我国53年强降水变化特征分析

我国53年强降水变化特征分析

作者：关健华 王冠 王启威 郑石 来源：《现代农业科技》2016年第02期

摘要 以全国726个站点53年降水数据为样本，利用线性趋势分析、Mann-Kendall法、旋转经验正交函数（REOF）、小波分析等方法，分析我国近50年强降水的变化特征。结果表明：以DAYS90为指标定义强降水，高荷载大致集中在西北和华北地区、华中和华南地区、华中和华东部分地区。西北和华北地区、华中和华东地区的53年强降水事件呈现不明显减少趋势，其他地区53年强降水事件呈现不明显增多趋势。由小波分析可知，以这2种指标定义的强降水，西北和华北地区的能量波动大致在20世纪60年代初至70年代初，华中和华东地区对应的能量波动中心对应的时间大致在20世纪90年代中期到21世纪10年代中期。 关键词 强降水；变化特征；REOF；线性趋势分析；小波分析

中图分类号 P426 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）02-0256-03

近百年来，由于人类活动，全球近地面气温一直呈上升趋势，全球气候变暖已经成为不可争的事实。随着气候变暖，中国的极端天气事件发生频率也大大增加，极端降水事件频繁发生，给社会、经济的持续发展和人民生命财产造成了严重的影响和损失。因此，全球气候变暖导致的极端天气事件已经成为各国政府和社会各界关注的焦点。据IPCC（2007年）的评估报告指出，1900—2005年在30° N～85° N之间的很多地区降水明显增加，低纬度地区降水在减少，北半球中高纬度陆地极端强降水事件增多。与北半球其他中高纬度降水普遍增加趋势不同[1]，中国降水量没有明显变化趋势，但具有明显的区域特征。罗伯良等[2]利用1961—2004年逐日降水资料，采用线性变化倾向率和MK检验等方法对湖南省极端强降水事件气候变化趋势和突变特种进行了分析，结果表明，近44年来，极端强降水量和日数呈现出增加趋势。 选取全国726个站点（图1）1961—2013年的日降水资料，并对个别缺测资料进行插值。 气象学中，规定24 h降水量50～100 mm为暴雨；100～200 mm为大暴雨；200 mm以上为特大暴雨。世界气象组织的规定，将>90%分位点或 1 强降水日数变化特征分析 1.1 降水日数空间变化特征

不同区域有不同的强降水特征，因此需对强降水事件进行区域划分。对DAYS90进行EOF分析，得到特征根对数曲线图（图2），按North判别准则，确定前4个模态是有价值的信号，这4个模态累积方差贡献反映出DAYS90中53.47%的强降水变化信息。各模态的荷载值空间分布如图3，可将我国划分为4个强降水区（图3阴影部分）。

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第一模态方差贡献占总方差的15.24%，该模态主要集中在西北和华北地区（Ⅰ区），荷载值最大值在神木，体现出该地区强降水变化趋势最显著。第二模态方差贡献占总方差的13.52%，荷载高值区主要集中在华中和华南地区（Ⅱ区），45个气象台站中，荷载值最大值位于东山。第三模态方差贡献占总方差的12.81%，荷载高值区主要集中在华中和华东部分地区（Ⅲ区），荷载值最大值在嘉鱼。第四模态方差贡献占总方差的11.9%，荷载高值区主要集中在华中和华东部分地区（Ⅳ区），荷载值最大值在阜阳。从上述4个模态对应的旋转时间系数序列（图4）可以看出，第一、三、四模态时间系数呈现上升趋势，说明这3个模态所贡献的强降水日数在近53年呈现上升趋势。第二模态时间系数呈现下降趋势，即该模态所贡献的强降水日呈现减少趋势[19-24]。 1.2 降水日数时间变化特征

53年来，Ⅰ区40个气象台站多年区域平均的DAYS90，为21.9 d，区域年平均的DAYS90最大值出现在1964年，为33.3 d。Ⅱ区45个气象台站多年区域平均的DAYS90，为21.9 d。区域年平均的DAYS90最大值出现在1997年，为30.7 d。Ⅲ区37个气象台站多年区域平均的DAYS90，为21.9 d，区域年平均的DAYS90最大值出现在2010年，为32 d。Ⅳ区24个气象台站多年区域平均的DAYS90，为32.3 d，区域年平均的DAYS90最大值出现在2003年，为32.3 d。近53年来，Ⅰ、Ⅳ区DAYS90的长期变化趋势呈现不明显下降（p 小波变换系数的模值越大，表示该时间段和尺度的周期性越明显（图5）。不同地区降水日数年际及年代际变化特征存在明显的区别。53年的小波分析表明，Ⅰ区存在3个明显的能量聚集中心，其中1961—1975年的能量波动最大，对应的中心尺度为3年。Ⅱ区降水日数的小波系数有2个明显的能量聚集中心，其中1995大暴雨2006年能量波动最大，对应的能量中心尺度为4年。Ⅲ区降水日数的小波分析表明，有7个能量聚集，其中能量波动最强的时间在2008大暴雨2013年。Ⅳ区有3个能量聚集中心，其中1995大暴雨2006年能量波动最大。 2 结论

利用DAYS90作为衡量强降水事件的指标，把我国分成4个强降水变化区，分别为西北和华北地区，华中和华南地区，华中和华东部分地区、华中和华东部分地区。近53年来，Ⅰ、Ⅳ区强降水日数呈不明显下降趋势，Ⅱ、Ⅲ区强降水日数呈现不明显上升趋势。由突变检验结合年平均降水日数可见，Ⅱ、Ⅲ区的强降水事件不显著增多，Ⅰ、Ⅳ区强降水事件不显著减少，Ⅲ区强降水事件在1967年发生突变现象。Ⅰ、Ⅳ区能量波动最大时间分别为1961—1975年、1995—2006年，中心尺度分别为为3年、4年。Ⅱ区能量波动的中心尺度为4年，对应1995—2006年。Ⅲ区2008—2013年能量波动最强。 3 参考文献

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