陜西省近30年降水變化特征分析

路 培，吳發(fā)啟

（西北農(nóng)林科技大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，陜西 楊凌712100）

全球氣候變化是當(dāng)前人們研究的重要課題，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)氣候變化的27個(gè)核心指標(biāo)都是建立在降水、氣溫資料的基礎(chǔ)上［1］。在我國(guó)對(duì)未來(lái)氣候變化的研究中，最主要的集中在氣候變化對(duì)年降水空間分布、月降雨年內(nèi)分布及相應(yīng)的洪澇、干旱的影響［2］，降水變化的特征及趨勢(shì)分析也是研究氣候變化的一個(gè)重要方面［3－4］。因此，分析降水的基本指標(biāo)特征在反映氣候變化方面具有重要意義。國(guó)內(nèi)外學(xué)者建立了許多全球、區(qū)域氣候變化模型，利用歷史資料分析降水時(shí)空變化規(guī)律及變化趨勢(shì)，如任國(guó)玉［5－6］根據(jù)1950—1996年地面氣象記錄資料，分析了我國(guó)年均降水量和季降水量的趨勢(shì)特征指數(shù)。段文明等［7－8］采用統(tǒng)計(jì)學(xué)和時(shí)間序列等方法，對(duì)嘉陵江流域近50 a的降水量進(jìn)行分析，得出該流域的降水總體呈減少趨勢(shì)，且旱澇具有明顯的周期。姜?jiǎng)?chuàng)業(yè)等［9］通過(guò)對(duì)1961—2008年陜西省降水區(qū)域變化特征的分析得出，全省平均降水呈明顯的減少趨勢(shì)。我國(guó)的氣候有三大特點(diǎn)：顯著的季風(fēng)特色，明顯的大陸性氣候和多樣的氣候類(lèi)型。陜西省地處我國(guó)內(nèi)陸腹地，位于東經(jīng)105°29′—111°15′，北緯31°42′—39°35′，全省地域南北較長(zhǎng)、東西窄，氣候由北向南主要為大陸性氣候、溫帶季風(fēng)氣候和亞熱帶氣候，具有鮮明的代表性。因此，本文收集了陜西省79個(gè)氣象站1980—2009年的降水資料，對(duì)陜西省降水的時(shí)空變化特征進(jìn)行分析。依據(jù)陳咸吉［10］的氣候帶劃分標(biāo)準(zhǔn)，將陜西省劃分為3個(gè)氣候帶，由南向北依次為北亞熱帶、暖溫帶、中溫帶，每個(gè)氣候帶內(nèi)的氣象站數(shù)分別為18個(gè)、51個(gè)、7個(gè)，其基本分布如圖1所示。

1 研究方法

本文主要采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法分析1980—2009年陜西省76個(gè)測(cè)站的年平均降水量、汛期降水量和汛期各月降水量，先將76個(gè)測(cè)站劃分為3個(gè)氣候帶，分析年、汛期、汛期各月降水的最大、最小和平均值，對(duì)比得出降水特征值在各氣候帶間的變化規(guī)律，以及年、汛期、汛期各月降水量間的相關(guān)關(guān)系。將1980—2009年以10 a為間隔分段，分析各個(gè)時(shí)段內(nèi)和時(shí)段間的特征值的變化，并對(duì)其做線性趨勢(shì)分析。

圖1 陜西省氣象站分布

2 結(jié)果與分析

2.1 年、汛期、汛期各月降雨量的空間變化格局

陜西省的多年平均降水量為636.1 mm，汛期（6—9月）平均降雨量為412.8 mm，后者占前者的65%。對(duì)各個(gè)氣候帶內(nèi)的降水量進(jìn)行分析（表1—2），得出季降水量的最大、最小、平均值均呈隨緯度的增加而減小的趨勢(shì)，同一經(jīng)度地區(qū)，隨緯度的增大，其降水量各特征值均減少，即降水由南向北遞減。同一緯度地區(qū)，經(jīng)度值越大，其降水量越少，說(shuō)明降水由西向東遞減。將這一結(jié)果與圖1相結(jié)合，可以得出，降水量最大值在3個(gè)氣候帶內(nèi)均出現(xiàn)于東南地區(qū)，最小值發(fā)生在西北地區(qū)，反映出陜西省各個(gè)氣候帶內(nèi)的降水由東南向西北遞減。汛期月降雨量的最大值與平均值也符合這一規(guī)律，但最小值的變化出現(xiàn)反常（表3）。

表1 陜西省年降水量最大值、最小值、平均值

表2 陜西省汛期降水量最大值、最小值、平均值

表3 陜西省汛期各月降水量最大值、最小值、平均值 mm

在站點(diǎn)數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，對(duì)多年平均降水量進(jìn)行普通克里金法空間插值，得出全省降水量的等值線圖［11］（圖1）。從圖1中可以看出：陜西省降水從東南向西北遞減，在各帶內(nèi)也表現(xiàn)出相同的變化規(guī)律，這與各站點(diǎn)點(diǎn)狀數(shù)據(jù)的分析結(jié)果是一致的。

中溫帶地區(qū)的汛期降水量占年降水總量的73%，暖溫帶為65%，北亞熱帶為63%。可見(jiàn)，在各個(gè)氣候帶內(nèi)，降雨主要集中于6—9月份，且自南向北，汛期占全年的百分?jǐn)?shù)在遞增，中溫帶地區(qū)的降水較其他地區(qū)更為集中。

2.2 年、汛期、汛期各月降水量的時(shí)間變化格局

通過(guò)年平均降水量的分析得出，中溫帶降水量最大值出現(xiàn)的年份在各個(gè)氣象站是不同的，7個(gè)水文站中有兩個(gè)出現(xiàn)于1995年，2001年兩個(gè)，2007年兩個(gè)，一個(gè)出現(xiàn)在1985年，而最小值的分布在年份上也相對(duì)比較分散，1999—2000年和2005—2006年各存在3個(gè)最小值，有一個(gè)出現(xiàn)在1982年，這說(shuō)明，這一氣候帶內(nèi)的不同地區(qū)的降水時(shí)間變化特征存在差異。在暖溫帶地區(qū)，最大值集中出現(xiàn)在1983年和2003年，最小值集中于1995年和1997年兩年。在北亞熱帶地區(qū)，最大值集中出現(xiàn)于1983年，最小值在1997年和1999年出現(xiàn)的頻率較高。在暖溫帶和北亞熱帶，在同一氣候帶內(nèi)，各個(gè)氣象站的降雨的極值出現(xiàn)于同一時(shí)期的幾率較大。

將1980—2009年以10 a為間隔劃分時(shí)間段，得出不同氣候帶各時(shí)段內(nèi)降水量的變化特征（表4）。由表4可知，在中溫帶地區(qū)，年降水平均值在時(shí)段間的變化趨勢(shì)為先減少后增加，最小、最大值的變化為先增后減，這與暖溫帶和北亞熱帶的各個(gè)特征值先減后增的變化趨勢(shì)不一致，這一現(xiàn)象出現(xiàn)的原因是，中溫帶地區(qū)的降水年際分布極不均勻，常集中于一場(chǎng)或幾場(chǎng)暴雨。因此，最小值和最大值會(huì)出現(xiàn)這樣的偏差。總體的變化趨勢(shì)為：1980s—1989s均值變化呈現(xiàn)減小，1990s—1999s有一定的增加，但均未恢復(fù)到減少前的數(shù)值，說(shuō)明3個(gè)氣候帶內(nèi)降水量的總體變化趨勢(shì)是減少的。

表4 各時(shí)段內(nèi)年降水量最大值、最小值、平均值 mm

汛期降水中溫帶地區(qū)最大值為先增后減的變化，最小值的變化則為增—增，其他與年降水變化相一致（表5）。這充分說(shuō)明，汛期降水的增減變化特征也能反映年降雨的變化特征和趨勢(shì)。

表5 各時(shí)段內(nèi)汛期降水量最大值、最小值、平均值 mm

通過(guò)對(duì)汛期各個(gè)月份的降水平均、最大值和最小值的分析（表6）可知，月降水量在年際間變化上沒(méi)有明顯的規(guī)律可循，但在同一個(gè)時(shí)期內(nèi)，從中溫帶—暖溫帶—北亞熱帶的變化具有一定的規(guī)律性，在整個(gè)時(shí)段內(nèi)，月平均值的變化隨著緯度的減小而增大，月降水量的最大值也具有相似的變化規(guī)律，但最小值的變化卻沒(méi)有遵循此規(guī)律。通常情況下，汛期年際間的月平均降水的變化規(guī)律在一定程度上可以反映年平均、季平均降水量隨緯度的變化規(guī)律。

2.3 線性趨勢(shì)分析

降水的變化趨勢(shì)可用一次線性回歸方程表示［12］，即

式中：a，b——經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，可用最小二乘法求得；y——降雨預(yù)測(cè)值；t——觀測(cè)時(shí)間。將a×10稱為降水傾向率，單位為mm／10 a，a值的符號(hào)反映氣候要素隨時(shí)間上升或下降的變化趨勢(shì)，絕對(duì)值的大小度量其變化趨勢(shì)的上升、下降程度。

表6 各時(shí)段汛期各月降水量平均值、最大值、最小值 mm

對(duì)陜西省的年均降水量進(jìn)行線性分析（圖2）可以看出，陜西省的降水量在1980—2009年呈下降趨勢(shì)，這與李麗娜［13］的1980—2006年陜西省降水呈現(xiàn)下降趨勢(shì)的結(jié)論是一致的。1980—2009年，中溫帶呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，傾向率為5.9 mm／10 a；暖溫帶為下降趨勢(shì)，傾向率為－23.6 mm／10 a；北亞熱帶為下降趨勢(shì)，傾向率為－60.4 mm／10 a。

圖2 陜西省平均降水量

對(duì)年、汛期、汛期各月平均值以及不同年代內(nèi)的降水特征值進(jìn)行線性趨勢(shì)分析（圖3）可知，在1980—1989年，從中溫帶—暖溫帶—北亞熱帶，年均降水量均呈現(xiàn)逐年增大的變化特征。由各帶的趨勢(shì)線可以看出，中溫帶地區(qū)，降水量呈上升趨勢(shì)，降水傾向率為65.9 mm／10 a；暖溫帶地區(qū)，降水量減少，傾向率為－87.8 mm／10 a；北亞熱帶地區(qū)，降水傾向率為－247.2 mm／10 a，為減少趨勢(shì)。各個(gè)氣候帶內(nèi)的降水變化是不一致的。

1990—1999年間，3個(gè)氣候帶內(nèi)均為減少趨勢(shì)，中溫帶的降水傾向率為－92.3 mm／10 a，暖溫帶的傾向率為－47.5 mm／10 a，北亞熱帶的傾向率為－133.3 mm／10 a。2000—2009年間，3個(gè)氣候帶都表現(xiàn)為上升趨勢(shì)，傾向率分別為：中溫帶75 mm／10 a，暖溫帶45.5 mm／10 a，北亞熱帶為46.1 mm／10 a。這與之前本文用最值分析的年代際間的變化特征相一致。

圖3 3個(gè)氣候帶內(nèi)年均降水量在整個(gè)時(shí)段和各時(shí)段內(nèi)的變化曲線

累計(jì)距平值能很好地反映要素值與平均值的偏差，1980s，1990s和2000s，中溫帶的累計(jì)距平分別為－5.11，－14.4和6.52，降水量在2000s時(shí)增加。暖溫帶的累積距平分別為42.5，－49和－33.8，降水量在1980—1989年間有所增加，在1990—2009年這一時(shí)段內(nèi)減少。北亞熱帶的累積距平分別為100.5，－90.7和－9.8，變化特征與暖溫帶相一致，暖溫帶和北亞熱帶的年降水量均為減少的趨勢(shì)。3個(gè)氣候帶在1990s的降水量的減少量都比較大，其中以北亞熱帶最為突出。

對(duì)各氣候帶內(nèi)的每一個(gè)氣象站進(jìn)行分析，中溫帶內(nèi)的降水除橫山、神木為線性減少外，其余站點(diǎn)與整個(gè)氣候帶內(nèi)的整體趨勢(shì)相一致。中溫帶內(nèi)僅長(zhǎng)安站的降水呈減少，但其傾向率僅為－3.06 mm／10 a。在中溫帶，降水量的增加幅度由南向北遞減，即南部地區(qū)降水量的減少比較明顯，暖溫帶與中溫帶的變化規(guī)律相一致，且二者的總體變化程度相近。北亞熱帶的變化與之相反，南部降水量減少表現(xiàn)的較為明顯。

3 結(jié)論

（1）陜西省各氣候帶內(nèi)降水量的年、汛期、汛期各月平均值的總體趨勢(shì)均按照：北亞熱帶—暖溫帶—中溫帶的順序依次減少，且呈現(xiàn)出由東南向西北遞減的趨勢(shì)，且汛期月降水平均值的變化特征可以在一定程度上反映年、汛期平均降水量的變化特征。

（2）陜西省年、汛期平均降水量在1980s，1990s，2000s各時(shí)段間表現(xiàn)為：先減小，后增加，但均未恢復(fù)到之前的降水量。降水量在1980—2009年間的線性變化的總體趨勢(shì)是下降的，但中溫帶地區(qū)有小幅度的增加，暖溫帶和北亞熱帶呈現(xiàn)減少趨勢(shì)。在1990—1999年，中溫帶—暖溫帶—北亞熱帶的累計(jì)距平的絕對(duì)值是依次增加的，表明在這一時(shí)期內(nèi)，低緯度地區(qū)的降水變化比較明顯。

（3）中溫帶地區(qū)，最大、最小降雨在各年的分布上比較分散，沒(méi)有一定的規(guī)律遵循，但在暖溫帶和北亞熱帶地區(qū)，降水量極值集中分布于一定時(shí)期內(nèi)。

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