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(tài)和人類生存環(huán)境產(chǎn)生了顯著影響，各種極端天氣及災(zāi)害事件不斷增加，給人類的生產(chǎn)生活和經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來嚴(yán)重影響。其中降水也是極其重要的并且對人類生活與經(jīng)濟(jì)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(fù)雜性使得這一區(qū)域成為我國科研人員氣象觀測的敏感區(qū)。此外，四川盆地是我國主要的糧食生產(chǎn)區(qū)之一，地區(qū)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(wǎng)提供的地面站點(diǎn)信息對盆地內(nèi)降水量趨勢變化及其突變情況進(jìn)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(diǎn)資料，對1961－2013年內(nèi)的站點(diǎn)降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。

2.2 研究方法

Mann－Kendall突變分析法，在原假設(shè)H0：氣候序列沒有變化的情況下，設(shè)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(shù)，定義統(tǒng)計(jì)量

在原序列隨機(jī)獨(dú)立等假設(shè)下，dk的均值和方差分別為：

此處 u（dk）為標(biāo)準(zhǔn)分布，其標(biāo)準(zhǔn)概率 a1=prob（|u|＞|udk|）可以通過計(jì)算機(jī)或查表獲得，給定顯著水平a0，當(dāng) a1＞a0 時，接受原假設(shè) H0，當(dāng) a1＜a0 時，則拒絕原假設(shè)，它表示此序列將存在一個強(qiáng)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(yàn)可知是否有變化趨勢。

把此方法引用到反序列當(dāng)中，Mi表示第i個樣本Xi＞第 j個樣本 Xj的累積數(shù)，當(dāng) 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(dāng)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(diǎn)位于信度線之間，這點(diǎn)便是突變點(diǎn)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(diǎn)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)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(xiàn)在1973年，該年降水量為1129 mm；降水量最小值出現(xiàn)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(jì)60年代初到70年代初，以及70年代中后期，降水量呈現(xiàn)下降趨勢；而70年代前期及80年代前期，降水量呈現(xiàn)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(xiàn)大范圍降水量的持續(xù)性下降，一直持續(xù)到21世紀(jì)。從距平值的角度分析，自20世紀(jì)90年代開始距平值基本為負(fù)數(shù)，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(dá)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(nèi)降水比較充沛，但春旱、夏澇、秋綿雨、冬干，年內(nèi)分配卻不甚均勻。

表1 四季降水量百分比

對四個季節(jié)的降水量變化分別進(jìn)行分析。四川盆地春季降水量最大值出現(xiàn)在1967年，該年春季平均降水量為327.7 mm；降水量最小值出現(xiàn)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(jì)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(xiàn)下降趨勢；80年代中期到90年代中期降水量出現(xiàn)波動性的上升與下降；90年代以后出現(xiàn)降水量的持續(xù)性下降；對線性回歸線進(jìn)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(jié)合該線的趨勢可得，在53 a的時間段內(nèi)，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(xiàn)在1981年，該年夏季平均降水量為777 mm；降水量最小值出現(xiàn)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(jì)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(jìn)入90年代以后出現(xiàn)降水量的持續(xù)性下降；對線性回歸線進(jìn)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(jié)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(xiàn)在1975年，該年秋季平均降水量為428.2 mm；降水量最小值出現(xiàn)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(jì)60年代－80年代中期，降水量呈現(xiàn)上升趨勢，而從80年代中期開始降水量呈現(xiàn)持續(xù)性下降；對線性回歸線進(jìn)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(jié)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(jié)內(nèi)的多雨與少雨交替出現(xiàn)。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(jìn)行突變檢驗(yàn)和分析。其方法是若兩條曲線UF和UB的交點(diǎn)位于信度線之內(nèi)，即通過了信度檢驗(yàn)，該交點(diǎn)即為降水變化的突變點(diǎn)。

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(xiàn)下降趨勢；UF和UB的交點(diǎn)位于1970年和1985年兩點(diǎn)，表明降水量可能在這兩個年份發(fā)生突變，且呈下降趨勢；到1995年初達(dá)到顯著水平（在90%的置信水平上顯著），說明在該年發(fā)生了降水量的驟降突變。綜合來看，降水量呈現(xiàn)下降趨勢；降水的突變點(diǎn)主要發(fā)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(jìn)行突變性檢驗(yàn)和分析，春季、夏季以及冬季的兩線交點(diǎn)比較密集，不能確定突變點(diǎn)。故主要對秋季的突變進(jìn)行分析，其突變性特征明顯且通過0.05水平顯著檢驗(yàn)。

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(diǎn)，一點(diǎn)位于1986年，另一點(diǎn)位于1988年，即主要集中在20世紀(jì)80年代中后期，發(fā)生了突變，說明這段時期內(nèi)變化較不穩(wěn)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(jié)與全年突變情況存在差異，但總體看來，降水量均呈現(xiàn)減少的趨勢。但全年降水在1970年及1985年發(fā)生了減少性的突變，而秋季降水在1986和1988年發(fā)生了增多突變，其余三季沒有突變。

4 降水日數(shù)

由53 a來18個站點(diǎn)的數(shù)據(jù)計(jì)算可得，四川盆地的年降水日數(shù)為157 d，其中春夏秋三季的降水日數(shù)分別為42 d、44 d和43 d，在全年降水日數(shù)中所占的百分比十分接近，其中秋季的降水日數(shù)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(shù)則少于其余三季。由圖1可得，降水日數(shù)最大值出現(xiàn)在1964年，該年降水日數(shù)達(dá)185 d；降水日數(shù)最小值出現(xiàn)在2013年，該年降水日數(shù)為134 d。由5 a滑動平均趨勢線可得，在20世紀(jì)60年代初到90年代初期，降水日數(shù)波動；而90年代以后，降水日數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢，尤其是進(jìn)入90年代以后出現(xiàn)降水日數(shù)的持續(xù)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(shù)減少將近4 d；53 a來降水日數(shù)總體上呈減少趨勢。從距平值的角度分析，從20世紀(jì)90年代開始距平值基本為負(fù)數(shù)，也表明了盆地降水日數(shù)的趨勢是減少的。綜上，53 a來盆地內(nèi)降水日數(shù)呈下降趨勢。

圖1 四川盆地年降水日數(shù)距平圖

5 結(jié)論

本文對四川盆地降水量趨勢變化及其突變情況進(jìn)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(qiáng)度等方面。本文得到的結(jié)論如下：

（1）四川盆地的年降水量達(dá)963.6 mm，這表明盆地內(nèi)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(dá)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(xiàn)下降趨勢，每10 a降水量就減少19.1 mm，尤其是20世紀(jì)90年代后降水出現(xiàn)了持續(xù)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(jù)MK檢驗(yàn)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(jié)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(jié)的降水均發(fā)生了驟減突變；而秋季降水的突變年份為1988年。