1959-2018年成都市降水量時(shí)空變化研究

劉輝

摘? 要：以1959—2018年成都市14個(gè)氣象站點(diǎn)逐日降水?dāng)?shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用趨勢(shì)分析、Mann-Kendall法檢驗(yàn)和空間分析的方法，研究了區(qū)域降雨量時(shí)空分布。結(jié)果表明，成都市年均降水量?jī)A向斜率為-1.7029mm/a，各季節(jié)中除了春冬季節(jié)降雨呈增加趨勢(shì)，夏秋季節(jié)降雨呈減少趨勢(shì)，且均不顯著;年季降雨發(fā)生了一定程度趨勢(shì)變化，但均不顯著（p <0.05）。成都市年季降雨具有明顯的空間地帶性特征，自西北部的都江堰和西南部山地區(qū)向中東部平原丘陵地區(qū)逐漸減少。

關(guān)鍵詞：降雨量? 時(shí)間變化? 空間分布? Maan-Kendall檢驗(yàn)

中圖分類(lèi)號(hào)：P333? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）12（c）-0129-04

Abstract： Based on the daily precipitation data of 14 meteorological stations in Chengdu from 1959 to 2018， the spatial and temporal distribution of regional rainfall is studied by using trend analysis， Mann Kendall test and spatial analysis.. The results showed that the trend slope of annual precipitation in Chengdu was -1.7029mm/a. Except for spring and winter， the rainfall in summer and autumn showed a decreasing trend， which was not significant; the annual rainfall had a certain degree of trend change， but was not significant （P < 0.05）. The annual rainfall in Chengdu has obvious spatial zonal characteristics， which gradually decreases from Dujiangyan in the northwest and mountains in the southwest to the plain and hilly areas in the middle and east.

Key Words： Rainfall;Time change; Space distribution; Maan-Kendall test

1? 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

成都地處我國(guó)西南四川盆地西部邊緣，岷江、沱江與長(zhǎng)江交匯處，地理位置102°54′～104°54′E、30°05 ′～31°26′N(xiāo)，區(qū)域面積14605km2。地勢(shì)西界康藏高原，東部為低山丘陵，低地平原間斷分布，海拔介于387～5364m，地貌形態(tài)分異明顯。區(qū)域受印度洋西南季風(fēng)與太平洋東南季風(fēng)控制，形成亞熱濕潤(rùn)性帶季風(fēng)氣候，水熱資源豐富，年平均氣溫為16°C，年降水量為900～1300mm，無(wú)霜期為278d。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

成都市面積廣闊，為全面反映區(qū)域降水量特征以該市境內(nèi)國(guó)家級(jí)氣象觀(guān)測(cè)站點(diǎn)資料為依據(jù)，以各站點(diǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)平均值表示全市降雨量水平，其有效氣象站點(diǎn)14個(gè)（見(jiàn)圖1）。為深入研究降雨時(shí)間尺度特征，統(tǒng)計(jì)了各年度季節(jié)性降雨量，其中其中季節(jié)尺度劃分為：3～5月為春季、6～8月為夏季、9～11月為秋季、12～2月為冬季[1]。基于Excel 2016軟件平臺(tái)對(duì)站點(diǎn)資料進(jìn)行預(yù)處理和經(jīng)典統(tǒng)計(jì)分析;運(yùn)用Matlab2016b編寫(xiě)Maan-kendall程序進(jìn)行降雨量的突變檢驗(yàn)[2]，通過(guò)Surfer13.0上繪制降水量變化趨勢(shì)空間分布圖。

2? 結(jié)果與分析

2.1 成都市降雨年際變化

1959—2018年成都市年降水量逐年變化趨勢(shì)如圖2所示，該時(shí)域內(nèi)降雨量最大值出現(xiàn)在1961年，達(dá)1416.2mm，最低值為1965年的607mm，其中2013、2012、1991年也為異常年份，降雨量距平百分比達(dá)35%～55%。統(tǒng)計(jì)顯示，區(qū)域降雨量平均值為925.24mm，標(biāo)準(zhǔn)差為190.24mm，變異系數(shù)達(dá)20.56%，呈現(xiàn)中等變異性。5a周期的擬合趨勢(shì)表明，近60年來(lái)成都市降雨量變化呈現(xiàn)兩個(gè)相對(duì)明顯的變化趨勢(shì)，1959—2009年年降雨量呈現(xiàn)波動(dòng)減少特征，2009—2018年呈現(xiàn)起伏升高的特征。經(jīng)線(xiàn)性擬合表明，其綜合變化趨勢(shì)為y=-1.7029x+4311.5，R2=0.0244，但未達(dá)到顯著水平（p >0.05），表明變化趨勢(shì)不顯著。

2.2 成都市降雨季節(jié)性變化

成都市降雨量與東南、西南季風(fēng)進(jìn)退密切相關(guān)，還受附近的青藏高原地形效應(yīng)影響，因而具有明顯的季候分異性。統(tǒng)計(jì)顯示（見(jiàn)圖3），各季節(jié)降雨量的極值分布不一，波動(dòng)性強(qiáng)弱亦不同。1959—2018年間，該地春季降雨量的監(jiān)測(cè)平均值為149.16±54.61mm，變異系數(shù)為36.62%，在1959—2018年間的總體變化趨勢(shì)為y=0.1542x-157.48，R2=0.0024（P >0.05）。夏季降雨量全年降雨的重要構(gòu)成，其平均值為562.54±165.07mm，變異性為29.35%，傾向趨勢(shì)表現(xiàn)為y=-1.1401x±2829.7，R2=0.0146，夏季是作物生長(zhǎng)的關(guān)鍵階段，降雨量減少的趨勢(shì)特征對(duì)植被生理健康有一定影響。秋季降雨量略高于春季水平，達(dá)189.09±85.49mm，變異系數(shù)達(dá)45.21%，期綜合趨勢(shì)為y=-0.7929x+1756.8，R2=0.0262。冬季降雨量表現(xiàn)出弱的增加趨勢(shì)：Y=0.0759x-126.49，R2=0.0135，其平均水平為24.43±11.40mm，變異系數(shù)達(dá)46.65%。

2.3 成都市降雨量突變分析

對(duì)于，Mann-Kendall非參數(shù)檢驗(yàn)法具有不受樣本值、分布類(lèi)型等的影響，被廣泛應(yīng)用于降水等時(shí)間序列自然事件的趨勢(shì)性分析[3-5]。MK方法通過(guò)繪制成都市年季降水量變化過(guò)程與離差平方和曲線(xiàn)，從而識(shí)別降雨過(guò)程突變?；谇笆鰧?duì)各年季降雨量?jī)A向趨勢(shì)分析經(jīng)驗(yàn)，設(shè)置檢驗(yàn)閾值Z為±1.96，相應(yīng)地p值為0.05水平。成都市春季和夏季降雨量的UF～UB統(tǒng)計(jì)量在1961年相交，考慮到交點(diǎn)起初時(shí)刻不確定性大和變化趨勢(shì)線(xiàn)延續(xù)性，故而確定該年并非突變點(diǎn)，說(shuō)明春夏季節(jié)降水變化不存在突變。秋季降雨量的的UF、UB值在1979年處相交，在1959—1979年期間秋季降雨量呈波動(dòng)起伏特征，在1979—2018年之間主要為減少的特征，由于改點(diǎn)并未觸及閾值線(xiàn)，所以突變并不顯著。冬季降雨量的UF、UB值存在多個(gè)交點(diǎn)，表明其變化趨勢(shì)較復(fù)雜，結(jié)合pettitt檢驗(yàn)，個(gè)突變點(diǎn)，但未通過(guò)5%水平信度檢驗(yàn)，說(shuō)明突變并不顯著（p >0.05）。

2.4 成都市年降水量降水量變化趨勢(shì)空間分布

以14個(gè)站點(diǎn)年降雨資料視為一組隨機(jī)變量，進(jìn)而求得其平均值，在此基礎(chǔ)上先運(yùn)用半方差分析求得其最佳擬合模型及其參數(shù)，再運(yùn)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)中的得到Kriging法進(jìn)行空間插值，得到成都年降水量空間分布如圖4所示。雖然站點(diǎn)分布較少，但半方差分析表明其變程為120km，而最臨近點(diǎn)之間的距離小于這個(gè)尺度，因此可以進(jìn)行空間外推。圖4顯示成都市降雨量呈現(xiàn)自西向東減少的格局。降雨密集區(qū)有2個(gè)，分別為西北部都江堰和西南部山地地區(qū)，降雨量達(dá)1050～1260mm之間，其中前者主要由于背靠康藏高原，暖濕氣流易于收到地形抬升作用而匯集置雨;后者主要由于距離西南季風(fēng)的路徑較近，受西南季風(fēng)影響強(qiáng)烈;東部的丘陵平原地區(qū)降水相對(duì)較少，介于800-1050mm之間。

3? 結(jié)論

我國(guó)西南地區(qū)降雨不僅受太平洋季風(fēng)影響，還受到印度洋西南季風(fēng)密切控制，加上青藏高原高達(dá)地形的影響，導(dǎo)致成都地區(qū)降雨具有復(fù)雜的演變機(jī)制。研究表明近60年來(lái)成都市年季降雨量呈波動(dòng)性變化，總體降雨量呈減少的趨勢(shì)，但由于趨勢(shì)復(fù)雜，未呈現(xiàn)明顯線(xiàn)性特征。變異系數(shù)的大小揭示了年季降雨量波動(dòng)性程度，依次為<冬季（46.65%）年<（20.56%）<夏季（29.34%）春季（36.62%）<秋季（45.21%），說(shuō)明春秋季節(jié)發(fā)生依次2降雨的可能性較大，這對(duì)該地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展與氣候?yàn)?zāi)害防御有不利影響。成都是西南地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的中心，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境變化對(duì)降雨的時(shí)空變異具有緊密響應(yīng)，注重提升氣候變化背景下的城市氣象災(zāi)害防御管理能力是當(dāng)前重要工作內(nèi)容之一。

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