雜多地區近50年來降水變化特征

郭 航，葛友榮，才讓羅加

1.大通回族土族自治縣氣象局，青海大通 810100；2.雜多縣氣象局，青海雜多 815300；3.達日縣氣象局，青海達日 814200

雖然陳隆勛等[1-2]先后利用各種氣候資料作分析研究，揭示了中國氣候變化的許多有意義的事實，對認識中國氣候變化的史實有很大的幫助，但是這些研究主要集中在中國東部地區，對占國土面積1/3以上的中國西北地區并未進行詳細的分析。而唐玉紅[3]雖然對青海或三江源地區的降水進行了分析，但只進行了整體的把握，并未對某一塊具體區域進行研究。

主要以雜多氣象站（95°17′E、32°53′E，海拔：4 066.4 m）1961—2015年降水資料為依據，基于統計分析法對近50年來雜多縣降水變化情況展開分析，研究降水的變化趨勢，以求能夠對雜多地區的降水變化有更深的了解，從而增強雜多地區的氣象防災減災能力，更好地開展針對性的氣象為牧服務工作。

1 資料與方法

1.1 資料來源

選用青海省雜多縣氣象站1961—2015年（1—12月）完整的逐月降水資料，資料具有很好的代表性、準確性和比較性。將一年四季劃分為春季（3—5月）、夏季（6—8月）、 秋季（9—11月）、冬季（12月至翌年2月），進行資料統計。

1.2 研究方法

對降水序列的長期變化趨勢和震蕩周期進行計算分析，基于Mann-Kendall法和小波分析進行降水序列周期的具體顯著性的檢驗。一種由Meyer Y、Mallat S與Daubeehies I等科學家提出可以使時間（空間）頻率的局部化分析（即圖像和信號處理, 其性質隨時間是穩定不變的信號）并迅速發展起來的新的數學方法稱為小波分析。精準分析、編碼、診斷、量化、傳遞或存儲、準確重構（或恢復）即信號處理的主要目標。Mann-Kendall 法優點無需嚴格按照特定的分布，部分異常值也不會對其產生干擾，更便于計算，屬于非參數統計的一種檢驗方法。

2 降水的變化特征

2.1 降水的基本氣候特征

計算了雜多縣近50年來降水的均值、變率及變化速率（表1）。通過分析雜多屬濕潤氣候，其降水較充沛，特點為四季降水分配極為不均、降水變率大。

基于表1能夠了解近50年雜多縣的年平均降水達到535.7 mm。基本上在5—9月集中降水量為460.3 mm，在全年總降水量中的比重為86%。在四季降水量中最多的是夏季，達到329.9 mm，在全年所占比重為62%，由于夏季高原的加熱作用，形成一個從高原南、北兩側符合的氣流于30°N～35°N之間垂直上升的季風環流，加之夏季緯向的輻合切變、低渦切變和西南暖濕氣流匯入而致使高原降水主要集中在夏季，使得夏季降水顯著增多。春、秋季為大氣環流交換季節，降水量在70～110 mm之間。

表1 1961—2015年季度和年平均降水量、變率及傾向率

冬季，降水相對變率與降水量相反，為四季之首，達43.7%。春、秋季是20%～27%，年均降水量無顯著變化，僅僅為10.7%。分別計算各月降水的相對變率，得出在降水集中的5—9月，其各月降水的相對變率都在50%～88%之間，表明降水不穩定，降水時間尺度分布不均，易出現旱災。

2.2 雜多縣1961—2015年降水的變化特征

2.2.1 雜多縣近50年的年降水量變化特征近50年雜多地區長期降水量的趨勢回歸方程與相關系數（表2）。由此可知，降水量變化趨勢最顯著的是秋季，相關系數是0.306，春季排第二。

表2 雜多縣1961—2015年降水量長期趨勢回歸方程

從年降水量的長期變化趨勢曲線圖和距平圖（圖1）分析可知，年降水量呈明顯的震蕩趨勢，1961—1970年代初緩慢下降，1970年代中期至1990年代末緩慢上升，之后呈平穩上升趨勢，近10多年來降水量增加約17.6 mm。總體上來說，近50年以來，雜多降水量呈上升趨勢，但波動幅度大，震蕩變化明顯。分析的降水量距平圖，能夠看出降水量近50年來的距平數據為震蕩變化（圖1）。雜多降水變化整體上呈現為震蕩上升趨勢。

圖1 雜多年降水量年際變化趨勢線圖（a）和距平圖（b）

研究認為，三江源地區近50年來的年降水量呈減少趨勢，具體的減幅在6.73 mm/10年，因此與近50年來雜多的年降水量增加趨勢相反[3]。

2.2.2 雜多縣1961—2015年的最大日降水量變化特征分析1961—2015年雜多地區日降水最大量的變化趨勢，出現劇烈變化，最大年份與最小年份的差距超過 2倍。在最大日降水量最大的1979年，其極端降水量為37.9 mm，而在最大日降水量最小的1993年，其極端降水量為15.3 mm。從圖2中可知，最大日降水量趨勢變化，1961年至1970年代中期平緩下降，1970年代末至1990年代中期呈上升趨勢，1990年代中期以后以震蕩變化為主。日極端降水量實際數值，分析50年的總體變化，可以看出呈逐漸增加變化趨勢。該變化能夠以y=0.0093 2x+24.062這一線性方程來擬合。雜多極端降水量的變化趨勢具體為升高，而且更頻繁地發生極端降水天氣，這也是全球變暖的必然趨勢。

圖2 雜多縣1961—2015年最大日降水量的變化趨勢

2.3 年降水的震蕩周期分析和突變分析

雜多縣1961—2015年降水量小波變換圖清晰地顯示了近50年雜多降水量在不同時間尺度上的突變點、周期震蕩變化和強弱位置分布，時間尺度上的差異所帶來的降水年變化結構也存在差異，小尺度變化是在大尺度變化當中嵌入的一種結構（圖3）。年降水量存在顯著周期震蕩，5～10年的時間尺度相對較大，是豐—枯交替的循環模式，基于5年前后這一中心周期，1979、1990、1994、2005年前后等在10年時間尺度上突變點顯著。時間尺度在2～5年上，年降水量也呈現出顯著的周期震蕩變化，呈現出枯—豐的交替循環，周期中心為2年左右，連續交替循環，突變點較多。通過準5年周期分析，準5年周期枯中心為2010年，預測2015—2016年雜多縣降水量偏少，處于枯期。

圖3 雜多1961—2015年降水量小波變換分析

雜多年降水量的小波方差圖（圖4），分析圖能夠了解雜多年降水量存在較為顯著的3個峰值，其時間尺度依次為12、5、2年，而時間尺度5年在其中對應的峰值最大，代表5年前后具有最強的周期震蕩，準2年相比準12年的周期震蕩更強。因此，能夠清楚在雜多縣年降水量所有的時間域內這3個周期的實際波動變化。

圖4 雜多1961—2015年降水量小波方差分析

圖5中UF曲線來看，20世紀90年代末以來，雜多縣年降水量有平緩增加趨勢；UF和UB突變點較多，但其均未超出±1.96的區間，降水沒有明顯的突變，近10多年的年降水量增加趨勢不明顯。

圖5 雜多縣1961—2015年降水量M-K檢驗

3 結論

（1）雜多縣近50年降水量均值為535.7 mm，年降水量極大值為700.8 mm，年降水量極小值為411.7 mm，極端日最大降水量為37.9 mm。雜多縣降水量呈增加的趨勢。

（2）降水沒有明顯的突變。

（3）小波分析表明，近50年來，以12、5、2年為主的變化呈現雜多縣年降水量的變化周期振蕩。

（4）雜多縣降水在時間上的特點：在一年中呈現出中間多、兩頭少的特點，以5—9月為相對的集中時間，降水量達460.3 mm，而在這當中又以7月最多，占全年的86.0%，6、7月降水量為年內最大，分別為117.8、113.6 mm，分別占5—9月降水量的25.6%、24.7%，分別占全年降水量的22.0%、21.2%。年內降水中的夏季降水占據主要部分，決定著一整年的豐枯情況。