1971—2010年中國(guó)干濕區(qū)降雨資源變化特征分析

趙宇銘1，邱新法，朱曉晨，徐金勤

(1.南京信息工程大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，南京 210044; 2.南京信息工程大學(xué) 應(yīng)用氣象學(xué)院，南京 210044)

1 研究背景

降雨是指空氣中的水汽冷凝并降落到地表的現(xiàn)象，它是表征生態(tài)氣象的要素之一。不管是在社會(huì)生產(chǎn)領(lǐng)域，還是在科學(xué)技術(shù)研究領(lǐng)域，降雨對(duì)于預(yù)測(cè)旱澇災(zāi)害、分析水資源以及治理生態(tài)環(huán)境都有十分重要的作用[1]。

降雨在多方面影響著人類(lèi)生活，譬如城市交通、公共設(shè)施，極端情況下甚至引發(fā)洪水、泥石流等嚴(yán)重災(zāi)害。此外，降雨還對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)水分條件起著至關(guān)重要的作用。目前全球氣候變暖導(dǎo)致的氣候變化影響各地降雨的時(shí)空分布特征，改變了水資源以及水分循環(huán)的時(shí)空分布格局。我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更易受到降雨變化的影響，因而研究我國(guó)不同干濕區(qū)降雨資源變化和時(shí)間、空間的分布規(guī)律，揭示降雨格局的變化特征和分配規(guī)律對(duì)全國(guó)合理利用降雨資源、改善生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有著十分重要的意義[2]。

前人對(duì)降雨資源變化特征的研究多集中于全國(guó)或全國(guó)多區(qū)域的年降雨量、年降雨頻率和平均降雨強(qiáng)度的時(shí)空變化趨勢(shì)[3-10]，但基于行政區(qū)劃的研究一般忽略了不同區(qū)域的地形和氣候要素變化的特征。眾多國(guó)內(nèi)學(xué)者近年來(lái)開(kāi)始以年降雨量為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行氣候區(qū)劃，從而對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行干濕分區(qū)，再系統(tǒng)分析研究干濕區(qū)域年代際界限變動(dòng)的特征[11-15]。如任國(guó)玉等[16]采用全國(guó)平均低溫日數(shù)、強(qiáng)降雨日數(shù)、干旱面積百分率等7種極端指標(biāo)對(duì)中國(guó)地區(qū)的極端氣候事件進(jìn)行研究分析，發(fā)現(xiàn)全國(guó)平均強(qiáng)降雨日數(shù)和干旱面積百分率呈上升趨勢(shì)；余衛(wèi)東等[17]選用河南省1957—2005年逐日降水資料研究河南省的極端降水事件，得出河南省近50 a暴雨日數(shù)和極端降水出現(xiàn)的頻數(shù)呈增加趨勢(shì)，但沒(méi)有明顯的線性趨勢(shì)；黃晚華等[18]將連續(xù)無(wú)有效降水日數(shù)作為干旱標(biāo)準(zhǔn)，并利用1959—2009年我國(guó)南部多省氣象測(cè)站的逐日降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行分析，總結(jié)出研究區(qū)域的干旱頻率以及持續(xù)天數(shù)的空間分布規(guī)律和年際變化；張淑杰等[19]對(duì)東北地區(qū)蒸散量和濕潤(rùn)指數(shù)的變化趨勢(shì)及干濕界線的變化情況進(jìn)行研究，總結(jié)出東北地區(qū)半干旱區(qū)面積擴(kuò)大、濕潤(rùn)區(qū)面積減小、呈漸漸變干的趨勢(shì)；劉波和馬柱國(guó)[20]將中國(guó)分成干旱區(qū)、半干旱區(qū)和濕潤(rùn)區(qū)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)中國(guó)在1960—2004年間濕潤(rùn)區(qū)面積減少、干旱總面積擴(kuò)大，且半干旱面積變化的程度最大；譚云娟等[21]采用年降雨量和年干燥度為指標(biāo)進(jìn)行中國(guó)區(qū)域的多年平均干濕區(qū)劃，從而對(duì)比分析研究出不同指標(biāo)下的中國(guó)區(qū)域干濕分界線并不重合。

然而因?yàn)椴煌燃?jí)降雨貢獻(xiàn)率和降雨頻率不同，其相應(yīng)的影響程度亦不同，基于全國(guó)或全國(guó)多區(qū)域的年降雨量時(shí)空變化趨勢(shì)研究對(duì)于改善生態(tài)環(huán)境、合理利用水資源和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展來(lái)說(shuō)仍顯不夠。本文以各干濕區(qū)為研究單元，基于降雨量和降雨日數(shù)分析4個(gè)等級(jí)降雨資源的變化特征，并給出各干濕區(qū)近40 a內(nèi)降雨量年際、年代際變化以及突變特征。同時(shí)本文在分析各干濕區(qū)不同等級(jí)降雨量和降雨日數(shù)空間分布中，未使用簡(jiǎn)單的空間插值方法，僅基于氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行表達(dá)，更能充分體現(xiàn)出不同地形對(duì)于降雨資源分布的影響。

2 數(shù)據(jù)與研究方法

本文采用的氣象科學(xué)數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺(tái)，包含1971—2010年743個(gè)氣象臺(tái)站點(diǎn)的逐日降雨資料，并經(jīng)過(guò)質(zhì)量控制。

2.1 干濕區(qū)劃分方法

應(yīng)用降雨評(píng)價(jià)法中的年降雨量作為干濕區(qū)劃指標(biāo)，我國(guó)干濕氣候劃分指標(biāo)年降雨量的分區(qū)界限值如表1所示。

表1 干濕氣候劃分指標(biāo)年降雨量的界限值
Table 1 Thresholds of dry and wet climateclassification index

分界線干旱與半干旱半干旱與半濕潤(rùn)半濕潤(rùn)與濕潤(rùn)年降雨量/mm200400800

2.2 降雨資源變化特征分析方法

2.2.1 降雨等級(jí)與降雨日數(shù)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)中國(guó)氣象局降雨等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，將日降雨量劃分為4個(gè)等級(jí)，見(jiàn)表2。各等級(jí)降雨量對(duì)應(yīng)的降雨日數(shù)為該等級(jí)降雨的降雨日數(shù)[22]。

表2 日降雨量等級(jí)劃分[17]Table 2 Classification of daily rainfall[17]

2.2.2 降雨頻率與貢獻(xiàn)率

將研究區(qū)域內(nèi)氣象站點(diǎn)逐年降雨量和降雨日數(shù)按照降雨等級(jí)劃分成4個(gè)等級(jí)進(jìn)行分類(lèi)，各等級(jí)降雨量占總降雨量百分比為各等級(jí)降雨貢獻(xiàn)率，各等級(jí)降雨日數(shù)占總降雨日數(shù)百分比為各等級(jí)降雨頻率[23]。

2.3 降雨時(shí)間變化特征分析方法

2.3.1 線性傾向率

研究區(qū)域內(nèi)數(shù)量為n的樣本中，xi代表某一降雨變量；ti代表xi相應(yīng)的時(shí)間，建立兩者之間的一元線性回歸方程[24]，即

xi=a+bti，i=1，2，…，n。

(1)

將10b稱(chēng)為氣候傾向率[25]，用它的絕對(duì)值大小來(lái)表示變化趨勢(shì)的程度。

2.3.2 累積距平分析

累積距平是常用的一種用曲線來(lái)直觀分析氣候變化趨勢(shì)的方法，能夠體現(xiàn)出氣象要素的變化趨勢(shì)。某氣象要素序列某時(shí)刻的累積距平公式[26]為

(2)

其中，

(3)

計(jì)算n個(gè)時(shí)刻的全部累積距平，再繪出累積距平曲線并進(jìn)行趨勢(shì)分析。

2.3.3 Mann-Kendall (M-K)非參數(shù)檢驗(yàn)法

M-K非參數(shù)檢驗(yàn)法優(yōu)點(diǎn)是樣本不一定服從某種規(guī)律分布，不受小部分異常值的影響，計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單[27]。

假定存在時(shí)間序列xn，其中xk和xj(k，j≤n，且k≠j)的分布不一樣，計(jì)算檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量的公式為[28]

(4)

式中：S為正態(tài)分布， 均值為0， 方差Var(S)=[n(n-1)(2n+5)/18]。

當(dāng)n>10時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)統(tǒng)計(jì)變量計(jì)算公式為

(5)

統(tǒng)計(jì)值M>0表示增加趨勢(shì)；M<0表示減少趨勢(shì)。M的絕對(duì)值>1.282，1.645，2.320時(shí)，分別表明該時(shí)間序列通過(guò)90%，95%，99%的顯著性檢驗(yàn)。

2.3.4 滑動(dòng)t檢驗(yàn)

滑動(dòng)t檢驗(yàn)通過(guò)判斷2組樣本的平均值差異顯著與否從而檢驗(yàn)突變，設(shè)一個(gè)時(shí)刻為基準(zhǔn)點(diǎn)，若該點(diǎn)前后樣本均值差異超過(guò)一定的顯著性水平，則判斷有突變發(fā)生[29]，計(jì)算公式為

(6)

其中，

(7)

3 結(jié)果與分析

3.1 中國(guó)干濕區(qū)的空間分布

運(yùn)用ArcMap軟件，對(duì)氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)采用反距離加權(quán)法(Inverse Distance Weighted)進(jìn)行插值平均，生成我國(guó)1971—2010年多年平均的年降雨量柵格圖，并調(diào)用ArcMap軟件中等值線繪制、Extend Tool和Construct Features工具，根據(jù)年降雨量指標(biāo)將中國(guó)劃分成干旱區(qū)、半干旱區(qū)、半濕潤(rùn)區(qū)和濕潤(rùn)區(qū)(圖1)。

圖1 基于年降雨量1971—2010年的中國(guó)干濕分區(qū)Fig.1 Wet and dry partitions based on annual rainfallin China from 1971 to 2010

從圖1可以看出，我國(guó)由西北至東南濕潤(rùn)程度逐漸增加，基于降雨量的各干濕區(qū)域分界線清晰且明顯，均呈現(xiàn)東北—西南走向。其中干旱區(qū)和半干旱區(qū)有2條分界線，一條分界線位于西北部，呈東西走向的圓圈式分布；另一條分界線位于中部偏西，呈平穩(wěn)的東北—西南走向。半干旱區(qū)與半濕潤(rùn)分界線的長(zhǎng)度最長(zhǎng)，達(dá)5 401 km，近西北向斜跨我國(guó)，而位于我國(guó)中部以南的濕潤(rùn)區(qū)與半濕潤(rùn)區(qū)的分界線，長(zhǎng)度僅約其66%。

從各干濕分區(qū)的面積看，干旱區(qū)、半干旱區(qū)、半濕潤(rùn)區(qū)和濕潤(rùn)區(qū)的面積占比分別為26.05%，13.97%，32.88%，27.10%，可見(jiàn)整個(gè)中國(guó)將近1/3的區(qū)域?qū)儆诎霛駶?rùn)區(qū)域，其次是濕潤(rùn)區(qū)，干旱區(qū)的分布面積最少。

3.2 各干濕區(qū)降雨資源變化特征

3.2.1 各干濕區(qū)年降雨日數(shù)空間分布特征

各干濕分區(qū)的年降雨日數(shù)空間分布存在明顯差異，分布特征各有不同。由圖2可見(jiàn)，近40 a，干旱區(qū)年降雨日數(shù)高值區(qū)位于干旱區(qū)的西北部，即內(nèi)蒙古北部滿洲里和北疆天山山脈地區(qū)，而在青海柴達(dá)木盆地、新疆的塔里木盆地以及內(nèi)蒙古西部巴丹吉林沙漠等地年降雨日數(shù)低于20 d，可見(jiàn)該地常年少雨。半干旱區(qū)年降雨日數(shù)呈從北向南遞增趨勢(shì)，高值區(qū)位于青海省東部及甘肅省西部，低值區(qū)位于寧夏回族自治區(qū)和內(nèi)蒙古自治區(qū)西部。半濕潤(rùn)區(qū)降雨日數(shù)表現(xiàn)為西部、東北部高，中部以東低的特征，且降雨日數(shù)多的地點(diǎn)主要在全區(qū)的西部和東北部。濕潤(rùn)區(qū)年降雨日數(shù)則呈中部高、周邊偏低分布，且中部區(qū)域降雨日數(shù)均在165 d以上，低值中心出現(xiàn)在東北部的江蘇省和安徽省北端，這和前人的研究結(jié)果相似[24]。

圖2 1971—2010年干濕分區(qū)年降雨日數(shù)分布Fig.2 Distribution of annual rainfall days in wet anddry partitions from 1971 to 2010

表3 1971—2010年各干濕分區(qū)各等級(jí)降雨分布Table 3 Distribution of various levels of rainfall amount in wet and dry partitions from 1971 to 2010

3.2.2 各干濕區(qū)不同等級(jí)降雨特征

各干濕區(qū)不同等級(jí)降雨量分配不一 ，小雨和中雨的年降雨量和年降雨日數(shù)明顯多于大雨和暴雨年降雨量和年降雨日數(shù)。

表3為1971—2010年各干濕區(qū)不同等級(jí)年降雨量和年降雨日數(shù)。由于干旱區(qū)大雨和暴雨發(fā)生少，多年平均后的大雨和暴雨年降雨量和年降雨日數(shù)小于其量級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，所以表3列出了1971—2010年大雨和暴雨年降雨量和年降雨日數(shù)的極值范圍；半干旱區(qū)的暴雨事件同之。圖3為1971—2010年各干濕分區(qū)各等級(jí)年降雨量和年降雨日數(shù)分布。

圖3 1971—2010年各干濕分區(qū)各等級(jí)年降雨量和年降雨日數(shù)分布Fig.3 Distribution of various levels of annual rainfallamount and annual rainfall days in dry and wetpartitions from 1971 to 2010

由表3和圖3發(fā)現(xiàn)：

(1)在干旱區(qū)，小雨年降雨量為13.5～155 mm，低值區(qū)普遍位于該區(qū)西北部以外的其他區(qū)域，皆低于100 mm；小雨年降雨日數(shù)為12～90 d，與小雨年降雨量在空間分布上具有一致性，西北地區(qū)小雨年降雨日數(shù)明顯多于其他地區(qū)；中雨年降雨量和中雨年降雨日數(shù)空間分布較為均勻，差異不明顯；大到暴雨發(fā)生并不多，明顯低于小雨和中雨發(fā)生的頻率，暴雨也僅在與半干旱區(qū)的南分界線附近少數(shù)發(fā)生，其他地區(qū)幾乎沒(méi)有出現(xiàn)。

(2)在半干旱區(qū)，小雨年降雨量為97.5～309.5 mm，小雨年降雨日數(shù)為49～185 d，高值區(qū)位于全區(qū)的中部以東，而西部為低值區(qū)；中雨年降雨量為43～203.3 mm，中雨年降雨日數(shù)為3～13 d，青海省南部、內(nèi)蒙古自治區(qū)中部以南為高值區(qū)，甘肅省南部、內(nèi)蒙古自治區(qū)東北部、甘肅省中部以及青海省中部等地則為低值區(qū)；大雨年降雨量為28.2～122.9 mm，大雨年降雨日數(shù)為1～3 d，兩者在空間分布上無(wú)明顯差異，高值皆分布在內(nèi)蒙古自治區(qū)與黑龍江省、吉林省、山西省、河北省、山西省等多省的邊界處，低值區(qū)為青海省和甘肅省中部地區(qū)，可見(jiàn)半干旱區(qū)北部大雨年降雨量和年降雨日數(shù)多于南部地區(qū)；全區(qū)暴雨事件較少，整個(gè)西部地區(qū)幾乎沒(méi)有發(fā)生暴雨事件。

(3)在半濕潤(rùn)區(qū)，小雨依舊是4個(gè)等級(jí)中發(fā)生頻率最大的事件，小雨年降雨量達(dá)106～412.5 mm，小雨年降雨日數(shù)達(dá)47～161 d，西部和東部?jī)啥藢儆谛∮昴杲涤炅亢湍杲涤耆諗?shù)的高值區(qū)，區(qū)域中部為低值區(qū)；中雨年降雨量為84～494.9 mm，中雨年降雨日數(shù)為5～30 d，與干旱區(qū)和半干旱區(qū)相比，中雨年降雨量和年降雨日數(shù)明顯增多，高值區(qū)主要位于吉林省南部、遼寧省東北部、陜西省南部、四川省北部和西藏自治區(qū)東部區(qū)域，低值區(qū)位于全區(qū)東部；大雨和暴雨發(fā)生次數(shù)比干旱和半干旱區(qū)發(fā)生次數(shù)顯著增多，年降雨量也明顯增加，大雨年降雨量為31.7～592.4 mm，在空間分布上呈現(xiàn)出從東北向西南遞減的趨勢(shì)，大雨年降雨日數(shù)為1～17 d，空間分布呈南至北遞增；暴雨年降雨量為50.4～995.6 mm，年降雨日數(shù)為1～10 d，可見(jiàn)該區(qū)暴雨發(fā)生次數(shù)不多。

(4)在濕潤(rùn)區(qū)，各等級(jí)降雨年降雨量與年降雨日數(shù)空間分布特征一致。小雨年降雨量為148～455.1 mm，小雨年降雨日數(shù)為61～209 d，兩者低值僅位于全區(qū)的少數(shù)北部地區(qū)，即安徽省北部、江蘇省北部和河南省南部地區(qū)；濕潤(rùn)區(qū)仍是小雨年降雨日數(shù)最多，頻率最大；但中雨年降雨量超過(guò)小雨年降雨量，中雨年降雨量達(dá)197.8～692.4 mm，年降雨日數(shù)達(dá)12～42 d，低值區(qū)位于該區(qū)西部少量區(qū)域，即四川省西南部，而福建省、廣東省和江西省為其高值區(qū)；該區(qū)大到暴雨年降雨量和年降雨日數(shù)與其他區(qū)域相比有所升高，大雨年降雨量達(dá)84.3～680.1 mm，年降雨日數(shù)達(dá)2～19 d，其低值區(qū)與中雨年降雨量低值區(qū)相同，位于該區(qū)的中部以北和西部少量區(qū)域；暴雨年降雨量為53.6～1 039.1 m，年降雨日數(shù)為1～10 d，呈從北至南增加的分布特征，且高值區(qū)均包含廣西壯族自治區(qū)、江西省、廣東省、福建省、湖北省南部和湖南省北部區(qū)域，可見(jiàn)這些地區(qū)屬于常年多雨區(qū)。

3.3 各干濕區(qū)降雨時(shí)間變化特征

3.3.1 各干濕區(qū)年降雨量變化

為分析各干濕區(qū)年降雨量空間分布變化特征，計(jì)算4個(gè)干濕區(qū)1971—2010年年降雨量的線性傾向率(表4)，并給出了4個(gè)干濕分區(qū)1971—2010年年降雨量距平變化曲線和線性趨勢(shì)(圖4)。

表4 1971—2010年各干濕區(qū)年降雨量的線性傾向率Table 4 Linear incidence rates of annual rainfall inwet and dry partitions from 1971 to 2010

注：*表示通過(guò)0.05的顯著性檢驗(yàn)

圖4 1971—2010年各干濕分區(qū)年降雨量距平及其線性趨勢(shì)Fig.4 Linear trend of annual rainfall amount anomalyin wet and dry partitions from 1971 to 2010

如表4所示，在線性趨勢(shì)方面，干旱區(qū)和半干旱區(qū)年降雨量在波動(dòng)中緩慢上升，年降雨量線性傾向率分別為0.59 mm/a和0.27 mm/a，半濕潤(rùn)區(qū)年降雨量呈緩慢減少趨勢(shì)，年降雨量線性傾向率為-0.31 mm/a，但三者都未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。濕潤(rùn)區(qū)年降雨量也在緩慢減少，平均每年減少0.26 mm，并通過(guò)0.05的顯著性檢驗(yàn)。

從圖4可知：4個(gè)干濕區(qū)的年降雨距平都在上下波動(dòng)，其中半干旱區(qū)的年降雨距平波動(dòng)頻數(shù)最多，干旱區(qū)次之；濕潤(rùn)區(qū)的年降雨距平波動(dòng)幅度最大，半濕潤(rùn)區(qū)次之。干旱區(qū)1971—1986年年降雨距平僅在1979年和1981年分別取正值5 mm和2 mm，其余年份均為負(fù)值；1987—2010年年降雨距平大部分為正數(shù)，1997年達(dá)最小值-28.2 mm，這表明干旱區(qū)1987—2010年比1971—1986年降雨量更為豐富。近40 a內(nèi)，半干旱區(qū)多年份的年降雨距平≥0，少數(shù)年份取負(fù)值，且在1998年達(dá)最大值77.6 mm，在1982年達(dá)最小值-59.3 mm，判斷出1971—2010年半干旱區(qū)年降雨量有波動(dòng)變化，但無(wú)明顯增減趨勢(shì)。與前2個(gè)區(qū)域不同的是，半濕潤(rùn)區(qū)和濕潤(rùn)區(qū)逐年降雨距平上下波動(dòng)幅度顯著，半濕潤(rùn)區(qū)年降雨距平在1990年達(dá)最大值83.3 mm，在1997年達(dá)最小值-91.8 mm；濕潤(rùn)區(qū)則在1983年年降雨距平達(dá)最大值209.7 mm，在1978年達(dá)最小值-176.7 mm。半濕潤(rùn)區(qū)和濕潤(rùn)區(qū)年降雨距平符號(hào)無(wú)固定周期范圍變化，由此可以推測(cè)出半濕潤(rùn)區(qū)和濕潤(rùn)區(qū)的降雨量變化幅度雖大，但仍無(wú)明顯增減趨勢(shì)。

3.3.2 各干濕區(qū)年降雨量的年代際變化

為進(jìn)一步了解各干濕分區(qū)1971—2010年降雨量年代際變化，計(jì)算了4個(gè)干濕區(qū)降雨量1971—1980年、1981—1990年、1991—2000年、2001—2010年年代際距平(見(jiàn)表5)。

表5 各干濕分區(qū)年降雨量年代際距平
Table 5 Decadal rainfall amount anomalies inwet and dry partitions

區(qū)域年降雨量年代際距平/mm1971—1980年1981—1990年1991—2000年2001—2010年干旱區(qū)-9.7-2.13.39.1半干旱區(qū)-7.22.45.1-0.3半濕潤(rùn)區(qū)2.611.6-8.9-5.3濕潤(rùn)區(qū)-5.5-4.239.3-29.6

從表5中可看出：1971—1980年，半濕潤(rùn)區(qū)以外的區(qū)域年降雨量均減少，其中干旱區(qū)年降雨量減少最多，距平為-9.7 mm；1981—1990年，干旱區(qū)與濕潤(rùn)區(qū)年降雨量均減少，濕潤(rùn)區(qū)減少最多，距平為-4.2 mm，半干旱區(qū)與半濕潤(rùn)區(qū)年降雨量均上升，且半濕潤(rùn)區(qū)的年降雨量變化最大，距平為11.6 mm；1991—2000年，半濕潤(rùn)區(qū)年降雨量呈下降趨勢(shì)，距平為-8.9 mm，而其他3個(gè)分區(qū)年降雨量均上升，其中濕潤(rùn)區(qū)年降雨量增加幅度最大，增加39.3 mm，其次為半干旱區(qū)，干旱區(qū)變化幅度最??；2001—2010年，半干旱區(qū)、半濕潤(rùn)區(qū)年降雨量均減少，半濕潤(rùn)區(qū)減少最多，減少近30 mm，而半干旱區(qū)變化趨勢(shì)不明顯，僅減少0.3 mm。

3.3.3 各干濕區(qū)年降雨量突變

用非參數(shù)M-K法和滑動(dòng)t檢驗(yàn)法分別對(duì)4個(gè)干濕區(qū)1971—2010年年降雨量進(jìn)行突變檢驗(yàn)分析，并結(jié)合累積距平結(jié)果，發(fā)現(xiàn)4個(gè)區(qū)域年降雨量突變趨勢(shì)存在差異(表6)。

表6 各干濕區(qū)1971—2010年年降雨量M-K檢測(cè)疑似突變年份及其t檢驗(yàn)值Table 6 Suspected years of abrupt change of annualrainfall amount by M-K test and values ofttest in wetand dry partitions from 1971 to 2010

注：*表示通過(guò)0.05的顯著性檢驗(yàn)

圖5 1971—2010年各干濕區(qū)年降雨量M-K突變判別曲線Fig.5 Mann-Kendall discriminant curves of abruptchange for annual rainfall amount in wet anddry partitions in 1971-2010

從1971—2010年干旱區(qū)年降雨量M-K檢驗(yàn)結(jié)果(圖5(a))可以看出M-K曲線的UF曲線在95%置信區(qū)間內(nèi)于1986年前后與UB線有多個(gè)交點(diǎn)，初步認(rèn)為1986年產(chǎn)生突變。再使用滑動(dòng)t檢驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，計(jì)算出1986年t值為-2.15，通過(guò)了α=0.1的顯著性檢驗(yàn)(tα=±2.02)，2種突變檢驗(yàn)方法都證明干旱區(qū)的年降雨量在1986年前后發(fā)生了突變。該區(qū)累積距平結(jié)果(圖6(a))表明盡管累積距平始終為負(fù)值，但曲線在1971—1986年呈下降趨勢(shì)，80年代末開(kāi)始上升且增長(zhǎng)趨勢(shì)至2010年未減，最終判斷該區(qū)年降雨量于1986年發(fā)生從少到多的突變。從1971—2010年半干旱區(qū)年降雨量M-K檢驗(yàn)結(jié)果(圖5(b))可以看出該區(qū)M-K曲線的UF、UB曲線于1984年、1999年前后產(chǎn)生交點(diǎn)，初步認(rèn)為都是突變點(diǎn)，同樣使用滑動(dòng)t檢驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，經(jīng)計(jì)算t值分別為-1.66和0.24，均未通過(guò)水平顯著性檢驗(yàn)，并不是真正的突變。

圖6 1971—2010年各干濕區(qū)域年降雨量累積距平Fig.6 Accumulated annual rainfall anomaly inwet and dry partitions from 1971 to 2010

用同樣的方法分別檢驗(yàn)半濕潤(rùn)區(qū)和濕潤(rùn)區(qū)年降雨量是否發(fā)生突變和突變趨勢(shì)，結(jié)果如表7所示。半濕潤(rùn)區(qū)年降雨量于1977年發(fā)生從多到少的突變，濕潤(rùn)區(qū)年降雨量于2002年發(fā)生從多到少的突變。

表7 各干濕區(qū)1971—2010年年降雨量突變年份與趨勢(shì)Table 7 Years and trend of abrupt change of annualprecipitation in wet and dry partitions from 1971 to 2010

4 結(jié) 論

本文基于1971—2010年我國(guó)逐日降雨資料，對(duì)全國(guó)進(jìn)行干濕分區(qū)，并對(duì)4個(gè)干濕區(qū)的降雨資源進(jìn)行時(shí)空變化分析，主要結(jié)論為：

(1)半濕潤(rùn)區(qū)占據(jù)我國(guó)將近1/3的面積，濕潤(rùn)區(qū)占據(jù)我國(guó)整個(gè)南部區(qū)域，干旱區(qū)主要分布在我國(guó)西北部，而半干旱區(qū)在全國(guó)的分布面積最少。

(2)1971—2010年各干濕分區(qū)年降雨量從空間分布上看，干旱區(qū)青海柴達(dá)木盆地、新疆的塔里木盆地以及內(nèi)蒙古西部巴丹吉林沙漠等地常年少雨，年降雨量低于40 mm；半干旱區(qū)年降雨量自西北向東南遞增；半濕潤(rùn)區(qū)年降雨量表現(xiàn)出北部高、南部低的分布特征。時(shí)間分布上，干旱區(qū)和半干旱區(qū)的年降雨量均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，其中干旱區(qū)域年降雨量增加幅度最大，半濕潤(rùn)區(qū)和濕潤(rùn)區(qū)年降雨量呈減少趨勢(shì)且變化幅度不明顯。

(3)1971—2010年各干濕分區(qū)年降雨量年代際變化趨勢(shì)不一，其中1971—1980年干旱區(qū)年降雨量減少幅度最大，而在1991—2000年濕潤(rùn)區(qū)年降雨量增加幅度最大。

(4)1971—2010年各干濕分區(qū)年降雨量經(jīng)過(guò)M-K檢驗(yàn)、t檢驗(yàn)和年降雨量累積距平分析，結(jié)果表明4個(gè)干濕分區(qū)的年降雨量在近40 a突變情況和突變趨勢(shì)皆不一致，半干旱區(qū)年降雨量未發(fā)生突變，而濕潤(rùn)區(qū)年降雨量于2002年發(fā)生了由多到少的突變。

本文研究以干濕分區(qū)為單元，分析降雨資源變化，尚未突出對(duì)農(nóng)業(yè)的具體影響，接下來(lái)還需結(jié)合小麥種植區(qū)劃圖、茶葉種植區(qū)劃圖、玉米種植區(qū)劃圖等開(kāi)展進(jìn)一步研究。