廣西巴馬縣1960—2021 年降水量與氣溫的變化特征分析

黃 珩，劉 芳，韋春苗

（廣西河池市氣象局，廣西 河池 547000）

廣西巴馬瑤族自治縣是世界長壽之鄉(xiāng)，位于華南西北部邊緣，靠近云貴高原東南部山區(qū)［1］，屬亞熱帶季風氣候區(qū)，也是東西風帶交替影響的過渡區(qū)。地貌以山地為主，主要河流有靈岐河、百東河、盤陽河。廣西巴馬縣地勢西高東低，高山地帶主要分布在西北部，最高處海拔在1 000 m 以上；丘陵地帶主要分布在東南部，海拔在200 m 以下。廣西巴馬縣農(nóng)作物以水稻和玉米為主，經(jīng)濟作物以桑蠶、蔬菜、火麻等為主，林業(yè)以種植油茶、八角為主；畜牧水產(chǎn)業(yè)以養(yǎng)殖香豬、山羊、麻雞、銀魚為主。巴馬縣山青水秀生態(tài)美，土壤有機質(zhì)含量高，動植物資源十分豐富，自然條件、生態(tài)環(huán)境被譽為“上天遺落人間的一塊凈土”［2］。

氣候研究常采用線性傾向估計、累積距平、MK、MTT 突變檢驗、Morlet 小波分析等統(tǒng)計方法［3］。Morlet 小波分析在時間域和頻率域上具有良好的局部性及突變點診斷能力，小波變換在自然科學(xué)、技術(shù)科學(xué)領(lǐng)域中獲得廣泛應(yīng)用［4-7］，也是氣候變化研究及預(yù)測的有力工具。顧薇等［8］利用Morlet 小波分析對中國東部夏季降水存在的華北和長江中下游地區(qū)的反位相變化關(guān)系進行研究發(fā)現(xiàn)，二者都具有不同周期的年代際變化；覃衛(wèi)堅等［9］利用Morlet 小波分析桂東北、桂東南和桂西地區(qū)春季降水的年際變化，得出廣西春季降水存在著明顯的周期變化規(guī)律，普遍存在2、4、8 年的周期。通過對1960—2021 年巴馬縣國家氣象觀測站氣象資料分析廣西巴馬縣降水量及氣溫變化特征，以了解廣西巴馬縣62 年來降水量與氣溫的變化趨勢及規(guī)律，有利于合理利用廣西巴馬縣農(nóng)業(yè)氣候資源，為調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和種植制度提供科學(xué)依據(jù)。

1 年降水量與年平均氣溫的變化特征

1.1 降水量變化特征

由圖1a 可知，1960—2021 年廣西巴馬縣降水量年際變化總體呈波動變化，變化趨勢不明顯。近62年的年平均降水量為1 556.0 mm，年極端最大降水量為2 332.6 mm（2015 年），年極端最小降水量為944.5 mm（2009 年），年降水量差值達1 388.1 mm，降水量在年際與年代際時間尺度的時域中分布不均勻。1961—1964 年、1971—1975 年、1981—1989 年、1991—1992 年、2003—2007 年、2009—2011 年年降水量處于偏少階段，其余年份處于偏多階段。由圖1 可見，年降水量距平的變化在1965 年、1968 年、1977 年、1993 年、2002 年、2015 年發(fā)生明顯轉(zhuǎn)折。

圖1 1960—2021年廣西巴馬縣歷年降水量和平均氣溫變化

1.2 氣溫變化特征

近62 年廣西巴馬縣平均氣溫為20.8 ℃，年平均氣溫總體呈升高趨勢，增長幅度為每10 年0.096 ℃，通過了α=0.05 的顯著性水平檢驗（圖1b）。從圖1b可知，氣溫累計距平變化，1987 年以前年平均氣溫基本低于近62 年的平均值，1987 年之后則高于平均值，可見廣西巴馬縣年平均氣溫年際變化在1987 年發(fā)生改變，為轉(zhuǎn)折點。

2 降水量和氣溫年變化分析

由圖2a 可知，近62 年來廣西巴馬縣月降水量分布呈單峰型，6 月降水量最大，為351.6 mm，占全年的68.6%，2 月最小，為27.7 mm。月降水量極端最大值為744.7 mm，出現(xiàn)在1968 年的6 月；月極端最小值為0 mm，出現(xiàn)在1987 年的12 月。廣西巴馬縣降水量主要特點是一年中兩頭少中間多，主要集中在汛期的4—9 月［10］，降水量為1 275.8 mm，占全年降水量的82%。其中前汛期為4—6 月，降水量為662.0 mm，后汛期為7—9 月，降水量為613.8 mm，分別占全年降水量的42.5%、39.4%。

圖2 廣西巴馬縣多年平均降水量和氣溫的逐月分布

廣西巴馬縣地理位置比較特殊，位于云貴高原邊緣的斜坡地帶，主要受中緯度的高空槽和低緯度的孟加拉灣地區(qū)南支槽向東移、云貴高原低空切變線及西南低渦的東移南壓影響，以及鋒前暖區(qū)和鋒后產(chǎn)生各種中尺度雨團、雨帶帶來強降雨天氣［1］，同時地形地貌也對廣西巴馬縣強降水有重要影響［11，12］。

由圖2b 可見，廣西巴馬縣月平均氣溫年變化呈單峰型，月平均氣溫的最高值出現(xiàn)在7 月，為27.3 ℃，月平均氣溫的最低值出現(xiàn)在1 月，為12.0 ℃。廣西巴馬縣的高溫天氣主要出現(xiàn)在6—9月，低溫（冷凍）天氣主要出現(xiàn)在12 月至翌年2 月。廣西巴馬縣極端最高氣溫出現(xiàn)在2017 年4 月10 日，為39.3 ℃；極端最低氣溫出現(xiàn)在1963 年1 月15 日，為-3.3 ℃。近62 年月平均氣溫為20.8 ℃。廣西巴馬縣11 月至翌年3 月的月平均氣溫在平均值以下，而4—10 月的月平均氣溫則位于平均值以上。

3 年降水量與平均氣溫的突變分析

由圖3a 可知，1960—2021 年廣西巴馬縣降水變化在1965 年、1968 年、1977 年、1993 年、2002 年、2015 年分別出現(xiàn)了轉(zhuǎn)折，可見標準正態(tài)分布統(tǒng)計量（UFk）和（UBk）在置信水平區(qū)間［-1.96，1.96］內(nèi)，說明廣西巴馬縣年降水量變化趨勢不明顯。用滑動T檢驗法（MTT 法）對平均氣溫進行突變檢驗。檢驗結(jié)果（圖3b）發(fā)現(xiàn)，當滑動步長為3～6 時，氣溫在整個研究時間尺度內(nèi)UFk＞0，廣西巴馬縣平均氣溫呈顯著上升趨勢，在1972 年前后UFk的變化超出了置信水平，可能發(fā)生了突變；在1976—1987 年，平均氣溫M-K 檢驗中UFk超出了置信水平，通過滑動T 檢驗對1976—1987 年平均氣溫進行進一步驗證，發(fā)現(xiàn)當滑動步長為7～9 時，1972 年的平均氣溫通過α=0.01的顯著性水平檢驗，其他時段步長檢驗效果不明顯。1976—1987 年，當平均氣溫滑動步長為5～9 時，在T檢驗統(tǒng)計值中，1976年對應(yīng)的絕對值最大，通過了α=0.05 的顯著性檢驗，可見1976 年廣西巴馬縣平均氣溫發(fā)生了突變。

圖3 1960—2021 年巴馬縣年降水量（a）與平均氣溫（b）MK 突變檢驗

4 降水量與氣溫的周期特征分析

廣西巴馬縣降水量與氣溫年際及年代際時間尺度在時間上和空間上分布不均勻。利用廣西巴馬縣62 年來的降水量與氣溫數(shù)據(jù)，采用Morlet 小波分析來了解降水量與氣溫變化的周期、強度變化特征。圖4 為廣西巴馬縣1960—2021 年年降水量的小波分析結(jié)果。從圖4 可見，廣西巴馬縣年降水量在不同時間尺度上小波信號強弱波動不同。年降水量總體上存在2～4 年準周期變化，1986—2010 年存在6～8 年準周期變化；1968—1984 年存在12 年準周期變化；1985—2010 年存在20 年準周期變化。圖5 為廣西巴馬縣1960—2021 年氣溫的小波分析結(jié)果。從圖5 可見，巴馬縣年氣溫在不同時間尺度上小波信號強弱波動不同，總體上存在2～7 年準周期變化，其中1990—2015 年有2～4 年準周期變化；1975—1985 年有4～7 年準周期變化；1985—2000 年存在15 年準周期變化；1970—2015 年存在20 年準周期變化。

圖4 1960—2021 年廣西巴馬縣降水量Morlet小波分析

圖5 1960—2021 年廣西巴馬縣氣溫Morlet小波分析

5 結(jié)論

廣西巴馬縣1960—2021 年年平均降水量為1 556.0 mm，極端最大降水量出現(xiàn)在2015 年，為2 332.6 mm，極端最小降水量出現(xiàn)在2009 年，為944.5 mm，年降水量極差值為1 388.1 mm，降水量年際變化呈波動變化，變化趨勢不明顯。近62 年巴馬縣年平均氣溫呈顯著上升趨勢，上升幅度為每10 年0.096 ℃。

1960—2021 年廣西巴馬縣降水量月分布呈單峰型，降水量最大值在6 月，為351.6 mm，最小值在2 月，為27.7 mm。一年之中的降水主要集中在汛期的4—9 月，降水量為1 275.8 mm，占全年的82%。平均氣溫月變化也呈單峰型，月平均氣溫的最高值出現(xiàn)在7 月，為27.3 ℃，月平均氣溫的最小值出現(xiàn)在1 月，為12.0 ℃。廣西巴馬縣每年高溫天氣主要出現(xiàn)在7—8 月，低溫（冷凍）天氣主要出現(xiàn)在12 月至翌年的2 月。

1960—2021 年廣西巴馬年降水量突變不明顯，氣溫突變主要出現(xiàn)在1976 年。廣西巴馬縣年降水量總體上存在2～4 年準周期變化，年溫度總體上存在2～7 年準周期變化。