遼寧中部地區(qū)近63年極端降水指數(shù)變化特征及其與大氣環(huán)流相關(guān)度分析

郝姣姣

(阜新市產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，遼寧 阜新 123000)

0 引 言

受氣候變化影響，極端降水已經(jīng)成為區(qū)域洪澇災(zāi)害的主要因素[1]。為應(yīng)對(duì)極端降水變化，許多學(xué)者通過(guò)訂定量分析手段，對(duì)其極端降水時(shí)空特征及其主要成因進(jìn)行分析，從而為區(qū)域防洪治澇規(guī)劃提供重要的參考依據(jù)[2]。國(guó)際氣象組織從20世紀(jì)開(kāi)始推薦10項(xiàng)極端降水指數(shù)對(duì)區(qū)域極端降水變化進(jìn)行分析，這10項(xiàng)指數(shù)也逐步在國(guó)內(nèi)許多領(lǐng)域得到應(yīng)用。王曉寧對(duì)黑龍江省1958-2017年極端降水時(shí)空變化與災(zāi)害效應(yīng)進(jìn)行分析，分析表明黑龍江省持續(xù)干期以2.52 d/10 a的速率顯著下降,降水強(qiáng)度呈現(xiàn)微弱下降趨勢(shì),其余指數(shù)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)且年降水量以1.81 d/10 a的速率顯著上升[3]。馮曉莉?qū)η嗖馗咴瘽窦竟?jié)1961-2017年極端降水時(shí)空變化特征進(jìn)行分析，研究表明近57a來(lái),青藏高原暖濕季節(jié)降水強(qiáng)度、1日最大降水量、連續(xù)5日最大降水量顯著增加[4]。蘇敏對(duì)山東省近55a來(lái)極端降水的時(shí)空變化與災(zāi)害效應(yīng)進(jìn)行研究，分析表明山東省極端降水指數(shù)近55a以來(lái)存在變化,但是變化趨勢(shì)不顯著,只有持續(xù)濕期呈顯著下降趨勢(shì)[5]。許建偉對(duì)洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)1960—2018年極端氣溫和降水事件的變化規(guī)律進(jìn)行研究，研究表明區(qū)域強(qiáng)降水事件的降水量和發(fā)生頻次均增加,強(qiáng)降水量(R95p)以18.85 mm/10 a的速度增加,大雨日數(shù)(R20mm)與暴雨日數(shù)(R50mm)分別以0.36 d/10a和0.19 d/10a的速度增加[6]。高文華對(duì)河南省1960-2014年極端降水特征進(jìn)行分析，河南極端降水指數(shù)多年均值的空間分布整體呈現(xiàn)由北向南連續(xù)干日數(shù)減弱、年總降水量和大雨暴雨日數(shù)增多,自西向東平均日降水強(qiáng)度增強(qiáng)的分布規(guī)律[7]。雅茹對(duì)內(nèi)蒙古1960-2015年極端氣候事件的時(shí)空變化特征進(jìn)行分析，分析表明內(nèi)蒙古地區(qū)極端降水指數(shù)總體上呈非顯著性下降趨勢(shì)[8]。梁曉燕對(duì)甘肅省1960-2016年極端氣候事件變化特征進(jìn)行分析，分析表明河西走廊極端降水總量和強(qiáng)度表現(xiàn)為增加趨勢(shì),河?xùn)|地區(qū)極端降水指數(shù)大部分呈下降趨勢(shì)且變化幅度大[9]。劉裕輝以贛江上游章水流域內(nèi)15個(gè)雨量站1957-2016年逐日降水資料為基礎(chǔ)，對(duì)贛江上游章水流域極端降水時(shí)空變化特征進(jìn)行分析[10]。以上研究成果均表明國(guó)際氣象組織推薦的10項(xiàng)極端降水指數(shù)對(duì)國(guó)內(nèi)極端降水指數(shù)變化具有很好的識(shí)別特性。但在遼寧中部地區(qū)還未得到應(yīng)用，為此文章結(jié)合10項(xiàng)極端降水指數(shù)對(duì)遼寧中部極端降水變化及其成因進(jìn)行分析，研究成果對(duì)于遼寧中部地區(qū)防洪治澇規(guī)劃具有重要參考價(jià)值。

1 研究方法

1.1 極端降水指數(shù)含義

文章選取了國(guó)家氣象組織推薦的10個(gè)極端降水指數(shù)進(jìn)行遼寧中部地區(qū)極端降水的變化，各極端降水指數(shù)具體含義見(jiàn)表1。

表1 各指標(biāo)具體含義

1.2 變化特征分析方法

文章主要采用趨勢(shì)檢驗(yàn)方法對(duì)獨(dú)立同分布的變量序列x1，x2，Λ，xn進(jìn)行趨勢(shì)變化的檢驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)變量的計(jì)算方程為：

(1)

(2)

(3)

(4)

在方程中S為統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)變量；xi、xj分布為同一個(gè)樣本分布的不同變量數(shù)據(jù)序列；σs為檢驗(yàn)樣本的方差；sign為運(yùn)算符號(hào)；n為樣本總體個(gè)數(shù)；z為檢驗(yàn)樣本的水平，若Z>0則表示為變量分析樣本呈現(xiàn)遞增變化，反之呈現(xiàn)遞減變化，當(dāng)檢驗(yàn)絕對(duì)值高于或者等于1.28、1.64以及2.32時(shí)，表示顯著變化水平達(dá)到90%、95%以及98%。

2 分析結(jié)果

2.1 區(qū)域概況

文章以遼寧中部為研究區(qū)域，遼寧中部城市包括沈陽(yáng)、撫順、鞍山、遼陽(yáng)、盤(pán)錦市，屬于典型的中部平原地區(qū)，區(qū)域?qū)儆诘湫偷臏貛Ъ撅L(fēng)氣候，夏季多雨，冬季干燥寒冷，遼寧中部年平均降水量為600-800mm之間。近些年來(lái)，遼寧中部短歷時(shí)強(qiáng)降水頻發(fā)，區(qū)域最大1小時(shí)降水量最大值達(dá)到110mm，場(chǎng)次降水量主要集中在24h以?xún)?nèi)。遼寧中部日降水變化主因是西南風(fēng)暖濕氣流。為對(duì)遼寧中部極端降水指數(shù)進(jìn)行分析，結(jié)合遼寧中部75個(gè)降水站點(diǎn)1954-2018年數(shù)據(jù)，分布見(jiàn)圖1，統(tǒng)計(jì)分析各極端降水指標(biāo)。

圖1

2.2 極端降水指標(biāo)趨勢(shì)分析

統(tǒng)計(jì)分析了遼寧中部地區(qū)1954-2018年10項(xiàng)降水極端指數(shù)，并對(duì)各項(xiàng)極端降水指數(shù)的趨勢(shì)變化進(jìn)行顯著性分析，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 錦州地區(qū)各極端降水指數(shù)非線性顯著性檢驗(yàn)結(jié)果

從各項(xiàng)極端指數(shù)分析結(jié)果可看出，遼寧中部干濕持續(xù)指數(shù)CDD以及CWD均達(dá)到90%顯著檢驗(yàn)水平，遞增變化顯著性較高，表明受氣候變化影響，遼寧中部地區(qū)發(fā)生旱澇急轉(zhuǎn)的變化特征強(qiáng)度有所增加。降水強(qiáng)度SDII、最大1日降水量呈現(xiàn)明顯遞增變化，尤其是降水強(qiáng)度，遞增變化顯著性水平最高。遼中地區(qū)強(qiáng)降水量主要集中在24h以?xún)?nèi)，受到強(qiáng)降水強(qiáng)度遞增變化的影響，使得最大1日降水量也呈現(xiàn)遞增變化，最大5日降水量RX5day指數(shù)呈現(xiàn)遞增變化，但未能通過(guò)顯著性檢驗(yàn)水平，這主要是強(qiáng)降水的變化主要分布在最大1日，其他時(shí)段降水量遞增趨勢(shì)不顯著，使得最大5日降水量RX5day指數(shù)遞增的趨勢(shì)未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)水平。此外遼寧中地區(qū)發(fā)生大雨、中雨的日數(shù)都呈現(xiàn)遞增變化，但是均未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，由于中雨和大雨日數(shù)變化趨勢(shì)不顯著，使得遼寧中部地區(qū)年降水呈現(xiàn)弱遞增變化。

2.3 大氣環(huán)流與極端降水指數(shù)與的相關(guān)度分析

為對(duì)遼寧中部地區(qū)極端降水指數(shù)的成因進(jìn)行分析，統(tǒng)計(jì)分析各極端降水指數(shù)與5種氣候環(huán)流模式下的相關(guān)度，結(jié)果見(jiàn)表3、表4、表5、表6以及表7。

表3 大氣環(huán)流因子MEI與遼寧中部極端降水指數(shù)相關(guān)度分析結(jié)果

表4 大氣環(huán)流因子AO與遼北你中部地區(qū)極端降水指數(shù)與的相關(guān)度分析結(jié)果

表7 大氣環(huán)流因子SOI與遼寧中部地區(qū)極端降水指數(shù)相關(guān)度分析結(jié)果

續(xù)表7 大氣環(huán)流因子SOI與遼寧中部地區(qū)極端降水指數(shù)相關(guān)度分析結(jié)果

從各大氣環(huán)流指標(biāo)與遼寧中部地區(qū)不同季節(jié)極端降水指數(shù)相關(guān)度可看出，夏季和秋季相關(guān)度明顯高于春季和冬季。不同大氣環(huán)流指標(biāo)下和冬季各項(xiàng)降水極端指數(shù)呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)變化。從各大氣環(huán)流指標(biāo)相關(guān)度分析結(jié)果中可看出，西南暖濕氣流(NAO)與遼寧中部地區(qū)極端降水指數(shù)相關(guān)度最高，是區(qū)域極端降水變化的主因，而北極濤動(dòng)大氣環(huán)流模式(PDO)下與各極端降水指標(biāo)相關(guān)度最低。從各項(xiàng)指標(biāo)相關(guān)度顯著水平變化可知，在遼寧中部地區(qū)，大雨日數(shù)、降水強(qiáng)度、以及最大1日降水量和大氣環(huán)境指標(biāo)相關(guān)度均可達(dá)到0.05和0.01的顯著性水平，是大氣環(huán)流影響的主要因子，而年降水量受到降水分布影響，與大氣環(huán)流因子相關(guān)度相比于其他指標(biāo)有所減弱。此外太平洋年代際振蕩大氣環(huán)流模式(SOI)對(duì)遼寧中部地區(qū)的持續(xù)干旱指數(shù)影響程度較低，但總體相關(guān)度顯著水平不高。

3 結(jié) 語(yǔ)

1)遼寧中部地區(qū)降水強(qiáng)度以及最大1日呈現(xiàn)顯著遞增變化，受太平洋年代際振蕩影響，遼寧地區(qū)持續(xù)干濕指數(shù)明顯上升，夏季易出現(xiàn)旱澇急轉(zhuǎn)變化；

2)西南暖濕大氣環(huán)流是遼中地區(qū)極端降水變化的主因，降水強(qiáng)度、最大1日降水量不同季節(jié)指標(biāo)相關(guān)度均可達(dá)到0.05和0.01的顯著水平，與各大氣環(huán)流指標(biāo)均具有較為顯著的相關(guān)度，是區(qū)域極端降水指數(shù)變化的主要成因。