王建海-大姚县54年降雨量变化特征分析

大姚县近54年降雨量变化特征分析王建海1，马永林2（1.楚雄州大姚县气象局;2.楚雄州气象局）摘要：利用大姚县1959～2012年的降雨观测资料，主要采用气候倾向率、气候趋势系数、距平分析法、5年滑动平均及线性回归等方法对近54a降雨变化特征及变化趋势进行分析，得出近54a大姚县降雨量呈缓慢减少趋势（-2.4mm/10a），夏季增多最明显（增长率为10.6mm/10a），秋季减少最明显（增长率为-16.5mm/10a），年降雨量的减少主要源于秋季降雨减少。同时，年降雨减少，雨日的增多和大雨、暴雨日数的减少都表明强降水的危害有减少的趋势。关键词：大姚气候变化降雨1引言气候变化是当前国际社会的焦点，也是气象科学研究的热点问题。最近几十年来全球大部分地区气候变暖，北半球高纬地区温度升高幅度较大，而且这种上升趋势还将持续。相对于全球持续变暖的趋势，降雨量变化特征有更大的不确定性和区域特征，因此研究不同区域的降雨量的变化特征是当前全球气候变化研究的重要内容之一。IPCC第三次评估报告指出20世纪北半球亚热带陆地地区每10年减少约0.3%，而大部分中高纬地区降雨量每10年增加0.5～1.0%[1]。很多学者对我国和云南省以及楚雄州降雨变化特征进行了深入研究，取得大量研究成果。如,王英等[2]基于全国1951～2002年中国约730个气象台站观测数据对我国降雨近50年变化进行了研究表明,全国平均降雨量从60年代到90年代呈明显下降趋势,但在90年代出现回升，其中夏季和冬季降雨量已达到50年代和60年代水平。陈隆勋和崔盘茂等[3-4]对近40～50年我国降雨研究指出：全国平均年降雨量呈减少趋势，但西部降雨量增长趋势明显，其中以西北地区为最，而西南一些地区有减少趋势。刘瑜等[5]对云南省近46年降雨与气温变化趋势的特征分析研究的结论是：近46年来云南年均降雨量是趋于减少的,其中夏季降雨量减少较为明显,减少率为4.5mm/10a,且夏季降雨在1971年前后发生了由多到少的突变。从降雨的季节变化特征及异常值统计结果来看,云南雨季平均降雨量是趋于减少的,而干季平均降雨量趋于增加;从降雨的地域分布来看,滇南地区降雨呈缓慢减少趋势;滇中降雨呈缓慢减少后略升状态;滇西北降雨呈略升趋势;滇东北降雨为明显下降趋势。鲁永新等[6]对楚雄州降雨量变化趋势进行研究的结论是：49年来，全州年平均降雨量随年代呈上升变化趋势，上升倾向率为10.35mm/(10a)，按四季划分春季平均降雨以4.9mm/(10a)的变化率呈上升趋势；夏季平均降雨量以17.8mm/(10a)的变化率呈增加趋势；秋季平均降雨量以-12.2mm/(10a)的变化率呈减少趋势；冬季平均降雨量变化微小，仅以0.5mm/(10a)的变化率呈微增加趋势。大姚县位于云南省楚雄州西北部山区，1959～2012年年平均降雨量799.6毫米，降雨量变化对当地经济社会和人们的生活影响巨大，降雨的不均匀（暴雨、干旱）造成的损失巨大。因此对降雨变化的研究，揭示其变化特征，对于服务当地经济社会发展，增强防灾减灾主动性具有重要意义。本文将对该地区54年来降雨变化进行分析，揭示其基本变化特征和变化趋势。2资料与方法2.1资料来源所用气象资料为大姚县国家一般气象站（56761）1959～2012年年平均降雨量（毫米），月平均降雨量（毫米），结合楚雄州农业生产与长年气候变化特点，分别组合成年（1～12月）、春季（2～4月）、夏季（5～7月）、秋季（8～10）、冬季（11至次年1月）等降雨量序列，对其进行年平均降雨量、季平均降雨量、标准差等特征量进行统计分析，得到降雨量征量。分析方法主要采用气候倾向率、气候趋势系数、距平分析法、5年滑动平均及线性回归等方法。2.2研究方法2.2.1气候倾向率降雨量及其气象要素的长期系列变化，可采用线性回归方程：y(x)=a＋bx来分析降雨量及其气象要素的变化率。其中b为某气象要素序列的趋势变化率，b＞0表示呈上升趋势，b＜0表示呈下降趋势，b绝对值的大小可以衡量其趋势上升、下降的幅度。b值可由最小二乘法得到。计算公式如下： 121()()()niiiniixxyybxx（1）2.2.2气候趋势系数在分析研究降雨量及其它气象要素的序列都可看做是符合正态分布的随机变量，其中，逐年时间是递增序列，即1，2，3，4，…n。如果n个时刻所对应的要素序列与自然数列相关显著，表示该气象要素趋势明显，存在增加（减少）趋势。气象要素与自然数列的相关系数rxy可表示为：1xy2211()()r()()niiinniiiixxyyxxyy（2）rxy称作气候趋势系数。根据回归理论，气候趋势系数rxy与气候倾向率b有如下关系：xyr(/)yxb。其中,yx分别是某个气象要素(如雨量)序列与自然数列的均方差。可以使用通常的相关系数统计检验方法，检验气候趋势rxy是否显著。由于rxy是无单位的，所以可以根据它的数值大小比较不同的气象要素的长期变化趋势大小。因此特别适合对一个大范围的气象要素场的长期趋势的空间分布特征的研究。2.2.3累积距平曲线分析法在气候变化趋势分析中，运用累积距平曲线分析方法对某个气象要素的变化趋势分析，即对某一距平值序列Tdx(x=1，2，3，4，…,n),在样本中某一时刻x的累积距平值为：1ndxdxxTT（3）把T（x）随时间变化曲线绘制成累积距平曲线。累积距平曲线变化中上升段定为偏多（偏暖）阶段，下降段定为偏少（偏冷）阶段，曲线上的微小变化只反映要素的短期波动，而曲线大的变化趋势则可反映要素长期演变的趋势。3统计结果与分析3.1降雨量变化趋势3.1.1年降雨量变化大姚县1959～2012年的年降雨序列特征值计算结果见表1。从表1中可以看出，大姚年降雨量的最大值为1078.6mm，出现在1961年；最小值为476.5mm，出现在2009年；54年平均降雨量799.6mm，降雨量的年际变化较大，变差系数达到0.18。表1大姚县959～2012年降雨量序列特征值统计量均值/mm标准差/mm最大值/mm最小值/mm变差系数降雨量799.6147.41078.6476.50.18统计大姚县1960年代（1961～1970）、1970年代（1971～1980）、1980年代（1981～1990）、1990年代（1991～2000）及21世纪头10年（2001～2010）及春、夏、秋、冬平均降雨量，其结果见表2。表2大姚县1959～2012年各年代的年、季平均降雨量（mm）年代年平均春季夏季秋季冬季1961～1970822.725.8353.7407.835.41971～1980769.425.3362.9343.637.61981～1990795.728.2376.1359.432.31991～2000872.638.5400.4380.952.82001～2010791.339.9402.5319.029.8从表2可以看出，1961～2000年降雨量变化很大，经历了从相对减少到快速增长的过程，1961～1970为相对正常时期，1971～1990为相对少雨时期，20世纪的最后10年雨量处于相对多雨时期。进入21世纪后降雨量呈递减趋势又回到了1981～1990年代水平，相对于20世纪的最后10年形成了巨大反差。从代际变化来看，造成代际变化的主要因素是秋、冬季降雨量明显变化引起，特别是冬季降雨特别明显。春、夏两季降雨始终保持阶梯式递增趋势，秋季雨量变化趋势与代际变化趋势保持一致，冬季雨量在1961～1990年代与代际雨量变化趋势相反在1961～1970相对少雨时期反呈略微增加趋势，在1990～2010年代与代际变化一致呈大增大减趋势。运用气候倾向率（1）式和气候趋势系数（2）式，从大姚54a的降雨情况看（图1、2），54年以来，大姚县年降雨量以-2.4mm/(10a)的平均倾向率呈减少趋势。用5年滑动平均曲线及累积距平分析（3）得出：大姚县降雨具有阶段性增加、减少变化。1959～1968年10年间，呈跳跃式增加趋势，相对于平均降雨量呈5年增加、5年减少，1969~1984年16年间，是相对少雨阶段，年降雨量平均变幅不大，逐年变化振幅大，并且呈3年增加3年减少的6年准周期变化，1985～2012年28年间年际间变化幅度大，大致呈4年增加、4年减少的准8年周期变化。y=-0.2402x+806.18R2=0.0007400.0500.0600.0700.0800.0900.01000.01100.01200.0195919611963196519671969197119731975197719791981198319851987198919911993199519971999200120032005200720092011年份年降雨量大姚线性(大姚)5年滑动平均图1大姚1959～2012年降雨量变化曲线-400.0-300.0-200.0-100.00.0100.0200.0300.0400.0195919621965196819711974197719801983198619891992199519982001200420072010年份距平值降雨累积距平图2大姚1959～2012年降雨量距平变化曲线3.1.2四季降雨量的变化y=0.289x+23.899R2=0.0342020406080100120140195919611963196519671969197119731975197719791981198319851987198919911993199519971999200120032005200720092011年份春季降雨量大姚春季雨量线性(大姚春季雨量)5年滑动平均(a)春季y=1.0582x+343.96R2=0.02580100200300400500600195919611963196519671969197119731975197719791981198319851987198919911993199519971999200120032005200720092011年份夏季降雨量大姚夏季雨量线性(大姚夏季雨量)5年滑动平均(b)夏季y=-1.6516x+403.89R2=0.08540100200300400500600195919611963196519671969197119731975197719791981198319851987198919911993199519971999200120032005200720092011年份秋季降雨量大姚秋季雨量线性(大姚秋季雨量)5年滑动平均(c)秋季y=0.0642x+34.437R2=0.0013020406080100120140195919611963196519671969197119731975197719791981198319851987198919911993199519971999200120032005200720092011年份冬季降雨量大姚冬季雨量线性(大姚冬季雨量)5年滑动平均(d)冬季图3大姚县1959～2012年四季降雨量变化曲线分析近54a大姚县四季降雨量的变化情况可以看出（图3）：春季降雨量呈增加趋势，其增加率为2.9mm/(10a),在1959～1973年15年间呈阶梯式减少，1974～1998年25年间呈跳跃式增加，在这40年间变化幅度不大。1999～2012年14年间，年际间变化幅度大，有3年增加、3年减少的6年准周期变化。夏季降雨量呈增加趋势，其增加率为10.6mm/(10a),在1959～1974年16年间呈跳跃式增加，最后一年振幅上扬趋势明显，1975～1985年10年间呈跳跃式减少，最后一年振幅上扬趋势明显，1986～1994年9年间也与上两个时段有着共同的变化特征。1995年～2012年逐年间变幅不大，逐年变化振幅大。秋季降雨量随年际间的变化周期性不强，呈跳跃式减少趋势，其增长率为-16.5mm/(10a)，1959～1979