佛山市南海區(qū)汛期降水特征的分析

龐綺汶，招偉文，潘巧英

佛山市南海區(qū)汛期降水特征的分析

龐綺汶1，招偉文2，潘巧英1

（1.佛山市南海區(qū)氣象局，廣東佛山 528200；2.佛山市順德區(qū)氣象局，廣東佛山 528300）

利用佛山市南海區(qū)1961—2010年逐月降水量資料，采用趨勢(shì)性分析、Morlet小波分析和Mann-Kendall法進(jìn)行氣候變化趨勢(shì)和突變分析。結(jié)果表明：近50年南海區(qū)汛期（前、后汛期）降水總量呈上升趨勢(shì)。20世紀(jì)90年代到2005年后汛期降水增加明顯，而總汛期降水量在20世紀(jì)90年代以來(lái)偏多。20世紀(jì)80年代到90年代初期汛期降水量下降最為明顯。汛期（前、后汛期）降水量偏少集中在20世紀(jì)80年代中期到90年代前期，而總汛期和后汛期在20世紀(jì)60年代前期和20世紀(jì)90年代中期到2005年降水偏多。汛期存在準(zhǔn)2、準(zhǔn)4和7～8年尺度的周期；前汛期存在3～4、準(zhǔn)2和準(zhǔn)4年時(shí)間尺度的周期振蕩；后汛期存在3～4、準(zhǔn)2和7～8年周期。突變檢測(cè)確定1992年為汛期和后汛期降水量的突變年份。

氣候?qū)W；汛期降水；小波分析；周期振蕩；佛山南海

佛山市南海區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候區(qū)，氣候溫和、雨量充足，1961—2010年年平均降水量為 1 650.9 mm，其中80%左右集中在汛期（4—9月），前汛期（4—6月）主要是鋒面低槽帶來(lái)的降水，降水量為696.8 mm，占全年降水量的42%，后汛期（7—9月）主要是熱帶氣旋、熱帶輻合帶等帶來(lái)的降水，降水量在621.7 mm，占全年降水量的38%。降水對(duì)人們生產(chǎn)生活等方面影響極大，因此，人們對(duì)降水等氣候變化也越來(lái)越關(guān)注。李江南等［1］研究發(fā)現(xiàn)廣東省降水量具有年際變化特征，且20世紀(jì)90年代出現(xiàn)極端降水，降水明顯增加，前汛期和后汛期降水年際變化很大，總體呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。也有一些研究表明近40年來(lái)廣東省的降水量總體呈上升趨勢(shì)，20世紀(jì)60年代中后期到70年代末降水量基本呈上升趨勢(shì)，80年代后期呈下降趨勢(shì)，90年代開(kāi)始又有所增加并達(dá)到最多［2］。羅偉華等［3］進(jìn)一步研究指出，近47年來(lái)廣東省年降水量具有明顯的年代際振蕩特征，降水偏多和偏少交替出現(xiàn)，但沒(méi)有發(fā)生突變現(xiàn)象。而劉燕等［4］通過(guò)分析廣東省前汛期降水量均方差變化特征，也發(fā)現(xiàn)汛期降水呈現(xiàn)明顯的年代際變化，20世紀(jì)90年代以后，粵中地區(qū)降水異常明顯增多。

綜合專(zhuān)家和學(xué)者們的研究可知，廣東省年降水量具有年際和年代際變化特征，且變化趨勢(shì)具有顯著的地理差異，在年際變化上有的地方略呈增加，有的略呈減少，但總體變化還是不顯著［5-11］。而對(duì)佛山市南海區(qū)汛期（前、后汛期）降水量整體上作研究分析，目前還比較少，因此有必要對(duì)佛山市南海區(qū)汛期（前、后汛期）降水量的變化特征作深入分析，了解和掌握該區(qū)汛期（前、后汛期）降水的變化趨勢(shì)，為當(dāng)?shù)氐慕邓A(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和防洪抗?jié)车忍峁┲匾目茖W(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

本研究資料來(lái)源于佛山市南海區(qū)國(guó)家氣象觀測(cè)站1961—2010年逐月降水量資料。按相關(guān)規(guī)定4—9月為汛期，其中前汛期為4—6月，后汛期為7—9月［12］。采用趨勢(shì)性分析法、Morlet小波分析方法、Mann-Kendall法對(duì)近50年來(lái)佛山市南海區(qū)汛期（前、后汛期）降水量的變化趨勢(shì)和突變進(jìn)行了分析。具體公式請(qǐng)參看參考文獻(xiàn)［13-15］。

2 降水量的基本變化特征

圖1給出了汛期降水時(shí)間序列及長(zhǎng)期變化趨勢(shì)。從圖1中可以看出，近50年佛山市南海區(qū)總汛期降水量的增加趨勢(shì)較為明顯，氣候傾向率為4.228 mm/年，通過(guò)α=0.10的顯著性檢驗(yàn)，但沒(méi)有通過(guò)α=0.05的顯著性檢驗(yàn)，這種增加趨勢(shì)與廣東省近40年的汛期降水量變化趨勢(shì)相同［5］。而前汛期和后汛期降水量的氣候傾向率分別為1.244和2.984 mm/年，均沒(méi)有通過(guò)α=0.10的顯著性檢驗(yàn)，說(shuō)明近50年佛山市南海區(qū)前汛期和后汛期降水量雖有增加趨勢(shì)，但不顯著。

從趨勢(shì)分析得出，20世紀(jì)60年代到70年代汛期（前、后汛期）一直呈波動(dòng)上升的趨勢(shì)，特別是20世紀(jì)90年代到21世紀(jì)前5年后汛期降水變化較突出，增加明顯，這與90年代后極端降水氣候事件更加頻繁發(fā)生的事實(shí)相符［7］。而總汛期降水量在20世紀(jì)90年代以來(lái)也呈上升趨勢(shì)，且穩(wěn)定在平均降水量之上。另外1982年到1994年前汛期的降水量和1985年到1994年后汛期的降水量均偏小，導(dǎo)致20世紀(jì)80年代到90年代初期汛期降水量下降最為明顯，一直低于平均水平。

圖1 1961—2010年佛山市南海區(qū)降水量年際變化及7年滑動(dòng)平均

為了進(jìn)一步揭示汛期（前、后汛期）降水量的年際變化，本研究對(duì)近50年的降水量進(jìn)行7年滑動(dòng)平均處理。從圖1a的7年滑動(dòng)平均曲線(xiàn)可見(jiàn)，近50年來(lái)佛山市南海區(qū)總汛期降水量可分為2個(gè)偏多時(shí)段、2個(gè)偏少時(shí)段和1個(gè)平穩(wěn)變化時(shí)段。2個(gè)偏多時(shí)段分別為20世紀(jì)60年代前期和20世紀(jì)90年代中期到21世紀(jì)初。而20世紀(jì)60年代中期到70年代前期和20世紀(jì)80年代中期到90年代前期降水持續(xù)偏少，70年代中期到80年代前期基本上都是一個(gè)平穩(wěn)變化階段，年降水量在平均值附近小幅度波動(dòng)。這個(gè)變化趨勢(shì)與江門(mén)［7］、深圳［8］等周邊城市的汛期變化規(guī)律相似。

圖1b顯示前汛期降水量可分為兩個(gè)偏多、兩個(gè)偏少時(shí)段。20世紀(jì)70年代和2004—2010年為降水偏多時(shí)段，與陳志芳［9］所研究的結(jié)果吻合。20世紀(jì)60年代和20世紀(jì)80年代到90年代降水持續(xù)偏少，其中1995年是降雨偏少時(shí)段里的一個(gè)小高峰。

而后汛期降水量變化規(guī)律與前汛期和總汛期降水量變化規(guī)律不同，分為兩個(gè)偏多時(shí)段和一個(gè)偏少時(shí)段，從圖1c可以看出，2個(gè)偏多時(shí)段分別為20世紀(jì)60年代的前期、中期和20世紀(jì)90年代到2005年。而20世紀(jì)60年代后期一直延續(xù)到1993年降水持續(xù)偏少，其中1974和1984年分別為降水偏少時(shí)段里的2個(gè)高峰值。

3 汛期降水量周期分析

圖2為近50年佛山市南海區(qū)汛期（前、后汛期）降水經(jīng)過(guò)Morlet小波變換之后的功率譜。圖2中紅色線(xiàn)所包圍部分表示通過(guò)了在0.05顯著性水平上的高斯白噪聲檢驗(yàn)的尺度周期。

由圖2a可知，汛期降水強(qiáng)度在2000—2003年和2007—2010年為中心時(shí)段，準(zhǔn)2年周期是顯著的；20世紀(jì)80年代到90年代出現(xiàn)了7～8和準(zhǔn)4年顯著周期。因此，汛期降水強(qiáng)度在2000—2003和2007—2010年前后存在顯著的年代際變化。此外，汛期降水在20世紀(jì)80年代出現(xiàn)顯著的7～8年周期振蕩，90年代出現(xiàn)顯著的準(zhǔn)4年周期振蕩，這與廣東地區(qū)近40年來(lái)汛期降水的年代際變化特征相吻合［5］。同時(shí)小波功率譜分析還檢測(cè)出該區(qū)域在年際尺度上存在準(zhǔn)3～4年周期，但0.05顯著水平檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)并不顯著。

從圖2b可以看出近50年佛山市南海區(qū)前汛期降水時(shí)間序列存在著顯著的3～4、準(zhǔn)4和準(zhǔn)2年尺度周期。3～4年周期在20世紀(jì)60年代中期較強(qiáng)，其他年份偏弱。準(zhǔn)4年周期在20世紀(jì)80年代到20世紀(jì)末較強(qiáng)較顯著，其他年份較弱。準(zhǔn)2年周期在2007—2010年較強(qiáng)，其他年份較弱。同時(shí)小波功率譜分析還檢測(cè)出該區(qū)域在代際尺度上存在準(zhǔn)16和準(zhǔn)32年周期，但均未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。

后汛期降水強(qiáng)度在20世紀(jì)80年代中期到20世紀(jì)末為中心的時(shí)段，7～8年周期是顯著的（圖2c）。因此，近50年佛山市南海區(qū)降水強(qiáng)度在20世紀(jì)80年代中期到20世紀(jì)末存在顯著的年際變化。還有從圖2c中可以看到佛山市南海區(qū)后汛期降水時(shí)間序列存在著準(zhǔn)2和3～4年尺度周期，準(zhǔn)2年周期在20世紀(jì)60年代初期較強(qiáng)，其他年份較弱；3～4年周期在2000年前后較強(qiáng)，其他年份較弱。

圖2 1961—2010年佛山市南海區(qū)降水小波分析

4 汛期降水年代際突變分析

分析曼-肯德?tīng)枺∕ann-Kendall，M-K）法計(jì)算的近50年佛山市南海區(qū)汛期降水量變化圖（圖3a、3b、3c）可知，汛期（前、后汛期）的UF和UB曲線(xiàn)在1961—2010年之間雜點(diǎn)較多，且MK曲線(xiàn)沒(méi)有超過(guò)臨界值=±1.96的臨界線(xiàn)，根據(jù)M-K法突變檢驗(yàn)的判定法則，說(shuō)明佛山市南海區(qū)汛期（前、后汛期）降水量存在突變。為了進(jìn)一步檢驗(yàn)佛山市南海區(qū)降水年代際突變情況，本研究還利用了山本（Yamamoto）法對(duì)汛期（前、后汛期）的降水量突變進(jìn)行檢驗(yàn)分析（圖略），從山本法的檢驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)汛期的檢驗(yàn)值接近1.0，而且1992年是在所有年檢驗(yàn)點(diǎn)中是最大的，并且從圖3a也可以看到1992年UF和UB曲線(xiàn)存在交點(diǎn)，即可以把1992年看成突變點(diǎn)。同理，圖3c中后汛期出現(xiàn)交點(diǎn)也在1992年，山本法的檢驗(yàn)結(jié)果中1992年達(dá)到1.24，且在所有年檢驗(yàn)點(diǎn)中是最大的，因而可以確定1992年是突變點(diǎn)，這與20世紀(jì)90年代起后汛期降水變化較突出，增加明顯的結(jié)論相呼應(yīng)。

通過(guò)分析圖3a和圖3c，發(fā)現(xiàn)總汛期降水量在20世紀(jì)90年代后有增多趨勢(shì)，且這種增多趨勢(shì)與后汛期變化一致。在分析汛期（前、后汛期）降水量的距平值時(shí)，同樣也可以印證這一點(diǎn)。20世紀(jì)90年代以來(lái)，1990—1991、2000、2004和2009年總汛期和后汛期的降水量都比平均值少；而1993—1994、1996、1999、2001—2003、2006、2008和2010年兩者的降水量都高于平均值。

根據(jù)圖3b前汛期降水量突變分析的M-K曲線(xiàn)中，可以看出UF曲線(xiàn)在20世紀(jì)90年代后變化較穩(wěn)定，而從距平值分析也可以看出1990年后前汛期降水量基本在多年平均值附近上下波動(dòng)。

圖3 1961—2010年佛山市南海區(qū)降水M-K突變檢驗(yàn)

5 結(jié)論

1）近50年佛山市南海區(qū)汛期（包括前、后汛期）降水量表現(xiàn)為增加趨勢(shì)，且趨勢(shì)較為顯著。20世紀(jì)60年代到 70年代汛期（前、后汛期）呈波動(dòng)上升的趨勢(shì)，特別是20世紀(jì)90年代到21世紀(jì)頭5年后汛期降水變化較突出，增加明顯，而總汛期降水量在20世紀(jì)90年代到21世紀(jì)初也呈上升趨勢(shì)，且穩(wěn)定在平均降水量之上。20世紀(jì)80年代到90年代初期汛期降水量下降最為明顯，一直低于平均水平。

2）汛期（前、后汛期）降水量的少雨階段都集中在20世紀(jì)80年代中期到90年代前期，而總汛期和后汛期的多雨階段都集中在20世紀(jì)60年代前期和20世紀(jì)90年代中期到2005年，前汛期的兩個(gè)多雨階段分別為20世紀(jì)70年代和2004—2010年。

3）佛山市南海區(qū)降水變化包含了多個(gè)不同時(shí)間尺度的周期變化和演變特征，這體現(xiàn)了氣候變化的多尺度性。汛期存在準(zhǔn)2、準(zhǔn)4和7～8年尺度周期；前汛期存在3～4、準(zhǔn)2和準(zhǔn)4時(shí)間尺度的周期振蕩；后汛期存在3～4、準(zhǔn)2和7～8年時(shí)間周期。

4）佛山市南海區(qū)汛期和后汛期降水量在1961—2010年中，突變年份為1992年。20世紀(jì)90年代后總汛期和后汛期的降水量有增多趨勢(shì)，而前汛期降水量變化較為穩(wěn)定。

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Analysis of the Characteristics of Precipitation of the Raining Season of Foshan City

PANG Qi-wen1，ZHAO Wei-wen2，PAN Qiɑo-ying1
（1.Meteorological Bureau of Nanhai District，F(xiàn)oshan City 528200；2.Meteorological Bureau of Shunde District，F(xiàn)oshan City 528300）

With the month-to-month rainfall amount data from 1961 to 2010 in Nanhai District，F(xiàn)oshan City and techniques of tendency analysis，Morlet wavelet analysis and Mann-Kendall test，we studied the trend of climatological variation and abrupt change of rainfall amount.The result is shown as follows.Over the past 50 years，the total rainfall amount shows a rising tendency in the annually two raining seasons，significantly from the 1990s to mid-2000s.It is anomalously more since the 1990s.It reduces most significantly from the 1980s to early 1990s.It decreases the most from mid-1980s to early 1990s while increasing，together with the rainfall amount of the annually second raining season，the most in early 1960s and from mid-1990 to mid-2000s.The raining seasons oscillate at periods of quasi-2，-4 and-7 to 8 years，while the annually first raining season has periodic oscillations of quasi-3 to 4，-2 and-4 years and the second has periodic oscillations of quasi-3 to 4，-2 and-7 to 8 years.As shown in an abrupt change test，1992 is the year that witnesses the abrupt change in the rainfall amount of the two annual raining seasons.

climatology；precipitation of the raining season；wavelet analysis；periodic oscillation；Nanhan，F(xiàn)oshan

P46

A

10.3969/j.issn.1007-6190.2016.05.006

2016-03-13

佛山市氣象局科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（201416）

龐綺汶（1990年生），女，助理工程師，學(xué)士，主要從事天氣預(yù)報(bào)和氣象服務(wù)工作。E-mail：382790640@qq.com

龐綺汶，招偉文，潘巧英.佛山市南海區(qū)汛期降水特征的分析［J］.廣東氣象，2016，38（5）：25-28.