部分都在0.10以上、有的甚至达到了0.01。但年雨日的变化并非如此，全省基本呈负趋势，尤其是鄂西北地区趋势较为明显。年大雨雨量倾向率，除鄂西北与鄂西南部分站点呈负趋势外，全省大部分地区为正趋势；且倾向率与趋势系数多数观测站点比年雨量倾向率的更大；大雨雨日变化趋势鄂西为负趋势，鄂东为正趋势，江汉平原东南部及鄂东南地区趋势较为明显；说明湖北东部地区，尤其是江汉平原东南部及鄂东南地区年雨量的增加主要是由于大雨或强降水天气增多而造成的。这一变化趋势对“典型的泛滥平原”^[12]——江汉平原更易受洪涝影响，使素有“旱包子”之称的鄂北岗地旱情有加重之势。

2.2 降水过程强度变化趋势

统计发现，年最强降水过程除1976、1978两年外，其它年份降水中心雨量均大于200mm，45年中有35年年最强降水过程中心雨量大于300mm，大于400mm的过程有19年，在这19年中有8年是1990年代发生的，最强的降水过程分别出现在1991、1998年，中心雨量分别为888.7和863.6mm。图 2是湖北省年最强降水过程中心雨量历年变化。从图 2可以看出，降水过程的中心强度呈增强趋势。

图 3给出了湖北大于100、150、200mm3个不同降水强度过程次数的历年变化及其趋势。由图 3可以看出，湖北省的强降水过程几乎每年都有多次，尤其是1990年以来，100mm以上降水过程10次以上的年份有7年，200mm以上强降水过程4次以上的年份也有7年。强降水过程中心主要分布在江汉平原与鄂东南。以200mm以上降水过程为例，近45年全省共有140次(见表 2)，其中中心在江汉平原与鄂东南共发生了88次，占全省总次数的63%；其次是鄂西南和鄂东北，鄂北和鄂西北很少。可以看出，不论是降水强度，还是强降水过程次数有年代际的变化，总体上呈现加强或增加的趋势，而强降水过程次数的增加区域主要为江汉平原与鄂东南地区。这与全球气候变化背景下，我国年降水趋势变化相一致^[9]。熊安元^[18]利用小波变换方法进行分析发现，冬季赤道东太平洋海温、夏季西太平洋副高和南海夏季风等气候因子的年代际变化和长期趋势变化在1990年代均表现出异常强烈，有利于长江中游夏季降水偏多；而大别山、幕阜山等地形对东移天气系统阻滞和强迫作用是形成雨量在地域上相对集中的重要原因。

2.3 旱涝倾斜度及其对旱涝灾害的影响

从计算公式中可知，旱涝倾斜度S的值域范围在-1.0~1.0之间，S大小主要是与降水量及其时空分布有关，当年雨量接近多年平均，且时空分布均匀, 亦即各台站各月的降水量趋近于多年平均时，旱涝倾斜度趋近于0；当雨水偏多，时间与地域范围又相对集中，如雨水以强降水形式出现时，S大于0，甚至趋近1。反之当雨水偏少时，小于0，雨水严重偏少且时间与空间分布不均时趋近-1。图 4是湖北旱涝倾斜度的年际变化, 大于0.8的年份有9年，均为我省洪涝大灾年；9年中大部地区，或全省范围雨量较常年偏多1成以上，有的甚至达4成以上；而且这9年有一个共同特点，有特大强降水过程发生；如1991年7月1日至7月12日，降水中心图 4湖北省旱涝倾斜度的年际变化雨量为888.7mm，雨量在400mm以上的台站有23个，300mm以上的有40个，200mm以上的有48个；1998年7月20日至8月3日，降水中心雨量为863.6mm，雨量在400mm以上的台站有16个，300mm以上的有24个，200mm以上的有37个。小于-0.8的年份有3年，即1966、1976、1978年，这3年的年雨量全省普遍偏少1成以上，有的台站甚至偏少3成，强降水过程也较少(见图 3)。进一步分析发现，S与全年强降水过程次数呈密切的正相关，与150mm的降水过程次数的相关系数为0.6208，与200mm的降水过程次数的相关系数为0.7471，显著性水平均在0.001以上，说明旱涝倾斜度可以在一定程度上反映湖北省年雨量的多寡及其时空分布均匀程度。

湖北旱涝倾斜度S与洪涝受灾面积F对比分析，如图 5。S＜0.4时两者之间呈线性关系，但不显著，S≥0.4时两者之间呈双曲线关系，经坐标平移模拟回归统计，它们关系式如式(3)，相关系数为0.602(显著性水平在0.001以上)。湖北旱涝倾斜度S与干旱受灾面积D也同样存在较好的相关关系，如式(4)，相关系数为-0.6665(两式中F、D的单位：万公顷，显著性水平均在0.001以上)。

$ F = 36.3 + \frac{{15.4}}{{1.05 - S}} $

(3)

$ D = 229.88 - 76.67{e^s} $

(4)

湖北旱倾斜度S与旱涝受灾面积分别呈良好指数和双曲线相关关系；由上可知，年降水量多，且时空相对集中(如强降水过程形成的雨量)是湖北洪涝灾害的主要原因之一，且S在不同范围内变化对旱涝的影响有所不同。考虑年际变化因素进一步深入分析发现，洪涝受灾面积与S的关系式如式(5)，相关系数为0.8651，式(5)中Y为公元年，其相关性有显著提高；也就是说当S一定时，洪涝受灾面积随年代的推迟而增大，或者说在降水情况相同的情况下，近年来湖北更容易受到洪涝的威胁。而干旱受灾面积受年际变化因素相对较小。

$ F = 17.2 + \frac{{578.75}}{{\left( {2020 - Y} \right)\left( {1.05 - S} \right)}} $

(5)

造成这一现象出现的原因可能有以下几点：一是人为因素，江汉平原是湖北省洪涝灾害最严重的地区，且湖泊面积逐年减少(见表 3)，是近50年来长江中下游减少最多的地区^[14]，对洪水的调节能力被大大削弱，有人称它为典型的泛滥平原^[15]；二是自然因素，湖北为堤防大省，素有“洪水走廊”之称，江河堤防是防洪的重要基础设施，保护耕地面积约200×10⁴hm²。全省现有江河堤防总长7050km，其中长江干堤1704km、汉江干堤729km，荆江大堤最大高度已达16m，荆江洪水位已经高出江汉平原平均高程10~20m。加之江汉平原持续沉降^[16]，使这一地区地势更加低洼，洪水易进不易出，更易发生洪涝灾害。干旱受灾面积受年际变化因素从数据分析中没有发现这一现象。

3 结论

(1) 湖北省近45年来年雨量鄂西呈减少趋势，鄂东增加，尤其是江汉平原东南部和鄂东南地区，呈明显的增加趋势；降水天数全省有减少的趋势，大雨雨量及大雨雨日的变化趋势与年雨量的变化趋势相似；湖北东部地区，尤其是江汉平原东南部及鄂东南地区年雨量的增加主要是由于大雨或强降水天气增多而造成的。

(2) 近45年发生在湖北省的强降水过程无论是过程次数，还是降水强度，有年代际的变化，总体上呈现加强或增加的趋势；强降水中心多发生在江汉平原及鄂东南地区，且随年代际的变化，有越来越集中在这一地区的趋势。

(3) 用旱涝倾斜度可以反映一个区域范围内雨量的多寡及其时空分布均匀程度，洪涝、干旱灾面积与它分别呈现良好的双曲线、指数相关关系；降水时空分布的不均匀性是造成旱涝灾害的主要原因。

(4) 人为的围湖造田，江河水位高出江汉平原地表，以及江汉平原自然下沉等因素造成湖北洪涝灾害的承受能力变得越来越差，加大旱涝灾害程度，加快了灾害频率；应当引起各级政府的高度重视。