四川盆地降水量趨勢變化及突變分析

楊曉宇，曲 哲，孫鵬飛

（伊春市氣象局，黑龍江 伊春 153000）

1 引言

近百年來，全球氣候變暖對自然生態和人類生存環境產生了顯著影響，各種極端天氣及災害事件不斷增加，給人類的生產生活和經濟發展帶來嚴重影響。其中降水也是極其重要的并且對人類生活與經濟有著重要影響的一方面。

四川盆地位于長江流域上游，包括四川省東部和重慶市大部。四川盆地地理位置相對閉塞，再加上下墊面的復雜性使得這一區域成為我國科研人員氣象觀測的敏感區。此外，四川盆地是我國主要的糧食生產區之一，地區水資源配置年際差異大會造成易澇易旱的局面。本文將利用中國氣象網提供的地面站點信息對盆地內降水量趨勢變化及其突變情況進行深入分析。

2 研究資料與研究方法

2.1 資料概況

本文采用了中國氣象局記錄的四川盆地地面站點資料，對1961－2013年內的站點降水數據進行統計和分析。

2.2 研究方法

Mann－Kendall突變分析法，在原假設H0：氣候序列沒有變化的情況下，設此氣候序列為X1，X2，X3……Xn，Mi表示第 i個樣本 Xi＞（1≤j≤i）Xj的累積數，定義統計量

在原序列隨機獨立等假設下，dk的均值和方差分別為：

此處 u（dk）為標準分布，其標準概率 a1=prob（|u|＞|udk|）可以通過計算機或查表獲得，給定顯著水平a0，當 a1＞a0 時，接受原假設 H0，當 a1＜a0 時，則拒絕原假設，它表示此序列將存在一個強的增長或減少趨勢。 所有 u（dk）（1≤k≤n）將組成一條曲線 UF線，通過信度檢驗可知是否有變化趨勢。

把此方法引用到反序列當中，Mi表示第i個樣本Xi＞第 j個樣本 Xj的累積數，當 i’=n＋1－i時，如果，Mi=mi，則反序列的udi由下式給出：

udi在圖中以UB表示。當曲線UF超過信度線即表示存在明顯的變化趨勢時，如果曲線UF和UB的交叉點位于信度線之間，這點便是突變點的開始。

3 四川盆地降水變化概況

3.1 四川盆地年降水量變化

由53 a來18個站點的統計數據計算可得，四川盆地年平均降水量為1155.6 mm，降水量最大值出現在1973年，該年降水量為1129 mm；降水量最小值出現在2006年，該年降水量為746.6 mm。由5 a滑動平均趨勢線可得，在20世紀60年代初到70年代初，以及70年代中后期，降水量呈現下降趨勢；而70年代前期及80年代前期，降水量呈現上升趨勢；80年代中后期降水量又逐步下降，在90年代初期緩步上升后出現大范圍降水量的持續性下降，一直持續到21世紀。從距平值的角度分析，自20世紀90年代開始距平值基本為負數，也表明了盆地降水的趨勢是減少的。

3.2 四川盆地四季降水量變化

春季降水量為242.8 mm，占全年降水總量的21.01%；夏季降水量為587.9 mm，降水量占全年降水總量的百分比高達50.87%；秋季降水量為275.3 mm，占全年降水總量的21%；冬季降水量為49.7 mm，僅占全年降水總量的4%。雖然盆地內降水比較充沛，但春旱、夏澇、秋綿雨、冬干，年內分配卻不甚均勻。

表1 四季降水量百分比

對四個季節的降水量變化分別進行分析。四川盆地春季降水量最大值出現在1967年，該年春季平均降水量為327.7 mm；降水量最小值出現在1994年，該年春季平均降水量為174.2 mm。由5 a滑動平均趨勢線可得，在20世紀60年代初到70年代末期，降水量先下降后上升；70年代中期到80年代初期，降水量呈現下降趨勢；80年代中期到90年代中期降水量出現波動性的上升與下降；90年代以后出現降水量的持續性下降；對線性回歸線進行分析，其氣候傾向率為－3.9，表明每10 a降水量減少3.9 mm；并且結合該線的趨勢可得，在53 a的時間段內，降水總體來說呈減少趨勢；四川盆地夏季降水量最大值出現在1981年，該年夏季平均降水量為777 mm；降水量最小值出現在2006年，該年夏季平均降水量為336.4 mm。由5 a滑動平均趨勢線可得，在20世紀60年代末、70年代后期至90年代中期，降水量先上升后下降；尤其是進入90年代以后出現降水量的持續性下降；對線性回歸線進行分析，其氣候傾向率為－3.0，表明每10 a降水量減少3 mm；并且結合該線的趨勢可得，53 a來降水總體來說呈減少趨勢；四川盆地秋季降水量最大值出現在1975年，該年秋季平均降水量為428.2 mm；降水量最小值出現在1997年，該年秋季平均降水量為169.5 mm。由5 a滑動平均趨勢線可得，在20世紀60年代－80年代中期，降水量呈現上升趨勢，而從80年代中期開始降水量呈現持續性下降；對線性回歸線進行分析，其氣候傾向率為－16，表明每10 a降水量減少16 mm，并且結合該線的趨勢可得，53 a來降水總體來說呈減少趨勢；四川盆地冬季降水量很少，所以其變化趨勢并不明顯，季節內的多雨與少雨交替出現。其5 a滑動趨勢線與線性回歸線也不明顯。綜合分析，冬季降水量少且降水變化不明顯。

綜合四季的降水距平變化可得，春季、夏季和秋季的變化趨勢基本相似且與年降水量距平變化情況吻合；而冬季降水量明顯少于其他三季且變化趨勢十分不明顯，波動較小。

3.3 四川盆地降水突變特征

采用 Mann－Kendall突變法對四川盆地的年降水量及四季降水量進行突變檢驗和分析。其方法是若兩條曲線UF和UB的交點位于信度線之內，即通過了信度檢驗，該交點即為降水變化的突變點。

對四川盆地年降水量突變M－K曲線分析可以得知：降水量53 a來呈現下降趨勢；UF和UB的交點位于1970年和1985年兩點，表明降水量可能在這兩個年份發生突變，且呈下降趨勢；到1995年初達到顯著水平（在90%的置信水平上顯著），說明在該年發生了降水量的驟降突變。綜合來看，降水量呈現下降趨勢；降水的突變點主要發生在1978以及1985年附近；1995年降水減少的趨勢十分顯著。

對四川盆地四季的降水量進行突變性檢驗和分析，春季、夏季以及冬季的兩線交點比較密集，不能確定突變點。故主要對秋季的突變進行分析，其突變性特征明顯且通過0.05水平顯著檢驗。

秋季降水量的突變情況，1963－1988年降水趨勢是增加的，而1988－2013年降水趨勢減少。曲線UF和UB相交于兩點，一點位于1986年，另一點位于1988年，即主要集中在20世紀80年代中后期，發生了突變，說明這段時期內變化較不穩定。整體來看，1988年降水上升性突變，在1988年之前降水量是增加的，之后則減少。

綜合全年及四季的降水突變情況可以得到，雖然各個季節與全年突變情況存在差異，但總體看來，降水量均呈現減少的趨勢。但全年降水在1970年及1985年發生了減少性的突變，而秋季降水在1986和1988年發生了增多突變，其余三季沒有突變。

4 降水日數

由53 a來18個站點的數據計算可得，四川盆地的年降水日數為157 d，其中春夏秋三季的降水日數分別為42 d、44 d和43 d，在全年降水日數中所占的百分比十分接近，其中秋季的降水日數僅次于夏季，這與華西秋雨的情況是相符合的，而冬季降水日數則少于其余三季。由圖1可得，降水日數最大值出現在1964年，該年降水日數達185 d；降水日數最小值出現在2013年，該年降水日數為134 d。由5 a滑動平均趨勢線可得，在20世紀60年代初到90年代初期，降水日數波動；而90年代以后，降水日數呈現下降趨勢，尤其是進入90年代以后出現降水日數的持續性下降。分析線性回歸趨勢可得，氣候傾向率為－3.8，表示每10 a降水日數減少將近4 d；53 a來降水日數總體上呈減少趨勢。從距平值的角度分析，從20世紀90年代開始距平值基本為負數，也表明了盆地降水日數的趨勢是減少的。綜上，53 a來盆地內降水日數呈下降趨勢。

圖1 四川盆地年降水日數距平圖

5 結論

本文對四川盆地降水量趨勢變化及其突變情況進行了深入的分析，主要包括降水量變化、降水突變以及降水強度等方面。本文得到的結論如下：

（1）四川盆地的年降水量達963.6 mm，這表明盆地內的降雨比較充沛；四季的降水存在著一定的差異，春季降水量為242.8 mm，占全年降水總量的21%，夏季降水量為588.3 mm，占全年降水總量的51%，秋季降水量為275.3 mm，降水比例達24%，僅次于夏季降水，而冬季降水量全年最低，僅49.6 mm，僅占全年降水量的4%。

（2）53 a來四川盆地降水整體呈現下降趨勢，每10 a降水量就減少19.1 mm，尤其是20世紀90年代后降水出現了持續性地下降；四季中秋季的降水下降趨勢最為明顯；地理位置中，盆西降水下降的趨勢比盆東明顯。

（3）根據MK檢驗可得，四川盆地的降水量整體上是呈下降趨勢的；除冬季外，全年降水與四季降水均存在突變。雖然各個季節與全年突變情況存在差異，但在某些程度上還是保持一致的：除秋季外，1978年年降水和其他幾個季節的降水均發生了驟減突變；而秋季降水的突變年份為1988年。