近48 a浙江省不同等級降水變化特征分析

葉 飛，柳 苗

(1．浙江省龍游縣氣象局，浙江 衢州 324400；2．浙江省氣候中心，浙江 杭州 310017)

0 引言

降水是表征氣候變化的重要?dú)庀笠兀c人類生產(chǎn)生活關(guān)系極其密切，其多寡受太陽輻射、洋流、大氣環(huán)流等變化所控制且變化規(guī)律十分復(fù)雜。近年來，為全面了解降水的氣候變化與演變規(guī)律，特別是針對汛期和各季節(jié)降水的分布特征，不少學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究[1-5]，但目的不同，所研究的方向也不盡然相同。有些學(xué)者基于降水是洪澇、干旱等災(zāi)害的關(guān)鍵致災(zāi)因子，主要對降水日數(shù)及強(qiáng)度方面進(jìn)行研究[6-9]，有些學(xué)者將研究側(cè)重于不同等級降水日數(shù)等方面的研究，通過氣候趨勢及各類濾波檢驗(yàn)等氣候診斷方法，著重對不同等級的降水日數(shù)氣候特征和變化趨勢進(jìn)行了研究[10-14]。

浙江省位于我國東南，屬典型的亞熱帶亞季風(fēng)區(qū)，人口密集，地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活受降水影響很大。浙江降水日數(shù)多，年平均降水日數(shù)在158 d左右，其中梅雨期、臺汛期極端降水事件多發(fā)，造成的經(jīng)濟(jì)、財產(chǎn)損失和社會影響也很巨大。在過去，不少學(xué)者就浙江降水作了許多研究，但研究多在探討浙江省降水量的年及季節(jié)的變化特征，對降水日數(shù)，特別是對降水強(qiáng)度的研究較少[15-21]，或利用站點(diǎn)較少且分布不均勻等造成分析有所偏差。而降水受地形影響較大，需利用更密集的資料做更為詳盡的分析。本文利用浙江省1971—2018年逐日降水資料，從不同等級降水日及降水強(qiáng)度等方面分析浙江省不同等級降水的變化趨勢，以期對浙江降水的變化規(guī)律有進(jìn)一步的認(rèn)識，并對生態(tài)環(huán)境建設(shè)和防災(zāi)減災(zāi)有一定幫助。

1 資料與方法

本研究采用通過國家氣象信息中心審核的浙江省62個站點(diǎn)逐日降水?dāng)?shù)據(jù)，考慮到資料完整性，利用1971—2018年的日降水資料作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。根據(jù)中國氣象局降水等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，將前日20時—當(dāng)日20時的降水總量作為當(dāng)日日降水量，并將日降水量分為4個等級，其中：小雨為0 mm<降水量<10.0 mm；中雨為10 mm≤降水量<25 mm;大雨為25 mm≤降水量<50 mm;暴雨為50 mm≤日降水量。 降水貢獻(xiàn)率S=Ri/Rsum，式中:Ri表示某等級降水日的總降水量，Rsum表示年降水量；降水強(qiáng)度Q=Ri/Rday，式中:Ri表示某降水等級的總降水量，Rday表示該等級的降水日數(shù)，降水強(qiáng)度顯示該降水等級的降水多少，可以區(qū)分出在同一降水等級下降水的多少。本文所用的分析方法如下：線性趨勢、滑動平均、相關(guān)系數(shù)、M-K檢驗(yàn)，并對上述采用的統(tǒng)計方法進(jìn)行檢驗(yàn)。

2 不同等級降水日數(shù)氣候特征

2.1 不同等級降水日數(shù)空間分布特征

浙江省1971—2018年各等級平均降水日數(shù)的空間分布(圖1)顯示，浙江省降水日數(shù)分布存在由北向南遞增的特性，同時受地形影響。年降水日數(shù)大值區(qū)主要在浙東南地區(qū)，其中泰順站年降水日數(shù)最多，為201.7 d；而小值區(qū)出現(xiàn)在浙東北沿海，其中嵊泗站出現(xiàn)最少，為130.4 d。小雨日數(shù)、中雨日數(shù)分布與總?cè)諗?shù)接近，均為泰順站最多，嵊泗最少。大雨日數(shù)、暴雨日數(shù)則呈現(xiàn)東北向西南遞增的分布，且隨降水等級的上升，對應(yīng)的降水日數(shù)迅速減少。48 a間平均小雨日數(shù)為111.9 d，占總降水日數(shù)的70.9%；其次為中雨日，為30.0 d，占總降水日數(shù)的19.0%；大雨日數(shù)為12.0 d，占總降水日數(shù)的7.6%；最少為暴雨日數(shù)，為4.0 d，僅占總降水日數(shù)的2.5%。

2.2 不同等級降水日數(shù)的年際變化

圖2是浙江省不同等級降水日數(shù)序列的M-K檢驗(yàn)結(jié)果。使用M-K檢驗(yàn)?zāi)軌蚍治鲂蛄凶兓厔莶z驗(yàn)其突變點(diǎn)?？偨邓咳諗?shù)的UF曲線顯示，1971—2018年浙江的降水日數(shù)呈現(xiàn)顯著的減少趨勢，其中在1991年前只是處于震蕩緩慢減少，減少不明顯，自1991—2009年則表現(xiàn)出較快的下降趨勢，而后出現(xiàn)了變化，呈現(xiàn)了震蕩上升趨勢。UF和UB曲線相交于20世紀(jì)80年代末，表明浙江的年降水日數(shù)在此發(fā)生了突變，即降水日數(shù)開始出現(xiàn)快速減少的趨勢。

小雨日數(shù)序列的M-K檢驗(yàn)結(jié)果(圖2b)顯示，在1990年之前，小雨日數(shù)一直保持圍繞0點(diǎn)的波動，氣候UF曲線呈下降趨勢，2003年突破0.05顯著性水平，表現(xiàn)出顯著的下降趨勢，UF和UB曲線相交于1992—1993年，說明小雨日數(shù)在此期間發(fā)生突變，由震蕩變化轉(zhuǎn)化為顯著減少。

圖2c給出了中雨日數(shù)序列的M-K檢驗(yàn)結(jié)果，在2009年之前，氣候UF曲線表現(xiàn)出明顯的下降趨勢，而后出現(xiàn)增加趨勢，UF和UB曲線相交于1982—1983年，由震蕩期轉(zhuǎn)為顯著減少。

圖2d給出了大雨日數(shù)序列的M-K檢驗(yàn)結(jié)果，大雨日數(shù)一直保持圍繞0點(diǎn)的波動，說明大雨日數(shù)無明顯變化。

圖2e給出了暴雨日數(shù)序列的M-K檢驗(yàn)結(jié)果，在1986年之前，保持圍繞0點(diǎn)的波動，而后氣候UF曲線呈增加趨勢，達(dá)到0.01顯著性水平，表現(xiàn)出顯著的增加趨勢，而后在1999—2009年出現(xiàn)一個不明顯的減少趨勢，而后繼續(xù)呈現(xiàn)增加趨勢，其突變點(diǎn)主要在1987—1988年和2000年，其后分別出現(xiàn)了快速增加和減少的趨勢。

3 不同等級降水強(qiáng)度特征及對年降水總量的貢獻(xiàn)

3.1 不同等級降水強(qiáng)度變化特征

1971—2018年浙江省降水日平均降水強(qiáng)度呈現(xiàn)明顯的增加趨勢，增長率為0.317 mm/10 a，已達(dá)到了0.01顯著性檢驗(yàn)。從年代際看，主要分為4個階段，其中1971—1979年主要是快速減少的趨勢，而后在1979—1999年則出現(xiàn)了一個快速增加的階段，在1999—2004年出現(xiàn)了一個緩慢的減少，其后又開始快速增加，2014年后又快速減少。

其它各等級降水來看，各等級降水日平均降水強(qiáng)度均有所增加，增長率分別為小雨0.03 mm/10 a、中雨0.01 mm/10 a、大雨0.098 mm/10 a、暴雨0.9 mm/10 a，其中小雨和大雨的平均降水強(qiáng)度達(dá)到了0.05顯著性檢驗(yàn)。從年代際來看小雨的平均降水強(qiáng)度1985年以前先是減少，而后有所增加，在1999之后則呈現(xiàn)震蕩走勢；中雨沒有明顯的趨勢變化；而大雨則也是出現(xiàn)減少增加而后變化不大的情況，其中1982年前減少，1982—1999年是增加趨勢；暴雨則與其他均有所不同，1999年前基本變化大，而后出現(xiàn)一個快速增加的趨勢。

圖1 1971—2018年浙江省不同等級降水日數(shù)空間分布(單位：d)： (a)總降水日數(shù)；(b)小雨日數(shù)；(c)中雨日數(shù)；(d)大雨日數(shù)；(e)暴雨日數(shù)Fig.1 The spatial distribution of precipitation days of different grades in Zhejiang during 1971 to 2018(Unit：d)：(a)Annual rain days;(b)light rain days;(c)moderate rain days;(d)heavy rain days;(e)rainstorm days

圖2 1971—2018年浙江省不同等級降水日數(shù)時間變化的M-K檢驗(yàn)：(a)總降水日數(shù)；(b)小雨日數(shù)；(c)中雨日數(shù)；(d)大雨日數(shù)；(e)暴雨日數(shù)Fig.2 M-K test variation of precipitation days of different grades in Zhejiang province from 1971 to 2018：(a)Annual rain days;(b)light rain days;(c)moderate rain days;(d)heavy rain days;(e)rainstorm days

從空間分布上看，浙江省降水日平均降水強(qiáng)度全部為增加趨勢，其中66個站中有41個站通過0.05信度檢驗(yàn)，其中未通過信度檢驗(yàn)的地區(qū)主要是湖州、紹興、浙西南等。并從西北到東南增加趨勢呈增大情況，其高值中心位于東南沿海地區(qū)，副高值中心位于麗水地區(qū)和寧波及臺州沿海地區(qū)；其低值區(qū)則處于湖州、紹興兩個地區(qū)。小雨日降水強(qiáng)度大部分均為增加趨勢，66個站中有61站小雨降水強(qiáng)度是增加的，但只有7個站通過0.05信度檢驗(yàn)；中雨則為40站增加，其中4站通過顯著性檢驗(yàn)；大雨為44站增加，其中5站通過顯著性檢驗(yàn)；暴雨則為52站有所增加，其中9站通過顯著性檢驗(yàn)。

圖3 1971—2018年浙江省不同等級降水強(qiáng)度時間變化：(a)總降水日；(b)小雨；(c)中雨；(d)大雨；(e)暴雨Fig.3 The variation of precipitation intensity of different grades during 1971 to 2018 in Zhejiang：(a)Annual rain;(b)light rain;(c)cmoderate rain;(d)heavy rain;(e)rainstorm

圖4 1971—2018年浙江省不同等級降水強(qiáng)度年紀(jì)變化趨勢空間分布(單位：mm/10a)：(a)總降水日；(b)小雨；(c)中雨；(d)大雨；(e)暴雨陰影區(qū)表示通過0.05顯著性水平檢驗(yàn)Fig.4 Distribution of precipitation intensity changes of different grades during 1971 to 2018 in Zhejiang(Unit：mm/10a)：(a)Annual rain;(b)light rain;(c)moderate rain;(d)heavy rain;(e)rainstorm

3.2 不同等級降水對年降水量的貢獻(xiàn)變化

從表1中，我們可以得到48 a氣候平均的各等級對年降水量的貢獻(xiàn)率、最多(少)5 a各等級的貢獻(xiàn)率及氣候傾向率，結(jié)果顯示：①對年降水量最大的是中雨，占年降水量的31.70%，其次為大雨，占27.11%，最低的為暴雨，占20.09%；②從年降水量最多(少)5 a的占比情況來看，在最多和最少5 a中，小雨占比與降水量呈明顯的反相關(guān)，大雨和暴雨占比變化則與降水量一致，但在降水最大的5 a中，中雨和暴雨的占比較平均增加不多，大雨占比增加較多，在降水量最少5 a中則是大雨占比較平均無大變化，但暴雨有較大幅度的減少；③從氣候傾向率來看，小雨和中雨的占比均有所減少，大雨變化不明顯，但暴雨占比增加較快，其中小雨、中雨、暴雨的氣候傾向率通過了99%的置信度檢驗(yàn)。

近幾年暴雨日數(shù)和暴雨雨量占比顯著增加，可能與全球變暖造成的暖區(qū)暴雨增多有關(guān)，圖5為浙江省年平均氣溫時間變化圖，增加趨勢明顯，增長率為0.37 mm/10 a，并達(dá)到顯著性檢驗(yàn)。其中，1986年前為震蕩期，其后上升趨勢明顯，而暴雨日在1987—1988年發(fā)生突變(圖2e)，轉(zhuǎn)為快速增長期，兩者表現(xiàn)出一定的相關(guān)性。值得注意的是，1997年以后氣溫均高于平均值，而有趣的是，暴雨強(qiáng)度在1999后出現(xiàn)快速增加的趨勢(圖3e)，年平均溫度的變化同樣對暴雨強(qiáng)度也表現(xiàn)出一定的相關(guān)性。

表1 浙江省不同等級降水對年降水量的貢獻(xiàn)Tab.1 The contribution of different grades of precipitation to annual precipitation in Zhejiang Province

圖5 1971—2018年浙江省年平均溫度時間變化Fig.5 The variation of average annual temperature during 1971 to 2018 in Zhejiang

4 結(jié)論與討論

①浙江省降水日數(shù)分布存在由北向南遞增，同時受地形影響。小雨日數(shù)、中雨日數(shù)分布與總?cè)諗?shù)接近，大雨日數(shù)、暴雨日數(shù)則呈現(xiàn)東北向西南遞增的分布。48 a間平均小雨占總降水日數(shù)的70.9%；中雨占19.0%，大雨占7.6%，最少為暴雨日數(shù)，僅占2.5%。

②浙江降水日數(shù)以減少趨勢為主，其中在20世紀(jì)80年代末發(fā)生了突變，降水日數(shù)快速減少；小雨日數(shù)呈下降趨勢，表現(xiàn)出顯著的下降趨勢，于1992—1993年發(fā)生突變，由震蕩變化轉(zhuǎn)化為顯著減少。中雨日數(shù)在1982—1983年突變，由震蕩期轉(zhuǎn)為顯著減少。大雨日數(shù)無明顯變化。暴雨日數(shù)在1986年之后呈顯著增加趨勢。

③浙江省降水日平均降水強(qiáng)度呈現(xiàn)明顯的增加趨勢，增長率為0.317 mm/10 a。其它各等級降水日平均降水強(qiáng)度均有所增加，增長率分別為小雨0.03 mm/10 a、中雨0.01 mm/10 a、大雨0.098 mm/10 a、暴雨0.9 mm/10 a，其中小雨和大雨的平均降水強(qiáng)度達(dá)到了0.05顯著性檢驗(yàn)。從空間分布上，浙江省降水日平均降水強(qiáng)度全部為增加趨勢，其中66個站中有41個站通過0.05信度檢驗(yàn)，小雨日降水強(qiáng)度有61站增加，中雨為40站增加，大雨為44站增加，暴雨則有52站增加。

④對年降水量貢獻(xiàn)最大的是中雨，其次為大雨，最低的為暴雨；在最多和最少5 a中，小雨占比與降水量呈明顯的反相關(guān)，大雨和暴雨占比變化則與降水量一致，但在降水最大的5 a大雨占比增加較多，在降水量最少5 a暴雨有較大幅度的減少；小雨和中雨的占比均有所減少，暴雨占比增加較快。近幾年暴雨日數(shù)和暴雨雨量占比顯著增加，可能與浙江省氣溫增暖有一定聯(lián)系。

1971—2018年浙江總降水日數(shù)先減后增、小雨日、中雨日則顯著減少，暴雨日顯著增多，但降水日平均降水強(qiáng)度則呈現(xiàn)明顯增加趨勢，這對暴雨洪澇的形成產(chǎn)生重要影響，但具體影響狀況還需進(jìn)一步探索，且對影響不同等級降水的氣象條件(水汽輸送、大氣環(huán)流等)需進(jìn)一步開展研究。