薛箏箏, 肖建輝*, 高英育, 左湘文, 胡 斌

(1.中國(guó)氣象局旱區(qū)特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警與風(fēng)險(xiǎn)管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,寧夏 銀川 750002;2.寧夏氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,寧夏 銀川 750002; 3.寧夏回族自治區(qū)大氣探測(cè)技術(shù)保障中心,寧夏 銀川 750002)

降水作為最基本的氣象要素,在氣候變化及其區(qū)域響應(yīng)中具有重要的地位,對(duì)地表及地下水量、自然生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等有重要的影響[1-3].21世紀(jì)初,施雅風(fēng)等提出中國(guó)西北地區(qū)氣候由暖干向暖濕轉(zhuǎn)型的推斷[4].姚俊強(qiáng)等基于西北地區(qū)地面氣象觀測(cè)站的降水資料[5-7],研究西北干旱區(qū)降水量的空間分布,并指出西北地區(qū)降水量具有明顯的區(qū)域分布特征.趙傳成等的研究表明[8],西北地區(qū)西部和中部年降水量增加顯著,東部地區(qū)的年降水量呈減少趨勢(shì).王婷婷等開(kāi)展古浪河流域 56 a降水變化研究[9],指出該流域的降水量呈現(xiàn)緩慢增加趨勢(shì),且上游地區(qū)秋季和冬季的降水量增加幅度明顯高于下游古浪盆地的.張楠楠等對(duì)1961—2009年寧夏 20個(gè)氣象觀測(cè)站的逐日降水量進(jìn)行研究[10],發(fā)現(xiàn)寧夏中雨及以上降雨事件自北向南依地勢(shì)逐漸增多,南部黃土丘陵地區(qū)比引黃灌區(qū)的多2倍.針對(duì)高山區(qū)域的降水變化特征,國(guó)內(nèi)學(xué)者也開(kāi)展了許多研究.田亞林等的研究結(jié)果顯示[11],天山地區(qū)降水日呈現(xiàn)“西快東慢、北快南慢”的增長(zhǎng)趨勢(shì).呂晶等基于峨眉山站及周邊地區(qū)3站1959—2016年的逐日降水觀測(cè)數(shù)據(jù)[12],系統(tǒng)研究該地區(qū)不同強(qiáng)度降水量及降水日的變化特征.黃穎等研究近39 a祁連山及其周邊地區(qū)降水量的時(shí)空分布特征,發(fā)現(xiàn)年降水量場(chǎng)呈西北—東南向分布[13],中部和東部地區(qū)的降水量較大.六盤(pán)山位于我國(guó)西北地區(qū)的東南部,被稱為高原“綠島”,近南北走向,南北長(zhǎng)約100 km,東西寬約50 km,是西北內(nèi)陸地區(qū)水汽輸送的重要區(qū)域.筆者基于 1980—2017 年六盤(pán)山和周邊地區(qū)的降水觀測(cè)資料,分析該地區(qū)降水量、降水日的特征及其變化趨勢(shì).

1 研究區(qū)

研究區(qū)域位于寧夏固原市，地處寧夏南部六盤(pán)山區(qū)，總面積1 3450 km2，轄原州區(qū)、彭陽(yáng)縣、西吉 縣、涇源縣及隆德縣1區(qū)4縣．固原市屬黃河中上游西北黃土高原丘陵溝壑區(qū)，受西風(fēng)帶、副熱帶高氣壓控制，年平均降水量在400 mm以上．

2 資料與方法

1980—2017年寧夏六盤(pán)山(國(guó)家基準(zhǔn)氣候站)、固原(國(guó)家基準(zhǔn)氣候站)、西吉(國(guó)家基本氣象站)、隆德(國(guó)家一般氣象站)、涇源(國(guó)家一般氣象站)4站的逐日降雨資料,由寧夏回族自治區(qū)氣象信息中心提供.所有氣象站近40 a的氣象資料連續(xù)且完整.將固原、西吉、隆德、涇源4站的數(shù)據(jù)平均值作為周邊地區(qū)站點(diǎn)的數(shù)據(jù).

根據(jù)降水等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，將日降水量R劃分為4個(gè)等級(jí):小雨(0.1 mm≤R<10.0 mm)、中雨(10.0 mm≤R<25.0 mm)、大雨(25.0 mm≤R<50.0 mm)、暴雨(R≥50.0 mm).文中24 h指的是北京時(shí)間08:00至次日08:00、降水日為R>0 mm的降水時(shí)間.

通過(guò)一元線性回歸分析方法對(duì)降水時(shí)間序列進(jìn)行趨勢(shì)擬合.通過(guò)Mann-Kendall統(tǒng)計(jì)方法對(duì)序列的變化趨勢(shì)及其突變特征進(jìn)行分析.

3 不同強(qiáng)度降水量和降水日的年代際變化特征

3.1 降水量的年代際變化特征

在六盤(pán)山和周邊地區(qū),各年代的降水量均是小雨量的貢獻(xiàn)最大,占年降水總量的40%左右,其次為中雨、大雨量,暴雨量貢獻(xiàn)最小.除21世紀(jì)00年代的大雨和21世紀(jì)10年代的暴雨外,六盤(pán)山地區(qū)各強(qiáng)度降水量均大于周邊地區(qū)的.六盤(pán)山和周邊地區(qū)的年代平均降水量大致經(jīng)歷“減少—增加”的變化過(guò)程(表1),即21世紀(jì)00年代的降水量最少,21世紀(jì)10年代的最多,分別增加了14.1%,13.9%.值得注意的是,周邊地區(qū)的年代平均降水量呈明顯的增加趨勢(shì)(152.1 mm/a),而六盤(pán)山地區(qū)的增加趨勢(shì)不明顯.六盤(pán)山和周邊地區(qū)不同強(qiáng)度降水量的年代際變化明顯,六盤(pán)山地區(qū)的小雨、中雨量呈減少趨勢(shì),大雨、暴雨量呈增加趨勢(shì).而周邊地區(qū)不同強(qiáng)度降水量的年代變化均呈增加趨勢(shì),其中六盤(pán)山地區(qū)大雨量遞增最快(44.4 mm/a),周邊地區(qū)中雨量遞增最快(64.5 mm/a).

表1 六盤(pán)山及周邊地區(qū)不同強(qiáng)度降水量的年代際變化

3.2 降水日的年代際變化特征

六盤(pán)山和周邊地區(qū)的降水量在各年代均以小雨為主,占年平均降水日的85%左右,其次為中雨、大雨日,暴雨日最少(表2).除21世紀(jì)00年代的大雨外,六盤(pán)山地區(qū)各強(qiáng)度降水日均大于周邊地區(qū)的.六盤(pán)山地區(qū)在21世紀(jì)00年代的降水日最少(114.3 d),在20世紀(jì)80年代的降水日最多(143.8 d);周邊地區(qū)在20世紀(jì)90年代的降水日最少(93.5 d),在21世紀(jì)10年代的降水日最多(105.6 d).六盤(pán)山地區(qū)的年平均降水日和小雨日呈顯著減少趨勢(shì),分別以-56.4 d/10 a,-55.3 d/10 a的速度遞減,說(shuō)明小雨日的減少是六盤(pán)山地區(qū)降水日減少的主要原因;周邊地區(qū)各強(qiáng)度降水日年代變化呈增加趨勢(shì),但變化不明顯.六盤(pán)山和周邊地區(qū)暴雨日的年代際變化趨勢(shì)與邵建等的研究結(jié)論一致,即20世紀(jì)80年代的暴雨日最少,隨后90年代開(kāi)始逐年代增加.周邊地區(qū)年代降水量具有明顯的增加趨勢(shì),但六盤(pán)山地區(qū)的變化趨勢(shì)不明顯;六盤(pán)山地區(qū)年代降水日具有明顯的減少趨勢(shì),但周邊地區(qū)呈現(xiàn)微弱的增加趨勢(shì).

表2 六盤(pán)山及周邊地區(qū)不同強(qiáng)度降水日的年代際變化

4 不同強(qiáng)度降水量和降水日的年際變化特征

4.1 降水量的年際變化特征

1980—2017年,六盤(pán)山和周邊地區(qū)降水量的年變化趨勢(shì)見(jiàn)圖1.六盤(pán)山地區(qū)近38 a小雨量整體呈減少趨勢(shì),線性氣候傾向率為-3.4 mm/10 a;周邊地區(qū)近38 a小雨量整體呈增加趨勢(shì),線性氣候傾向率為2.3 mm/10 a.六盤(pán)山和周邊地區(qū)的小雨量最大值均出現(xiàn)在1984年,分別為342.5,266.0 mm,最小值均出現(xiàn)在1997年,分別為181.0,144.5 mm.

圖1 1980—2017年不同強(qiáng)度降水量的年變化

六盤(pán)山地區(qū)年平均總降水量的線性趨勢(shì)與不同強(qiáng)度降水量的線性趨勢(shì)一致,即近38 a均呈減少趨勢(shì),總降水量、小雨量、中雨量、大雨量和暴雨量的線性變化率分別為-6.1 mm/10 a,-3.4 mm/10 a,-5.6 mm/10 a,-0.8 mm/10 a,-0.4 mm/10 a;周邊地區(qū)年平均總降水量的線性趨勢(shì)與小雨量、中雨量、暴雨量的一致(呈增加趨勢(shì)),線性變化率分別為8.2 mm/10 a,2.3 mm/10 a,4.3 mm/10 a,3.3 mm/10 a,而大雨量呈減少趨勢(shì)(-1.8 mm/10 a).除大雨量外,兩地各強(qiáng)度降水量的年際變化趨勢(shì)相反.

4.2 降水日的年際變化特征

1980—2017年六盤(pán)山和周邊地區(qū)不同強(qiáng)度降水量的降水日年變化趨勢(shì)見(jiàn)圖2.六盤(pán)山地區(qū)小雨日最大值出現(xiàn)在1984年(146 d),最小值出現(xiàn)在2004年(83 d),近38 a整體呈顯著減少趨勢(shì),以-6.0 d/10 a 的速率減少,并通過(guò)0.01的顯著性水平檢驗(yàn).周邊地區(qū)小雨日最大值出現(xiàn)在1988年(103 d),最小值出現(xiàn)在1997年(61 d),近38 a整體呈增加趨勢(shì),以0.2 d/10 a的速率增加.

圖2 1980—2017年不同強(qiáng)度降水日的年變化

六盤(pán)山地區(qū)年平均總降水日、小雨日、中雨日、大雨日和暴雨日的線性變化率分別為-6.3 d/10 a,-6.0 d/10 a,-0.4 d/10 a,0.1 d/10 a,0 d/10 a.其中,年平均總降水日和小雨日有明顯的減少趨勢(shì),并通過(guò)0.01的顯著性檢驗(yàn),中雨日、大雨日和暴雨日的線性趨勢(shì)變化不明顯;周邊地區(qū)的年平均總降水日、小雨日、中雨日、大雨日和暴雨日的線性變化率分別為0.3 d/10 a,0.2 d/10 a,0.2 d/10 a,-0.1 d/10 a,0 d/10 a,并均未通過(guò)0.05顯著性水平檢驗(yàn),說(shuō)明周邊地區(qū)的年平均總降水日和不同強(qiáng)度降水日線性趨勢(shì)變化均不明顯.

5 不同強(qiáng)度降水量和降水日的突變特征

5.1 降水量的突變特征

六盤(pán)山地區(qū)年小雨量在20世紀(jì)90年代持續(xù)減少,而后呈波動(dòng)增加趨勢(shì),從2008年開(kāi)始再次呈減少趨勢(shì),并在2012年減少趨勢(shì)顯著,且超過(guò)0.05的顯著性水平臨界線(圖3a);六盤(pán)山地區(qū)小雨量于1990年發(fā)生突變,突變前11 a平均小雨量為275.2 mm,突變后27 a平均小雨量為246.1 mm.六盤(pán)山地區(qū)中雨量在1984年以前呈增加趨勢(shì),而后呈波動(dòng)減少趨勢(shì),在1998年后呈波動(dòng)增加趨勢(shì)(圖3c).根據(jù)降水量的統(tǒng)計(jì)量曲線UF,UB交點(diǎn)的位置,確定六盤(pán)山地區(qū)中雨量于1985年發(fā)生突變,在突變前6 a平均中雨量為295.5 mm,突變后32 a的平均中雨量為224.7 mm,減少70.8 mm,減少24.0%.

1984年后,周邊地區(qū)小雨量呈波動(dòng)減少趨勢(shì),90年代末減少趨勢(shì)顯著,超過(guò)0.05的顯著性水平臨界線,在21世紀(jì)開(kāi)始呈增加趨勢(shì)(圖3b);周邊地區(qū)小雨量發(fā)生2次突變,分別在1984,2012年.UF曲線未超過(guò)0.05的顯著性水平臨界線(圖3d),說(shuō)明周邊地區(qū)中雨量增加趨勢(shì)不顯著.由于UF,UB曲線有很多交點(diǎn),不能確定周邊地區(qū)中雨量是否存在突變.

圖3 1980—2017年不同強(qiáng)度降水量的M-K突變檢驗(yàn)

5.2 降水日的突變特征

六盤(pán)山地區(qū)小雨日在1988年發(fā)生突變(圖4a),突變前9 a平均小雨日為122.2 d,突變后29 a平均小雨日為100.5 d,降水量減少21.5 mm,減少17.6%,1989年后持續(xù)減少,在1993年后減少趨勢(shì)顯著,并超過(guò)0.05的顯著性水平臨界線.六盤(pán)山地區(qū)中雨日在1984年以前呈增加趨勢(shì),而后持續(xù)減少,在90年代中期到2002年減少趨勢(shì)顯著,并超過(guò)0.05的顯著性水平臨界線.中雨日在1998年后呈波動(dòng)增加趨勢(shì),并于1985年發(fā)生突變,突變前6 a平均中雨日為19.8 d,突變后32 a的平均中雨日為14.7 d,減少5.1 d,減少25.8%.周邊地區(qū)平均小雨日在1984年前呈增加趨勢(shì),而后持續(xù)減少,并在1985年發(fā)生突變,1999—2005年呈先增加后減少趨勢(shì),而后持續(xù)增加,并在2014年發(fā)生突變.周邊地區(qū)平均中雨日變化趨勢(shì)不明顯,且未發(fā)生突變.兩地小雨、中雨日突變年份不同,且六盤(pán)山地區(qū)的降水日顯著減少.

圖4 1980—2017年不同強(qiáng)度降水量的降雨日M-K突變檢驗(yàn)

6 結(jié)論與討論

1)在六盤(pán)山和周邊地區(qū),各年代小雨量對(duì)年降水量、年降水日的貢獻(xiàn)最大,中雨、大雨其次,暴雨最小;周邊地區(qū)各年代的平均降水量呈明顯的增加趨勢(shì)(152.1 mm/10 a),而六盤(pán)山地區(qū)的變化趨勢(shì)不明顯;六盤(pán)山地區(qū)各年代的降水日呈明顯的減少趨勢(shì),但周邊地區(qū)呈現(xiàn)微弱的增加趨勢(shì).

2)六盤(pán)山地區(qū)的年平均總降水量與不同強(qiáng)度降水量均呈減少趨勢(shì),周邊地區(qū)除大雨量外,其他各強(qiáng)度降水量均呈增加趨勢(shì);六盤(pán)山地區(qū)年平均總降水日、小雨日、中雨日呈減少趨勢(shì),大雨日和暴雨日呈增加趨勢(shì),周邊地區(qū)除大雨日外均呈增加趨勢(shì);六盤(pán)山地區(qū)年平均總降水日、小雨量及小雨日、中雨量及中雨日的減少速率比周邊地區(qū)增加速率快,年平均總降水量的減少速率比周邊地區(qū)總降水量的增加速率慢.

3)六盤(pán)山地區(qū)小雨量、中雨量和暴雨量的減少是六盤(pán)山站年降水量減少的主要原因,其中,小雨日有明顯的減少趨勢(shì),在1988年發(fā)生突變后持續(xù)減少,并通過(guò)0.01的顯著性檢驗(yàn);周邊地區(qū)小雨、中雨、暴雨量增加是周邊地區(qū)年降水量增加的主要原因,其中中雨量貢獻(xiàn)最大.