近47年黃石市降水變化特征分析

宋鴿 羅嘉 涂姍姍

摘要 根據(jù)黃石市3個國家氣象觀測站1973—2019年的降水量資料，采用線性傾向估計、M-K突變檢驗和異常分析方法對近47年來黃石市降水變化特性進行分析。結(jié)果表明，近47年來黃石市年降水量呈不顯著的上升趨勢，2001—2010年的年降水量明顯偏少，2011—2019年的年降水量恢復(fù)到20世紀90年代水平;降水量主要集中在春季和夏季，春季和秋季降水量均呈現(xiàn)出波動下降趨勢，夏季和冬季降水量均呈波動上升趨勢。近47年來黃石市沒有出現(xiàn)降水異常偏多年和降水異常偏少年。

關(guān)鍵詞 降水;趨勢變化;Mann-Kendall突變檢驗;異常分析

中圖分類號 S161.6? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2022）07-0207-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.07.049

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

Analysis on the Change Characteristics of Precipitation in Huangshi City in Recent 47 Years

SONG Ge1，2， LUO Jia1， TU Shan-shan1

（1. Hubei Public Meteorological Service Center， Wuhan， Hubei 430074;2. Chengdu University of Information Technology， Chengdu， Sichuan 610225）

Abstract Based on the precipitation data of Huangshi from 1973 to 2019， the variation characteristics of precipitation in Huangshi during the past 47 years were investigated using linear tendency analysis， M-K mutation test and anomalous analysis. The results show that the annual precipitation in Huangshi during the past 47 years exhibited an insignificant upward trend;the precipitation in the 2000s was obviously less， and the precipitation in the 2010s improved to the value in the 1990s. The precipitation in Huangshi during the past 47 years mainly concentrated in spring and summer;the precipitation in spring and autumn showed a downward trend， while the precipitation in summer and winter showed an upward trend. There were no anomalous plenty and deficient rainfall years during the past 47 years in Huangshi.

Key words Precipitation;Trend variation;M-K mutation test;Anomalous analysis

降水是氣候的一個基本要素，其缺乏明顯的全球性趨勢，但全球氣候變暖會使其時空分布特征產(chǎn)生明顯的變化[1-2]。降水在空間分布上的不均勻及時間變化上的不穩(wěn)定性是引起干旱、洪澇的直接原因，嚴重影響了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。黃石市位于湖北省東南部，其獨特的地理環(huán)境及城市化進程等因素使其降水等氣候變化具有自身的特點[3-8]。一些學(xué)者對黃石市降水的氣候變化進行了研究[5-8]，如韓雪婷等[7]采用線性傾向估計方法對黃石市1954—2013年降水等氣候變化進行分析;陳幼姣等[8]采用旋轉(zhuǎn)經(jīng)驗正交函數(shù)分解對黃石市1958—2017年降水量時空變化特征進行分析。筆者根據(jù)黃石市3個國家氣象觀測站1973—2019年的降水量資料，采用線性傾向估計、M-K突變檢驗和異常分析等方法[9-10]對近47年來黃石市降水變化特性進行分析，為政府部門及科研單位有關(guān)水資源政策的制定及研究方向提供依據(jù)。

1 資料與方法

選取黃石市所屬黃石、大冶和陽新3個國家氣象觀測站1973—2019年的逐日降水量資料，通過算術(shù)平均得到黃石市逐日平均降水量。按春季（3—5月）、夏季（6—8月）、秋季（9—11月）和冬季（12月—次年2月）來劃分四季，采用線性傾向估計、Mann-Kendall突變檢驗和異常分析法對近47年來黃石市降水量變化趨勢進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 黃石市年降水量變化特征分析

從圖1可以看出，1973—2019年黃石市年降水量總體上呈增加趨勢，氣候傾向率為16.07 mm/10 a，但未通過α=0.10的顯著性檢驗，表明增加趨勢不顯著。47年間黃石市年降水量波動起伏變化較大，大旱大澇年份頻繁發(fā)生，如1978—1979、1985、2006—2007、2013年降水量普遍偏低，1983、1989、1998—1999、2010、2016—2017年降水量普通偏多。47年來年降水量的平均值為1 479.778 mm，最大和最小年降水量分別為2 433.633 mm（2017年）和997.967 mm（2013年），兩者相差1 435.666 mm，差距較大。從年代際來看，20世紀70年代、80年代、90年代、2001—2010年和2011—2019年的平均年降水量分別為1 428.271、1 490.483、1 556.347、1 358.437和1 563.415 mm，可見20世紀70—90年代年降水量逐漸增多，2001—2010年降水明顯偏少，遠低于47年的平均值，2011—2019年降水量恢復(fù)到20世紀90年代水平，遠高于47年的平均值。

利用M-K 突變檢驗法研究降水變化趨勢以及突變情況，如圖2所示。由圖2可知，1973—2019年黃石市年降水量的UF曲線與UB曲線在不同的時間段內(nèi)存在多個交點，但并未超過α=0.05顯著性水平臨界線（±1.96），所以無法判斷是否發(fā)生突變現(xiàn)象。

2.2 黃石市月降水量變化特征分析

從圖3可以看出，1973—2019年黃石市月降水量呈單峰型分布，1—6月降水量呈逐月增多的趨勢，7—12月呈逐月減少的趨勢;月降水量峰值出現(xiàn)在6月，為252.075 mm，是47年來月降水量平均值（123315 mm）的2.044倍;月降水量最少出現(xiàn)在12月，僅為41.060 mm，是47年來月降水量平均值的33.297%。另外，汛期（5—9月）降水量為867.311 mm，占全年降水量的58611%，可見降水量主要集中在汛期。

2.3 黃石市季降水量變化特征分析

從圖4可以看出，1973—2019年黃石市降水量隨季節(jié)變化較為明顯，降水量主要集中在春季和夏季，春季和夏季的降水量占全年降水量的72.069%;秋冬季降水量較少，冬季最少，僅占全年降水量的12.420%。

從近47年黃石市各季降水量的演變趨勢（圖5）可以看出，春季和秋季降水量均呈現(xiàn)出波動下降趨勢，氣候傾向率分別為-8.71和-8.55 mm/10 a，這2個季節(jié)降水量減少趨勢基本相同;而夏季和冬季降水量均呈波動上升趨勢，氣候傾向率分別為22.58和15.42 mm/10 a，夏季降水量增加趨勢大于冬季。另外，春季、夏季和秋季降水量趨勢系數(shù)未通過α=0.10的顯著性檢驗，增加或下降趨勢不顯著，而冬季降水量上升趨勢相對較顯著（P<0.05）。由于四季降水量變化趨勢各異，致使年降水量波動變化，上升趨勢并不顯著。

從年代際來看（圖6），春季、夏季和秋季的降水量隨年代變化較為明顯，而冬季降水量隨年代變化呈上升趨勢。春季、夏季、秋季和冬季降水量最大值分別發(fā)生在20世紀70年代、90年代、80年代和2011—2019年，而春季、夏季和秋季降水量最小值均發(fā)生在2001—2010年，冬季降水量最小值發(fā)生在20世紀70年代;由于降水主要集中在春季和夏季，故2001—2010年的年降水量最少。

從四季降水量的M-K突變檢驗（圖7）可以看出，1973—2019年春秋兩季降水量UF曲線與UB曲線出現(xiàn)了多個交點，但并未超過α=0.05顯著性水平臨界線（±1.96），所以無法判斷是否發(fā)生突變現(xiàn)象。夏季降水量的UF曲線雖然超過了α=0.05顯著性水平臨界線，但在1973—1979年與UB曲線有多個交點，所以無法判斷準確的突變時間點;2001—2010年之后又出現(xiàn)多個交點，但UF曲線都沒有超過α=0.05顯著性水平臨界線，所以不能斷定突變點。冬季降水量的UF曲線變幅最大，雖然在2019年左右超過了α=005顯著性水平臨界線，但在置信區(qū)間內(nèi)與UB曲線出現(xiàn)了多個交點，所以無法準確判斷突變點。

2.4 黃石市降水量異常特性分析

降水距平百分率（D p）反映一段時期內(nèi)水文要素偏離同期多年平均值的程度，可以用來表征降水量是否發(fā)生異常。根據(jù)降水異常等級標準[10]，D p≥80%為降水異常偏多，50%≤D p<80%為降水顯著偏多，20%<D p<50%為降水偏多，-20%≤D p≤20%為降水正常，-50%<D p<-20%為降水偏少，-80%<D p≤-50%為降水顯著偏少，D p≤-80%為降水異常偏少。

從1973—2019年黃石市年和四季降水量的降水距平百分率年際變化（圖8）可以看出，黃石市無降水異常偏多、異常偏少和顯著偏少年出現(xiàn)，顯著偏多年出現(xiàn)過1次（2017年）;春季降水異常偏多、異常偏少均未出現(xiàn)，顯著偏多出現(xiàn)過2次（1973和1977年），顯著偏少出現(xiàn)過1次（2011年）;夏季降水異常偏多出現(xiàn)3次（1998、1999和2017年），異常偏少未出現(xiàn)，顯著偏多和顯著偏少各出現(xiàn)2次（分別是1996、2016年和1978、2000年）;秋季降水異常偏多出現(xiàn)3次（1981、1983和1989年），異常偏少未出現(xiàn)，顯著偏多出現(xiàn)4次（1975、2000、2005和2014年），顯著偏少出現(xiàn)7次（1974、1979、2001、2004、2007、2013和2019年）;冬季降水異常偏多出現(xiàn)1次（2002年），異常偏少沒有出現(xiàn)，顯著偏多出現(xiàn)3次（1997、2018和2019年），顯著偏少出現(xiàn)過2次（1978和1998年）。

3 結(jié)論

（1）1973—2019年黃石市年降水量呈不顯著的增加趨勢，2001—2010年的年降水量明顯偏少，2011—2019年的年降水量恢復(fù)到20世紀90年代水平;降水量主要集中在春季和夏季，秋季次之，冬季最少;春季和秋季降水量均呈波動下降趨勢，夏季和冬季降水量均呈波動上升趨勢，其中夏季降水量上升最快，且冬季降水量上升趨勢相對較顯著（P<0.05）。

（2）近47年來黃石市沒有出現(xiàn)降水異常偏多年和降水異常偏少年。四季中，春季降水沒有出現(xiàn)異常偏多和異常偏少;夏季降水異常偏多出現(xiàn)3次（1998、1999和2017年），沒有出現(xiàn)異常偏少;秋季降水異常偏多出現(xiàn)3次（1981、1983和1989年），沒有出現(xiàn)異常偏少;冬季降水異常偏多出現(xiàn)過1次（2002年），沒有出現(xiàn)異常偏少。

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