近59年江漢平原降水氣候變化特征分析

鄧艷君 鄭治斌 張倫瑾 劉凱文 黃永平

摘要：基于1960—2018年江漢平原12個氣象觀測站逐日降水資料，計算降水量、降水日數(shù)、降水強度以及極端降水量，采用線性擬合、趨勢分析以及Mann-Kendall突變檢驗等方法，分析江漢平原降水的氣候變化特征。結果表明，江漢平原降水量春夏多、秋冬少，空間分布由南向北遞減。年降水量總體呈緩慢增長趨勢，遞增速率24.63 mm/10年，但季節(jié)分配不均勻。Mann-Kendall突變檢驗結果顯示，1978年為年降水量的突變年份。年均降水日數(shù)總體呈明顯減少趨勢，1983年為降水日數(shù)的突變年份，從1996年開始降水日數(shù)遞減速率急劇增大。降水強度四季變化趨勢與年變化趨勢一致，均總體呈增強趨勢，其中春、夏季遞增速率高于年遞增速率，秋、冬呈微弱增長趨勢，降水強度的突變年份為1979年。極端降水量指標均總體呈緩慢增加趨勢。江漢平原降水在時間上分布較為集中，強降水發(fā)生概率增大。20世紀60—70年代屬少雨期，極端旱年多發(fā)生于此時段;20世紀80年代初、90年代中后期年降水量及極端降水量明顯偏多，降水強度偏強，極端澇年集中出現(xiàn)在此時段。

關鍵詞：江漢平原;降水量;降水日數(shù);降水強度;極端降水

中圖分類號：P467;S161.6

文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2020）16-0268-10

江漢平原位于“千湖之省”湖北省中南部，由長江與漢江沖積而得名，主要包括荊州市、荊門市及仙桃、潛江、天門3個省直管市。江漢平原雨熱同季，湖泊濕地眾多，素有“魚米之鄉(xiāng)”的美譽。江漢平原是重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)，也是著名的水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)，在湖北省經(jīng)濟發(fā)展中占有重要地位。研究該地區(qū)的降水氣候特征，防止旱澇變化對江漢平原農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、濕地保護、生態(tài)安全造成不良影響具有十分重要的意義[1]。

在全球變暖的氣候背景下，我國不同區(qū)域的降水氣候特征出現(xiàn)了明顯變化，旱澇發(fā)生頻率呈增加趨勢，氣象學者對氣候變化作了大量研究[2-5]。研究表明，從20世紀50年代中期開始，全球年降水量呈下降趨勢[6-7]。林學椿等分析了1955—1989年我國160個氣象站的降水資料，發(fā)現(xiàn)我國年降水量也呈減少趨勢[8]。一些學者對湖北省、江漢平原的降水氣候特征進行了分析，結果發(fā)現(xiàn)，湖北年降水量呈增加趨勢，且江漢平原年降水量遞增速率高于其他地區(qū)[9-13]。學者們主要通過分析降水量、雨日、不同等級降水事件等指標的時空演變規(guī)律和突變時間，來研究降水的氣候變化特征[14-18]。本研究在前人研究（資料更新到2018年）的基礎上，選取降水量、降水日數(shù)、大雨日數(shù)、暴雨日數(shù)、降水強度、極端降水量等指標，利用趨勢分析和Mann-Kendall（M-K）突變檢驗[19]等方法，分析江漢平原近59年降水的氣候變化特征，以期為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)安全、防災減災提供參考依據(jù)。

1 資料與方法

選取江漢平原12個氣象站1960—2018年的逐日降水資料，計算降水量、降水日數(shù)、大雨日數(shù)、暴雨日數(shù)、降水強度、最大旬降水量、最大5日降水量以及最大3日降水量等指標，采用線性擬合和趨勢分析方法計算相應的氣候傾向率，同時采用Mann-Kendall（M-K）突變檢驗法對年降水量、年降水日數(shù)、年降水強度進行突變檢驗，判斷突變時間。本研究采用的季節(jié)劃分為：春季3—5月、夏季6—8月、秋季9—11月、冬季12月至次年2月。評價指標的定義如表1所示，江漢平原評價指標的計算采用12個氣象站的平均值。

2 結果與分析

2.1 降水量變化特征

2.1.1 降水量月變化 如圖1所示，江漢平原降水量表現(xiàn)為春夏多、秋冬少。12月降水量最少，月平均降水量為28.4 mm，受3—4月春季連陰雨及5—6月梅雨天氣的影響，降水量增加，6月份達到最大值，為184.2 mm，之后受7—8月伏旱天氣影響，降水量迅速下降，7—9月平均每10 d下降14.9 mm。9—10月受秋季陰雨天氣影響，降水量下降緩慢，進入冬季后又明顯下降。

2.1.2 降水量年變化 根據(jù)年降水量變化趨勢（圖2）可知，1960—2018年江漢平原年降水量平均值為 1 257.9 mm，降水量最多的年份出現(xiàn)在1983年（1 694.5 mm），最少的年份出現(xiàn)在1966年（892.0 mm），年降水量總體呈緩慢增加趨勢，遞增速率為24.63 mm/10年。20世紀60年代到20世紀80年代初期、21世紀00年代后期到21世紀10年代為降水量偏少的時段，20世紀80年代初期到21世紀00年代中期為降水量偏多的時段。由 M-K 突變檢驗結果可知，UF（樣本數(shù)據(jù)序列的標準化）基本維持在0線以上，表明年降水量呈增多趨勢，但20世紀60—70年代，UF波動較大，20世紀80年代中期到21世紀初期，UF總體呈上升趨勢，21世紀00年代中期到21世紀10年代中期，UF呈下降趨勢，且UF僅有1年超過信度的上限，說明年降水量總體增多趨勢不顯著。20世紀60—70年代，在置信區(qū)間內(nèi)UF和UB（逆序樣本數(shù)據(jù)的標準化）曲線有多次相交，從1978年相交開始，UF出現(xiàn)上升趨勢，到2004年達到顯著性水平，之后總體表現(xiàn)為緩慢下降趨勢，因此1978年為降水量的突變年份。

2.1.3 降水量季節(jié)變化 如圖3所示，江漢平原1960—2018年春季平均降水量為396.2 mm，其中最大值為720.2 mm，出現(xiàn)在2002年，最小值為200.6 mm，出現(xiàn)在2011年，近59年在波動中呈緩慢增加趨勢，遞增速率為2.96 mm/10年。江漢平原1960—2018年夏季平均降水量為503.6 mm，其中最大值為985.8 mm，出現(xiàn)在1980年，最小值為158.1 mm，出現(xiàn)在1972年，近59年在波動中呈增加趨勢，遞增速率為18.1 mm/10年。江漢平原1960—2018年秋季平均降水量為235.6 mm，其中最大值為479.4 mm，出現(xiàn)在1983年，最小值為 60.1 mm，出現(xiàn)在1991年，近59年在波動中呈減少趨勢，遞減速率為 2.53 mm/10年。江漢平原1960—2018年冬季平均降水量為123.1 mm，其中最大值為235.7 mm，出現(xiàn)在1989年，最小值為 49.3 mm，出現(xiàn)在1998年。近59年在波動中呈增加趨勢，遞增速率為5.43 mm/10年。

2.1.4 降水量年際變化 分析江漢平原不同年代平均年降水量的空間分布，從圖4可以看出，在時間上，平均年降水量總體呈現(xiàn)增多的趨勢（21世紀00年代略有下降），在空間上總體呈南多北少趨勢。20世紀60年代，平均年降水量江漢平原北部為943.7～1 100.0 mm，南部為1 100.0～1 270.8 mm，由北向南增多;20世紀70年代，平均年降水量江漢平原西北部和中部為 901.8～1 100.0 mm，江漢平原東南部和松滋市局部平均年降水量為1 100.1～1 321.4 mm，由西北向東南增多;20世紀80年代，平均年降水量江漢平原西北部為983.8～1 100.0 mm，東南部和西南部為1 200.0～1 433.8 mm，其他地區(qū)為1 100.1～1 200.0 mm，由西北向東南增多;20世紀90年代，平均年降水量江漢平原西北部為966.2～1 200.0 mm，東南部為 1 200.1～1 495.1 mm，由西北向東南增多;21世紀00年代，平均年降水量江漢平原北部為961.7～1 100.0 mm，南部為1 100.1～1 311.2 mm，由北向南增多;21世紀10年代，平均年降水量江漢平原北部為924.2～1 200.0 mm，南部為1 200.1～1 450.7 mm，由北向南增多。20世紀80～90年代是近59年平均年降水量最多的時段，20世紀60年代是近59年平均年降水量最少的時段。

2.2 降水日數(shù)變化

2.2.1 降水日數(shù)變化 根據(jù)年均降水日數(shù)變化趨勢（圖5）可知，江漢平原1960—2018年平均年降水日數(shù)為139.6 d，年降水日數(shù)最大值出現(xiàn)在1973年（168.7 d），最小值出現(xiàn)在2011年（107.5 d），近59年年降水日數(shù)總體呈明顯減少趨勢（通過0.5信度的顯著性檢驗），遞減速率為3.9 d/10年;四季中春、秋季呈顯著減少趨勢（通過0.01信度的顯著性檢驗），夏、冬季呈增加趨勢（圖略）。年降水日數(shù)20世紀60年代至70年代中期偏多，20世紀70年代末至90年代中期持平，20世紀90年代末以來偏少，特別是進入21世紀以來，降水日數(shù)明顯偏少。從M-K突變檢驗結果可知，1983年為降水日數(shù)的突變年份，之后UF<0，且呈下降趨勢，從1996年開始UF超過信度的下限，降水日數(shù)下降趨勢顯著。

2.2.2 大雨日數(shù)變化 根據(jù)大雨日數(shù)距平變化趨勢（圖6）可知，江漢平原1960—2018年平均大雨日數(shù)為13.8 d，近59年年大雨日數(shù)最大值出現(xiàn)在1983年（22.6 d），最小值出現(xiàn)在1966年（7.7 d），大雨日數(shù)總體呈緩慢增加趨勢，遞增速率為0.54 d/10年;20世紀60年代至80年代初總體呈明顯增加趨勢，20世紀80年代初至90年代初呈波動變化趨勢，20世紀90年代中后期以來總體呈減少趨勢。

2.2.3 暴雨日數(shù)變化 江漢平原1960—2018年暴雨日數(shù)變化趨勢不明顯，且存在明顯的年代際變化。根據(jù)暴雨日數(shù)距平變化趨勢（圖7）可知，江漢平原1960—2018年平均暴雨日數(shù)為4.1 d，年平均暴雨日數(shù)最大值出現(xiàn)在1980年（8.1 d），最小值出現(xiàn)在1984年（0.9 d），近59年暴雨日數(shù)總體呈緩慢增加趨勢，遞增速率為0.24 d/10年;20世紀60—70年代，暴雨日數(shù)以偏少為主，20世紀70年代末、20世紀90年代中后期暴雨日數(shù)發(fā)生由少向多急劇轉(zhuǎn)變趨勢。

2.3 降水強度變化

2.3.1 年降水強度變化 根據(jù)降水強度距平變化趨勢（圖8）可知，江漢平原1960—2018年平均降水強度為 9.1 mm/d，年平均降水強度最大的年份出現(xiàn)在2004年（12.0 mm/d），最小年份出現(xiàn)在1966年（6.2 mm/d），年平均降水強度總體呈明顯增強趨勢（通過0.5信度的顯著性檢驗），遞增速率為 0.43 mm/（d·10年）。從 M-K突變檢驗結果可以看出，年平均降水強度的突變年份為1979年，從1967年開始，UF>0，年平均降水強度增大，從1979年開始UF呈明顯上升趨勢，從1987年開始UF超過信度的上限，年平均降水強度增加趨勢顯著。

2.3.2 四季降水強度變化 由圖9可知，江漢平原1960—2018年春季平均降水強度為9.1 mm/d，最大值為13.7 mm/d，出現(xiàn)在1998年，最小值為 4.9 mm/d，出現(xiàn)在1997年，春季降水強度總體呈增強趨勢，遞增速率為0.44 mm/（d·10年）。江漢平原1960—2018年夏季平均降水強度為14.4 mm/d，最大值為21.4 mm/d，出現(xiàn)在2004年，最小值為 7.0 mm/d，出現(xiàn)在1972年，近59年總體呈增強趨勢，遞增速率為 0.50 mm/（d·10年）。江漢平原1960—2018年秋季平均降水強度為7.3 mm/d，最大值為14.2 mm/d，出現(xiàn)在1983年，最小值為 2.5 mm/d，出現(xiàn)在1991年，近59年總體呈微弱的增強趨勢，遞增速率為0.2 mm/（d·10年）。江漢平原1960—2018年冬季平均降水強度為4.1 mm/d，最大值為6.8 mm/d，出現(xiàn)在1993年，最小值為 1.6 mm/d，出現(xiàn)在1963年，近59年總體呈增強趨勢，遞增速率為0.3 mm/（d·10年），進入21世紀以來，強度明顯增強。

江漢平原1960—2018年降水強度變化趨勢明顯，四季與年均降水強度均總體呈增強趨勢，其中春、夏季遞增速率高于年遞增速率。年均及四季降水強度年代際變化均是明顯的，年均、秋季及冬季降水強度在20世紀60—70年代明顯偏弱，20世紀90年代末以來明顯偏強。

2.4 極端降水特征

2.4.1 最大旬降水量 分析最大旬降水量距平變化趨勢，由圖10可知，江漢平原1960—2018年平均最大旬降水量為176.7 mm，年最大旬降水量最大值出現(xiàn)在1991年（396.2 mm），最小值出現(xiàn)在1978年（101.4 mm），近59年年最大旬降水量總體呈緩慢增加趨勢，遞增速率為3.03 mm/10年。

2.4.2 最大5日降水量變化 根據(jù)最大5日降水量距平變化趨勢（圖11）可知，江漢平原1960—2018年平均最大5日降水量為161.2 mm，近59年年最大5日降水量最大值出現(xiàn)在1991年（253.1 mm），最小值出現(xiàn)在1978年（100.7 mm），近59年年最大5日降水量總體呈緩慢增加趨勢，遞增速率為 2.93 mm/10年。

2.4.3 最大3日降水量變化 根據(jù)最大3日降水量距平變化趨勢（圖12）可知，江漢平原1960—2018年平均最大3日降水量為141.3 mm，近59年年最大3日降水量最大值出現(xiàn)在1991年、2003年（213.9 mm），最小值出現(xiàn)在1978年（87.0 mm），近59年年最大3日降水量總體呈微弱增加趨勢，遞增速率為1.83 mm/10年。

根據(jù)江漢平原多年水情變化、降水量/降水強度年、季節(jié)變化以及極端降水特征分析結果，并結合江漢平原近60年旱澇災情得出，江漢平原極端旱澇年份如下：極端旱年共8年，為1966、1968、1971、1972、1976、1978、1985、2000、2011年;極端澇年共10年，為1969、1980、1983、1991、1996、1998、1999、2004、2010、2016年。

3 結論與討論

通過對江漢平原12個氣象觀測站1960—2018年降水量、降水日數(shù)、降水強度以及極端降水特征的分析，得出以下結論：（1）江漢平原降水量春夏多、秋冬少。年降水量總體呈緩慢增長趨勢，遞增速率24.63 mm/10年，但季節(jié)分配不均勻，秋季降水減少，春、夏、冬季降水量增加，其中夏季遞增速率為18.1 mm/10年，增長最快。不同年代平均年降水量在時間上總體呈增多趨勢，在空間上由北向南遞增，20世紀80—90年代是近59年平均年降水量最多的時段，60年代是近59年平均降水量最少的時段。M-K突變檢驗結果顯示，1978年為降水量的突變年份，在所研究的時間段內(nèi)UF基本維持在0線以上，表明年降水量呈增多趨勢，僅1年超過信度的上限，說明年降水量總體增多趨勢不顯著。（2）年均降水日數(shù)總體減少，其中春、秋季呈顯著減少趨勢，夏、冬季呈增加趨勢。M-K突變檢驗結果顯示，1983年為降水日數(shù)的突變年份，之后 UF<0，且呈下降趨勢，從1996年開始UF超過信度的下限，降水日數(shù)下降趨勢顯著，降水日數(shù)遞減速率急劇增大。大雨和暴雨日數(shù)有所增加，反映了江漢平原降水在時間上分布較為集中，強降水發(fā)生幾率增大。（3）年平均降水強度呈明顯增強趨勢，遞增速率為0.43 mm/（d·10年）。從M-K突變檢驗結果可以看出，降水強度的突變年份為1979年，從1967年開始，UF>0，年平均降水強度增大，從1979年開始UF呈明顯上升趨勢，從1987年開始UF超過信度的上限，降水強度增加趨勢顯著。四季降水強度變化趨勢與年均降水強度變化趨勢一致，均呈增強趨勢，其中春、夏季遞增速率高于年遞增速率，秋、冬季呈微弱增長趨勢。（4）年最大旬降水量、年最大5日降水量、年最大3日降水量均呈緩慢增加趨勢。（5）總體上，年均降水量增多、降水日數(shù)減少、大雨日數(shù)和暴雨日數(shù)增多、降水強度增強、極端降水呈緩慢增加趨勢。春、夏季降水量和降水強度增多、增強，反映了江漢平原降水在時間上分布較集中，強降水發(fā)生概率增大。（6）20世紀60—70年代屬少雨期，期間年降水量及極端降水量明顯偏少，降水日數(shù)偏多，降水強度明顯偏弱，極端旱年多發(fā)生于此時段;20世紀80年代初、90年代中后期年降水量及極端降水量明顯偏多，大雨和暴雨日數(shù)、降水強度偏多、偏強并達到歷史極值，極端澇年集中出現(xiàn)在此時段。

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