包福祥

內(nèi)蒙古橫跨中國(guó)東北、華北、西北三大地區(qū)，地域狹長(zhǎng)。內(nèi)蒙古秋季降水量少而且分布不勻，隨著全球氣候變化異?，F(xiàn)象頻繁，內(nèi)蒙古秋季降水也受到不同程度的影響。秋季降水異常特征對(duì)內(nèi)蒙古馬鈴薯、玉米、大豆等一些主要農(nóng)作物的成熟、收割及晾曬等產(chǎn)生影響。中國(guó)西北地區(qū)秋季降水日數(shù)在這1971～2010年間的變化趨勢(shì)更為顯著，降水量及降水日數(shù)整體呈現(xiàn)出增加的趨勢(shì)[1]。1961～2010年中國(guó)降水呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，且存在區(qū)域差異，降水量減少幅度最大的是黃淮地區(qū)[2]。內(nèi)蒙古夏季全區(qū)性異常多和異常少雨年主要集中出現(xiàn)在上世紀(jì)60年代和90年代以后，1961～2012年內(nèi)蒙古全區(qū)少雨的站數(shù)百分率有顯著的增加變化趨勢(shì)[3]。

本文采用客觀方法對(duì)內(nèi)蒙古秋季降水變化進(jìn)行分區(qū)，并分區(qū)域分析各區(qū)域降水量變化特征及氣候突變特征。

1 資料與方法

本文分析的秋季降水資料選用內(nèi)蒙古101個(gè)國(guó)家級(jí)地面氣象站1961～2017年秋季降水觀測(cè)資料。使用的經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù) （EOF）、旋轉(zhuǎn)經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)（REOF）分解、相關(guān)分析、線性傾向估計(jì)、滑動(dòng)平均、Mann-Kendall檢驗(yàn)及滑動(dòng)T檢驗(yàn)等方法都是氣候統(tǒng)計(jì)診斷中應(yīng)用較為普遍的方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 用REOF方法對(duì)內(nèi)蒙古秋季降水進(jìn)行分區(qū)

在進(jìn)行REOF分解之前，首先判斷旋轉(zhuǎn)經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)的個(gè)數(shù)。對(duì)內(nèi)蒙古秋季降水量標(biāo)準(zhǔn)化場(chǎng)進(jìn)行EOF分解，得到前三個(gè)特征向量的累計(jì)方差貢獻(xiàn)達(dá)61.4%，第四特征向量的方差貢獻(xiàn)僅為4.6%，初步確定選取前3個(gè)正交函數(shù)作為旋轉(zhuǎn)經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù) （表1）。通過(guò)特征值對(duì)數(shù)曲線變化得到，在第三個(gè)特征值之后的直線斜率明顯變小。用North特征值誤差范圍判斷，取第五特征值時(shí)與第六特征值之差（18.8）小于North特征值誤差范圍（35.1），根據(jù)該方法判斷，從第五個(gè)特征開(kāi)始經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)已無(wú)有價(jià)值的信號(hào)。綜合上述三種方法選取前3個(gè)經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)進(jìn)行REOF分解。結(jié)果表明，第1旋轉(zhuǎn)載荷向量的高值區(qū)位于河套地區(qū)，等值線向東北逐漸減小的空間分布，全區(qū)域具有較好的一致性特征（圖1a）；第2旋轉(zhuǎn)載荷向量表現(xiàn)出“+-+”的分布特征，高值區(qū)位于赤峰市和通遼市（圖1b）；第3旋轉(zhuǎn)載荷向量表現(xiàn)出東西相反的分布特征，高值區(qū)位于呼倫貝爾市地區(qū)（圖1c）。選取載荷絕對(duì)值≥0.45作為區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分區(qū)，同時(shí)結(jié)合歷年秋季降水分布特征，確定分區(qū)的邊界位置，將1961～2017年內(nèi)蒙古秋季降水自西向東分成中西部、東南部和東北部3個(gè)區(qū)域，分區(qū)結(jié)果見(jiàn)圖1d（下文為敘述方便把3個(gè)區(qū)域分別稱(chēng)為1、2、3區(qū)）。

表1 內(nèi)蒙古秋季降水標(biāo)準(zhǔn)化場(chǎng)EOF分解前四個(gè)特征向量的方差貢獻(xiàn)和累計(jì)方差貢獻(xiàn)

圖1 內(nèi)蒙古秋季降水REOF的第一、二、三特征量分布圖（a-c）及內(nèi)蒙古秋季降水分區(qū)圖（d）

圖2 1961～2017年3個(gè)區(qū)域秋季降水量距平11年滑動(dòng)平均曲線

圖31961 ～2017年1區(qū)秋季降水量Mann-Kendall檢驗(yàn)

2.2 各區(qū)域降水量變化特征分析

2.2.1 各區(qū)域間降水相關(guān)性分析。為了解3個(gè)區(qū)域降水變化特征的相似性，按1961～1990年、1971～2000年、1981～2010年和1988～2017年4個(gè)時(shí)段分別分析各區(qū)域平均降水量的相關(guān)性特征，分析發(fā)現(xiàn)，1961～1990年、1971～2000年和 1981～2010年 3個(gè)時(shí)段各區(qū)域降水量相關(guān)系數(shù)均未通過(guò)0.1的顯著性水平檢驗(yàn)，說(shuō)明在這3個(gè)時(shí)段內(nèi)各區(qū)域的秋季降水量年際變化不存在顯著的相關(guān)性特征；1988～2017年1區(qū)與3區(qū)降水量相關(guān)系數(shù)為0.048，未通過(guò)0.1的顯著性水平檢驗(yàn)，而1區(qū)與2區(qū)、2區(qū)與3區(qū)降水量的相關(guān)系數(shù)分別為0.446和0.431，均大于0.349，通過(guò)0.05的顯著性水平檢驗(yàn)，說(shuō)明在1988～2017年1區(qū)與2區(qū)、2區(qū)與3區(qū)秋季降水量年際變化存在顯著的相關(guān)性（表2）。

表2 4個(gè)時(shí)段3個(gè)區(qū)域平均降水量相關(guān)分析結(jié)果

2.2.2 各區(qū)域秋季降水趨勢(shì)變化特征。利用線性傾向估計(jì)、相關(guān)分析和滑動(dòng)平均方法分析了1961～2017年各區(qū)域降水量變化特征。分析得到，1～3區(qū)秋季降水量變化的氣候傾向率分別為 3.15、1.30、1.46mm·10a-1，相關(guān)系數(shù)分別為0.234、0.087、0.103。1區(qū)秋季降水量線性增多的趨勢(shì)較2、3區(qū)顯著。1961～2017年內(nèi)蒙古秋季降水量距平11年滑動(dòng)平均曲線表明，2區(qū)與3區(qū)的降水量趨勢(shì)變化較為相似，而1區(qū)與2、3區(qū)變化特征差異較大。1區(qū)秋季降水量在60年代至70年代初有增加的趨勢(shì)，70年代初至80年代末呈現(xiàn)明顯減少的趨勢(shì)，80年代末至21世紀(jì)10年代為增加的趨勢(shì)；2、3區(qū)降水量在60年代至70年代初有增加的趨勢(shì)，70年代初至80年代初略有減少趨勢(shì)，80年代初至90年代初有較為明顯增加趨勢(shì)，90年代至21世紀(jì)初期有減少的趨勢(shì)之后開(kāi)始增加（圖2）。

2.2.3 氣候突變特征分析。為進(jìn)一步分析各區(qū)域秋季降水量的突變特征，采用Mann-Kendall法對(duì)各區(qū)域降水量序列進(jìn)行突變檢驗(yàn)。結(jié)果顯示，1區(qū)降水量在20世紀(jì)70年初至21世紀(jì)初有顯著的減少趨勢(shì) （圖3，虛直線表示0.05顯著性水平檢驗(yàn)值±1.96）；3區(qū)降水量在20世紀(jì)60年代至70年代初有顯著的增加趨勢(shì)，在21世紀(jì)初減少的趨勢(shì)較為顯著（圖4）。

利用滑動(dòng)T檢驗(yàn)法對(duì)各區(qū)域1961～2017年降水量序列進(jìn)行突變檢驗(yàn)。結(jié)果顯示：1區(qū)降水沒(méi)有通過(guò)顯著性水平的突變點(diǎn)；2區(qū)降水量5年滑動(dòng)和6年滑動(dòng)T檢驗(yàn)均在1967年前后有一次顯著的由少轉(zhuǎn)多過(guò)程 （圖5）；3區(qū)降水量12年滑動(dòng)在1995年前后有一次顯著的由多轉(zhuǎn)少過(guò)程（圖6）。

圖4 1961～2017年3區(qū)秋季降水量Mann-Kendall檢驗(yàn)

圖5 1961～2017年2區(qū)秋季降水量5年滑動(dòng)和6年滑動(dòng)T檢驗(yàn)

圖6 1961～2017年3區(qū)秋季降水量12年滑動(dòng)和16年滑動(dòng)T檢驗(yàn)

利用1961～2017年平均值計(jì)算1區(qū)秋季降水量序列的累計(jì)距平曲線，結(jié)果表明，在1978～2006年曲線呈下降的趨勢(shì)，2006年以后呈上升趨勢(shì) （圖7），2006年是曲線的拐點(diǎn)，表明1區(qū)秋季降水量在2006年以后開(kāi)始由少轉(zhuǎn)多。

綜合以上3種氣候突變檢驗(yàn)方法對(duì)內(nèi)蒙古3個(gè)區(qū)域秋季量的檢驗(yàn)結(jié)果表明，內(nèi)蒙古秋季降水沒(méi)有明顯的突變現(xiàn)象；中西部降水在1978～2006年呈減少的趨勢(shì)，2006年以后呈增多的趨勢(shì)；東部地區(qū)在20世紀(jì)60年代至70年代初有顯著的增加趨勢(shì)；東部偏南地區(qū)在1967年前后有一次顯著的由少轉(zhuǎn)多過(guò)程；東部偏北地區(qū)在1995年前后有一次顯著的由多轉(zhuǎn)少過(guò)程，從1999年前后至2008年前后呈顯著減少的趨勢(shì)。

圖7 1961～2017年內(nèi)蒙古1區(qū)秋季降水量累計(jì)距平曲線

2.3 結(jié)論

2.3.1 利用REOF分解結(jié)果，結(jié)合歷年秋季降水分布特征，將1961～2017年內(nèi)蒙古秋季降水分成中西部、東南部和東北部3個(gè)區(qū)域。

2.3.2 分析了 1961～1990 年、1971～2000 年、1981～2010年和1988～2017年4個(gè)時(shí)段內(nèi)3區(qū)域降水相關(guān)性，只有1區(qū)與2區(qū)、2區(qū)與3區(qū)在1988～2017年秋季降水的相關(guān)系數(shù)通過(guò)0.05的顯著性水平檢驗(yàn)。

2.3.3 3個(gè)區(qū)域的秋季降水變化趨勢(shì)差異較大，各區(qū)域降水量的突變特征也不一致。內(nèi)蒙古秋季降水沒(méi)有明顯的突變現(xiàn)象，各區(qū)域均有顯著的降水趨勢(shì)轉(zhuǎn)折過(guò)程。