吉 宇 楊志軍 彭婷婷 李 兵

1.湖南省安化縣氣象局 湖南 安化 413500

2.湖南省益陽市氣象局 湖南 益陽 413000

引言

安化縣地處湘中偏北,地形地貌復(fù)雜多樣,全縣總面積4945.19km2,山地面積占82%,是典型的山區(qū)大縣。作為湖南省三大暴雨中心之一,每年汛期暴雨、大暴雨等極端降水天氣頻發(fā),嚴(yán)重威脅到全縣人民生命財產(chǎn)安全。關(guān)于湖南省內(nèi)極端降水的天氣成因及氣候分析已有不少學(xué)者做了大量研究工作,許霖等[1]對2017年6月下旬湖南省極端降水過程成因進(jìn)行了分析,指出穩(wěn)定的天氣系統(tǒng)配置,充分的水汽供應(yīng),地形的增幅是造成該次極端降水過程的主要原因。李兵等[2]分析了湖南省資水流域極端降水量時空變異特征,發(fā)現(xiàn)極端降水量偏多時期極端降水量空間分布上存在南北兩極分化,中游地區(qū)極端降水量有明顯增加趨勢。

1 資料和方法

利用安化國家基本氣象觀測站1960～2016年逐日降水量資料(20時～20時),結(jié)合安化本地實際選取RClimDex模型提供的CDD、CWD、SDII、R25等7項極端降水指數(shù),采用線性傾向估計法、Mann—Kendall檢驗、復(fù)Morlet小波變換、小波交叉分析等方法分析了各項極端降水指數(shù)變化特征。

1.1 Mann-Kendall檢驗 Mann-Kendall檢驗法時一種非參數(shù)統(tǒng)計檢驗方法,其優(yōu)點是不需要樣本遵從一定的分布,也不受少數(shù)異常值的干擾,可以明確突變開始時間,并指出突變區(qū)域,因此在氣候分析上十分常用,計算方法詳見魏鳳英等專著。

1.2 交叉小波分析 交叉小波分析將小波變換與交叉普分析兩種方法結(jié)合起來的一種新的信號分析方法[7],可以從多時間尺度分析兩個時間序列的相互關(guān)系,不僅能判斷它們之間的相關(guān)性和一致性,也能判斷它們的相位關(guān)系。

2 極端降水指數(shù)變化特征

2.1 極端降水指數(shù)線性變化趨勢 由線性傾向估計法得出結(jié)果,1960～2016年安化縣持續(xù)干旱指數(shù)(CDD)有下降趨勢,其余指數(shù)均有增加趨勢,這表明安化縣極端降水量和極端降水強(qiáng)度均呈增加趨勢,其中R95p、R×1day、R×5day增加趨勢尤為顯著,普通日降水強(qiáng)度、大雨日數(shù)均呈不同程度增加趨勢,尤其以6,7月主汛期極端降水量增加趨勢十分顯著,平均連續(xù)5日最大降水量氣候增長率為11.0mm/10a。

2.2 極端降水指數(shù)突變檢驗 由Mann—Kendall檢驗法得出結(jié)果,除R25無明顯突變外,其余極端降水指數(shù)均有明顯的突變,其中CWD、R25突變發(fā)生在20世紀(jì)70年代前,SDII、R95p、6、7月平均R×1day、R×5day突變發(fā)生在20世紀(jì)80年代中后期,且90年代后CWD、R25、6、7月平均R×5day增加趨勢顯著(通過了95%概率檢驗)。

2.3 極端降水指數(shù)Pearson相關(guān)分析 由Pearson相關(guān)分析計算了各極端降水指數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)。CDD與CWD、R25、6、7月平均R×1day、R×5day有一定的負(fù)相關(guān)性,但沒有通過95%顯著性檢驗。通過了95%顯著性檢驗,這表明安化站R25、SDII、R95p、6、7月平均 R×1day、R×5day這5項指數(shù)的年際變化具有較好的一致性。

2.4 極端降水指數(shù)準(zhǔn)周期性變化分析 準(zhǔn)周期變化特征最明顯的為CDD、R95p、6、7月平均R×5day,SDII準(zhǔn)周期變化特征最不明顯,各類指數(shù)準(zhǔn)周期在15～25a之間,CWD準(zhǔn)周期在15a左右,CDD、R25、SDII、R95p準(zhǔn)周期在20a左右,6、7月平均R×1day、R×5day準(zhǔn)周期在25a左右。

3 討論與結(jié)論

(1)1960～2016年安化縣持續(xù)干旱指數(shù)(CDD)有下降趨勢,其余極端降水指數(shù)均有增加趨勢,其中R95p、6、7月平均R×1day、R×5day增加趨勢尤為顯著,各類指數(shù)中R25、SDII、R95p、6、7月平均R×1day、R×5day之間正相關(guān)性顯著。

(2)Mann-Kendall檢驗表明除R25無突變外,其余指數(shù)均有明顯的突變,其中CWD、R25突變發(fā)生在20世紀(jì)70年代前,SDII、R95p、6、7月平均R×1day、R×5day突變發(fā)生在20世紀(jì)80年代中后期。

(3)復(fù)Morlet小波變換表明,各指數(shù)中準(zhǔn)周期變化特征最明顯的為CDD、R95p、6、7月平均R×5day,最不明顯的為SDII。各類指數(shù)準(zhǔn)周期在15～25a之間,CWD準(zhǔn)周期在15a左右,CDD、R25、R95p準(zhǔn)周期在20a左右,6、7月平均R×1day、R×5day準(zhǔn)周期在25a左右。

(4)CDD、CWD、R25與ElNino區(qū)域海溫不存在明顯相關(guān)性,SDII、R95p、6、7月平均R×1day、R×5day與前冬1月ElNino1+2、ElNino3、ElNino3.4區(qū)海溫相關(guān)性均通過了95%概率顯著性檢驗。

影響極端降水指數(shù)的大氣環(huán)流因子較多,建立起安化站極端降水指數(shù)的預(yù)測模型有待于進(jìn)一步分析各類大氣環(huán)流因子的具體影響,另一方面ElNino區(qū)域海溫影響安化站極端降水指數(shù)的機(jī)制尚未明確,這些問題都時下階段值得繼續(xù)研究的課題。