1966—2015年高淳降水特征分析

孔維財　陸一磊　夏曉敏

摘 要：該文利用1966—2015年降水數據分析了高淳近50a降水年、年際、四季、月和極端降水、降水相對變率的變化情況，結果表明：降水量波動較大并呈上升趨勢。春、秋、冬季各年代際之間差異較小，春季和秋季呈先升后降的趨勢，夏季呈波動上升的趨勢，冬季呈緩慢上升的趨勢，四季與年降水量都呈正相關關系。各月降水量分配不均，各月降水量的氣候傾向率差異明顯，夏季降水增多趨勢十分明顯；降水日數呈現上升下降再上升的趨勢；暴雨日數呈緩慢增長的趨勢，近50a大暴雨日數基本持平。近50a澇年有4a，高淳旱年的有5a；極端降水事件的閥值為38.2mm，極端降水事件年際波動很大。

關鍵詞：降水；相對變率；極端降水

中圖分類號 P468 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2016）17-0161-04

Abstract：Based on the precipitation data from 1966 to 2015，annual inter-annual and monthly precipitation change，precipitation change in four seasons，extreme precipitation and relative variability of precipitation was analyzed. Results show that precipitation fluctuation was large，precipitation was growing with a rising trend. Inter-annual precipitation change was small between spring，autumn and winter，spring and autumn precipitation rose first and fall later，summer rose like wave and winter rose slowly. There was a positive correlation between four seasons and annual precipitation. Monthly precipitation wasn't average，monthly climatic trend rate was obviously different，the rising trend of summer precipitation was obvious，precipitation days showed increase-decrease-increase trend，storm rainfall days rose slowly，heavy rainstorm days was flat in resent 50 years. The number of flood year in Gaochun was 4，and drought year was 5. The threshold value of extreme precipitation event in Gaochun was 38.2mm，the number of extreme precipitation event fluctuated greatly.

Key words：Precipitation；Relative variability；Extreme precipitation

水對生物和人類的生存具有決定性的意義，也是經濟、社會發(fā)展的最重要的物質基礎之一。隨著全球氣候變暖的加劇，全球水汽循環(huán)加速，降水的強度更為集中，極端降水事件的發(fā)生更為頻繁，對人類的影響也越來越大[1]。研究表明，近40a江蘇省南部年降水量增多，北部減少[2-3]，也有研究表明，長江三角洲降水總量沒有明顯的變動，但是不同季節(jié)降水量變化較大，夏、冬季降水量上升，而春、秋季降水量減少，其與太平洋海溫、東亞大氣環(huán)流特征的變化有很大的關系[4-5]。

高淳位于江蘇西南部，總面積約802km2，屬亞熱帶季風氣候區(qū)，位于東亞季風區(qū)，雨量充沛，夏季降水集中度較高、變化率較大，為我國多旱澇的地區(qū)之一[6]。高淳位于長三角地區(qū)，近50a來高淳區(qū)發(fā)展越來越快，尤其是改革開放以來，城市化進程顯著。但與此同時，隨著經濟、社會的發(fā)展，旱澇災害尤其是洪澇災害的發(fā)生，對地區(qū)的經濟、社會發(fā)展造成的影響也越來越大。因此，分析高淳降水特征及變化規(guī)律，對保障經濟、社會的可持續(xù)發(fā)展有重要的理論和實際意義。

1 數據選取和處理

1.1 數據來源 選取1966—2015年年、月、日降水資料，并對資料進行整理，對個別缺測資料進行插補。根據中國氣象觀測規(guī)范，日降水量介于0.1～9.9mm為小雨、中雨為10.0～24.9mm、大雨為25.0～49.9mm、暴雨為50.0～99.9mm、大暴雨為≥100.0mm。

1.2 處理方法 本文采用氣候傾向率、滑動平均、累計距平、相關分析、回歸分析等方法分析了高淳降水的變化特征。

1.2.1 氣候傾向率 設定自變量xn（x1，x2，……，xn）為年份，與數據年份按順序依次對應，設定因變量yn（y1、y2、……，yn）為降水量，與數據按順序依次對應，建立一次線性回歸方程：yn=a+bxn，a為回歸常數，b為回歸系數，使用最小二乘法可確定a和b。氣象學上一般把b×10稱做氣候傾向率，其單位為mm/10a。

1.2.2 滑動平均與累計距平法 滑動平均在氣候學中經常使用，其相當于低通濾波，能有效的分析常年降水的變化趨勢；而累計距平法是計算出距平并進行累加，能有效的分析變化趨勢和變化得不同時段。

1.2.3 極端降水的定義 全國不同地區(qū)的年降水量千差萬別，不能僅按照地面氣象觀測規(guī)范把日降水量≥50mm的暴雨定義為極端降水事件，本研究依據高淳日降水量定義了極端降水事件的閥值：把1966—2015年日降水量≥0.1mm的所有日降水量按照升序排列，選取第95%多對應的降水值即為極端降水事件的閥值[7-9]。當日降水量大于或等于降水閥值時，記為一次極端降水事件。

2 結果與分析

2.1 降水年變化特征 由圖1可知，1966—2015年高淳近50a年降水量波動較大，降水最多年份的降水量為最少年份的3.3倍，年降水最大值出現在1991年，為1 878.6mm，最小值出現在1978年，為567.7mm。從5a滑動平均可以看出，從20世紀60年代中期到20世紀70年代，高淳降水呈下降的趨勢，在20世紀80年代到20世紀90年代中期呈上升趨勢，為多雨時期，從20世紀90年代中期到2015年降水呈小幅度波動，沒有明顯的上升或下降趨勢。總體上，高淳近50a降水呈上升趨勢，氣候傾向率為43.2mm/10a。從圖2可以看出，20世紀60年代中期到20世紀70年代因降水量較少而呈負距平為主，20世紀70年代到20世紀90年中期降水量較多，以正距平為主，20世紀90年中期到2015年降水量小幅度波動，正負距平交替出現。

從表1可知，高淳各年代際的降水量差異約在200mm的范圍之內。春、秋、冬季各年代際之間差異較小，極差依次為50.9mm、103.9mm和82.9mm，而夏季各年代際之間差異較大，極差達200.9mm。從各年代際長期來看，春季和秋季呈先升后降的趨勢，夏季呈波動上升的趨勢，上升明顯，冬季呈緩慢上升的趨勢。從各年代際降水量所占比例來看，夏季降水所占比例越來越大，從38.8%上升到46.9%，春季有所下降，秋季和冬季基本持平。

2.2 降水季節(jié)和月變化特征 從圖3可知，高淳近50a春季和秋季的降水呈下降的趨勢，氣候傾向率分別為

-6.2mm/10a和-6.7mm/10a。春季平均降水量為322.8mm，1991年春季最多，達508.3mm，為常年平均降水量的42%；秋季平均降水量為536.5mm，最大降水量為536.5mm（1983年）。而夏季和冬季降水呈上升的趨勢，氣候傾向率分別為40.6mm/10a和15.3mm/10a，夏季趨勢最為明顯。夏季降水量在全年中比例最高，約為43%，夏季降水量1999年最多，總量為1 286.7mm，夏季降水量約為常年年降水量的1.1倍，1999年年降水量為1 890.0mm，約為常年降水量的1.6倍，同時，1999年長江流域降水整體偏多，流域內多地出現洪澇災害，高淳各水庫、河流超警戒水位，而夏季最少降水量年份出現在1978年為135.0mm，波動較大。冬季的整體降水量較少，約占全年的1/5，但是受全球氣候變暖的影響，冬季降水量呈上升的趨勢。冬季最多降水量為263.8mm，出現在2003年，而最少降水量出現在1986年，約為最多降水量年份的1/5，波動也較大。

四季降水量與年降水量都呈正相關關系，其中春季、夏季通過了0.01顯著性水平檢驗，秋季通過了0.05顯著水平檢驗，夏季的顯著性最高。

高淳各月降水量分配不均，約40%降水集中在夏季的6、7和8月，其中6月為各月中降水最多月份，其原因為高淳常年平均6月18日入梅，入梅后多暴雨和連陰雨天氣，降水較多，常年平均7月11日出梅，出梅后高溫日數明顯增多，主要降水為局地、短時強降水，整體平均降水量較小，所以7、8月在全年降水量占比大于其他月份但僅次于6月。

從圖4可以看出，近50a以來，各月降水量的氣候傾向率差異明顯，除了4、5、9和10月為負值外，其余各月均為正值，降水增長月份主要集中在夏季和冬季，夏季降水增多趨勢十分明顯，6、7和8月氣候傾向率分別為7.0mm/10a、12.2mm/10a和21.5mm/10a，秋季的9、10月份降水減少趨勢最為明顯，9、10月氣候傾向率分別為-4.2mm/10a和-4.9mm/10a。

2.3 降水日數及暴雨日數變化特征 本研究中規(guī)定日降水量≥0.1mm為有降水日。由圖5可以看出，近50a以來呈微弱下降趨勢，50a平均降水日數為129.6d，最小值為97d，出現在2013年，而1975年出現了最大值為152d，從5a滑動平均來看，降水日數呈現上升下降再上升的趨勢。降水日數從20世紀70年代開始呈上升趨勢，從20世紀90年代開始開始下降，而到2006年之后呈上升趨勢。

如圖6所示，根據高淳1966—2015年氣象觀測資料分析，高淳暴雨最多日數出現在1991年為10d，最少年份暴雨日數為1d，從整體來看，暴雨日數呈緩慢增長的趨勢，氣候傾向率為0.24d/10a。大暴雨日數最多為3d，出現在1983和1999年，高淳大暴雨日數近50a以來基本持平。

2.4 降水相對變率和極端降水變化特征 降水相對變率為年降水量距平除以多年平均降水量的百分數，用來表征該地區(qū)降水量年變化程度的大小，同時取降水相對變率≥25%為澇年，降水相對變率≤-25%為旱年[10-11]。由圖7可以看出，高淳澇年有4a，分別是1983、1987、1991和1999年，相對應暴雨日數分別為8d、6d、10d和9d，其中1991年是1966—2015年年暴雨日數最多年份，1983、1991和1999年的大暴雨日數分別為3d、2d和3d，其中1983和1999是1966—2015年年大暴雨日數最多年份。高淳旱年的有5年，分別是1967、1968、1978、1988和1994年，其中1978年降水相對變率最小為-53%，全年暴雨日數僅為1d。

通過分析1966—2015年日降水量≥0.1mm的日數，得出高淳逐日極端降水事件的閥值為38.2mm。當日降水量≥38.2mm，記為一次極端降水事件，高淳1966—2015年極端降水事件年際和3a滑動平均變化如圖8所示。高淳極端降水事件年際波動很大，年極端降水時間氣候傾向率為0.31d/10a。從整體來看呈現先上升、再下降、最后上升的趨勢，在20世紀80年代后期呈現上升的趨勢，到20世紀90年代極端降水事件驟減，2000—2015年極端降水事件小幅波動，有微弱上升的趨勢。

3 討論與結論

本文利用1966—2015年年、日降水數據分析了高淳近50a降水年、年際、四季、月和極端降水、降水相對變率的變化情況，結果表明：

（1）高淳近50a年降水量波動較大并呈上升趨勢，降水最多年份為最少年份的3.3倍，氣候傾向率為43.2mm/10a。從20世紀60年代中期到20世紀70年代，高淳降水呈下降的趨勢，以負距平為主，在20世紀80年代末期到20世紀90年代中期呈上升趨勢，以正距平為主，為多雨時期，從20世紀90年代中期到2015年降水呈小幅度波動，正負距平交替出現。

（2）高淳近50a春、秋、冬季各年代際之間差異較小，春季和秋季呈先升后降的趨勢，夏季呈波動上升的趨勢，上升明顯，冬季呈緩慢上升的趨勢。從各年代際降水量所占比例來看，夏季降水所占比例越來越大，春季有所下降，秋季和冬季基本持平。春季和秋季的降水呈下降的趨勢，氣候傾向率分別為-6.2mm/10a和-6.7mm/10a，而夏季和冬季降水呈上升的趨勢，夏季趨勢最為明顯，氣候傾向率分別為40.6mm/10a和15.3mm/10a。冬季的整體降水量較少，約占全年的1/5，冬季降水量呈上升的趨勢。四季與年降水量都呈正相關關系。

（3）高淳近50a各月降水量分配不均，約40%降水集中在夏季的6、7和8月，其中6月為各月中降水最多月份。各月降水量的氣候傾向率差異明顯，除了4、5、9和10月為負值外，其余各月均為正值，正值月份主要集中在夏季和冬季，夏季降水增多趨勢十分明顯。降水日數呈微弱下降趨勢，50a平均降水日數為129.6d。降水日數呈現上升下降再上升的趨勢。高淳暴雨日數呈緩慢增長的趨勢，氣候傾向率為0.24d/10a。高淳近50a大暴雨日數基本持平。

（4）高淳降水相對變率≥25%有4a，分別是1983、1987、1991和1999年。高淳降水相對變率≤-25%的有5a，分別是1967、1968、1978、1988和1994年。高淳逐日極端降水事件的閥值為38.2mm，極端降水事件年際波動很大，呈現先上升、再下降、最后上升的趨勢，在20世紀80年代后期呈現上升的趨勢，到20世紀90年代極端降水事件驟減，2000—2015年極端降水事件小幅波動，有微弱上升的趨勢。

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（責編：張宏民）