佛山市南海区汛期降水特征的分析

庞绮汶，招伟文，潘巧英

佛山市南海区汛期降水特征的分析

庞绮汶1，招伟文2，潘巧英1

（1.佛山市南海区气象局，广东佛山 528200；2.佛山市顺德区气象局，广东佛山 528300）

利用佛山市南海区1961—2010年逐月降水量资料，采用趋势性分析、Morlet小波分析和Mann-Kendall法进行气候变化趋势和突变分析。结果表明：近50年南海区汛期（前、后汛期）降水总量呈上升趋势。20世纪90年代到2005年后汛期降水增加明显，而总汛期降水量在20世纪90年代以来偏多。20世纪80年代到90年代初期汛期降水量下降最为明显。汛期（前、后汛期）降水量偏少集中在20世纪80年代中期到90年代前期，而总汛期和后汛期在20世纪60年代前期和20世纪90年代中期到2005年降水偏多。汛期存在准2、准4和7～8年尺度的周期；前汛期存在3～4、准2和准4年时间尺度的周期振荡；后汛期存在3～4、准2和7～8年周期。突变检测确定1992年为汛期和后汛期降水量的突变年份。

气候学；汛期降水；小波分析；周期振荡；佛山南海

佛山市南海区属亚热带季风性湿润气候区，气候温和、雨量充足，1961—2010年年平均降水量为 1 650.9 mm，其中80%左右集中在汛期（4—9月），前汛期（4—6月）主要是锋面低槽带来的降水，降水量为696.8 mm，占全年降水量的42%，后汛期（7—9月）主要是热带气旋、热带辐合带等带来的降水，降水量在621.7 mm，占全年降水量的38%。降水对人们生产生活等方面影响极大，因此，人们对降水等气候变化也越来越关注。李江南等［1］研究发现广东省降水量具有年际变化特征，且20世纪90年代出现极端降水，降水明显增加，前汛期和后汛期降水年际变化很大，总体呈现负相关。也有一些研究表明近40年来广东省的降水量总体呈上升趋势，20世纪60年代中后期到70年代末降水量基本呈上升趋势，80年代后期呈下降趋势，90年代开始又有所增加并达到最多［2］。罗伟华等［3］进一步研究指出，近47年来广东省年降水量具有明显的年代际振荡特征，降水偏多和偏少交替出现，但没有发生突变现象。而刘燕等［4］通过分析广东省前汛期降水量均方差变化特征，也发现汛期降水呈现明显的年代际变化，20世纪90年代以后，粤中地区降水异常明显增多。

综合专家和学者们的研究可知，广东省年降水量具有年际和年代际变化特征，且变化趋势具有显著的地理差异，在年际变化上有的地方略呈增加，有的略呈减少，但总体变化还是不显著［5-11］。而对佛山市南海区汛期（前、后汛期）降水量整体上作研究分析，目前还比较少，因此有必要对佛山市南海区汛期（前、后汛期）降水量的变化特征作深入分析，了解和掌握该区汛期（前、后汛期）降水的变化趋势，为当地的降水预测预报和防洪抗涝等提供重要的科学依据。

1 资料与方法

本研究资料来源于佛山市南海区国家气象观测站1961—2010年逐月降水量资料。按相关规定4—9月为汛期，其中前汛期为4—6月，后汛期为7—9月［12］。采用趋势性分析法、Morlet小波分析方法、Mann-Kendall法对近50年来佛山市南海区汛期（前、后汛期）降水量的变化趋势和突变进行了分析。具体公式请参看参考文献［13-15］。

2 降水量的基本变化特征

图1给出了汛期降水时间序列及长期变化趋势。从图1中可以看出，近50年佛山市南海区总汛期降水量的增加趋势较为明显，气候倾向率为4.228 mm/年，通过α=0.10的显著性检验，但没有通过α=0.05的显著性检验，这种增加趋势与广东省近40年的汛期降水量变化趋势相同［5］。而前汛期和后汛期降水量的气候倾向率分别为1.244和2.984 mm/年，均没有通过α=0.10的显著性检验，说明近50年佛山市南海区前汛期和后汛期降水量虽有增加趋势，但不显著。

从趋势分析得出，20世纪60年代到70年代汛期（前、后汛期）一直呈波动上升的趋势，特别是20世纪90年代到21世纪前5年后汛期降水变化较突出，增加明显，这与90年代后极端降水气候事件更加频繁发生的事实相符［7］。而总汛期降水量在20世纪90年代以来也呈上升趋势，且稳定在平均降水量之上。另外1982年到1994年前汛期的降水量和1985年到1994年后汛期的降水量均偏小，导致20世纪80年代到90年代初期汛期降水量下降最为明显，一直低于平均水平。

图1 1961—2010年佛山市南海区降水量年际变化及7年滑动平均

为了进一步揭示汛期（前、后汛期）降水量的年际变化，本研究对近50年的降水量进行7年滑动平均处理。从图1a的7年滑动平均曲线可见，近50年来佛山市南海区总汛期降水量可分为2个偏多时段、2个偏少时段和1个平稳变化时段。2个偏多时段分别为20世纪60年代前期和20世纪90年代中期到21世纪初。而20世纪60年代中期到70年代前期和20世纪80年代中期到90年代前期降水持续偏少，70年代中期到80年代前期基本上都是一个平稳变化阶段，年降水量在平均值附近小幅度波动。这个变化趋势与江门［7］、深圳［8］等周边城市的汛期变化规律相似。

图1b显示前汛期降水量可分为两个偏多、两个偏少时段。20世纪70年代和2004—2010年为降水偏多时段，与陈志芳［9］所研究的结果吻合。20世纪60年代和20世纪80年代到90年代降水持续偏少，其中1995年是降雨偏少时段里的一个小高峰。

而后汛期降水量变化规律与前汛期和总汛期降水量变化规律不同，分为两个偏多时段和一个偏少时段，从图1c可以看出，2个偏多时段分别为20世纪60年代的前期、中期和20世纪90年代到2005年。而20世纪60年代后期一直延续到1993年降水持续偏少，其中1974和1984年分别为降水偏少时段里的2个高峰值。

3 汛期降水量周期分析

图2为近50年佛山市南海区汛期（前、后汛期）降水经过Morlet小波变换之后的功率谱。图2中红色线所包围部分表示通过了在0.05显著性水平上的高斯白噪声检验的尺度周期。

由图2a可知，汛期降水强度在2000—2003年和2007—2010年为中心时段，准2年周期是显著的；20世纪80年代到90年代出现了7～8和准4年显著周期。因此，汛期降水强度在2000—2003和2007—2010年前后存在显著的年代际变化。此外，汛期降水在20世纪80年代出现显著的7～8年周期振荡，90年代出现显著的准4年周期振荡，这与广东地区近40年来汛期降水的年代际变化特征相吻合［5］。同时小波功率谱分析还检测出该区域在年际尺度上存在准3～4年周期，但0.05显著水平检验发现并不显著。

从图2b可以看出近50年佛山市南海区前汛期降水时间序列存在着显著的3～4、准4和准2年尺度周期。3～4年周期在20世纪60年代中期较强，其他年份偏弱。准4年周期在20世纪80年代到20世纪末较强较显著，其他年份较弱。准2年周期在2007—2010年较强，其他年份较弱。同时小波功率谱分析还检测出该区域在代际尺度上存在准16和准32年周期，但均未通过显著性检验。

后汛期降水强度在20世纪80年代中期到20世纪末为中心的时段，7～8年周期是显著的（图2c）。因此，近50年佛山市南海区降水强度在20世纪80年代中期到20世纪末存在显著的年际变化。还有从图2c中可以看到佛山市南海区后汛期降水时间序列存在着准2和3～4年尺度周期，准2年周期在20世纪60年代初期较强，其他年份较弱；3～4年周期在2000年前后较强，其他年份较弱。

图2 1961—2010年佛山市南海区降水小波分析

4 汛期降水年代际突变分析

分析曼-肯德尔（Mann-Kendall，M-K）法计算的近50年佛山市南海区汛期降水量变化图（图3a、3b、3c）可知，汛期（前、后汛期）的UF和UB曲线在1961—2010年之间杂点较多，且MK曲线没有超过临界值=±1.96的临界线，根据M-K法突变检验的判定法则，说明佛山市南海区汛期（前、后汛期）降水量存在突变。为了进一步检验佛山市南海区降水年代际突变情况，本研究还利用了山本（Yamamoto）法对汛期（前、后汛期）的降水量突变进行检验分析（图略），从山本法的检验结果，发现汛期的检验值接近1.0，而且1992年是在所有年检验点中是最大的，并且从图3a也可以看到1992年UF和UB曲线存在交点，即可以把1992年看成突变点。同理，图3c中后汛期出现交点也在1992年，山本法的检验结果中1992年达到1.24，且在所有年检验点中是最大的，因而可以确定1992年是突变点，这与20世纪90年代起后汛期降水变化较突出，增加明显的结论相呼应。

通过分析图3a和图3c，发现总汛期降水量在20世纪90年代后有增多趋势，且这种增多趋势与后汛期变化一致。在分析汛期（前、后汛期）降水量的距平值时，同样也可以印证这一点。20世纪90年代以来，1990—1991、2000、2004和2009年总汛期和后汛期的降水量都比平均值少；而1993—1994、1996、1999、2001—2003、2006、2008和2010年两者的降水量都高于平均值。

根据图3b前汛期降水量突变分析的M-K曲线中，可以看出UF曲线在20世纪90年代后变化较稳定，而从距平值分析也可以看出1990年后前汛期降水量基本在多年平均值附近上下波动。

图3 1961—2010年佛山市南海区降水M-K突变检验

5 结论

1）近50年佛山市南海区汛期（包括前、后汛期）降水量表现为增加趋势，且趋势较为显著。20世纪60年代到 70年代汛期（前、后汛期）呈波动上升的趋势，特别是20世纪90年代到21世纪头5年后汛期降水变化较突出，增加明显，而总汛期降水量在20世纪90年代到21世纪初也呈上升趋势，且稳定在平均降水量之上。20世纪80年代到90年代初期汛期降水量下降最为明显，一直低于平均水平。

2）汛期（前、后汛期）降水量的少雨阶段都集中在20世纪80年代中期到90年代前期，而总汛期和后汛期的多雨阶段都集中在20世纪60年代前期和20世纪90年代中期到2005年，前汛期的两个多雨阶段分别为20世纪70年代和2004—2010年。

3）佛山市南海区降水变化包含了多个不同时间尺度的周期变化和演变特征，这体现了气候变化的多尺度性。汛期存在准2、准4和7～8年尺度周期；前汛期存在3～4、准2和准4时间尺度的周期振荡；后汛期存在3～4、准2和7～8年时间周期。

4）佛山市南海区汛期和后汛期降水量在1961—2010年中，突变年份为1992年。20世纪90年代后总汛期和后汛期的降水量有增多趋势，而前汛期降水量变化较为稳定。

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Analysis of the Characteristics of Precipitation of the Raining Season of Foshan City

PANG Qi-wen1，ZHAO Wei-wen2，PAN Qiɑo-ying1
（1.Meteorological Bureau of Nanhai District，Foshan City 528200；2.Meteorological Bureau of Shunde District，Foshan City 528300）

With the month-to-month rainfall amount data from 1961 to 2010 in Nanhai District，Foshan City and techniques of tendency analysis，Morlet wavelet analysis and Mann-Kendall test，we studied the trend of climatological variation and abrupt change of rainfall amount.The result is shown as follows.Over the past 50 years，the total rainfall amount shows a rising tendency in the annually two raining seasons，significantly from the 1990s to mid-2000s.It is anomalously more since the 1990s.It reduces most significantly from the 1980s to early 1990s.It decreases the most from mid-1980s to early 1990s while increasing，together with the rainfall amount of the annually second raining season，the most in early 1960s and from mid-1990 to mid-2000s.The raining seasons oscillate at periods of quasi-2，-4 and-7 to 8 years，while the annually first raining season has periodic oscillations of quasi-3 to 4，-2 and-4 years and the second has periodic oscillations of quasi-3 to 4，-2 and-7 to 8 years.As shown in an abrupt change test，1992 is the year that witnesses the abrupt change in the rainfall amount of the two annual raining seasons.

climatology；precipitation of the raining season；wavelet analysis；periodic oscillation；Nanhan，Foshan

P46

A

10.3969/j.issn.1007-6190.2016.05.006

2016-03-13

佛山市气象局科学技术研究项目（201416）

庞绮汶（1990年生），女，助理工程师，学士，主要从事天气预报和气象服务工作。E-mail：382790640@qq.com

庞绮汶，招伟文，潘巧英.佛山市南海区汛期降水特征的分析［J］.广东气象，2016，38（5）：25-28.