湖北谷城近49a降水变化特征分析(论文).doc

湖北谷城近49a降水变化特征分析杨诗定(谷城县气象局，谷城 441700)摘 要：利用谷城县19592007年降水观测资料，采用线性倾向估计、累积距平、移动平滑等方法对近49a降水变化特征及变化趋势进行分析，得出近49a谷城年降水量呈缓慢增多趋势(4.3mm/10a)，且有23a、21a的周期变化。夏季降水量增多明显(30.6mm/10a),秋季降水量却呈减少趋势(-21.8mm/10a)。年降水量的增长主要源于夏季降水增长的贡献。同时，年降水增多、雨日减少、暴雨日增多，表明谷城地区强降水的危害有增多的趋势。关键词：谷城； 气候变化；降水引 言气候变化是国际社会关注的焦点，也是气象科学研究的热点问题。相对于全球性的持续变暖趋势，降水量变化特征有更大的不确定性和区域特征，因此研究不同区域降水量的变化特征是当前全球气候变化研究的重要内容之一。IPPC第三次评估报告指出20世纪半球亚热带陆地地区每10年减少约0.3%，而大部分中高纬地区降水量每10年增加0.51.0%1。很多学者对我国和湖北省降水变化特征进行了深入研究，取得大量研究成果。如王英等2基于19512002年中国约730个气象台站观测数据对我国降水近50年变化进行研究表明，全国平均年降水量从60年代到90年代呈明显下降趋势，但在90年代后期出现回升,其中夏季和冬季降水量已达到50年代和60年代的水平。陈隆勋和翟盘茂等3-4对近4050年我国降水研究指出：全国平均年降水量呈减少趋势，但西部降水量增长趋势明显，其中以西北地区为最，而西南一些地区有减少趋势。郑祚芳等5对湖北省近50年气候变化的研究结论是, 降水量的变化趋势差异明显,年降水量有弱的增多趋势。冯明6对全省72 个台站来的降水资料进行分析后发现, 全省降水差异较大, 分布不均, 1980 年以来东部地区降水偏多, 西部地区则相反。覃军 王海军7对湖北省1961年以来降水变化趋势分析,指出年降水量有增加趋势，其分布格局是东增西减，南增北减。谷城县位于湖北省西北部山区，19592007年年平均降水量932毫米，降水变化对当地经济社会和人们生活影响巨大，降水的不均匀性（干旱、暴雨）造成的损失巨大。因此对降水变化的研究，揭示其变化特征，对于服务当地经济社会发展，增强防灾减灾主动性具有重大意义。本文将对该地区49年来降水变化进行分析，揭示其基本气候特征和变化趋势。1 资料及分析方法1.1 资料本文选取谷城站(站址未迁移过)19592007 年人工观测降水资料,按年（112月）、汛期（59月）、春季(35 月)、夏季(68 月)、秋季(911 月)、冬季(12次年2 月)组成序列。1.2 方法1.21 气候倾向率降水的气候率采用一次线性方程表示，即：Ri=a0+bti， i=1,2,n。 （1）式中Ri为降水量，ti为时间，b10为气候倾向率，表示降水量每10年的趋势变化率。1.22 累积距平累积距平是一种由曲线直观判断要素变化的方法，可表示为： Ct= i=1,2,n。 （2）式中Xi历年降水量，是平均值。1.23 滑动平均滑动平均是趋势拟合技术的基础方法，相当于低通滤波器。用时间序列的平滑值来显示变化趋势，对于样本容量为n的时间序列x，其滑动平均序列为：j=i+j-1 j=1,2,n-k+1 (3)式中K为平滑长度。2 统计结果与分析2.1降水量变化趋势2.11年降水量的变化谷城县1959 2007年的年降水量序列的特征值计算结果见表1。从表1 中可以看出, 谷城年降水量的最大值为1369mm, 出现在1959 年; 最小值为533 mm, 出现在1965 年; 多年平均降水量932mm;降水量的年际变化较大, 变差系数达到0.20。表1 谷城县19592007年降水量序列特征值统计值 均值/mm 标准差/mm 最大值/mm 最小值/mm 变差系数降水量 932 190 1369 533 0.20 统计谷城县1960年代（19611970）、1970年代（19711980）、1980年代（19811990）、1990年代（19912000）及20012007年的年及春、夏、秋、冬平均降雨量，其结果见表2表2 谷城县19592007年各年代的年、季平均降水量（mm）年代 年平均 春季 夏季 秋季 冬季 19611970 925.5 284 279 294 7619711980 944.4 232 389 244 7919811990 940.2 248 355 249 8819912000 881.7 231 378 206 7120012007 976.6 236 436 213 78 从表2可以看出，19611990年降水量变化不大，19912000年是相对少雨时期，进入21世纪后年降水量呈递增趋势，夏季尤为明显。20012007年平均降水量分别比1960年代、1970年代、1980年、1990年代偏多51.1 mm、32.2 mm、36.4 mm、94.9 mm。春季、冬季降水年代间变化不明显；夏季变化最突出，20012007年平均最多，1960年代最少；秋季1960年代最多，1990年代最少。从近49a谷城县年降水量的变化情况看（图1），总体呈缓慢上升趋势，其倾向率为4.3mm/(10a),且具有阶段性增加、减少变化。1960年代年降水量变化平缓，虽有波动，但变化不大；1960年代末至1970年代中期，呈减少趋势；1970年代 中期到1980年代前期，呈增加趋势；1980年代前期至1990年代前期降水变化平缓；1990后代明显减少，处于历史少雨（或干旱）时期；进入21世纪，呈明显增加趋势，进入多雨时期。 R=919.5280+0.4303*T图1谷城19592007年降水量变化曲线 采用方差分析方法对谷城年降水量进行周期分析。首先对年降水量序列进行周期分析结果我们发现，存在23a的显著周期。然后对余差序列进行第二周期分析，结果存在21a的次显著周期。第一显著周期与第二周期进行叠加表明周期分析方法对保城年降水量拟合效果较好（见图2）。图2 谷城19592007年降水量周期变化 2.12四季降水量的变化 R=267.6046-0.8046*T（a)春季 R=283.8827+3.0643*T(b)夏季 R=299.6505-2.1811*T(c)秋季 R=73.2704+0.1729*T（d)冬季图3谷城19592007年四季降水量变化曲线 分析近49a谷城县四季降水量的变化情况可以看出（图1）：春季降水量呈减少趋势，其气候倾向率为-8.1mm/(10a)。1960年代中期至1980年代初期，降水持续减少，1980年代中后期出现一个降水增多期，1990年代至今降水呈减少趋势。1960年代为春季多雨期；1970年代至1980年代末、1990年代至今为春季少雨期。 夏季降水量呈明显增加趋势，其气候倾向率为30.6mm/(10a)。1960年代初期至1980年代初期，谷城夏季降水经历了长时间的持续增长期。其后降水的变化波动特征明显，1980年代前期和1990年代后期是两个短暂下降期，1980年代中后期到1990年代前期和2000年以后是谷城夏季降水的增长期。进入21世纪后年降水量的增加主要是夏季降水增加的贡献。2001年后进入夏季多雨期，1960年代是夏季的少雨期。 秋季降水量呈明显减少趋势，其气候倾向率为-21.8mm/(10a)。1960年代初期到1970年代末期、1980年代初期到1990年代初期是谷城秋季降水的的减少期。1970年代末到1980年代初期、1990年代中期以后是谷城秋季降水的增长期。秋季多雨期在1960年代，少雨期在1990年代。 冬季降水量随时间的变化较小，呈微弱增长趋势，其气候倾向率为1.7mm/(10a)。除1980年代中期至1990年代中期经历了一个增多到减少的明显变化外，其它时段变化平缓。谷城冬季降水量年代际变化不明显。2.13 汛期降水量的变化 R=522.5970+2.2618*T图4谷城19592007年汛期（59月）降水量变化曲线 谷城近49a汛期降水量总体呈明显增多趋势(图4),其气候倾向率为22.6mm/(10a),且有明显的阶段性变化（图5）。谷城19592007年汛期（59月）降水量累积距平曲线显示，汛期降水随时间的变化具有明显的波动特点，从1950年代末至1970年代中后期汛期降水量持续减少，1970年代末到1980年代中期处于明显增多期，1980年代中期至1990年代末缓慢减少，2001年后迅速增多，且趋势维持。图5谷城19592007年汛期（59月）降水量累积距平曲线2.2 年雨日的变化 谷城近49a年降雨日数总体整形呈减少趋势(图6),其气候倾向率为-2.5天/(10a)，有一个增多期和一个减少期(图7 )。1950年代末期至1970年代中后年雨日总体呈增多趋势，1970年代末期至1990年代末年雨日总体呈减少趋势，2000年以后年雨日增多。 D=123.9133-0.2455*T图6谷城19592007年年雨日变化曲线图7谷城19592007年年雨日累积距平曲线2.3年暴雨发生日数变化趋势 D=1.5536+0.0219*T图8谷城19592007年暴雨日数变化以日降雨量大于等于50mm为标准统计。近49年来谷城县暴雨日数总体呈增多趋势（图8），其气候倾向率为0.2天/10a。从暴雨日数累积距平变化曲线（图表）可以看出，谷城暴雨日数从1950年代末期到1970年代后期呈减少趋势，而1970年代末至今处于暴雨日数期。图9谷城19592007年暴雨日数累积距平3 结论 （1）谷城县近49a来年降水量呈缓慢增多趋势，其增长速率为每10年4.4毫米。1990年代是相对少雨时期，进入21世纪后年降水量呈递增趋势。同时，年降雨量存在着23a的显著周期和21a的次显著周期。（2）四季降水变化差异明显，春、秋季降水呈减少趋势，夏、冬季呈增多趋势。其中夏季增多最明显（增长率为30.6/10a），秋季减少最明显（增长率为-21.8/10a）。（3）汛期降水增长趋势明显（增长率为22.6mm/10a)，且进入21世纪后增多趋势维持。 （4）年雨日呈减少趋势（增长率为-2.5天/10a），年暴雨日数则呈增多趋势（增长率为0.2天/10a） （5）谷城年降水的增长主要源于夏季降水增长的贡献，同时，雨日减少和暴雨日的增多，都表明强降水的危害有增多的趋势。参考文献1 IPCC.Climate Change 2001: Impacts,Adaptation & Vulnerability. Cambridge: Cambridge University Press,2001.118.2 王英，曹明奎，陶波，李克让.全球气候变化背景下中国降水量空间格局的变化特征J .地理研究,2006,25（6）：1031-10403 陈隆勋，邵永宁，张清芬,等.近四十年来中国气候变化的初步分析J.应用气象学报,1991.2(2):164-173.4 翟盘茂.中国降