長興區(qū)域降水變化及趨勢分析

姚斌

(長興縣水文站，浙江長興313100)

0引言

自20世紀(jì)90年代中期以來，人們越來越關(guān)注氣候系統(tǒng)中的年代變化規(guī)律［1－3］。全球變化的區(qū)域響應(yīng)一直是氣候變化研究的一個(gè)熱點(diǎn)問題，有關(guān)專家研究了1954—2000年中國年、季、月的時(shí)空分布和變化趨勢［4］。長興地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，年降雨量豐富，年雨日較多，其中西北部山區(qū)是屬于長興地區(qū)的暴雨中心之一。本文利用長興縣水文站所轄9個(gè)國家級雨量觀測站點(diǎn)1976—2011年逐月的降水資料，根據(jù)地形特點(diǎn)和城市化進(jìn)程的差異，將該地區(qū)分為山區(qū)和平原，利用降水量距平百分率及EMD方法，分析降水的變化特征，該研究對今后該地區(qū)一個(gè)時(shí)期內(nèi)防汛抗旱、科學(xué)應(yīng)對氣候變化、指導(dǎo)水利建設(shè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等方面都有重要意義。

1 資料及方法

本文選取了1976—2011年長興地區(qū)9個(gè)雨量站點(diǎn)的逐月降水量資料，建立了以年及四季為計(jì)算周期的降水時(shí)間序列。具體的季節(jié)的劃分為:3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11為秋季，12月—次年2月為冬季。采用降水距平百分率的計(jì)算方法。

設(shè)R1(i=1，2…，36)為某站(或區(qū)域平均)某月(某季或某年)的降水序列，則對應(yīng)的第i年的降水距平百分率為

式中M為該降水序列的平均計(jì)算值。采用建立線性回歸方程的方法來分析降水距平百分率的變化趨勢，

式中a、b為回歸系數(shù)，ξ為殘差。降水距平百分率趨勢系數(shù)為降水距平百分率與自然數(shù)列1，2，3…n的相關(guān)系數(shù)。b表示降水距平百分率變化速率的大小。當(dāng)趨勢系數(shù)rxt為正時(shí)，表示在計(jì)算尺度內(nèi)降水量趨于增加，反之則為減少。

采用EMD方法(具體方法見文獻(xiàn)［5］)該地區(qū)降水量未來的變化趨勢。

2 季節(jié)降水序列的趨勢分析

從全年來看，兩地的降水距平百分率變化基本一致見表1，兩地降水序列的減少趨勢都很平緩;春季、夏季、秋季和冬季兩地區(qū)降水百分率的變化趨勢與全年一致;其中山區(qū)的降水變化速率較平原為大。從圖1中可見，兩地區(qū)相關(guān)序列的變化基本一致。

表1 各個(gè)季節(jié)降水距平百分率趨勢

圖1 逐年降水距平百分率趨勢的時(shí)間序列

3 逐月降水序列趨勢分析

從表2中可以看出，平原和山區(qū)變化基本類似，除了3、4、5、9、10月降水有負(fù)趨勢以外，兩地區(qū)其余月份趨勢均為正，但各月變化趨勢并不顯著。

表2 逐月降水距平百分率變化和趨勢

4 年降水序列趨勢分析

4.1 年代際變化

表3反映了該地區(qū)降水量距平幾個(gè)年代的變化數(shù)值。從表中反映的數(shù)值來看，在1990年代以前，平原與山區(qū)降水量均為正距平，降水量都有增加趨勢，1990年代以后降水距平變?yōu)樨?fù)值;且平原地區(qū)最近2年為降水負(fù)距平，山區(qū)卻為正距平，說明在近些兩地年降水量的增減變化出現(xiàn)的時(shí)間方面，存在差異。與山區(qū)相比，平原地區(qū)降水減少的時(shí)間要早，但幅度卻少。

表3 各年代降水量距平

4.2 年降水量的EMD分析

分別得到了IMF分量5個(gè)，另外需要說明的是，R表示的是趨勢分量。從各個(gè)分量的代表意義來看，實(shí)際上通過各IMF分量來反映不同尺度降水序列的變化，事實(shí)上一個(gè)窄波段的信號只是代表一個(gè)IMF分量。從計(jì)算的結(jié)果來看，IMF1表示一個(gè)2—3年尺度的振蕩，IMF2表示大約5 a左右的氣候變化速率，IMF3表示約7—8年中長期的氣候波動(dòng)，IMF4表示尺度約20年左右的長期變化速率。從最后分析計(jì)算的結(jié)果來看，R的數(shù)值顯示了長興地區(qū)降水量將趨于減少。

圖2 平原地區(qū)年降水量EMD分解的各內(nèi)模函數(shù)分量

5 探討與總結(jié)

平原和山區(qū)的年降水距平百分率趨于減少，但與平原相比，山區(qū)降水量減少的趨勢更加明顯;從變化趨勢來看，春季、夏季、秋季和冬季兩地區(qū)降水百分率的變化與年變化基本一致;1990年代之后的降水距平百分率趨勢的變幅，平原區(qū)與山區(qū)明顯不同;從年代降水量負(fù)距平出現(xiàn)的時(shí)間來看，山區(qū)是早于平原地區(qū)的，而其變化幅度也大于平原地區(qū);長興地區(qū)1990年代以來的年降水量趨于減少，并且它具有4個(gè)較為明顯的變化周期，分別為2～3 a、5 a左右、7～8 a和20 a左右;根據(jù)本文分析計(jì)算，可以推斷未來的長興地區(qū)年降水量將逐漸下降。

本文分析的結(jié)果表明山區(qū)和平原地區(qū)降水量序列呈現(xiàn)不同的變化趨勢，作者認(rèn)為這與影響該地區(qū)的鋒面氣流背景具有極大的關(guān)系，當(dāng)然相關(guān)地區(qū)的地形特征以及人類活動(dòng)影響趨大，也是導(dǎo)致平原地區(qū)降水變幅明顯的重要原因。當(dāng)然，本文中的結(jié)論只是探討性的，其普遍性有待進(jìn)一步探討。另外，文中并沒有涉及其他相關(guān)氣象資料對降水變化趨勢的影響，這將是今后研究工作的方向。

［1］紀(jì)玲玲，林振山，王昌雨，強(qiáng)學(xué)民.福建泉州地區(qū)降水量長期變化和未來趨勢分析［J］.熱帶氣象學(xué)報(bào)，2008，24(4):399－403.

［2］孫鳳華，楊素英，任國玉.東方地區(qū)降水日數(shù)強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間的年代際變化［J］.應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2007，18(5):610－618.

［3］李崇銀.氣候動(dòng)力學(xué)引論:第二版［M］.北京:氣象出版社，2000:515.

［4］王穎，施能，顧駿強(qiáng)，等.中國雨日的氣候變化［J］大氣科學(xué)，2006，30(1):162－10.

［5］林振山，鄧子旺.近四百年北半球氣溫變化的分析:EMD方法的應(yīng)用［J］.熱帶氣象學(xué)報(bào)，2004，20(1):90－98.