張　皓，金昭貴，劉宇鵬，袁仕鋒，許　毅，李　娟，滕萬(wàn)里，王祿靜，李龍玲，許仍祥

(1.清鎮(zhèn)市氣象局，貴州 清鎮(zhèn)　550014； 2.貴州省山地環(huán)境氣候研究所，貴州 貴陽(yáng)　550002)

氣候變化作為一個(gè)影響全人類(lèi)生存發(fā)展的重大問(wèn)題越來(lái)越受到各方的關(guān)注，有關(guān)氣候變化的研究成果也多見(jiàn)諸報(bào)道。林婧婧等[1]在中國(guó)氣候態(tài)變化特征及其對(duì)氣候變化的影響中運(yùn)用氣候評(píng)價(jià)等級(jí)指標(biāo)和極值標(biāo)準(zhǔn)對(duì)中國(guó)歷年基本氣象要素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行了定量分析；徐梅等[2]采用Mann-Kendall非參數(shù)統(tǒng)計(jì)對(duì)天津市近20 a酸雨變化特征及趨勢(shì)進(jìn)行了分析；晏紅明等[3]通過(guò)相關(guān)性、合成分析等方法討論了歐亞大陸熱力差異與中國(guó)降水異常的關(guān)系；陳丹等[4]借助經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分解、距平合成和相關(guān)分析等方法，對(duì)西南地區(qū)夏季大氣水汽含量及其與南亞高壓關(guān)系進(jìn)行了研究；嚴(yán)小冬等[5]分析了貴州近50 a氣溫時(shí)空分布特征；劉益蘭[6]通過(guò)貴陽(yáng)近80 a氣溫變化的小波分析，得到小波波幅中心間的周期增長(zhǎng)、波幅加強(qiáng)與貴陽(yáng)溫度增暖期和變冷期的關(guān)系。清鎮(zhèn)市地處貴陽(yáng)市以西22 km，域內(nèi)農(nóng)業(yè)、旅游等資源豐富。清鎮(zhèn)國(guó)家一般氣象觀測(cè)站，始建于1956年，積累了大量的氣象數(shù)據(jù)，作者以清鎮(zhèn)市1965—2015年降水量為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)降水量的變化特征、趨勢(shì)分析、周期變化等方面的分析以期為清鎮(zhèn)市氣候變化研究及決策服務(wù)提供依據(jù)。

1　材料與方法

1.1　材料

分析的數(shù)據(jù)選取于1965—2015年清鎮(zhèn)國(guó)家一般氣象觀測(cè)站降水量數(shù)據(jù)。清鎮(zhèn)國(guó)家一般氣象觀測(cè)站自1956年建站，一直進(jìn)行降水連續(xù)觀測(cè)。

1.2　方法

采用EXCLE 2007、SPSS 20.0，計(jì)算1965—2015年清鎮(zhèn)市春、夏、秋、冬及全年的平均降水量、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)、相關(guān)系數(shù)等。

借助MATLAB 12 a通過(guò)Morlet連續(xù)復(fù)小波[7]變換來(lái)分析降雨量時(shí)間序列的多時(shí)間尺度特征。小波分析的基本思想是用一簇小波函數(shù)系來(lái)表示或逼近某一信號(hào)或函數(shù)。

Morlet連續(xù)復(fù)小波表達(dá)式：

式中，fb是帶寬參數(shù),fc是小波中心頻率。

采用Mann-Kendall非參數(shù)統(tǒng)計(jì)方法對(duì)1965—2015年清鎮(zhèn)市的降水量進(jìn)行趨勢(shì)分析。該方法不需要樣本遵從一定的分布，也不受少數(shù)異常值的干擾，適用于水文、氣象等非正態(tài)分布的數(shù)據(jù)[8-9]。

2　結(jié)果與分析

2.1　降水變化特征

由表1可知，清鎮(zhèn)市年降水量最高為1 768.8 mm，出現(xiàn)在2014年，最低為1981年的699.1 mm；春季降水最高為483.9 mm，出現(xiàn)在2014年，最低為2011年的152.6 mm；夏季降水最高為915.7 mm，出現(xiàn)在1999年，最低為1981年的220.6 mm；秋季降水最高為546.6 mm，出現(xiàn)在1972年，最低為2002年的109.3 mm；冬季降水最高為120.2 mm，出現(xiàn)在1982年，最低為1969年的20.3 mm。西南低渦是造成我國(guó)西南地區(qū)夏半年暴雨洪澇等氣象災(zāi)害的主要影響系統(tǒng)[10]，多發(fā)于川西高原、云貴高原和四川盆地的5—10月，1981年發(fā)生較少僅為23次[11]，清鎮(zhèn)市1981年夏季降水量低與西南渦出現(xiàn)次數(shù)少直接相關(guān)。

表1　清鎮(zhèn)市1965—2015年的降水情況

在進(jìn)行降水量變異強(qiáng)度評(píng)價(jià)時(shí)引入了薛正平等[12]的3級(jí)評(píng)價(jià)法：變異系數(shù)<10%，弱變異；10%～30%，中等變異；>30%，強(qiáng)變異。1965—2015年清鎮(zhèn)市春季降水量的變異系數(shù)為28.5%，夏季為31.9%，秋、冬季均為34.4%，四季間的變異系數(shù)為61.6%。51 a間春季降水量為中等變異，其余各季及之間為強(qiáng)變異，而年際變異系數(shù)僅為18.0%，為弱變異。

由表2可知，1月降水量與7月降水量顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.351；3月降水量與7月降水量顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.305；4月降水量與7月降水量顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.285；4月降水量與11月降水量顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.277。各相關(guān)月份間以冬季代表月1月與夏季代表月7月的相關(guān)性最強(qiáng)且為正，說(shuō)明冬季與次年夏季之間存在韻律現(xiàn)象[13]，這一結(jié)果和李瑜等[14]的研究結(jié)果相同。

表2　清鎮(zhèn)市各月降水量的相關(guān)性

2.2　降水周期

小波系數(shù)實(shí)部等值線圖(圖1)能反映降水量序列不同時(shí)間尺度的周期變化及其在時(shí)間域中的分布，進(jìn)而能判斷在不同時(shí)間尺度上降水量的變化趨勢(shì)?？傮w而言，在降水變化過(guò)程中存在著3～7，7～12和22～32 a的3種不同尺度的周期。其中，在22～32 a尺度上出現(xiàn)了降水豐—欠交替的準(zhǔn)5次震蕩；在7～12 a時(shí)間尺度上存在準(zhǔn)5次震蕩。同時(shí)，還可以看出以上2個(gè)尺度的周期變化在整個(gè)分析時(shí)段具有全域性，表現(xiàn)非常穩(wěn)定；3～7 a的尺度周期變化，在1995年以后才表現(xiàn)得較為穩(wěn)定。

圖1　1965—2015年清鎮(zhèn)市降水量的小波實(shí)部系數(shù)

小波系數(shù)方差(圖2)能反映降水量時(shí)間序列的波動(dòng)能量隨尺度(年)的分布情況?？捎脕?lái)確定降水量演化過(guò)程中存在的主周期。圖2存在3個(gè)較為明顯的峰值，依次對(duì)應(yīng)著28、10和4 a的時(shí)間尺度。其中，最大峰值對(duì)應(yīng)著28 a的時(shí)間尺度，說(shuō)明28 a周期震蕩最強(qiáng)，為清鎮(zhèn)市年降水量變化的第1主周期；10 a時(shí)間尺度對(duì)應(yīng)著第2峰值，為清鎮(zhèn)市年降水量變化的第2主周期，第3峰值對(duì)應(yīng)著4 a的時(shí)間尺度，為清鎮(zhèn)市年降水量變化的第3主周期。

圖2　1965—2015年清鎮(zhèn)市降水量小波系數(shù)方差

2.3　降水趨勢(shì)變化

Mann-Kendall非參數(shù)統(tǒng)計(jì)中Z=0.69，表明1965—2015年清鎮(zhèn)市降水量呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，但是未達(dá)顯著水平，通過(guò)一元線性回歸分析，其降水上升幅度估計(jì)為每年0.53 mm(圖3)。

圖3　　　　1965—2015年清鎮(zhèn)市降水量的年際變化及線性回歸

Mann-Kendall 法突變檢測(cè)中得出UF(k)和UB(k)，并結(jié)合上限(U1)、下限(U2)繪制出1965—2015年清鎮(zhèn)市降水量突變點(diǎn)圖(圖4)，圖4中UF(k)>0，表明序列為上升趨勢(shì)；在1965—1975年UB(k)>0,序列為上升趨勢(shì)，1975—2015年UB(k)<0，序列為下降趨勢(shì)。UF(k)和UB(k)交點(diǎn)為1965、1974、2015年，且交點(diǎn)在上限(U1)、下限(U2)之間，故可知1965、1974、2015年為研究區(qū)間降水量變化突變年。

圖4　1965—2015年清鎮(zhèn)市降水量的突變檢測(cè)

3　小結(jié)

清鎮(zhèn)市1965—2015年年降水量最高為1 768.8 mm，出現(xiàn)在2014年，最低為1981年的699.1 mm；1981年夏季降水量最低，與西南渦出現(xiàn)次數(shù)少直接相關(guān)。春季降水量為中等變異，其余各季及之間為強(qiáng)變異，而年際變異系數(shù)僅為18.0%，為弱變異。各相關(guān)月份間以冬季代表月1月與夏季代表月7月的相關(guān)性最強(qiáng)且為正，說(shuō)明冬季與次年夏季之間存在韻律現(xiàn)象。1965—2015年降水變化存在著3～7、7～12和22～32 a的3類(lèi)尺度的周期變化規(guī)律。28 a周期震蕩最強(qiáng)，為清鎮(zhèn)市年降水量變化的第1主周期；10 a時(shí)間尺度對(duì)應(yīng)著第2峰值，為年降水量變化的第2主周期，第3峰值對(duì)應(yīng)著4 a的時(shí)間尺度，為年降水量變化的第3主周期。1965—2015年清鎮(zhèn)市年降水量呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，但是未達(dá)顯著水平，其降水上升幅度估計(jì)為每年0.53 mm，1965、1974、2015年為研究區(qū)間降水量變化突變年。

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