饶平县降水变化特征分析

蔡泽杰++谢汉良++陈泽文++佘元标

摘 要：利用饶平气象站1956—2015年的降水资料，采用线性趋势分析、Morlet小波分析等方法，分析了饶平县降水的变化特征。分析结果表明，近60 a来，饶平县年代际降水在20世纪90年代有突变，且90年代年平均降水量最多，近6 a来年平均降水量最少，年降水量总体维持微弱增多的趋势；四季中，春、夏、秋季的降水量均呈增多趋势，冬季降水量则呈现减少趋势，且四季降水量变化特征为秋季>冬季>春季>夏季；月平均降水量最多的是6月份，最少的是1月份，4—9月各月平均降水量高于年内月平均值，而1—3月和10—12月各月平均降水量则低于年内月平均值；通过对全年和季节降水量的周期分析发现，年降水量有6～8 a、10～12 a、准40 a周期，年降水量以中小尺度的年际周期为主，而四季降水量在大尺度的年代际周期上反而表现明显。

关键词：降水；变化特征；线性趋势；小波分析；饶平

中图分类号：Q938.1+2 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20170518001

引言

近百年来，地球气候正经历一次以全球变暖为主要特征的显著变化[1]。在气候变化中，降水是最主要和易受干扰的要素[2]。水，是人类生命的源泉，而大气降水是水资源的重要组成部分[3，4]，是水资源的重要补给源，分析降水变化特征，具有重要的实际意义。

有研究表明，在全球变暖的背景下，中国的降水发生了明显的变化，呈现逐渐减少的趋势[5]。因此，开展饶平降水量时空變化特征及规律研究，不仅能合理开发利用饶平县气候资源，而且对合理布局农业生长、调整种植结构等具有重要的现实意义。

1 资料与方法

1.1 资料来源

资料来源于广东省饶平国家气象观测站的1956—2015年60a的降水资料。按照广东省天气预报技术手册[6]，将四季划分为：春季为3—4月，夏季为5—10月，秋季为11—12月，冬季为次年1—2月。

1.2 研究方法

1.2.1 线性趋势分析

对气象要素资料序列进行趋势分析时，一维时间序列一般采用线性倾向估计方法[7-8]。

= （1）

式中：为气象要素，为时间（1956—2015年），a为线性趋势，b为常数。把a×10称为气象要素每10a的趋势系数，其中a的最小二乘估计和与之间的相关系数r分别用式（2）和式（3）计算：

（2）

（3）

降水量是呈上升还是下降趋势，取决于a的符号。当a>0，说明随时间t的增加，Y是呈上升趋势；当a<0，说明随时间t的增加，Y是呈下降趋势。a值反映了上升或下降的速率，即表示上升或下降的倾向率。

1.2.2 Morlet小波分析

小波分析在气候序列变化周期分析中应用广泛，被认为是 Fourier分析方法的突破性进展。小波变换不仅可以给出气候序列变化的尺度，还可以显示出变化的时间位置，其中Morlet小波系数的实部表示不同特征时间尺度信号在不同时间上的分布和位相2方面的信息，正的小波系数反映出分析对象在该时间段为偏多期，负值时反映为偏少期，零值对应着突变点。本文利用Morlet小波分析方法绘制60a以来饶平县年和四季平均降水量小波实部图，以分析饶平县降水量的平均周期性以及趋势变化[9]。

2 结果与分析

2.1 降水量变化特征

2.1.1 降水量的年代际变化

图1是1956—2015年饶平县各年代降水量柱形图。从图1中可看到，降水量在20世纪90年代突变，年平均降水量达到1659.5mm，之后又呈减少趋势，2000—2009年平均降水量为1557.8mm，年平均降水量最少的是近6a，为1406.0mm，比20世纪90年代少了253.5mm，仅是其84.7%，1956—1959年、20世纪60年代、70年代和80年代的年平均降水量呈减少趋势，分别是1510.2mm、1463.6mm、1450.1mm和1427.7mm。

2.1.2 降水量的年际变化

饶平县近60a年降水量平均值为1501.1 mm，降水量最多的年份是2006年，达2576.6 mm，最少的年份是2011年，只有796.0 mm，两者相差达1780.6 mm，仅是降水量最多年份的30.9%，足见其振幅之大。

图2是1956—2015年饶平县各年降水量变化曲线图。分析图2可以得出，60a来饶平县年降水量变化的倾向率为9.01 mm/10a，说明年降水量总体维持微弱增多的趋势。从3次多项式拟合曲线来看，1956年—20世纪60年代前期、20世纪80年代后期—2008年，年降水量有增多的趋势，这时期是处于多降水的阶段；20世纪60年代中后期—80年代前中期，年降水量显著减少，是处于少降水阶段。从5a滑动平均曲线来看，60a来饶平县年降水量的变化可分为4个阶段：1959—1961年为降水量偏多期，1962—1989年降水量呈波浪形，总体维持在60a平均值上下，1990—2008年降水量又是偏多期，而2009年后，降水量又进入低值期。

2.1.3 降水量的季节变化

图3是1956—2015年饶平县四季降水量逐年变化趋势图。

从图3可以看出，近60a来饶平县四季降水量的变化具有明显的季节特征。春、夏、秋季的降水量均呈增多趋势，秋季增多得最多，倾向率为10.06mm/10a，春季次之，倾向率为3.52 mm/10a，夏季增多得最慢，倾向率仅为0.47 mm/10a；冬季降水量则呈现减少趋势，倾向率为-5.05 mm/10a。由此得出，近60a饶平县降水量的变化特征为：秋季>冬季>春季>夏季。

表1列出了1956—2015年饶平县四季平均、最多和最少降水量及其振幅。从表1可以得出，降水量夏季最多，占年降水量的74.0%；降水量最少的是秋季，占年降水量的4.4%，；春、冬季分别占年降水量的15.6%和6.0%。从振幅上来看，冬季降水量的振幅达459.1 mm，相当于冬季平均降水量的514.1%，说明冬季降水量的年际变化具有更大的不稳定性。

2.1.4 降水量的月变化

图4是1956—2015年饶平县月平均降水量变化曲线图。从图4可以看出，饶平县月平均降水量在近60a内有1个渐变过程：最高值出现在6月份，为278.6mm，最低值出现在1月份，为30.0mm，二者差值多达248.6mm。在12m中，4—9月各月平均降水量高于年内月平均值125.1mm，而1—3月和10—12月各月平均降水量则低于年内月平均值。

2.2 降水量变化周期分析

2.2.1 降水量的年周期分析

应用Morlet小波分析方法得到1956—2015年饶平县年降水量的小波分析图（图5）。通过小波分析图，可以反映年降水量在不同尺度上的周期震荡。分析图5发现，年降水量存在多个时间尺度的变化规律，在大尺度的年代际周期上并不明显，大致是准40a的周期震荡；表现较強的周期主要体现在中小尺度上，具有全域性周期的有6～8a周期、10～12a周期，同时在1972—1992年间存在准16a周期。

2.2.2 降水量的四季周期分析

3 结论

近60a来，饶平县年代际降水在20世纪90年代有突变，且90年代年平均降水量最多，近6a来年平均降水量最少，年降水量总体维持微弱增多的趋势，其气候变化率仅为9.01 mm/10a。

近60a来，饶平县四季平均降水量存在明显的季节差异，春、夏、秋季的降水量均呈增多趋势，冬季降水量则呈现减少趋势，且四季降水量变化率为秋季最大，冬季次之，夏季则变化最小。

近60a来，饶平县月平均降水量最高值出现在6月份，最低值出现在1月份，4—9月各月平均降水量高于年内月平均值，而1—3月和10—12月各月平均降水量则低于年内月平均值。

通过对全年和季节降水量的周期分析发现，年降水量有6～8a、10～12a、准40a周期。春季存在4～8a，10～12a和准40a周期，夏季存在6～10a、12～16a、32～36a周期，秋季存在4～8a、10～14a、32～36a周期，冬季存在4～6a、准8a、10～14a、32～42a周期；同时发现年降水量以中小尺度的年际周期为主，而四季降水量在大尺度的年代际周期上反而表现明显。

参考文献

[1]秦大河，丁一汇，张锦，等.气候系统的演变及其预测[M].北京：气象出版社，2003.

[2]王澄海，李健，李小兰，等.近50年中国降水变化的准周期性特征及未来的变化趋势[J].干旱区研究，2012，29（1）：1-10.

[3]胡汝骥，马虹，樊自立，等.新疆水资源对气候变化的响应[J].自然资源学报，2002，17（1）：22-27.

[4]高歌，李维京.华北地区气候变化对水资源的影响及2003年水资源预评估[J].气象，2003，29（8）：22-25.

[5]秦大河.中国西部环境演变评估综合报告[M].北京：科学出版社，2002：80-81.

[6]广东省气象局《广东省天气预报技术手册》编写组.广东省天气预报技术手册[M].北京：气象出版社，2006：5.

[7]徐宗学，隋彩虹.黄河流域平均气温变化趋势分析[J].气象，2005，31（11）：7-16.

[8]魏凤英.现代气候统计诊断与预测技术[M].北京：气象出版社，2007.

作者简介：蔡泽杰（1987-），男，广东省潮州市，本科学历，助理工程师，主要从事地面气象探测、农业气象观测工作。