1960—2012年我國夏季降水的時空分布特征

殷方圓，殷淑燕

(陜西師范大學(xué) 旅游與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710119)

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1960—2012年我國夏季降水的時空分布特征

殷方圓，殷淑燕*

(陜西師范大學(xué) 旅游與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710119)

基于1960—2012年我國8個區(qū)域310個站點的夏季逐月降水?dāng)?shù)據(jù)，采用趨勢特征指數(shù)、M-K檢驗和空間差值等方法，分析我國夏季降水的時空分布特征。研究發(fā)現(xiàn)：從時空分布看，1960—2012年，長江中下游、華南、西北地區(qū)和青藏高原地區(qū)夏季降水量呈上升趨勢，其中，長江中下游和西北西部地區(qū)夏季降水量顯著增加，兩個地區(qū)均在1990年代夏季降水量增加最多；東北、華北和西南地區(qū)夏季降水量呈下降趨勢，從東北到西南一線，夏季降水出現(xiàn)了一條明顯的傾向率負值帶,其中，東北和華北地區(qū)夏季降水量減少最顯著，東北地區(qū)夏季降水量在2000—2010年減少最多，華北地區(qū)在1980年代減少最多；區(qū)域內(nèi)部安徽省夏季降水量增加最多，山東省、河北省、山西省、云南省和四川省夏季降水量減少最明顯。長江中下游和西北西部地區(qū)夏季降水量變化達到突變水平，突變點分別發(fā)生在1986年和1989年，均表現(xiàn)為降水量由少到多的變化。長江中下游和華南地區(qū)夏季降水量增多，華北和東北地區(qū)夏季降水量減少可能是東南夏季風(fēng)減弱造成的；西南地區(qū)夏季降水量減少可能與西南季風(fēng)減弱有關(guān)，西風(fēng)氣流對流活動加強可能是造成中國西北地區(qū)夏季降水量增多的重要原因；青藏高原地形復(fù)雜，降水量受地形的影響較大。

夏季降水； 突變檢驗； 區(qū)域差異； 夏季風(fēng)； 西風(fēng)氣流

受全球變暖的影響，全球范圍內(nèi)氣候發(fā)生較大變化。近年來，由于降水變化異常，中國干旱、洪澇等極端水文事件頻繁發(fā)生。例如，受1998年初夏華南持續(xù)性大暴雨的影響，長江、松花江、西江、閩江等在1998年6月發(fā)生百年一遇的特大洪水[1]；2010年，我國西南地區(qū)發(fā)生百年一遇特大旱災(zāi)，西南五省(區(qū)、市)耕地受旱面積647.73 hm2，占全國的84%，有1 939萬人、1 189萬頭大牲畜因旱飲水困難，分別占全國的80%和75%[2]。受季風(fēng)氣候的控制，中國大部地區(qū)降水量主要集中在夏季，一般占全年降水量的45%～65%，因此對夏季降水時空變化研究具有重要的理論和實踐價值。高慶九等[3]對華北夏季降水年代際變化與東亞夏季風(fēng)、大氣環(huán)流異常的關(guān)系進行了研究;梁萍等[4]研究了長江下游夏季降水與東亞夏季風(fēng)及春季太平洋海溫的關(guān)系;黃榮輝等[5]對中國東部夏季降水的準(zhǔn)兩年周期振蕩及其成因進行研究，認為中國降水的2年周期振蕩與東亞上空夏季風(fēng)水汽輸送量的準(zhǔn)兩年周期振蕩密切相關(guān)；李茜等[6]分析了東亞夏季風(fēng)年代際變化對我國東部旱澇分布的影響。這些研究主要集中在某一區(qū)域，不能反映整個區(qū)域變化特征，因此對整個區(qū)域的降水時空分布特征進行研究很有必要。如，任國玉等[7]利用1951—1996年的氣象資料研究了我國全年和季節(jié)降水量的長期變化趨勢特征指數(shù)，賴欣等[8]利用1961—2007年夏季逐日降水資料對我國夏季日降水變化的研究認為除夏季降水頻率呈減小趨勢外，降水總量、降水強度都呈增加趨勢。在前人研究基礎(chǔ)上，本文利用更稠密的站點、更長的降水資料研究我國近53年來夏季降水變化的時空分布特征，并分析夏季風(fēng)和西風(fēng)氣流對中國夏季降水的影響。

1 資料來源和研究方法

降水資料來自中國氣象局國家氣象信息中心數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)室，根據(jù)建站時間和數(shù)據(jù)完整性選取了1960—2012年53年310個站點(圖1)夏季(6—8月)逐月降水資料。在分析中按照夏季降水量的多少將我國分為8個區(qū)，即東北地區(qū)(黑龍江、吉林、遼寧、內(nèi)蒙古東部)、華北地區(qū)(河北、山東、山西、河南、內(nèi)蒙古中部)、長江中下游地區(qū)(江蘇、浙江、江西、江西、安徽、湖北、湖南)、華南地區(qū)(廣東、廣西、海南、福建)、西北東部地區(qū)(陜西、甘肅、寧夏、青海的中東部和北部、內(nèi)蒙古西部)、西北西部地區(qū)(新疆)、青藏高原區(qū)(西藏、青海西南部)和西南地區(qū)(四川、云南、貴州、重慶)。主要分析方法是趨勢特征指數(shù)，即趨勢系數(shù)和降水傾向率、M-K檢驗和空間差值等。

圖1 全國310個站點分布及我國夏季盛行風(fēng)向Fig.1 The distribution of 310 stations and prevailing wind direction in summer of China

2 結(jié)果與分析

2.1 夏季降水的年代際變化

從年代際變化看，我國夏季降水量在1970年代和1980年代偏低，1960年代、1990年代和2000—2012年夏季降水量相對偏高，特別是1990年代夏季降水量高于多年夏季降水均值21.66 mm，進入2000年以來降水量較1990年代有所下降，但仍高于全國夏季降水均值。

近53年來，我國夏季降水表現(xiàn)出明顯的區(qū)域性差異。由表1可知，東北地區(qū)夏季降水在1970年代和2000年以來偏少，尤其是2000年以來最少；在1960年代、1980年代和1990年代夏季降水偏多，其中1960年代為該地區(qū)的多雨期。華北地區(qū)夏季降水量一直處于減少狀態(tài)，到1980年代達到降水的最低值，低于多年降水距平值19.47 mm，為華北地區(qū)的少雨期。長江中下游夏季降水處于增加狀態(tài)，在1990年代達到最高值，高于多年夏季降水均值71.37 mm，是長江中下游地區(qū)降水最多的10年，與龔道溢等[9]對長江中下游地區(qū)降水研究得出結(jié)論基本一致，他們認為在最近120年中12次異常多雨的年份，出現(xiàn)在1990年代的就有4次。華南地區(qū)1970年代和1980年代降水有所偏少，1960年代、1990年代和2000—2012年為降水偏多階段，1990年代降水比平均降水量多62.31 mm，因此1990年代也是該地區(qū)的降水豐沛期，并且華北和華南地區(qū)1980年代降水明顯比1970年代少，干旱面積不斷擴大。我國東部的東北地區(qū)、華北地區(qū)、長江中下游地區(qū)和華南地區(qū)夏季降水的10a尺度震蕩明顯，尤其是1990年代，長江中下游和華南地區(qū)的夏季降水增加幅度最大。

我國西部夏季降水10a尺度變化幅度不大，但也存在明顯的降水偏多和偏少時期。西北東部和西北西部地區(qū)降水量變化趨勢不明顯，1960年代兩個地區(qū)降水都偏少，1970年代和1980年代西北東部降水偏多而西北西部降水偏少，1990年代西北東部降水偏少而西北西部降水偏多，進入2000年以來，兩個地區(qū)的夏季降水量都有所增多。青藏高原地區(qū)在1960年代和2000—2012年為降水偏多階段，1970年代、1980年代和1990年代為夏季降水偏少階段。西南地區(qū)1960年代、1980年代和1990年代為夏季降水偏多階段，1970年代和2000—2012年為夏季降水偏少階段。

可見，由于控制氣候變化的環(huán)流系統(tǒng)不同，我國西北地區(qū)西風(fēng)環(huán)流控制區(qū)、西南季風(fēng)區(qū)和東部東南季風(fēng)區(qū)夏季降水變化趨勢存在明顯的差異。

表1 我國8個區(qū)域夏季平均降水量距平的年代際變化Tab.1 The decadal anomaly variation of average summer precipitation of 8 regions in China mm

2.2 夏季降水的年際變化

為了更清楚地反映我國8個區(qū)域夏季降水量的變化趨勢，本文計算了我國各區(qū)域的夏季降水量距平(圖2)以及降水趨勢變化系數(shù)和傾向率(表2)。

我國8個區(qū)域中夏季降水減少最快的是華北地區(qū)(圖2b)，其降水傾向率為-8.053 mm/10 a;自1960年以來華北地區(qū)的夏季降水一直減少，1980年以前以正距平為主，1980年以后以負距平為主，夏季降水在1964年達到最大值，較多年均值高124.08 mm，在1997年夏季降水達到最小值，較多年均值低127.63 mm，該地區(qū)從1970年代末開始干旱趨勢加劇，并一直持續(xù)至今，1980年代干旱最嚴(yán)重。東北地區(qū)(圖2a)的夏季降水呈減少趨勢，其降水傾向率為-7.224 mm/10 a，在1967—1982年以及2000年以來夏季降水以負距平為主，降水最小值出現(xiàn)在2007年，較多年平均值低86.64 mm。夏季降水減少的地區(qū)還有西南地區(qū)，其降水傾向率為-4.235 mm/10 a，降水在2011年達到最小值，較多年平均值低142.34 mm，在1998年達到最大值，較多年平均值高99.01 mm，自1960年代起開始緩慢干旱。

我國8個區(qū)域中夏季降水增加最快的是長江中下游地區(qū)(圖2c)，其降水傾向率為23.007 mm/10 a，在1960年代以負距平為主，之后降水量開始增加，在1990年代夏季降水量達到最大值。夏季降水增加的地區(qū)還有華南地區(qū)(圖2d)、西北東部(圖2e)、西北西部(圖2f)和青藏高原地區(qū)(圖2g)，其降水傾向率分別為9.886 mm/10 a、2.32 mm/10 a、3.053 mm/10 a和1.561 mm/10 a。

就區(qū)域差異而言，我國東北地區(qū)和華北地區(qū)的夏季降水量呈明顯的下降趨勢，長江中下游和西北西部地區(qū)夏季降水量呈明顯的上升趨勢，華南地區(qū)、西北東部和青藏高原地區(qū)夏季降水量上升趨勢微弱，西南地區(qū)夏季降水量下降趨勢微弱。8個區(qū)域中夏季降水呈下降趨勢的區(qū)域與張國宏等[10]的研究結(jié)果基本一致。

圖2 我國8個地區(qū)夏季平均降水距平變化圖Fig.2 The anomaly change of average summer precipitation of 8 regions in China

表2 我國8個區(qū)域的夏季降水趨勢系數(shù) 和降水傾向率 Tab.2 The trend coefficient and precipitatin slope of summer precipitation of 8 regions in China

*P≤0.1; **P≤0.01。

2.3 夏季降水序列的突變性檢驗

為了進一步研究53年來我國夏季降水的變化特點，明確降水突變開始的時間，對我國8個區(qū)域的夏季降水作了Mann-Kendall檢驗(圖3)，我國8個區(qū)域夏季降水突變存在明顯差異。東北地區(qū)夏季降水呈下降趨勢，尤其是20世紀(jì)70年代最顯著，超過顯著性水平0.05臨界線，但是1960—2012年期間下降趨勢未發(fā)生突變。華北地區(qū)在1960年代夏季降水呈上升趨勢，1970年以后呈下降趨勢，1980年代夏季降水減少趨勢較顯著，根據(jù)UF和UB的交點區(qū)域可以確定突變時間發(fā)生在1960年代末1970年代初。長江中下游地區(qū)夏季降水在1960年代主要處于下降趨勢，1970年代以后呈增加趨勢，尤其是1990年代中后期至今夏季降水增加趨勢超過顯著性水平0.05臨界線，表明這一時期夏季降水增加十分顯著，根據(jù)UF和UB的交點位置確定夏季降水增加是一突變現(xiàn)象，具體是從1986年開始的。1998年以前華南地區(qū)的夏季降水呈下降趨勢，其中1984—1995年期間下降趨勢超過顯著性水平0.05臨界線，1995年之后降水呈上升趨勢，根據(jù)UF和UB的交點區(qū)域可以確定1996年是降水轉(zhuǎn)折點，但是未達到突變水平。1960年代西北東部夏季降水呈下降趨勢，之后一直呈上升趨勢，根據(jù)UF和UB的交點區(qū)域可以確定1973年是降水轉(zhuǎn)折點，該地區(qū)未達到突變水平。西北西部夏季降水在1970年代呈上升趨勢，1960年代和1980年代呈下降趨勢，但是1990年代之后呈增加趨勢，尤其是2000年以來降水增加趨勢超過顯著性水平0.05臨界線，表明這一時期西北西部夏季降水的上升十分顯著，根據(jù)UF和UB的交點位置確定降水上升是一突變現(xiàn)象，具體是從1989年開始的。青藏高原在2000年以前夏季降水處于下降趨勢，2000年以后夏季降水處于上升趨勢，但變化趨勢未通過顯著性檢驗。西南地區(qū)夏季降水量在1960年代中后期到1970年代中期呈上升趨勢，之后呈下降趨勢，該地區(qū)在1970年代初期和2007年出現(xiàn)降水轉(zhuǎn)折，未達到突變水平。

總體來看，我國8大區(qū)域中，長江中下游和西北西部夏季降水量達到顯著突變水平，突變點分別發(fā)生在1986年和1989年，均表現(xiàn)為降水由少到多變化；華北地區(qū)在1960年代末至1970年代初發(fā)生由多到少的顯著突變，其他區(qū)域的夏季降水變化未達到顯著突變水平。

圖3 我國8個區(qū)域夏季降水序列的Mann-Kendall檢驗曲線Fig.3 Mann-Kendall aps of summer precipitation series for 8 regions in China

2.4 我國夏季降水的空間差異性

由我國8個區(qū)域內(nèi)的夏季降水傾斜率空間差異明顯，位于季風(fēng)區(qū)夏季降水量明顯增加的省份主要集中在長江中下游地區(qū)和華南地區(qū)，其中以安徽省夏季降水增加最多，位于非季風(fēng)區(qū)的西北各省份夏季降水大部分也呈增加趨勢。夏季降水量明顯減少的省份主要集中在西南地區(qū)、華北地區(qū)和東北地區(qū)，在東北到西南一線，出現(xiàn)了一條明顯的傾向率負值帶;其中以山東省、河北省、山西省、云南省和四川省的夏季降水減少最明顯，而東北地區(qū)的黑、吉、遼三省東部的夏季降水減少趨勢較明顯。東北到西南一線，即我國的季風(fēng)與非季風(fēng)分界線周圍區(qū)域，出現(xiàn)了一條明顯的負值帶，充分說明我國夏季降水變化與季風(fēng)強弱變化存在密切關(guān)系。

2.5 討論

1960—2012年我國夏季降水變化存在明顯的區(qū)域差異，我國東部季風(fēng)區(qū)的長江中下游地區(qū)夏季降水增加和華北地區(qū)的夏季降水減少形成了南澇北旱降水格局，主要是由東南夏季風(fēng)減弱造成的。呂俊梅等[11]認為東亞夏季風(fēng)減弱和副高位置偏南、強度偏大的這種大環(huán)流年代際變化背景，是造成20世紀(jì)70年代中期以后中國華北地區(qū)干旱少雨、長江中下游地區(qū)洪澇多雨的主要原因，本文研究與此結(jié)論基本一致。東北地區(qū)地處東亞季風(fēng)區(qū)的北部邊緣，東亞夏季風(fēng)的推移位置偏北時，東北地區(qū)夏季降水偏多，反之則降水偏少。因此，東亞夏季風(fēng)較弱會導(dǎo)致東北地區(qū)降水偏少。此外，在全球變暖的背景下，不同緯度和不同海拔對全球變暖的響應(yīng)存在差異，中高緯度、高海拔地區(qū)升溫較快，從區(qū)域上看,中國大陸地區(qū)最明顯的增溫發(fā)生在北方和青藏高原地區(qū)[12]，我國華北、東北地區(qū)夏季增溫遠超過全球、北半球、東北亞夏季的增溫程度[13-14]。華北、東北地區(qū)夏季降水的減少，可能與其夏季增溫較強也存在一定的關(guān)系。西北地區(qū)的夏季降水存在明顯的空間差異，西北東部水汽條件較好，受東亞夏季風(fēng)和副熱帶高壓影響明顯，西北西部則受西風(fēng)氣流和湖泊的影響較大[15]。近年來西北地區(qū)夏季降水明顯增多可能與西風(fēng)氣流的對流活動旺盛有關(guān)。西南地區(qū)屬于溫帶、亞熱帶季風(fēng)氣候，西南季風(fēng)的強弱與研究區(qū)降水量的變化關(guān)系密切，研究證實近年來西南季風(fēng)有逐漸減弱的趨勢[16]，因此季風(fēng)的減弱導(dǎo)致近53年來西南地區(qū)的夏季降水量有所下降。青藏高原地區(qū)降水的變化受地形的影響程度比我國其他地區(qū)高[17]。

3 結(jié)論

利用我國8個區(qū)域310個站點1960—2012年夏季降水量數(shù)據(jù)資料，分析了我國不同地區(qū)降水量的年代際和年際變化，得出以下結(jié)論：

(1)從年代際變化看，我國夏季降水在1970年代和1980年代偏低，在1960年代、1990年代和2000—2012年相對偏高，特別是1990年代夏季降水量最高，進入2000年以來降水較1990年代有所下降，但仍高于全國夏季降水均值。

(2)在我國8個區(qū)域中，長江中下游地區(qū)、西北地區(qū)、華南地區(qū)和青藏高原區(qū)夏季降水量呈上升趨勢，東北地區(qū)、華北地區(qū)和西南地區(qū)的夏季降水量呈下降趨勢，從我國東北到西南一線出現(xiàn)明顯的一條夏季降水量傾向率負值帶，夏季降水量沿季風(fēng)與非季風(fēng)的分界線周邊區(qū)域表現(xiàn)出減少趨勢?？梢?，我國不同區(qū)域夏季降水的變化差異與控制降水的季風(fēng)系統(tǒng)變化密切相關(guān)。

(3)M-K檢驗結(jié)果表明，近53年來，東北地區(qū)、華南地區(qū)、西北東部地區(qū)、青藏高原區(qū)和西南地區(qū)的夏季降水量出現(xiàn)降水變化的轉(zhuǎn)折點，但是未達到突變水平；華北地區(qū)、長江中下游地區(qū)和西北西部地區(qū)的夏季降水量出現(xiàn)突變點，長江中下游和西北西部夏季降水量達到顯著突變水平，突變點分別發(fā)生在1986年和1989年，均表現(xiàn)為降水由少到多變化，華北地區(qū)在1960年代末至1970年代初發(fā)生由多到少的顯著突變。

(4)對我國近53年來310個氣象站點夏季降水傾向率研究表明，夏季降水增加最多的是安徽省，夏季降水量明顯減少的省份主要集中在西南地區(qū)、華北地區(qū)和東北地區(qū)，即沿東北至西南一線。其中以山東省、河北省、山西省、云南省和四川省的夏季降水減少最明顯，東北地區(qū)的黑、吉、遼三省東部的夏季降水減少趨勢較明顯。

(5)長江中下游和華南地區(qū)夏季降水增多，華北和東北地區(qū)夏季降水減少，可能是東南夏季風(fēng)減弱造成；西南地區(qū)夏季降水減少可能與西南季風(fēng)減弱有關(guān)；西風(fēng)氣流對流活動加強可能是造成中國西北地區(qū)夏季降水增多的重要原因；青藏高原地形復(fù)雜，降水受地形的影響較大。全球變暖背景下，不同緯度、不同海拔夏季氣溫變化的區(qū)域差異，也可能是造成不同區(qū)域夏季降水變化的原因之一。

從以上分析可以看出，近53年來，我國夏季降水增加的區(qū)域主要集中在東南和西北地區(qū)，在兩者之間形成了東北至西南降水減少帶。從夏季降水變化情況分析，我國東南季風(fēng)和西南季風(fēng)基本都呈現(xiàn)減弱趨勢。東南季風(fēng)減弱，造成我國東南部地區(qū)夏季降水增加，洪澇災(zāi)害嚴(yán)重，而華北和東北地區(qū)夏季降水減少；西南季風(fēng)減弱，造成我國西南部地區(qū)夏季降水減少，干旱災(zāi)害頻繁。東亞夏季風(fēng)變率的不穩(wěn)定性，會使我國旱澇災(zāi)害增加，對我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來不利影響。

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〔責(zé)任編輯 程琴娟〕

The spatial and temporal distribution characteristics of summer precipitation in China from 1960 to 2012

YIN Fangyuan , YIN Shuyan*

(School of Tourism and Environment Sciences，Shaanxi Normal University，Xi′an 710119，Shaanxi, China)

Based on the summer monthly precipitation data of 310 stations from 1960 to 2012 in 8 regions of China, the spatial and temporal distribution characteristics of summer precipitation are analyzed by trend features index, Mann-Kendall mutation testing and spatial interpolation. Results show that in spatial and temporal, the summer precipitation of the mid-lower reaches of the Yangtze River, south China, northwest China and Tibetan Plateau showed an increasing trend. The summer precipitation of the mid-lower reaches of the Yangtze River and the west of northwest China showed a remarkable increasing trend and the summer precipitation of the two regions increased most in 1990s. The summer precipitation of northeast China, north China, Tibetan and southwest China showed a decreasing trend and the summer precipitation of northeast China and north China showed a remarkable decreasing trend and it decreased most from 2000 to 2012 in northeast China and it decreased most in 1980s in north China. The summer precipitation increased most in Anhui province. It increased least in Shandong, Hebei, Shanxi, Yunnan and Sichuan province. The summer precipitation variation of the mid-lower reaches of the Yangtze River and the west of northwest China reached to the level of mutations. The abrupt points were 1986 and 1989. The summer precipitation showed the variation from the less to the more. The weakening of southeast summer monsoon may have an important role in the process of summer precipitation reducing in north China, northeast China and in the process of summer precipitation increasing in the Yangtze River and south China. The summer precipitation reduction of southwest China was related to the weakening of southwest summer monsoon. The strengthening of westerlies convective activity may have a leading effect on the process of summer precipitation increasing in northwest China. The terrain of Tibetan Plateau is complex and the summer precipitation of Tibetan Plateau is mainly influenced by the terrain.Key words: summer precipitation; abrupt testing; regional difference; summer monsoon; westerlies

1672-4291(2015)03-0074-06

10.15983/j.cnki.jsnu.2015.03.431

2014-06-23

國家自然科學(xué)基金資助項目(41471071，41271108，41371029)；教育部博士點基金優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域項目(20110202130002)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費創(chuàng)新團隊項目 (GK201301003)

殷方圓,女,碩士研究生,研究方向為環(huán)境變化與自然災(zāi)害。E-mail：1312039718@qq.com

*通信作者：殷淑燕,女,教授，博士生導(dǎo)師。E-mail：yinshy@snnu.edu.cn

P426.61+<4; p467="" class="emphasis_bold">4; P467 文獻標(biāo)志碼：A4; p467=""

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