中国西北东部降水量变化的空间分布及突变特征

张仲杰，陈少勇，杨 鑫，李奇三

（甘肃省白银市气象局，甘肃白银730900）

中国西北东部降水量变化的空间分布及突变特征

张仲杰，陈少勇，杨 鑫，李奇三

（甘肃省白银市气象局，甘肃白银730900）

为了解西北东部降水变化特征，为应对气候贫困实施扶贫战略提供理论依据，利用1961—2010年中国西北东部81站降水资料，采用气候趋势、相关系数、相对变率、Mann-Kendall等方法，对西北东部降水的变化特征进行分析。结果表明：1961—2010年来，年降水量显著减少区在陕西东部边界附近、甘肃岷县—临洮—华家岭、宁夏固原一带，增加区在德令哈—都兰—托勒区域；春季降水量显著减少区在陕西中东部、南部，增加区在青海中东部、西南部；夏季降水量显著减少区在河西走廊西端，增加区在青海中西部、北部、陕西南部；秋季降水量显著减少区在陕西南部、宁夏中南部、甘肃东南部，增加区在青海西北部、甘肃西部；冬季降水量（除个别站点外）均为增加趋势。季节降水量的相对变率与年的分布类似，高值区在青海西北部、河西走廊西端，低值区在祁连山区及青海南部、陕西南部。1961—2010年秋、冬季降水量发生突变，判断可能的突变点分别是1975年、1986年。

降水趋势；相对变率；突变；西北地区东部

0 引言

中国西北地区东部位于青藏高原东北侧，受季风影响，该区域降水变率较大，且水资源短缺，生态环境脆弱，缺水和干旱始终影响西北东部可持续发展。众多学者已对西北东部降水的时间和空间尺度进行了研究。许正福[1]分析了青海贵南地区近50年的降水特征。宋连春等[2]发现在20世纪后期，降水量在西北地区中西部显著增加，而在研究区减少的趋势。Lian等[3]指出，大气环流、地形、拔海高度、几大地方性气候系统影响中国西北地区极端降水的空间分布，研究区有变干趋势。Li等[4]发现，中国西北地区的西部气候有明显的变湿迹象。Zhao等[5]指出，新疆北部和青海西部降水的变化趋势在上升，而在甘肃东部，陕西南部降水显著减少。陈冬冬等[6]发现，西北地区不同强度降水都呈减少趋势。Liu等[7]分析了全球60ºS—60ºN从1979—2013年为全球变暖期，得出年降水量在中国西部显著增加。

现有许多学者得出西北东部地区暖干化趋势进一步加重，生态环境更加脆弱，使得农民传统生计模式面临风险，气候贫困问题出现[8]，世界银行发现“干旱与气候贫困在地理位置上彼此确有关联”[9]。国际扶贫组织施乐会也发现中国11个集中连片特困区505个特困县的贫困程度与当地气候脆弱性密切相关[10]。因此，笔者旨在研究西北东部降水空间特征，为应对气候变化导致的气候贫困，调整农业产业结构或实施气候移民工程及精准气象助力脱贫提供理论支撑。

1 资料与方法

1.1 资料

选取中国西北地区(32º—42ºN,90º—110ºE)降水的气候特征，包括陕西、甘肃、青海、宁夏四省共81个地面气象观测站1961年1月—2010年12月共50年的月、年降水统计资料。3—5月为春季，6—8月为夏季，9—11月为秋季，上年的12月—次年2月为冬季。

1.2 研究方法

主要采用了气候倾向率、相关系数、相对变率、Mann-Kendall分析等方法。气候倾向率、相关系数计算公式见文献[11]，文中r0.05=0.2789、r0.01=0.3613。相对变率是描述观测值分布离散特征的量，具体公式见文献[12]。气候的突变指气候系统具有的非线性、多时间尺度现象，发生在2种稳定状态下的阶跃式变化，具体见文献[13]。

2 结果与分析

2.1 年降水量的空间分布

年降水量自西北向东南增加（见图1a），青海西部和甘肃中部各有有1个干舌，祁连山区有1湿舌。年均降水总量达500～800 mm，年降水量大值区在青海东南、陕西南部、甘肃南部。东亚和南亚季风常常影响着西北地区东南部，使其区域水汽丰富[14-15]；甘肃中西部、陕西北部、宁夏北部及青海西部和北部年降水量在300 mm以下。甘肃中部一方面受乌鞘岭的背风坡效应，一方面又处在青藏高原最大的地形弯曲曲率的东北侧，形成由北向南伸展的干舌。

图1b为年降水量趋势和相关系数图，可以看出0线有2条，一条在玉门—酒泉—鼎新区域，另一条位于景泰—贵德—清水河区域，其0线以东降水量呈减少趋势，显著减少区域有2个：陕西东部边界附近、甘肃岷县—临洮—华家岭及宁夏固原一带；降水量减少最大值位于陕西东部华山，减少幅度达35.65 mm/10 a；年降水量在景泰—贵德—清水河的0线以西为增加趋势，显著增加区有3个：德令哈—都兰—托勒区域、五道梁、甘肃武威和永昌；年降水量增加最大值位于青海的德令哈，增加幅度达24.59 mm/10 a。

图1 1961—2010年西北东部年降水量及趋势与相关系数及相对变率

从图1c看出，年降水量相对变率等值线走向基本与年降水量等值线一致，但高低中心相反。可以分为3个区域，低值区大部分在祁连山区及青海南部，相对变率小于15%，高值区位于青海西北部、河西走廊西端，其平均相对变率均超过50%。其它区域平均相对变率在20%～30%之间。

2.2 冬季降水量的空间分布

冬季降水量（见图2a），大型干冷天气系统对冬季降水量变化有很大影响，降水量均未超过40 mm，高值区位于陕西东南部，降水量在20～40 mm的地区主要位于华山、商洛、镇安和石泉；青海西北部降水量在5 mm以下。整个研究区域而言，降水量呈东多西少和南多北少的态势[16]。

从冬季降水量趋势图（见图2b）看出，降水量（除少数站点外）均呈增加趋势。降水量增加最大值位于陕西长武，增加趋势为2.44 mm/10 a。通过显著性水平的高值区主要在陕西关中西部、宁夏南部、甘肃东南和西南部以及中部区域、青海西北和东南部的部分区域。

冬季相对变率（见图2c）的低值区位于青海东南部的久治、陕西东南部的华山；高值区位于青海东北部的冷湖、中西部的诺木洪、甘肃东部平凉及宁夏北部。

2.3 春季降水量的空间分布

春季降水量（见图3a），最大降水中心位于陕西华山－石泉，然后向安康南移，青海的托勒区域也出现了大值区。甘肃中部的干舌北移压至兰州附近，这与刘洪兰等[17]的结论有所不同；研究区西北部的大部分沙漠区域降水小于15 mm。副热带高压系统影响着西北地区东南部雨季的降水[18]，同时任宏利等[19]提出了春季空中水资源有一定的补偿能力；青海西部—甘肃西部因深居内陆、受西风带影响，远离海洋，又处在青藏高原北侧的平均辐散下沉中心处，还受到天山及阿尔金山中小地形背风坡焚风强化效应，水汽稀少。合作—托勒的多雨区，既受高原背风坡地形影响、又受偏南风带来充沛的水汽，容易成云致雨。

春季降水量（见图3b）在103ºE以西从北到南降水量为增加趋势，主要显著增加区位于青海中东部囊谦—清水河—玛多—都兰、西南部杂多、西部五道梁—小灶火、甘肃敦煌；在103ºE以东从北到南降水量为减少趋势，主要显著减少区有3个，分别位于陕西中东部边界一带、西南部的略阳和南部安康区域。

春季相对变率（见图3c）从东到西、从北到南降水变率依次变小，其低值区在青海东南、甘肃、陕西南部，高值区位于青海西北部。

2.4 夏季降水量的空间分布

青海西北部、河西走廊西端夏季降水量（见图4a）均小于50 mm。青海东南部、陕西南部降水量大于350 mm，最大值出现在陕西佛坪，其降水量超过了400 mm。

图2 1961—2010年西北东部冬季降水量及趋势与相关系数及相对变率

图3 1961—2010年西北东部春季降水量及趋势与相关系数及相对变率

从夏季降水量趋势图（见图4b）看出，降水量减少的区域在青海南部、河西走廊西端和甘肃东南部、宁夏、陕西北部和西南部的部分区域。降水量减少最多的区域在陕西绥德，但没有通过显著性检验，河西走廊西端的部分区域降水量显著减少。降水量显著增加区域在青海中西部、北部、陕西南部、甘肃中部的小范围区域。

夏季相对变率（见图4c）高值区位于青海西北部，甘肃西部，其低值区同春季相对变率一致。

2.5 秋季降水量的空间分布

从秋季降水量空间（见图5a）80 mm等值线分布看出，该等值线为东北—西南走向，高于80 mm等值线平均降水量的站点主要分布在陕西大部、宁夏南部、甘肃和青海东南部，这些区域易受亚洲季风的影响；220 mm等值线以上的高值区主要在陕西南部，该区域不仅受季风影响，而且有足够的水汽输送条件，可以把丰富的水汽输送到此区域，10 mm等值线以下的低值区主要分布在青海西北部、甘肃西部；但是降水量低于80 mm等值线区域中，位于青海东北部的门源站秋季降水量最大，达到111.2 mm。

从秋季降水量趋势图（见图5b）看出，降水量显著增加区在青海西北部、甘肃西部的部分区域，降水量显著减少区主要集中在受亚洲季风影响的青海南部的部分区域、陕西南部、宁夏中南部及甘肃东南部，这与任国玉等[20]的研究结论一致，同时这种趋势持续延续导致秦巴地区的传统秋雨消失。总体上，秋季降水量减少趋势的绝对值远远大于降水增加趋势的绝对值。姚玉璧等[21]的研究，也得出了西北地区东部秋季降水量减少最多的结论。

秋季相对变率（见图5c），其低值区依然位于青海南部和东北部的部分区域、甘肃南部；高值区位于青海西北部，河西走廊西端。

2.6 西北东部年及四季降水量的突变分析

图6给出1961—2010年西北地区东部年及季节降水量变化的M-K统计量曲线，年降水量（见图6a）、春季降水量（见图6b）在1990—2010年期间呈下降趋势。但降水量未发生突变。夏季降水量（见图6c）在1978—2010年初UF曲线大于0，说明夏季降水量一直处于上升趋势，但变化趋势不显著。秋季降水量（见图6d），按照M-K法则，在±1.96信度间UF和UB有5个交点，分别是1963年、1967年、1968年、1969年、1975年，从突变统计量来看，UF曲线在1990—2007年突变统计量超过了下临界值，可以判断秋季降水量在1961—2010年发生了突变，判断可能的突变点是1975年。同理冬季降水量（见图6e）按照M-K法则，在±1.96信度间UF和UB有4个交点，分别是1972年、1983年、1984年、1986年，UF曲线在1978—1980年、1993—1998年、2002—2010年突变统计量达到或超过了临界值，可以判定冬季降水量在1961—2010年发生了突变，判断可能的突变点是1986年。

图4 1961—2010年西北东部夏季降水量及趋势与相关系数及相对变率

图5 1961—2010年西北东部秋季降水量及趋势与相关系数及相对变率

图6 西北地区东部的年、四季降水量的突变分析

3 结论与讨论

（1）从降水量空间分布看，年及季节降水量等值线自西北向东南增加，最大值在西北地区东南部，最小值在青海西部—甘肃中西部—宁夏北部。除冬季外，均出现干湿舌，但位于甘肃中部的干舌在春季明显北移。

（2）从降水量趋势分布空间看，在景泰—贵德—清水河的0线以东年降水量为减少趋势，其中陕西东部边界附近、甘肃岷县—临洮—华家岭及宁夏固原一带趋势显著，0线以西为增加趋势，最大增加显著区在德令哈—都兰—托勒区域；冬季降水量（除个别站点外）均为增加趋势；春季降水量显著增加区位于青海中东部、西南部、西部，显著减少区位于陕西中东部边界一带、西南部和南部。夏季降水量青海南部、河西走廊西端和甘肃东南部、宁夏大部、陕西北部和西南部的部分区域为减少趋势，显著减少区在河西走廊西端，显著增加区在青海中西部、北部、陕西南部。秋季降水量青海西北部、甘肃西部增加显著，显著减少区在陕西南部、宁夏中南部及甘肃东南部。

（3）从相对变率空间变化看，低值区大部分在祁连山区及青海南部，高值区在青海西北部、河西走廊西端。季节降水量的相对变率与年降水量的相对变率相似。

（4）从突变分析看，秋季降水量在1961—2010年发生了突变，判断可能的突变点是1975年，冬季降水量也发生了突变，判断可能的突变点是1986年。降水量的这种突变可能与气候变暖有关，20世纪70年代中期开始秋季气温呈增加趋势，而20世纪80年代中期秋冬季气温显著突变，与降水的突变时间大致吻合[22-23]

从以上分析看，年降水量的显著减少区，也是多数贫困人口生活的区域，降水量减少造成的气象干旱导致贫困地区生存资本存量减少，政府部门应顺应气候变化，重视气候变化导致的气候贫困，积极调整产业结构，加快气候移民工程。

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Precipitation Change in Eastern Part of Northwest China:Spatial Distribution and Mutation Characteristics

Zhang Zhongjie,Chen Shaoyong,Yang Xin,Li Qisan
(Baiyin Meteorological Bureau of Gansu Province,Baiyin 730900,Gansu,China)

To understand the variation characteristics of precipitation in the eastern part of northwest China,and to provide a theoretical basis for the implementation of poverty alleviation strategies in response to climate poverty,based on the precipitation data of 81 stations in eastern part of northwest China from 1961 to 2010,the authors analyzed the variation characteristics of precipitation in the area by using the climate trends,correlation coefficient,relative variability,Mann-Kendall and other methods.The results showed that:in recent 50 years,the annual precipitation significantly reduced in the eastern border of Shaanxi,Minxian-Lintao-Huajialing in Gansu and Guyuan in Ningxia,and the increased area was located in Delingha-Dulan-Tuole;the precipitation in spring significantly reduced in the middle,east and south of Shaanxi,the increased area was located in the middle,west and southwest of Qinghai;the precipitation in summer significantly reduced in western Hexi corridor,the increased area was located in the middle,west and north of Qinghai and southern Shaanxi;the precipitation in autumn significantly reduced in southern Shaanxi,the middle and south of Ningxia,southeastern Gansu,the increased area was located in northwestern Qinghai and western Gansu;the precipitation in winter was increasing(excepted for individual sites);the relative variability of seasonal precipitation was similar to that of the annual precipitation,the high value area was in northwestern Qinghai,the western Hexi corridor,and the low value area was in Qilian Mountains,southern Qinghai and southern Shaanxi;the precipitation in autumn and winter had mutations in the 50 years,the possible points of mutationwere determined in 1975 and 1986.

Perception Trend;Relative Variability;Mutation;Eastern Part of Northwest China

P468.0+24

A论文编号：cjas17040009

“国家重点基础研究发展计划资助”(2013CB430200、2013CB430206)；白银市科技计划项目“白银市主要农作物春霜冻害指标体系及预报预警方法研究”(2015-2-30R)。

张仲杰，男，1978年出生，甘肃会宁人，工程师，本科，硕士学位，主要从事气象服务及相关研究。通信地址：730900甘肃省景泰县气象局，Tel：0943-5526174，E-mail：2454229048@qq.com。

2017-04-11，

2017-06-28。