1961—2014年祁連山地區(qū)冬半年不同等級降水變化特征分析

豆青芳++索生睿++石明章++雷有宏

摘要 利用祁連山區(qū)8個站1961—2014年逐日降水量資料，采用線性趨勢分析及R/S方法等方法，分析祁連山地區(qū)冬半年降水量、降水日數(shù)及降水強度的變化特征和未來變化趨勢。結(jié)果表明，祁連山地區(qū)隨著降水量級的增加，降水日數(shù)呈減小趨勢，降水量從小雪到中雪減小，中雪到大到暴雪增加，而降水強度表現(xiàn)為增強趨勢；近54年祁連山地區(qū)冬半年總降水量和平均降水強度均呈波動增加趨勢，總降水日數(shù)呈減少趨勢。近54年祁連山地區(qū)冬半年小雪和大到暴雪的降水日數(shù)和降水量均呈減少趨勢，中雪呈增加趨勢，小雪平均降水強度均呈波動增加趨勢，中雪和大到暴雪的平均降水強度表現(xiàn)為減小趨勢；祁連山地區(qū)小雪、中雪和大到暴雪多年平均降水日數(shù)和降水量大值區(qū)均在門源站，降水強度小雪的大值區(qū)在德令哈，中雪和大到暴雪的大值區(qū)均在茶卡；野牛溝站的小雪降水日數(shù)（減?。┖徒邓浚ㄔ黾樱?、大到暴雪的降水強度（減小）的變化趨勢顯著。祁連山冬半年未來不同等級降水量、降水日數(shù)和降水強度變化情況與過去54年的變化趨勢相同，短時期內(nèi)不會發(fā)生逆轉(zhuǎn)。

關(guān)鍵詞 等級降水；氣候傾向率；Hurst指數(shù)；祁連山地區(qū)；1961—2014年

中圖分類號 P426.61 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）23-0165-03

Abstract Based on the daily precipitation data of 8 stations in Qilian Mountains from 1961 to 2014，the trend of precipitation and rainfall intensity in the winter half year of Qilian Mountains and the trend of future precipitation were analyzed by linear trend analysis and R/S method.The results showed that the precipitation days decreased with the increase of precipitation in the Qilian Mountains.The precipitation decreased from the small snow to the moderate snow，and increased from heavy snow to heavy snow blizzard，while the precipitation intensity showed an increasing trend.In Qilian Mountains in the winter half year，the total precipitation and the average precipitation intensity all showed a fluctuating trend，and the total precipitation days showed a decreasing trend.In the recent 54 years，the precipitation days and precipitation of light snow and large snowstorm in the winter half year of Qilian Mountains all showed a decreasing trend，while that in mid-snow and winter was increasing.The mean precipitation intensity of small snow showed a trend of increasing.The mean precipitation intensity of heavy snow and heavy snow showed decreasing tendency，the mean precipitation days and the large precipitation areas of light snow，moderate snow and large snowstorm in Qilian Mountains were all at Menyuan Station，and the large precipitation areas with light snowfall were in Delingha，the large value areas were in Chaka；the change tendency of the snowfall days（decrease）and the precipitation（increase）of the snowy ditch stations and the precipitation intensity（decrease）of the snowstorm were obvious.In the future，the variation of precipitation，precipitation days and precipitation intensity in the future would be the same in the future in the past six months in the Qilian Mountains，which would not change in the short term.

Key words precipitation；climatic tendency；Hurst index；Qilian Mountain area；1961—2014

全球氣溫正經(jīng)歷著一次以全球變暖為主要特征的顯著變化，全球變暖，促進水循環(huán)，使蒸發(fā)與降水加劇，極端氣候事件增加。近年來，不少學者對降水的氣候變化特征進行了相關(guān)研究。近50年來，我國降水強度普遍區(qū)域增加，除西北地區(qū)外，其余大部地區(qū)降水日數(shù)趨于減小[1]。已有研究顯示，1950—2010年降水變化差異明顯，其中小雨等級降水量普遍減少[2-3]，大雨以上等級降水在20世紀80年代后強度增大、頻數(shù)明顯上升[4]。中國不同等級降水西北地區(qū)的弱降水總量減少，弱降水強度卻增強，而極強降水強度卻減弱，降水日數(shù)變化是降水量變化的主要原因之一[5]。林云萍等[6]指出，青藏高原和西北北部地區(qū)10.0～16.9 mm的降水量級變化趨勢最大。endprint

祁連山是青藏高原東北部一個巨大的邊緣山系，位于青海省與甘肅省之間，略呈西北—東南走向，東西長、南北寬分別為800 km以上、200～400 km，平均海拔逾4 000 m。祁連山地區(qū)屬于大陸性高寒濕潤山地氣候區(qū)，夏季短而溫涼濕潤，冬季長而寒冷干燥。

冬季降水有利于農(nóng)作物生長、干旱區(qū)水補給、空氣污染物消散等，但大范圍或強降雪的發(fā)生會嚴重影響交通運輸、電力設(shè)施、能源供應(yīng)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等。本文通過對不同等級降水日數(shù)和降水強度的時空變化分析，對該地區(qū)不同等級降水的變化規(guī)律有一個初步認識，進而為該地區(qū)制訂區(qū)域發(fā)展政策、防災(zāi)減災(zāi)及生態(tài)建設(shè)提供科學依據(jù)。

1 資料與方法

選取祁連山地區(qū)托勒、野牛溝、祁連、天峻、德令哈、剛察、門源、茶卡8個氣象站1961—2014年逐日（20：00至次日20：00，北京時）降水資料，分別統(tǒng)計不同等級降水日數(shù)、降水量和降水強度（降水量/降水日數(shù)）。

由于祁連山地區(qū)降水區(qū)域差異較大，出現(xiàn)暴雪量級降水的可能性非常小，且降水形態(tài)復(fù)雜。根據(jù)中國氣象局降水等級劃分標準，將冬半年（10月至翌年4月）降水等級分為3級：小雪（0.1～2.4 mm），中雪（2.5～4.9 mm）和大到暴雪（≥5.0 mm），利用線性趨勢[7]分析和R/S方法[8]分析冬半年各等級降水日數(shù)、降水量和降水強度的演變規(guī)律和未來的變化趨勢。為定量地表示2幅圖的相似程度，采用相似系數(shù)[9]。由下式計算：

式中，m為2個進行相似比較場的站點數(shù)或網(wǎng)格點數(shù)。文中m=8，cosθ12為2幅圖相似程度的定量指標，稱為相似系數(shù)。相似系數(shù)等于1.0為完全相同，相似系數(shù)為-1.0為完全相反，為0.0時表示完全不相似。正值越大越相似，負值越大越相反。

2 結(jié)果與分析

2.1 冬半年降水量和降水日數(shù)的統(tǒng)計特征

如表1所示，1961—2014年冬半年（10月至翌年4月）日歷天數(shù)共有11 461 d，祁連山地區(qū)平均冬半年累積降水量為2 145.4 mm，54年冬半年平均降水量為39.7 mm；冬半年總降水日數(shù)、年平均降水日數(shù)分別為1 392.4、25.8 d，有降水日的日平均降水量僅1.5 mm。小雪日數(shù)、中雪日數(shù)、大到暴雪日數(shù)多年平均分別為20.8、3.2、1.8 d，占總降水日數(shù)的比例分別為80.6%、12.4%、7.0%，小雪降水量、中雪降水量、大到暴雪降水量多年平均為14.6、11.2、13.9 mm，分別占冬半年降水量的36.8%、28.2%、35.0%?？梢钥闯?，隨著降水量級的增加，降水日數(shù)呈減小趨勢，降水量從小雪到中雪減小，中雪到大到暴雪呈增加趨勢，而降水強度表現(xiàn)為增強趨勢。

2.2 冬半年總降水量、總降水日數(shù)和平均降水強度的變化特征

如圖1所示，近54年祁連山南部地區(qū)冬半年總降水量和平均降水強度均呈波動增加趨勢，總降水日數(shù)呈減少趨勢，氣候傾向率分別為0.13 mm/年、0.02 mm/（d·10年）、 -0.234 d/年?？偨邓?、平均降水強度和總降水日數(shù)變化趨勢均沒有通過顯著性檢驗，說明門源地區(qū)冬半年總降水量、平均降水強度和總降水日數(shù)變化趨勢不明顯。冬半年總降水日數(shù)多年平均為25.8 d，最多的年份為1989年，有42.3 d；最少的年份為2013年，有13.8 d，相差近3倍。冬半年總降水量多年平均為39.7 mm，最多、最少的年份分別為1989年、1962年，分別有89.9、21.1 mm。冬半年的總降水強度為1.5 mm/（d·10年），平均最強降水為2.1 mm/（d·10年），出現(xiàn)在1989年；平均最弱降水強度為1.0 mm/（d·10年），出現(xiàn)在1962年和2000年?？梢钥闯?，總降水日數(shù)、總降水量和平均降水強度變化趨勢不明顯。

2.3 冬半年不同等級降水日數(shù)、降水量和降水強度的變化特征

如圖2所示，近54年來，冬半年小雪和大到暴雪的降水日數(shù)均呈減少趨勢，中雪呈增加趨勢，氣候傾向率分別為 -0.288、-0.004、0.058 d/10年，均未通過顯著性檢驗。冬半年多年平均小雪日數(shù)為20.8 d，最多的年份為1989年，有30.5 d；最少的年份為2013年，僅出現(xiàn)10.8 d。中雪降水日數(shù)多年平均為3.2 d，最多的年份為1989年，有6.8 d，最少的年份為2001年，有0.8 d。大到暴雪降水日數(shù)為1.7 d，最多的年份為1989年，有5.0 d，最少的年份為1962年（0.3 d）。

如圖3所示，近54年冬半年小雪和大到暴雪的降水量均呈減少趨勢，中雪的降水量呈增加趨勢，氣候傾向率分別為-0.012、-0.072、0.199 mm/10年，均未通過顯著性檢驗，表明祁連山地區(qū)小雪、中雪和大到暴雪的降水量變化趨勢不明顯。冬半年小雪降水量多年平均14.6 mm，最多的年份為1989年，為21.5 mm；最少的年份為1984年，為9.0 mm。多年平均中雪降水量為11.2 mm，最多的年份為1989年，為22.9 mm；最少的年份為2001年，為2.4 mm，多年平均大到暴雪降水量為14.0 mm，最多的年份為1989年，為45.6 mm；最少的年份為1962年，為2.3 mm。

如圖4 所示，近54年冬半年小雪平均降水強度均呈波動增加趨勢，中雪和大到暴雪的平均降水強度表現(xiàn)為減小趨勢，氣候傾向率分別為0.011、-0.006、-0.074（mm/d）/10年，小雪降水強度通過了95%的顯著性檢驗，中雪和大到暴雪未通過顯著性檢驗，表明祁連山地區(qū)小雪強度表現(xiàn)為顯著性的增加趨勢。冬半年小雪降水強度多年平均為0.7 mm/d，2013年、1975年分別為降水強度最強年份（0.9 mm/d）、最弱年份（0.58 mm/d）；中雪降水強度多年平均為3.5 mm/d，1985年、2006年分別為降水強度最強年份（4.0 mm/d）、最弱年份（3.1 mm/d）；大到暴雪降水強度多年平均為8.0 mm/d，1994年、1983年分別為降水強度最強年份（10.1 mm/d）、最弱年份（5.6 mm/d）。endprint

2.4 冬半年不同等級降水的空間分布

如表2所示，小雪、中雪和大到暴雪多年平均降水日數(shù)大值區(qū)主要分布在門源、祁連、野牛溝和剛察一帶，小雪和中雪降水量多年平均大值區(qū)主要分布在門源、祁連、野牛溝和剛察一帶，大到暴雪多年平均大值區(qū)主要分布在門源、祁連、天峻和德令哈和剛察一帶，小雪的降水強度最大值在德令哈站（0.80 mm/d），最小降水強度中心在托勒站（0.64 mm/d）。中雪的降水強度最大在茶卡站（3.55 mm/d），最小的出現(xiàn)在托勒站（3.42 mm/d），大到暴雪的降水強度在茶卡（8.72 mm/d）和門源站（8.54 mm/d）。從各站小雪、中雪和大到暴雪的降水日數(shù)、降水量和降水強度的變化趨勢來看，小雪級別中，降水日數(shù)托勒、野牛溝、祁連、門源、剛察和茶卡站呈減少趨勢，天峻和德令哈站呈增加趨勢；降水量有5個站呈減小趨勢，3個站表現(xiàn)為增加趨勢；降水強度各有4個站分別表現(xiàn)出增加和減少趨勢，其中野牛溝降水日數(shù)和降水強度、門源和茶卡的降水強度變化趨勢通過0.10以上的顯著性檢驗。中雪級別中，降水日數(shù)和降水量均有5個站表現(xiàn)為減少趨勢，3個站表現(xiàn)為增加趨勢；降水強度有5個站分別表現(xiàn)出減少趨勢，3個站表現(xiàn)為增加趨勢，其中僅野牛溝降水日數(shù)和降水強度通過0.10以上的顯著性檢驗。大到暴雪級別中，降水日數(shù)和降水量各有4個站分別呈減少和增加趨勢，降水強度6個站分別表現(xiàn)出減少趨勢，2個站表現(xiàn)為增加趨勢，其中野牛溝降水強度的變化趨勢通過0.10以上的顯著性檢驗。

通過上述分析可以看出，冬半年小雪、中雪和大到暴雪的多年平均降水量、降水日數(shù)和降水強度的空間分布特征是基本一致的，相似系數(shù)在0.85以上，特別是降水量和降水日數(shù)的空間分布特征非常一致，相似系數(shù)均為1.0，可見它們是較為一致的。

2.5 冬半年不同等級降水量、降水日數(shù)和降水強度的未來變化趨勢

Hurst指數(shù)值能很好地揭示出時間序列中的趨勢性成分，并根據(jù)Hurst值的大小判斷趨勢性成分的強度。祁連山地區(qū)冬半年不同等級降水量、降水日數(shù)和降水強度的Hurst指數(shù)計算結(jié)果如表3所示。可以看出，祁連山地區(qū)冬半年不同等級降水量、降水日數(shù)和降水強度（除中雪外）的H值均大于0.5，Hurst現(xiàn)象明顯。說明祁連山冬半年不同等級降水量、降水日數(shù)和降水強度時間序列具有長期相關(guān)性，且其過程具有持續(xù)性，未來不同等級降水量、降水日數(shù)和降水強度變化情況與過去54年的變化趨勢相同，短時期內(nèi)不會發(fā)生逆轉(zhuǎn)。

3 結(jié)論

（1）祁連山地區(qū)小雪、中雪和大到暴雪多年平均降水日數(shù)和降水量大值區(qū)均在門源站，降水強度小雪的大值區(qū)在德令哈，中雪和大到暴雪的大值區(qū)均在茶卡；野牛溝站的小雪降水日數(shù)（減小）和降水量（增加）、大到暴雪的降水強度（減小）的變化趨勢顯著。

（2）祁連山地區(qū)隨著降水量級的增加，降水日數(shù)呈減小趨勢，降水量從小雪到中雪減小，中雪到大到暴雪增加，而降水強度表現(xiàn)為增強趨勢。

（3）近54年祁連山地區(qū)冬半年總降水量和平均降水強度均呈波動增加趨勢，總降水日數(shù)呈減少趨勢。

（4）近54年祁連山地區(qū)冬半年小雪和大到暴雪的降水日數(shù)和降水量均呈減少趨勢，中雪呈增加趨勢，小雪平均降水強度均呈波動增加趨勢，中雪和大到暴雪的平均降水強度表現(xiàn)為減小趨勢。

（5）祁連山冬半年未來不同等級降水量、降水日數(shù)和降水強度變化情況與過去54年的變化趨勢相同，短時期內(nèi)不會發(fā)生逆轉(zhuǎn)。

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