封丘縣近56年降水變化趨勢及周期分析

張文冉

摘 要：本文利用封丘縣1961—2016年近56年的逐日降水量的觀測記錄資料，運用線性傾向率統計、Mann-Kendall法以及小波分析的方法，重點對封丘縣降水量的變化趨勢和突變進行相關分析。結果表明：封丘縣年降水量和季節(jié)變化均呈減少趨勢，夏季、秋季降水量減少的趨勢十分明顯;5—6月及8月的降水量變化呈增加趨勢;平均年暴雨出現的日數呈遞減趨勢;降水量在1963、2000、2005年突變明顯，尤其是2000年;降水序列存在3、5年和10年周期變化，其中3年振蕩變化周期最為明顯。

關鍵詞：降水;變化趨勢;線性傾向估計;Mann-Kendall法;小波分析

中圖分類號：P426.6文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2018）31-0137-03

Trend and Periodic Analysis of Precipitation in Fengqiu

County in the Past 56 Years

ZHANG Wenran

（Fengqiu Meteorological Bureau，Fengqiu Henan 453300）

Abstract： Using the data of daily precipitation recorded from 1961 to 2016 in Fengqiu County， using the methods of linear tendency statistics， mann-kendall method and wavelet analysis， this paper focused on the change trend and mutation of precipitation in Fengqiu County. The results showed that the annual precipitation and seasonal changes in Fengqiu County were decreasing， and the decreasing trend of summer and autumn precipitation was obvious. Precipitation change in May-June and August showed an increasing trend; the number of days appeared in the average annual heavy rain showed a decreasing trend; precipitation mutated significantly in 1963， 2000， and 2005， especially in 2000; the precipitation sequence had 3 years， 5 years， and 10 years cycle change， of which the 3 years oscillation cycle was the most obvious.

Keywords： precipitation;trends;linear tendency estimation;Mann-Kendall act;wavelet analysis

近年來，學者對降水的變化趨勢和分布特征進行了諸多研究，并取得了豐碩的科研成果。孫杰[1]等根據河南省、湖北省和湖南省等3省55個氣象站1961—2005年的逐日降水量資料，采用趨勢分析、周期分析和突變檢驗等方法，揭示了華中地區(qū)降水的時空變化特征;焦建麗等[2]、苗長明等[3]采用旋轉主因子分析法對河南省1961—2005年65個站的年降水資料進行統計分析，對河南省降水進行區(qū)劃。研究得出：各個區(qū)域降水存在明顯差異，空間上呈現南多北少，時間上豫東南降水呈上升趨勢，河南省西北部降水呈下降趨勢。

封丘縣位于河南省東北部，屬暖溫帶大陸性季風氣候。由于降水量不斷減少，各種極端氣候災害頻繁發(fā)生，導致旱情日益加重，季節(jié)性河流經常發(fā)生干枯斷流。這不僅與降水逐漸減少有關，還與各種人為活動的直接或間接影響密切相關[3]。

1 資料與方法

利用封丘縣氣象站1961—2016年共56年的逐日降水量觀測資料，運用多時間的尺度，對降水量的變化特征進行分析;運用Mann-Kendall法對降水量進行突變分析;采用Morlet小波分析的方法分析降水量的周期變化;利用氣候趨勢系數的方法，研究封丘縣未來降水量的變化趨勢。

本文的季節(jié)劃分標準為：3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季，12月—次年2月為冬季。日降水量（20：00—次日20：00）≥50mm的降水記為1次暴雨過程，1年內的累計暴雨日數即為年暴雨日數。

2 封丘縣降水量的變化趨勢

2.1 封丘縣降水量的變化趨勢

2.1.1 年降水量變化特征。采用線性傾向的方法對封丘縣1961—2016年的年降水量變化趨勢（見圖1）進行分析。從圖1可知，封丘縣的年降水量呈逐年不斷減少的趨勢，氣候變化的傾向率為-8.801mm/10a。年降水量為318.9～1081.0mm，平均值為602.56mm，降水量的年際變化幅度十分明顯，最大年降水量為987.5mm，出現在1964年，最少年降水量為269.7mm，出現在1966年，二者相差708.8mm，即前者是后者的3.6倍。封丘縣的歷史氣象記錄上，相對多雨期主要為1962—1964年、1969—1976年和1989—1995年，其余年份為相對少雨期。

2.1.2 降水量年代際變化特征。近56年來，封丘縣年代際降水量變化總體上呈逐漸減少的趨勢，同時經歷了由遞增到遞減的變化過程。從20世紀60年代向70年代，降水量增加;20世紀80年代降水量達到最多，平均年降水量639.62mm，比56年的平均值多37.1mm;進入90年代后，降水量開始不斷減少;到2011年后，降水量達到最少，平均年降水量為575.75mm，比56年平均值少26.8mm。

2.1.3 季降水量變化特征。通過對封丘縣56年來的季節(jié)降水量（圖略）進行分析可知：各季節(jié)降水均呈減少的趨勢，特別是夏、秋季節(jié)，減少的趨勢十分明顯。其中，夏季降水量的變化傾向率為-5.67mm/10a。年降水主要集中在6—9月，平均降水量為426.6mm，約占全年總降水量的69.69%;其他月份平均降水量僅占全年的30.31%。年降水量的季節(jié)性變化十分明顯。分析各季節(jié)降水量可知：春、夏、秋、冬四季降水量占全年降水量的比例分別為17.0%、56.8%、22.4%和3.8%。其中，夏季（6—8月）降水最多，多年平均雨量為342.11mm，秋季（9—11月）降水稍多于春季（3—5月），冬季（12月—次年2月）降水最少，近56年冬季平均降水量為22.64mm。夏季的平均降水量從20世紀70年代末至20世紀80年代減少趨勢明顯，而進入90年代后到21世紀初又呈上升趨勢，這也是造成56年來降水量波動遞減的最主要的原因。1961—1980年，冬季降水量增多趨勢十分明顯;1981—1990年，冬季降水量明顯減少;1991—2016年，冬季降水基本穩(wěn)定，變化不明顯。1961—1990年，春季降水量下降的趨勢十分明顯，1991—2000年降水小幅度上升，2001年后變化幅度較小。1961—2010年，秋季降水量呈明顯的下降趨勢，2011年以后降水量又呈明顯上升趨勢。

2.1.4 月降水量變化特征。通過分析封丘縣各月降水量的變化可知：5月、6月、8月的降水量下降趨勢明顯，特別是6月、8月降水量下降趨勢十分明顯，6月份降水量的變化傾向率為-5.67mm/10a;8月份降水量的變化傾向率為9.23mm/10a;7月份線性變化趨勢不明顯。但是，1990年以后，降水量的變化幅度及波動頻率增大趨勢明顯。9月份降水量呈逐漸減少趨勢，氣候變化傾向率為-6.63mm/10a。在一年中，7月份的平均降水量最多，約占全年總降水量的22.4%，12—次年2月三個月的降水量偏少，三個月的降水總量僅占全年總降水量的3.2%。

2.2 暴雨日數變化特征

封丘縣1961—2016年出現暴雨天數僅為45d，暴雨日數的多年平均值為0.8d/a，暴雨主要出現在每年的4—10月。暴雨日數的年際間變化十分明顯，20世紀80年代的暴雨日數最多，達12d，是暴雨天氣出現最少年代的3倍。隨著年代的發(fā)展變化，暴雨天氣出現的次數表現為減少的趨勢，且十分明顯，這和極端強降水出現的天數變化趨勢基本一致。通過對年代間變化趨勢進行分析可知，20世紀60年代和80年代，暴雨天氣出現的日數在波動中不斷增加，分別達到了10次和12次;1991年以來，暴雨天氣出現的次數無明顯變化。一年中夏季（6—8）出現暴雨最多，占全年的75%;秋季（9—11）暴雨占全年的20.5%;春季（3—5）占全年4.5%;封丘縣冬季沒有出現過暴雨天氣。4—10月雖然都可能出現暴雨天氣，但出現的次數、強度均不相同，7月最多，4月最少。

3 封丘縣降水量的突變檢驗

3.1 突變檢驗方法

通過對封丘縣56年的逐年降水序列進行突變檢驗，分析繪出正向序列UF、反向序列UB曲線圖，并給出顯著水平為0.05，臨界值為1.96。

從圖2的UF曲線可以看出，當UF線的值大于0時，說明降水量處于不斷增多階段;UF線的值小于0，說明降水量處于減少階段。1961—2006年的UF線大于0，降水量表現為增加趨勢;2009年以后，UF線小于0，降水量重新呈現下降趨勢。UF曲線和UB曲線在2008、2010、2012年存在明顯交點，且交點位于兩條信度線之間，該交點即突變點?？梢?，年降水量在這3年中出現降水量由多變少或由少變多的突變，特別是在2012年，封丘縣降水量出現了由多變少的突變點。

4 降水量時間序列演變規(guī)律的小波分析

通過對封丘縣1961—2016年降水量的時間序列進行小波分析可知封丘縣近56年降水量的變化趨勢特點。封丘縣年降水量存在3、5年和10年變化周期，在56年中以3年變化周期為主。20世紀90年代以后，多以5年周期變化為主;70年代和80年代，以10年周期變化為主。在時間序列中交替振蕩十分顯著，偏多、偏少降水年份交替出現。

5 結論

①封丘縣年降水量變化趨勢呈逐年減少的趨勢，氣候變化傾向率為-9.84mm/10a;封丘縣降水量年際變化趨勢也是逐漸減少的。利用Mann-Kendall法進行突變分析可以發(fā)現，在2000年，封丘縣的降水量存在明顯的突變點。

②封丘縣56年來季節(jié)降水量減少趨勢明顯，特別是夏季和秋季降水減少趨勢十分明顯。春、夏、秋、冬四季降水量占全年降水量的比例分別為20.9%、49.6%、26.3%和3.2%。

③通過對封丘縣各月降水量的變化進行分析可知，5月、6月、8月降水量上升趨勢明顯，7月份線性變化趨勢不明顯，9月份降水量的下降趨勢明顯。其中，7月份的平均降水量最多，約占全年總降水量的21.6%，冬季（12—次年2月）三個月的降水量僅占全年總量的3.2%。

④封丘縣暴雨日數隨著年代變化呈逐漸減少的趨勢。

⑤通過小波分析可知，封丘縣降水量序列存在3、5年和10年振蕩變化周期，在整個56年間，以3年振蕩周期為主，在20世紀90年代以后以5年周期為主，70年代和80年代以10年周期振蕩為主。

參考文獻：

[1]孫杰，許楊，陳正洪，等.華中地區(qū)近45年來降水變化特征分析[J].長江流域資源與環(huán)境，2010（s1）：48-51.

[2]焦建麗，康雯瑛.河南省年降水的區(qū)域特征分析[J].華北水利水電學院學報，2007（4）：7-10.

[3]苗長明，熊杰偉.河南省季降水量時空規(guī)律客觀分析[J].河南氣象，1996（1）：24-25.