北半球冬季旱区降水变化趋势分析

杨子凡　齐玉磊　邬仲勋

摘要 将北半球旱区分为极端干旱区、干旱区、半干旱区、湿润偏干区4种旱地类型，结合曲线拟合、Mann-Kendall检验和小波分析等方法，分析了1948—2008年北半球旱区冬季降水的分布及变化趋势。结果表明，近61年来北半球冬季年降水量整体为减少趋势，降水量最少的区域为极端干旱区，降水量最多的区域为湿润偏干区；北半球陆地降水量减少幅度为3.77 mm/10 a，湿润偏干区变化率最大，而极端干旱区降水量变化最小；北半球冬季陆地平均降水量在20世纪70年代初期存在一个突变年份，湿润偏干区的降水量在80年代中期发生突变；北半球极端干旱区、干旱区、半干旱区冬季降水量均存在30年的准周期。

关键词 旱区；降水量；变化趋势；小波分析；Mann-Kendall检验；北半球

中图分类号 S161.6 文献标识码

A 文章编号 0517-6611（2018）17-0165-03

Abstract The northern hemisphere drought was divided into four dry land types：hyperarid， arid， semiarid and dry subhumid. The distribution and change trend of precipitation during 1948-2008 were analyzed by the methods of curve fitting， Mann Kendall test and wavelet analysis.The results showed that the annual precipitation in the northern hemisphere during the past 61 years had been decreasing overall.The area with the lowest precipitation was hyperarid， and the area with the highest precipitation was dry subhumid. In the northern hemisphere， the precipitation decrease was 3.77 mm/10 a， the change rate of dry subhumid was the largest， and the change of precipitation in hyperarid was the smallest. In the northern hemisphere， there was a sudden change of the mean precipitation in the early 70s， and the precipitation in the dry subhumid occurred a sudden change in the mid 80s.There were 30year variation periods of winter precipitation in hyperarid， arid， semiarid in the northern hemisphere.

Key words Arid area；Precipitation；Changing trend；Wavelet analysis；Mann-Kendall test；Northern hemisphere

近些年來，全球变暖已是公认的事实，由此带来的一系列经济问题和环境问题备受关注，加之自然灾害频繁发生和人类活动的共同影响，全球的旱区气候变化情况也变得更加严峻。全球陆地组成多样，旱区是其中特殊的一部分，由于旱区的生态环境极为脆弱，并且生态的自我恢复能力较差，加之对全球变暖的响应敏感和人民生活水平的提高，因此旱区气候是气候变化研究领域中不可忽略的重要部分[1-2]。农业是用水大户，因此合理配置水资源利用结构，综合考虑水资源供需亏损等显得尤为重要，加之气候变化对作物产量的影响较为复杂[3]，降水量直接影响某区域的干旱程度，年降水量的多少影响着当地的干湿程度。降水是影响人们生活和农业生产的重要因素[4-5]，关系着人们生活的诸多方面。我国西北部大部分地区处在旱区，其中西部很大一部分地区还处在极端干旱区，旱区的气候变化对我国的生态发展和农业发展显得尤为重要[6]。笔者将北半球旱区分为极端干旱区、干旱区、半干旱区、湿润偏干区4种旱地类型，结合曲线拟合、Mann-Kendall检验和小波分析等方法，分析了近61年北半球旱区冬季降水的分布及变化趋势。

1 资料与方法

1.1 资料来源 选取了1948—2008年的美国气候预测中心（Climate Prediction Center，CPC）的降水资料，以及全球陆面数据同化系统（Global Land Data Assimilation System，GLDAS）的湿度、辐射和风速资料。

1.2 干旱区的划分标准 参考Feng等[7]的研究，定义干燥度指数AI=P/PET，AI是反映气候干旱程度的一个指数，将AI<0.65的区域定义为旱区，且细分为以下几类：极端干旱区，AI<0.05；干旱区，0.05

1.3 分析方法 计算了北半球冬季的全球陆地、旱区、极端干旱区、干旱区、半干旱区和湿润偏干区的平均降水量、三点平滑降水和线性拟合降水的变化，然后采用Mann-Kendall检验和小波分析方法对其进行了突变检验和周期分析[8-9]。

2 结果与分析

2.1 降水的变化趋势

从图1可以看出，1948—2008年北半球冬季陆地、旱区、极端干旱区、干旱区、半干旱区和湿润偏干区的降水量整体呈减少趋势，年平均降水量分别为368、158、40、156、200、225 mm，其中降水量最少的区域为极端干旱区，降水量最多的区域为湿润偏干区。从线性拟合来看，6种类型的降水量变化率分别是3.77、2.17、1.20、1.50、2.31、4.19 mm/10 a。其中湿润偏干区变化率最大，降水量变化最小的是极端干旱区。

2.2 降水的突变检验

从图2可看出，近61年北半球冬季陆地平均降水量存在一个突变，大约发生在20世纪70年代初期；湿润偏干区的降水量突变发生在80年代中期；而其他几种类型UF和UB曲线虽然有交点，但UF线并未超过临界线，且UB线多数在2条临界线内，因此这样的突变点没有意义，所以其他几种旱地类型的突变点并不显著，不予考虑。

2.3 降水的周期变化 从图3可以看出，1948—2008年北半球4种旱地类型（除湿润偏干区）的冬季降水量均存在30年的准周期，三者对应的能量谱图部分也较为显著，这些周期都通过了信度为0.05的显著性检验（图中黑点部分代表通过显著性检验）。其中半干旱区还存在一个约10年的弱的小周期，湿润偏干区存在一个10～15年的变化周期，这两者对应的能量谱均通过了显著性检验。

3 结论

（1）1948—2008年北半球冬季年降水量整体为减少趋势。其中，年降水量最少的区域为极端干旱区，约为40 mm；年降水量最多的区域为湿润偏干区，约为225 mm。

（2）北半球陆地降水量减少幅度为3.77 mm/10 a，旱区减少幅度为2.17 mm/10 a，其中湿润偏干区变化率最大，减少幅度为4.19 mm/10 a，而极端干旱区降水量变化最小，减少幅度为1.20 mm/10 a。

（3）北半球冬季陆地平均降水量存在突变，大约发生在20世纪70年代初期。湿润偏干区的降水量突变发生在80年代中期，其他几种旱地类型的突变点并不显著。

（4）北半球极端干旱区、干旱区、半干旱区冬季降水量均存在30年的准周期，其中半干旱区还存在一个弱的小周期，约为10年；湿润偏干区存在一个10～15年的變化周期。

参考文献

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