近48 a浙江省不同等級降水變化特征分析

葉 飛，柳 苗

(1．浙江省龍游縣氣象局，浙江 衢州 324400；2．浙江省氣候中心，浙江 杭州 310017)

0 引言

降水是表征氣候變化的重要氣象要素，與人類生產生活關系極其密切，其多寡受太陽輻射、洋流、大氣環(huán)流等變化所控制且變化規(guī)律十分復雜。近年來，為全面了解降水的氣候變化與演變規(guī)律，特別是針對汛期和各季節(jié)降水的分布特征，不少學者進行了相關研究[1-5]，但目的不同，所研究的方向也不盡然相同。有些學者基于降水是洪澇、干旱等災害的關鍵致災因子，主要對降水日數(shù)及強度方面進行研究[6-9]，有些學者將研究側重于不同等級降水日數(shù)等方面的研究，通過氣候趨勢及各類濾波檢驗等氣候診斷方法，著重對不同等級的降水日數(shù)氣候特征和變化趨勢進行了研究[10-14]。

浙江省位于我國東南，屬典型的亞熱帶亞季風區(qū)，人口密集，地區(qū)的經濟發(fā)展和人民生活受降水影響很大。浙江降水日數(shù)多，年平均降水日數(shù)在158 d左右，其中梅雨期、臺汛期極端降水事件多發(fā)，造成的經濟、財產損失和社會影響也很巨大。在過去，不少學者就浙江降水作了許多研究，但研究多在探討浙江省降水量的年及季節(jié)的變化特征，對降水日數(shù)，特別是對降水強度的研究較少[15-21]，或利用站點較少且分布不均勻等造成分析有所偏差。而降水受地形影響較大，需利用更密集的資料做更為詳盡的分析。本文利用浙江省1971—2018年逐日降水資料，從不同等級降水日及降水強度等方面分析浙江省不同等級降水的變化趨勢，以期對浙江降水的變化規(guī)律有進一步的認識，并對生態(tài)環(huán)境建設和防災減災有一定幫助。

1 資料與方法

本研究采用通過國家氣象信息中心審核的浙江省62個站點逐日降水數(shù)據(jù)，考慮到資料完整性，利用1971—2018年的日降水資料作為基礎數(shù)據(jù)。根據(jù)中國氣象局降水等級劃分標準，將前日20時—當日20時的降水總量作為當日日降水量，并將日降水量分為4個等級，其中：小雨為0 mm<降水量<10.0 mm；中雨為10 mm≤降水量<25 mm;大雨為25 mm≤降水量<50 mm;暴雨為50 mm≤日降水量。 降水貢獻率S=Ri/Rsum，式中:Ri表示某等級降水日的總降水量，Rsum表示年降水量；降水強度Q=Ri/Rday，式中:Ri表示某降水等級的總降水量，Rday表示該等級的降水日數(shù)，降水強度顯示該降水等級的降水多少，可以區(qū)分出在同一降水等級下降水的多少。本文所用的分析方法如下：線性趨勢、滑動平均、相關系數(shù)、M-K檢驗，并對上述采用的統(tǒng)計方法進行檢驗。

2 不同等級降水日數(shù)氣候特征

2.1 不同等級降水日數(shù)空間分布特征

浙江省1971—2018年各等級平均降水日數(shù)的空間分布(圖1)顯示，浙江省降水日數(shù)分布存在由北向南遞增的特性，同時受地形影響。年降水日數(shù)大值區(qū)主要在浙東南地區(qū)，其中泰順站年降水日數(shù)最多，為201.7 d；而小值區(qū)出現(xiàn)在浙東北沿海，其中嵊泗站出現(xiàn)最少，為130.4 d。小雨日數(shù)、中雨日數(shù)分布與總日數(shù)接近，均為泰順站最多，嵊泗最少。大雨日數(shù)、暴雨日數(shù)則呈現(xiàn)東北向西南遞增的分布，且隨降水等級的上升，對應的降水日數(shù)迅速減少。48 a間平均小雨日數(shù)為111.9 d，占總降水日數(shù)的70.9%；其次為中雨日，為30.0 d，占總降水日數(shù)的19.0%；大雨日數(shù)為12.0 d，占總降水日數(shù)的7.6%；最少為暴雨日數(shù)，為4.0 d，僅占總降水日數(shù)的2.5%。

2.2 不同等級降水日數(shù)的年際變化

圖2是浙江省不同等級降水日數(shù)序列的M-K檢驗結果。使用M-K檢驗能夠分析序列變化趨勢并檢驗其突變點。總降水量日數(shù)的UF曲線顯示，1971—2018年浙江的降水日數(shù)呈現(xiàn)顯著的減少趨勢，其中在1991年前只是處于震蕩緩慢減少，減少不明顯，自1991—2009年則表現(xiàn)出較快的下降趨勢，而后出現(xiàn)了變化，呈現(xiàn)了震蕩上升趨勢。UF和UB曲線相交于20世紀80年代末，表明浙江的年降水日數(shù)在此發(fā)生了突變，即降水日數(shù)開始出現(xiàn)快速減少的趨勢。

小雨日數(shù)序列的M-K檢驗結果(圖2b)顯示，在1990年之前，小雨日數(shù)一直保持圍繞0點的波動，氣候UF曲線呈下降趨勢，2003年突破0.05顯著性水平，表現(xiàn)出顯著的下降趨勢，UF和UB曲線相交于1992—1993年，說明小雨日數(shù)在此期間發(fā)生突變，由震蕩變化轉化為顯著減少。

圖2c給出了中雨日數(shù)序列的M-K檢驗結果，在2009年之前，氣候UF曲線表現(xiàn)出明顯的下降趨勢，而后出現(xiàn)增加趨勢，UF和UB曲線相交于1982—1983年，由震蕩期轉為顯著減少。

圖2d給出了大雨日數(shù)序列的M-K檢驗結果，大雨日數(shù)一直保持圍繞0點的波動，說明大雨日數(shù)無明顯變化。

圖2e給出了暴雨日數(shù)序列的M-K檢驗結果，在1986年之前，保持圍繞0點的波動，而后氣候UF曲線呈增加趨勢，達到0.01顯著性水平，表現(xiàn)出顯著的增加趨勢，而后在1999—2009年出現(xiàn)一個不明顯的減少趨勢，而后繼續(xù)呈現(xiàn)增加趨勢，其突變點主要在1987—1988年和2000年，其后分別出現(xiàn)了快速增加和減少的趨勢。

3 不同等級降水強度特征及對年降水總量的貢獻

3.1 不同等級降水強度變化特征

1971—2018年浙江省降水日平均降水強度呈現(xiàn)明顯的增加趨勢，增長率為0.317 mm/10 a，已達到了0.01顯著性檢驗。從年代際看，主要分為4個階段，其中1971—1979年主要是快速減少的趨勢，而后在1979—1999年則出現(xiàn)了一個快速增加的階段，在1999—2004年出現(xiàn)了一個緩慢的減少，其后又開始快速增加，2014年后又快速減少。

其它各等級降水來看，各等級降水日平均降水強度均有所增加，增長率分別為小雨0.03 mm/10 a、中雨0.01 mm/10 a、大雨0.098 mm/10 a、暴雨0.9 mm/10 a，其中小雨和大雨的平均降水強度達到了0.05顯著性檢驗。從年代際來看小雨的平均降水強度1985年以前先是減少，而后有所增加，在1999之后則呈現(xiàn)震蕩走勢；中雨沒有明顯的趨勢變化；而大雨則也是出現(xiàn)減少增加而后變化不大的情況，其中1982年前減少，1982—1999年是增加趨勢；暴雨則與其他均有所不同，1999年前基本變化大，而后出現(xiàn)一個快速增加的趨勢。

圖1 1971—2018年浙江省不同等級降水日數(shù)空間分布(單位：d)： (a)總降水日數(shù)；(b)小雨日數(shù)；(c)中雨日數(shù)；(d)大雨日數(shù)；(e)暴雨日數(shù)Fig.1 The spatial distribution of precipitation days of different grades in Zhejiang during 1971 to 2018(Unit：d)：(a)Annual rain days;(b)light rain days;(c)moderate rain days;(d)heavy rain days;(e)rainstorm days

圖2 1971—2018年浙江省不同等級降水日數(shù)時間變化的M-K檢驗：(a)總降水日數(shù)；(b)小雨日數(shù)；(c)中雨日數(shù)；(d)大雨日數(shù)；(e)暴雨日數(shù)Fig.2 M-K test variation of precipitation days of different grades in Zhejiang province from 1971 to 2018：(a)Annual rain days;(b)light rain days;(c)moderate rain days;(d)heavy rain days;(e)rainstorm days

從空間分布上看，浙江省降水日平均降水強度全部為增加趨勢，其中66個站中有41個站通過0.05信度檢驗，其中未通過信度檢驗的地區(qū)主要是湖州、紹興、浙西南等。并從西北到東南增加趨勢呈增大情況，其高值中心位于東南沿海地區(qū)，副高值中心位于麗水地區(qū)和寧波及臺州沿海地區(qū)；其低值區(qū)則處于湖州、紹興兩個地區(qū)。小雨日降水強度大部分均為增加趨勢，66個站中有61站小雨降水強度是增加的，但只有7個站通過0.05信度檢驗；中雨則為40站增加，其中4站通過顯著性檢驗；大雨為44站增加，其中5站通過顯著性檢驗；暴雨則為52站有所增加，其中9站通過顯著性檢驗。

圖3 1971—2018年浙江省不同等級降水強度時間變化：(a)總降水日；(b)小雨；(c)中雨；(d)大雨；(e)暴雨Fig.3 The variation of precipitation intensity of different grades during 1971 to 2018 in Zhejiang：(a)Annual rain;(b)light rain;(c)cmoderate rain;(d)heavy rain;(e)rainstorm

圖4 1971—2018年浙江省不同等級降水強度年紀變化趨勢空間分布(單位：mm/10a)：(a)總降水日；(b)小雨；(c)中雨；(d)大雨；(e)暴雨陰影區(qū)表示通過0.05顯著性水平檢驗Fig.4 Distribution of precipitation intensity changes of different grades during 1971 to 2018 in Zhejiang(Unit：mm/10a)：(a)Annual rain;(b)light rain;(c)moderate rain;(d)heavy rain;(e)rainstorm

3.2 不同等級降水對年降水量的貢獻變化

從表1中，我們可以得到48 a氣候平均的各等級對年降水量的貢獻率、最多(少)5 a各等級的貢獻率及氣候傾向率，結果顯示：①對年降水量最大的是中雨，占年降水量的31.70%，其次為大雨，占27.11%，最低的為暴雨，占20.09%；②從年降水量最多(少)5 a的占比情況來看，在最多和最少5 a中，小雨占比與降水量呈明顯的反相關，大雨和暴雨占比變化則與降水量一致，但在降水最大的5 a中，中雨和暴雨的占比較平均增加不多，大雨占比增加較多，在降水量最少5 a中則是大雨占比較平均無大變化，但暴雨有較大幅度的減少；③從氣候傾向率來看，小雨和中雨的占比均有所減少，大雨變化不明顯，但暴雨占比增加較快，其中小雨、中雨、暴雨的氣候傾向率通過了99%的置信度檢驗。

近幾年暴雨日數(shù)和暴雨雨量占比顯著增加，可能與全球變暖造成的暖區(qū)暴雨增多有關，圖5為浙江省年平均氣溫時間變化圖，增加趨勢明顯，增長率為0.37 mm/10 a，并達到顯著性檢驗。其中，1986年前為震蕩期，其后上升趨勢明顯，而暴雨日在1987—1988年發(fā)生突變(圖2e)，轉為快速增長期，兩者表現(xiàn)出一定的相關性。值得注意的是，1997年以后氣溫均高于平均值，而有趣的是，暴雨強度在1999后出現(xiàn)快速增加的趨勢(圖3e)，年平均溫度的變化同樣對暴雨強度也表現(xiàn)出一定的相關性。

表1 浙江省不同等級降水對年降水量的貢獻Tab.1 The contribution of different grades of precipitation to annual precipitation in Zhejiang Province

圖5 1971—2018年浙江省年平均溫度時間變化Fig.5 The variation of average annual temperature during 1971 to 2018 in Zhejiang

4 結論與討論

①浙江省降水日數(shù)分布存在由北向南遞增，同時受地形影響。小雨日數(shù)、中雨日數(shù)分布與總日數(shù)接近，大雨日數(shù)、暴雨日數(shù)則呈現(xiàn)東北向西南遞增的分布。48 a間平均小雨占總降水日數(shù)的70.9%；中雨占19.0%，大雨占7.6%，最少為暴雨日數(shù)，僅占2.5%。

②浙江降水日數(shù)以減少趨勢為主，其中在20世紀80年代末發(fā)生了突變，降水日數(shù)快速減少；小雨日數(shù)呈下降趨勢，表現(xiàn)出顯著的下降趨勢，于1992—1993年發(fā)生突變，由震蕩變化轉化為顯著減少。中雨日數(shù)在1982—1983年突變，由震蕩期轉為顯著減少。大雨日數(shù)無明顯變化。暴雨日數(shù)在1986年之后呈顯著增加趨勢。

③浙江省降水日平均降水強度呈現(xiàn)明顯的增加趨勢，增長率為0.317 mm/10 a。其它各等級降水日平均降水強度均有所增加，增長率分別為小雨0.03 mm/10 a、中雨0.01 mm/10 a、大雨0.098 mm/10 a、暴雨0.9 mm/10 a，其中小雨和大雨的平均降水強度達到了0.05顯著性檢驗。從空間分布上，浙江省降水日平均降水強度全部為增加趨勢，其中66個站中有41個站通過0.05信度檢驗，小雨日降水強度有61站增加，中雨為40站增加，大雨為44站增加，暴雨則有52站增加。

④對年降水量貢獻最大的是中雨，其次為大雨，最低的為暴雨；在最多和最少5 a中，小雨占比與降水量呈明顯的反相關，大雨和暴雨占比變化則與降水量一致，但在降水最大的5 a大雨占比增加較多，在降水量最少5 a暴雨有較大幅度的減少；小雨和中雨的占比均有所減少，暴雨占比增加較快。近幾年暴雨日數(shù)和暴雨雨量占比顯著增加，可能與浙江省氣溫增暖有一定聯(lián)系。

1971—2018年浙江總降水日數(shù)先減后增、小雨日、中雨日則顯著減少，暴雨日顯著增多，但降水日平均降水強度則呈現(xiàn)明顯增加趨勢，這對暴雨洪澇的形成產生重要影響，但具體影響狀況還需進一步探索，且對影響不同等級降水的氣象條件(水汽輸送、大氣環(huán)流等)需進一步開展研究。