湖南省近54年冬季降水分區(qū)及趨勢分析

胡 倩,賀新光,2,盧希安,章新平,2

(1.湖南師范大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖南長沙410081；2.湖南師范大學(xué)地理空間大數(shù)據(jù)挖掘與應(yīng)用湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南長沙410081)

1 引 言

IPCC第五次報(bào)告指出，全球地表平均氣溫在近百年里上升了0.85℃，全球氣候變暖已成為一種趨勢[1]。受全球氣候變暖和人類活動(dòng)的影響，水文循環(huán)過程發(fā)生了顯著的變化。降水是水文循環(huán)過程中重要的環(huán)節(jié)，對區(qū)域降水進(jìn)行趨勢分析能夠?yàn)樗Y源的可持續(xù)利用與優(yōu)化配置提供科學(xué)的參考[2-3]。

目前國內(nèi)外眾多學(xué)者對降水變化趨勢進(jìn)行了大量的相關(guān)研究。Nalley等[4]采用離散小波變換結(jié)合MK檢驗(yàn)法探討了加拿大魁北克省和安大略省南部地區(qū)降水和徑流的變化趨勢及影響各自變化趨勢的主周期分量。Palizdan等[5]采用離散小波變換結(jié)合MK檢驗(yàn)法探討了馬來西亞Langat流域的各子區(qū)域的降水變化趨勢及影響各自趨勢的主周期分量。Chen等[6]同樣運(yùn)用離散小波變換結(jié)合MK檢驗(yàn)法探究了我國黃甫川流域的降水和徑流的變化趨勢及影響各自趨勢變化的主周期分量。王兵等[7]利用小波變換和集合經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解法對廣州1908—2010年的月溫度和月降水進(jìn)行多尺度對比分析。鄭騰飛等[8]探討了1961—2010年廣東省不同等級降水的空間分布及時(shí)間變化特征。有關(guān)夏季降水的研究表明：我國長江流域、珠江流域和華南地區(qū)夏季降水均呈一定程度的增加趨勢，特別是進(jìn)入1980年代以后，這種增加的趨勢變得更為顯著[9-12]。然而，目前針對冬季降水的研究相對較少。冬季我國降水主要受東亞季風(fēng)和ENSO的影響，東亞季風(fēng)和ENSO異常往往會(huì)帶來低溫、寒潮、冰凍和暴雪等自然災(zāi)害[13-16]。對此，不少氣象學(xué)者對我國冬季降水時(shí)空變化特征開展了一些研究[17-18]。如孫建奇等[19]研究發(fā)現(xiàn)：由于受到冬季變暖的影響，我國冬季降水呈現(xiàn)出增加的趨勢，尤其是在南方地區(qū)，其增加趨勢更為顯著。王林等[14]通過經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)（EOF）分析了我國冬季降水的年際變化特征，表明長江以南地區(qū)降水的一致性變化在整體上能夠反映出我國冬季總降水量的變化特征。

湖南省屬于典型的亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，受地形等條件的影響，降水時(shí)空分布不均，年際變化大。湖南省的冬季降水少且不穩(wěn)定，但由于冬季盛行西北風(fēng)（偏北風(fēng)），可能會(huì)導(dǎo)致異常的冬季降水，造成大的災(zāi)害[20]。當(dāng)前，針對湖南省冬季降水變化研究甚少，本研究結(jié)合旋轉(zhuǎn)經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)（REOF）與層次聚類法（HCA）對湖南省89個(gè)氣象站點(diǎn)的冬季降水進(jìn)行分區(qū)，并在分區(qū)的基礎(chǔ)上運(yùn)用離散小波變換、MK非參數(shù)檢驗(yàn)和Sequential MK檢驗(yàn)相結(jié)合的方法分析湖南省不同子區(qū)域的冬季降水變化趨勢及影響各自趨勢的最占優(yōu)的周期分量，為湖南省冬季降水的預(yù)測及水資源的分配管理提供參考依據(jù)。

2 數(shù)據(jù)資料

本文所采用的數(shù)據(jù)是由湖南省氣象局提供的97個(gè)氣象站點(diǎn)1960—2013年的逐日降水?dāng)?shù)據(jù)。剔除資料不全和長度不夠的站點(diǎn)后，最終選擇了89個(gè)氣象站點(diǎn)（圖1），且這89個(gè)氣象站點(diǎn)的逐日降水?dāng)?shù)據(jù)均通過了均一性檢驗(yàn)。根據(jù)湖南省的氣候特征，將12月—次年2月定為冬季，然后分別計(jì)算出這89個(gè)站點(diǎn)近54年來逐年的冬季降水序列。各分區(qū)的區(qū)域冬季降水序列采用基于面積權(quán)重的方法計(jì)算，其權(quán)重系數(shù)是每個(gè)氣象站點(diǎn)所控制的面積范圍占整個(gè)區(qū)域面積的百分比，其通過ArcGIS10.2中的泰森多邊形法進(jìn)行估算[21]。

3 研究方法

3.1 分區(qū)方法

經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)（EOF）常用于氣象要素場的時(shí)空分解，EOF不受氣象站點(diǎn)分布的限制，且能夠根據(jù)氣象要素場序列本身的主要特征來確定正交函數(shù)形式[22]。旋轉(zhuǎn)經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)（REOF）則是基于EOF對載荷特征向量場做最大正交方差旋轉(zhuǎn)變換，并且能使原始要素場的信息特征集中映射到載荷場所在的優(yōu)勢空間上[23]，進(jìn)而更清晰地反映出地域的變化特征且在時(shí)間上更具穩(wěn)定性。EOF和REOF的有關(guān)數(shù)學(xué)理論及具體計(jì)算過程可參考文獻(xiàn)[24]。

層次聚類法（HCA）是一種多變量統(tǒng)計(jì)方法，能夠?qū)⒁粋€(gè)數(shù)據(jù)集劃分為若干聚類，并使同聚類中的數(shù)據(jù)對象比不同聚類的數(shù)據(jù)對象具有更高的相似度[5]。文中的HCA采用平方歐氏距離測算各站點(diǎn)間距離，選用Ward法計(jì)算類間的距離，合理的站點(diǎn)分類數(shù)根據(jù)Rousseeuw[25]提出的輪廓系數(shù)（Silhouette Coefficient，SC）來確定。輪廓系數(shù)的取值范圍在-1和1之間，當(dāng)SC趨近于1時(shí)，表明聚類數(shù)是合理的；當(dāng)SC趨近于0時(shí)，表明聚類數(shù)是不確定的；當(dāng)SC趨近于-1時(shí)，表明聚類數(shù)是不合理的?？偠灾?，SC值越接近于1，得到的聚類數(shù)越合理。關(guān)于輪廓系數(shù)的具體計(jì)算公式參見文獻(xiàn)[25]。

本研究應(yīng)用Domroes等[26]和Raziei[27]所采用的REOF和HCA相結(jié)合的分區(qū)方法對湖南省的冬季降水進(jìn)行分區(qū)。該方法克服了REOF在確定載荷值界限時(shí)的主觀性[28]，使分區(qū)結(jié)果更具客觀性。文中分區(qū)的基本步驟是：（1）對湖南省各站點(diǎn)的冬季降水時(shí)間序列進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后，運(yùn)用EOF對標(biāo)準(zhǔn)化后的降水時(shí)空場進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)正交分解；（2）根據(jù)North等[29]提出的計(jì)算特征值誤差范圍的方法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，并選取通過0.05顯著性檢驗(yàn)的前幾個(gè)載荷向量場（空間模態(tài)）進(jìn)行最大正交方差旋轉(zhuǎn)，得到相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)載荷向量場；（3）將所選的旋轉(zhuǎn)載荷向量場作為HCA的分類特征量，并根據(jù)輪廓系數(shù)值確定合理的聚類數(shù)，最終獲得湖南省冬季降水的分區(qū)結(jié)果。

3.2 小波變換

小波變換是一種有效的時(shí)域和頻域分析工具，可以分析時(shí)間序列周期變化的局部特征，因而被廣泛用于水文氣象等序列的分析。同時(shí)，能更清楚地看出各周期隨時(shí)間的變化規(guī)律[4]。本文采用離散小波變換對冬季降水序列進(jìn)行分解，其詳細(xì)的計(jì)算過程可參考文獻(xiàn)[4]。應(yīng)用離散小波變換可將原時(shí)間序列x(t)分解成不同時(shí)間尺度下的細(xì)節(jié)分量Dj(t（)高頻信息）和近似分量Aj(t（)趨勢信息）子序列。然后，原始時(shí)間序列x(t)可以通過細(xì)節(jié)分量和近似分量重構(gòu)，即x(t)=Dj(t)+AJ(t)，式中 J是最高分解層數(shù)。文獻(xiàn)[30]詳細(xì)介紹了各分解層j的細(xì)節(jié)分量Dj(t)和近似分量Aj(t)的計(jì)算公式。本文采用Daubechies（db）小波對湖南省冬季各分區(qū)的降水序列分別進(jìn)行離散小波變換而計(jì)算得出各自的細(xì)節(jié)和近似分量子序列。

3.3 趨勢分析

Mann-Kendall檢驗(yàn)是一種非參數(shù)檢驗(yàn)方法，其樣本既不需要遵循一定的分布，也不受少數(shù)異常值的干擾[31-32]，常用于水文、氣象等時(shí)間序列的趨勢檢測。MK檢驗(yàn)的詳細(xì)介紹參考文獻(xiàn)[4,31-32]。季節(jié)降水序列的自相關(guān)性會(huì)影響MK檢驗(yàn)的可靠性[26]，因而需要先對數(shù)據(jù)進(jìn)行自相關(guān)性的顯著性檢驗(yàn)。當(dāng)原時(shí)間序列與滯后時(shí)間序列之間的相關(guān)系數(shù)r1不顯著（沒有通過p＜0.05的顯著性檢驗(yàn)）時(shí)，將MK檢驗(yàn)用于時(shí)間序列，反之將改進(jìn)的MK（MMK）檢驗(yàn)用于時(shí)間序列。關(guān)于MMK檢驗(yàn)的計(jì)算過程可參考Hamed等[31]的研究。Sequential MK（SQMK）檢驗(yàn)用于檢測時(shí)間序列趨勢的連續(xù)變化，是一種對時(shí)間序列進(jìn)行順序和逆序分析的MK檢驗(yàn)，并得出服從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的統(tǒng)計(jì)量值（u(t)）。u(t)值的具體計(jì)算過程參見文獻(xiàn)[5-6]。文中主要應(yīng)用這3種類型的MK檢驗(yàn)對湖南省各分區(qū)的冬季降水序列進(jìn)行趨勢分析。

4 結(jié)果與討論

4.1 冬季降水分區(qū)

對湖南省89個(gè)氣象站點(diǎn)1960—2013年的標(biāo)準(zhǔn)化冬季降水時(shí)空場（54×89的數(shù)據(jù)矩陣）進(jìn)行EOF分解，其中，EOF的前3個(gè)空間模態(tài)通過了0.05顯著性檢驗(yàn)。然后，旋轉(zhuǎn)這3個(gè)EOF模態(tài)以獲得旋轉(zhuǎn)的空間模態(tài)（REOF）。前3個(gè)EOF和REOF空間模態(tài)的方差貢獻(xiàn)率和累積方差貢獻(xiàn)率列于表1中，累計(jì)解釋方差貢獻(xiàn)率均達(dá)85.49%。從表1中可知：第一EOF模態(tài)的方差貢獻(xiàn)遠(yuǎn)大于其它2個(gè)模態(tài)，表明其在湖南省的冬季降水距平場的變化中占主要的地位；此外，第一REOF模態(tài)的方差貢獻(xiàn)率也遠(yuǎn)大于其它的2個(gè)模態(tài)，表明其是湖南省冬季降水異常分布最占優(yōu)的模態(tài)。

表1 EOF和REOF前3個(gè)模態(tài)的方差貢獻(xiàn)及累計(jì)方差貢獻(xiàn)(%)

湖南省冬季降水前3個(gè)REOF模態(tài)的空間分布如圖2。第一旋轉(zhuǎn)模態(tài)在湖南省的絕大部分地區(qū)為正值（圖2a），在武陵山脈以南和雪峰山脈以北一帶為負(fù)值，說明這一帶的冬季降水與湖南省其它絕大部分地區(qū)呈現(xiàn)出反位相的變化特征。其正的高值區(qū)主要位于湘南地區(qū)，以南嶺地區(qū)為中心，中心值達(dá)0.25，說明湘南地區(qū)的降水變率大且為第一模態(tài)的降水異常敏感區(qū)。第二旋轉(zhuǎn)模態(tài)的值總體上西北高于東南，其負(fù)值位于湘中及湘南的部分地區(qū)，而在湖南省的其它區(qū)域均為正值（圖2b），說明湘中及湘南部分地區(qū)的冬季降水與湖南省其它地區(qū)存在相反變化的特征。該模態(tài)顯著突出了湘西北的正值區(qū)，其中心值達(dá)0.26，說明湘西北地區(qū)為該模態(tài)的降水異常敏感區(qū)。圖2c為第三旋轉(zhuǎn)模態(tài)的空間分布，該模態(tài)自西北向東南大致呈“正負(fù)正”交替分布，負(fù)的高值區(qū)位于湘中地區(qū)，說明湘中地區(qū)為該模態(tài)的降水異常敏感區(qū)，及湖南省冬季降水在中部與南北地區(qū)具有反位相的變化特征。

總體上，湖南省冬季降水的空間特征呈現(xiàn)3個(gè)主要的降水異常敏感區(qū)：湘南、湘西北以及湘中。這3個(gè)降水異常敏感區(qū)基本覆蓋了整個(gè)湖南省，將其對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)空間模態(tài)作為HCA聚類的特征量，從而根據(jù)SC選取最合理的聚類數(shù)。由SC曲線圖可知：SC的最大值所對應(yīng)的聚類數(shù)為5（圖3），因而湖南省冬季降水可劃分為5個(gè)子區(qū)域。從圖4可觀察到：湖南省冬季降水的5個(gè)子區(qū)域在空間上具有明晰的一致性，且每一子區(qū)域從西南向東北呈帶狀分布。然后，沿西北向東南，可依次觀察到：DJF1位于湘西北地區(qū)，DJF2集中在湘西-湘北地區(qū)，DJF3分布于湘西南-湘中地區(qū)，DJF4位于湘南丘陵地區(qū)，而DJF5則集中在湘南山地區(qū)。表2列出了各分區(qū)的氣象站點(diǎn)數(shù)、面積及區(qū)域平均冬季降水量。從表2中可知：各分區(qū)氣象站點(diǎn)數(shù)的分布較為均勻，DJF1最多（20個(gè)），DJF5最少（15個(gè)），但面積占比差異較大，面積占比最大的為DJF2（25.33%），而DJF5最少，僅占 13.42%。而且，區(qū)域平均冬季降水量從西北向東南遞增，這與我國南方冬季降水的變化特征[33]具有一致性。

表2 各分區(qū)的面積和區(qū)域平均冬季降水量

4.2 冬季降水變化趨勢

圖5 展示了湖南省各分區(qū)54年來冬季降水的逐年變化和11年滑動(dòng)平均曲線及降水傾向率，但各分區(qū)的降水傾向率均未達(dá)到0.05的顯著性水平。從圖5可以看出：DJF1呈緩慢的上升趨勢，降水傾向率為5.5 mm/(10 a)，1984年之前降水相對偏少，低于冬季多年平均降水量（134.03 mm），1984年之后降水開始偏多，其最大值出現(xiàn)在2003年（252.53 mm）；DJF2也呈不顯著的上升趨勢，降水傾向率為4.4 mm/(10 a)，與區(qū)域DJF1一樣，1984年之前的降水相對偏少，1984年之后降水開始偏多，而在2005年之后則呈波動(dòng)下降的趨勢，降水量最大值出現(xiàn)在2005年（312.72 mm）；DJF3的冬季降水具有增加的趨勢，降水傾向率為6.6 mm/(10 a)，其降水量的最大值在1998年（368.41 mm），1998年之前的降水偏少，但表現(xiàn)出增加的趨勢，而1998年之后的降水呈波動(dòng)下降的趨勢；DJF4整體上呈上升的趨勢，降水傾向率達(dá)9.1 mm/(10 a)，在1980年之前偏少，1980—1998年降水偏多，1998年之后降水雖然相對偏少，但普遍高于區(qū)域平均冬季降水（205.47 mm）；DJF5降水傾向率最大為9.8 mm/(10 a)，1980年之前降水偏少，1980—1998年降水偏多，1998年之后降水有偏少的傾向。由11年的滑動(dòng)平均曲線可以看出：各子區(qū)域冬季降水的年代際變化規(guī)律具有相似性，即具有先波動(dòng)上升后又波動(dòng)下降的趨勢。具體來看，區(qū)域冬季降水在1980年代中期之前均呈波動(dòng)增加的趨勢，但降水均偏少，1980年代中期之后降水趨于偏多，但進(jìn)入21世紀(jì)以來，各區(qū)域的降水又有偏多轉(zhuǎn)為偏少的傾向。湖南省冬季降水的這種年代際變化與我國南方冬季降水的年代際變化[14]是一致的。此外，正如文獻(xiàn)[14]所指出的：這種年代際變化的出現(xiàn)可能與東亞季風(fēng)強(qiáng)度的年代際變化有關(guān)，并受其影響。

4.3 冬季降水趨勢的主周期分量

為了避免對數(shù)據(jù)集進(jìn)行不必要的時(shí)間尺度分解，首先要確定冬季各分區(qū)降水序列的最高分解層，然后從最高分解層中找出最優(yōu)分解層J。根據(jù)Kaiser[34]提出的公式計(jì)算得出最高的分解層為4，則各分區(qū)的冬季降水序列可被分解為4個(gè)細(xì)節(jié)分量 D1、D2、D3和 D4（分別表示 2、4、8 和 16 年的周期性分量），和1個(gè)近似分量A4。各分區(qū)上的最佳db小波類型和最優(yōu)分解層由原始降水序列與近似分量序列間的平均相對誤差（MRE）與其MK趨勢值（MK-Z值）間的相對誤差（er）[4-5]這2個(gè)指標(biāo)來確定。通過對指標(biāo)的計(jì)算發(fā)現(xiàn)，各db小波及各分解層的MRE值之間的差異不顯著，而er值之間的差異較為顯著。該現(xiàn)象與Nalley等[4]和Palizdan[5]的研究發(fā)現(xiàn)一致，因而采用er值最小的原則選取最佳db小波類型和最優(yōu)分解層。經(jīng)過計(jì)算分析得出各分區(qū)的最佳db小波類型和最優(yōu)分解層如表3所示。從表3中可以看出：區(qū)域DJF2和DJF4的最優(yōu)分解層是2，最佳db小波類型分別為db8和db7；而區(qū)域DJF1、DJF3和DJF5的最優(yōu)分解層皆為3，但其最佳db小波類型各不相同，分別為db1、db2 和 db10。

表3 各分區(qū)的最佳db小波類型和最優(yōu)分解層

然后，基于已識別的最佳db小波基和最優(yōu)分解層，從各細(xì)節(jié)分量和近似分量的Dj+AJ（j=1，……，J）分量組合中，以期識別影響原始降水序列變化趨勢的最占優(yōu)的分量及周期分量。詳細(xì)地，一是將Dj+AJ分量的SQMK趨勢線與原始降水序列的進(jìn)行對比，以檢查Dj+AJ分量與原始降水序列趨勢變化的擬合度；二是通過計(jì)算原始降水序列與Dj+AJ分量的u(t)值間的均方根誤差（RMSE）和相關(guān)系數(shù)（R），從而選出影響各區(qū)域冬季降水變化趨勢的最占優(yōu)的周期分量。一般地，Dj+AJ分量的RMSE值越小，R值越大，表明該Dj+AJ分量與原始降水序列的變化趨勢更為匹配，其相應(yīng)的Dj+AJ分量為影響原始降水序列變化趨勢的最占優(yōu)的分量，而Dj則為最占優(yōu)的周期分量。

表4給出了各分區(qū)的細(xì)節(jié)分量、近似分量以及Dj+AJ分量與原始降水序列的u(t)值間的RMSE和R，以及各自的MK-Z值。表4表明：湖南省各分區(qū)的冬季降水均呈增加趨勢但各區(qū)存在差異，其中區(qū)域DJF3、DJF4和DJF5呈顯著的上升趨勢。這說明湖南省東南部的冬季降水比西北部具有更快的增長趨勢。除了區(qū)域DJF4的D2分量之外，其它各分區(qū)的細(xì)節(jié)分量的MK-Z值均未通過顯著性檢驗(yàn)。然而，各細(xì)節(jié)分量與近似分量的組合（Dj+AJ）的MK-Z值比單個(gè)的細(xì)節(jié)分量的MK-Z值更具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，且其趨勢方向與對應(yīng)的原始降水序列一致，表明近似分量攜帶了主要的趨勢信息。表4中，各分區(qū)的Dj+AJ分量的R值均通過了5%的顯著性檢驗(yàn)，說明其與各自分區(qū)的冬季原始降水序列間具有顯著的相關(guān)性。因此，在識別影響冬季降水變化趨勢的最占優(yōu)的周期分量時(shí)，以RMSE值最小為準(zhǔn)則。區(qū)域DJF1中，D1+A3分量和原始降水序列的MK-Z值更為接近，且RMSE值最小，說明D1+A3分量是影響該區(qū)域冬季降水變化趨勢的最占優(yōu)的分量。類似地，D1+A2分量是影響區(qū)域DJF2冬季降水變化趨勢的最占優(yōu)的分量。而區(qū)域DJF3中，D1+A3分量的RMSE值最小，說明D1+A3分量是最占優(yōu)的分量。區(qū)域DJF4中，D1+A2分量的RMSE值最小，說明D1+A2分量是最占優(yōu)的分量。類似地，D1+A3分量是影響區(qū)域DJF5冬季降水變化趨勢的最占優(yōu)的分量。因而，D1分量是影響湖南省5個(gè)子區(qū)域冬季降水變化趨勢的最占優(yōu)的周期分量。

表4 各分區(qū)單個(gè)分量和不同Dj+AJ分量與原始降水序列u(t)值間的RMSE和R以及各自的MK-Z值

為了更直觀地呈現(xiàn)影響各分區(qū)冬季降水變化趨勢的最占優(yōu)的周期分量，圖6給出了5個(gè)分區(qū)的原始降水序列和不同Dj+AJ分量的趨勢線圖。從中可以觀察到：在區(qū)域DJF1、DJF3和DJF5，冬季降水存在3個(gè)周期分量D1+A3、D2+A3和D3+A3，而D1+A3分量的變化趨勢線與其原始降水序列的變化趨勢線最為匹配，進(jìn)一步佐證D1+A3分量是影響這些區(qū)域冬季降水變化趨勢的最占優(yōu)的分量；而在區(qū)域DJF2和DJF4，冬季降水主要存在2個(gè)周期分量D1+A2和D2+A2，其中D1+A2分量的變化趨勢線與其原始降水序列的變化趨勢線更具一致性。因此，D1分量是影響湖南省5個(gè)不同子區(qū)域冬季降水變化趨勢的最占優(yōu)的周期分量，表明湖南省冬季降水的變化趨勢存在準(zhǔn)2年的主周期振蕩。這與張劍明等[35]得出的湖南省冬季降水有2年左右的特征時(shí)間尺度具有一致性，且這種準(zhǔn)2年的周期振蕩可能與平流層大氣環(huán)流的準(zhǔn)2年周期振蕩有關(guān)。

5 結(jié) 論

根據(jù)湖南省89個(gè)氣象站點(diǎn)1960—2013年的冬季降水觀測數(shù)據(jù)，應(yīng)用REOF和HCA對湖南省冬季降水進(jìn)行分區(qū)。在分區(qū)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用離散小波變換與MK和SQMK相結(jié)合的方法對各分區(qū)的冬季降水序列進(jìn)行小波多尺度分解，以探究湖南省冬季降水的變化趨勢及影響其趨勢的最占優(yōu)的周期分量，得出以下主要結(jié)論。

（1）湖南省冬季降水異常變化有3個(gè)主要的空間模式：第一模式以湘南地區(qū)為降水異常敏感區(qū)，并反映出武陵山脈以南和雪峰山脈以北一帶的冬季降水與湖南省其它地區(qū)具有反位相的變化特征；第二模式的降水異常敏感區(qū)位于湘西北地區(qū)，并呈現(xiàn)出湘中及湘南的部分地區(qū)的冬季降水與湖南省其它地區(qū)具有相反變化的特征；第三模式從西北向東南大致呈“正負(fù)正”交替分布，湘中地區(qū)為其降水異常敏感區(qū)，并反映出湖南省冬季降水在中部與南北地區(qū)具有反位相的變化特征。

（2）湖南省的冬季降水沿西北向東南可依次劃分5個(gè)空間上明晰的一致性子區(qū)域：湘西北區(qū)、湘西-湘北區(qū)、湘西南-湘中區(qū)、湘南丘陵區(qū)和湘南山地區(qū)，且每一子區(qū)域從西南向東北呈帶狀分布，而它們的區(qū)域平均冬季降水量從西北向東南遞增。區(qū)域冬季降水序列的趨勢分析表明：近54年來，湖南省冬季降水呈增加趨勢，其中，湘西南-湘中區(qū)、湘南丘陵區(qū)和湘南山地區(qū)呈顯著的增加趨勢，而湘西-湘北區(qū)和湘西北區(qū)呈緩慢的上升趨勢。

（3）各子區(qū)域的年代際降水變化具有先波動(dòng)上升后又波動(dòng)下降的趨勢。湖南省各分區(qū)的冬季降水在1980年代中期之前均呈波動(dòng)增加的趨勢，但降水均偏少，1980年代中期之后降水趨于偏多，但進(jìn)入21世紀(jì)以來，各區(qū)域的降水又由偏多轉(zhuǎn)為偏少。冬季降水的這種年代際變化與東亞季風(fēng)強(qiáng)度的年代際變化是相關(guān)的。

（4）湖南省5個(gè)子區(qū)域冬季降水的小波多尺度分析表明：在湘西北區(qū)、湘西南-湘中區(qū)和湘南山地區(qū)，D1+A3分量的變化趨勢線與原始降水序列的更為匹配；而在湘西-湘北區(qū)和湘南丘陵區(qū)，D1+A2分量的變化趨勢線與原始降水序列的更具有一致性。因而，D1分量是影響湖南省不同區(qū)域冬季降水變化趨勢的最占優(yōu)的周期分量，且冬季降水的變化趨勢存在準(zhǔn)2年的主周期振蕩。