封丘县近56年降水变化趋势及周期分析

张文冉

摘 要：本文利用封丘县1961—2016年近56年的逐日降水量的观测记录资料，运用线性倾向率统计、Mann-Kendall法以及小波分析的方法，重点对封丘县降水量的变化趋势和突变进行相关分析。结果表明：封丘县年降水量和季节变化均呈减少趋势，夏季、秋季降水量减少的趋势十分明显;5—6月及8月的降水量变化呈增加趋势;平均年暴雨出现的日数呈递减趋势;降水量在1963、2000、2005年突变明显，尤其是2000年;降水序列存在3、5年和10年周期变化，其中3年振荡变化周期最为明显。

关键词：降水;变化趋势;线性倾向估计;Mann-Kendall法;小波分析

中图分类号：P426.6文献标识码：A文章编号：1003-5168（2018）31-0137-03

Trend and Periodic Analysis of Precipitation in Fengqiu

County in the Past 56 Years

ZHANG Wenran

（Fengqiu Meteorological Bureau，Fengqiu Henan 453300）

Abstract： Using the data of daily precipitation recorded from 1961 to 2016 in Fengqiu County， using the methods of linear tendency statistics， mann-kendall method and wavelet analysis， this paper focused on the change trend and mutation of precipitation in Fengqiu County. The results showed that the annual precipitation and seasonal changes in Fengqiu County were decreasing， and the decreasing trend of summer and autumn precipitation was obvious. Precipitation change in May-June and August showed an increasing trend; the number of days appeared in the average annual heavy rain showed a decreasing trend; precipitation mutated significantly in 1963， 2000， and 2005， especially in 2000; the precipitation sequence had 3 years， 5 years， and 10 years cycle change， of which the 3 years oscillation cycle was the most obvious.

Keywords： precipitation;trends;linear tendency estimation;Mann-Kendall act;wavelet analysis

近年來，学者对降水的变化趋势和分布特征进行了诸多研究，并取得了丰硕的科研成果。孙杰[1]等根据河南省、湖北省和湖南省等3省55个气象站1961—2005年的逐日降水量资料，采用趋势分析、周期分析和突变检验等方法，揭示了华中地区降水的时空变化特征;焦建丽等[2]、苗长明等[3]采用旋转主因子分析法对河南省1961—2005年65个站的年降水资料进行统计分析，对河南省降水进行区划。研究得出：各个区域降水存在明显差异，空间上呈现南多北少，时间上豫东南降水呈上升趋势，河南省西北部降水呈下降趋势。

封丘县位于河南省东北部，属暖温带大陆性季风气候。由于降水量不断减少，各种极端气候灾害频繁发生，导致旱情日益加重，季节性河流经常发生干枯断流。这不仅与降水逐渐减少有关，还与各种人为活动的直接或间接影响密切相关[3]。

1 资料与方法

利用封丘县气象站1961—2016年共56年的逐日降水量观测资料，运用多时间的尺度，对降水量的变化特征进行分析;运用Mann-Kendall法对降水量进行突变分析;采用Morlet小波分析的方法分析降水量的周期变化;利用气候趋势系数的方法，研究封丘县未来降水量的变化趋势。

本文的季节划分标准为：3—5月为春季，6—8月为夏季，9—11月为秋季，12月—次年2月为冬季。日降水量（20：00—次日20：00）≥50mm的降水记为1次暴雨过程，1年内的累计暴雨日数即为年暴雨日数。

2 封丘县降水量的变化趋势

2.1 封丘县降水量的变化趋势

2.1.1 年降水量变化特征。采用线性倾向的方法对封丘县1961—2016年的年降水量变化趋势（见图1）进行分析。从图1可知，封丘县的年降水量呈逐年不断减少的趋势，气候变化的倾向率为-8.801mm/10a。年降水量为318.9～1081.0mm，平均值为602.56mm，降水量的年际变化幅度十分明显，最大年降水量为987.5mm，出现在1964年，最少年降水量为269.7mm，出现在1966年，二者相差708.8mm，即前者是后者的3.6倍。封丘县的历史气象记录上，相对多雨期主要为1962—1964年、1969—1976年和1989—1995年，其余年份为相对少雨期。

2.1.2 降水量年代际变化特征。近56年来，封丘县年代际降水量变化总体上呈逐渐减少的趋势，同时经历了由递增到递减的变化过程。从20世纪60年代向70年代，降水量增加;20世纪80年代降水量达到最多，平均年降水量639.62mm，比56年的平均值多37.1mm;进入90年代后，降水量开始不断减少;到2011年后，降水量达到最少，平均年降水量为575.75mm，比56年平均值少26.8mm。

2.1.3 季降水量变化特征。通过对封丘县56年来的季节降水量（图略）进行分析可知：各季节降水均呈减少的趋势，特别是夏、秋季节，减少的趋势十分明显。其中，夏季降水量的变化倾向率为-5.67mm/10a。年降水主要集中在6—9月，平均降水量为426.6mm，约占全年总降水量的69.69%;其他月份平均降水量仅占全年的30.31%。年降水量的季节性变化十分明显。分析各季节降水量可知：春、夏、秋、冬四季降水量占全年降水量的比例分别为17.0%、56.8%、22.4%和3.8%。其中，夏季（6—8月）降水最多，多年平均雨量为342.11mm，秋季（9—11月）降水稍多于春季（3—5月），冬季（12月—次年2月）降水最少，近56年冬季平均降水量为22.64mm。夏季的平均降水量从20世纪70年代末至20世纪80年代减少趋势明显，而进入90年代后到21世纪初又呈上升趋势，这也是造成56年来降水量波动递减的最主要的原因。1961—1980年，冬季降水量增多趋势十分明显;1981—1990年，冬季降水量明显减少;1991—2016年，冬季降水基本稳定，变化不明显。1961—1990年，春季降水量下降的趋势十分明显，1991—2000年降水小幅度上升，2001年后变化幅度较小。1961—2010年，秋季降水量呈明显的下降趋势，2011年以后降水量又呈明显上升趋势。

2.1.4 月降水量变化特征。通过分析封丘县各月降水量的变化可知：5月、6月、8月的降水量下降趋势明显，特别是6月、8月降水量下降趋势十分明显，6月份降水量的变化倾向率为-5.67mm/10a;8月份降水量的变化倾向率为9.23mm/10a;7月份线性变化趋势不明显。但是，1990年以后，降水量的变化幅度及波动频率增大趋势明显。9月份降水量呈逐渐减少趋势，气候变化倾向率为-6.63mm/10a。在一年中，7月份的平均降水量最多，约占全年总降水量的22.4%，12—次年2月三个月的降水量偏少，三个月的降水总量仅占全年总降水量的3.2%。

2.2 暴雨日数变化特征

封丘县1961—2016年出现暴雨天数仅为45d，暴雨日数的多年平均值为0.8d/a，暴雨主要出现在每年的4—10月。暴雨日数的年际间变化十分明显，20世纪80年代的暴雨日数最多，达12d，是暴雨天气出现最少年代的3倍。随着年代的发展变化，暴雨天气出现的次数表现为减少的趋势，且十分明显，这和极端强降水出现的天数变化趋势基本一致。通过对年代间变化趋势进行分析可知，20世纪60年代和80年代，暴雨天气出现的日数在波动中不断增加，分别达到了10次和12次;1991年以来，暴雨天气出现的次数无明显变化。一年中夏季（6—8）出现暴雨最多，占全年的75%;秋季（9—11）暴雨占全年的20.5%;春季（3—5）占全年4.5%;封丘县冬季没有出现过暴雨天气。4—10月虽然都可能出现暴雨天气，但出现的次数、强度均不相同，7月最多，4月最少。

3 封丘县降水量的突变检验

3.1 突变检验方法

通过对封丘县56年的逐年降水序列进行突变检验，分析绘出正向序列UF、反向序列UB曲线图，并给出显著水平为0.05，临界值为1.96。

从图2的UF曲线可以看出，当UF线的值大于0时，说明降水量处于不断增多阶段;UF线的值小于0，说明降水量处于减少阶段。1961—2006年的UF线大于0，降水量表现为增加趋势;2009年以后，UF线小于0，降水量重新呈现下降趋势。UF曲线和UB曲线在2008、2010、2012年存在明显交点，且交点位于两条信度线之间，该交点即突变点。可见，年降水量在这3年中出现降水量由多变少或由少变多的突变，特别是在2012年，封丘县降水量出现了由多变少的突变点。

4 降水量时间序列演变规律的小波分析

通过对封丘县1961—2016年降水量的时间序列进行小波分析可知封丘县近56年降水量的变化趋势特点。封丘县年降水量存在3、5年和10年变化周期，在56年中以3年变化周期为主。20世纪90年代以后，多以5年周期变化为主;70年代和80年代，以10年周期变化为主。在时间序列中交替振荡十分显著，偏多、偏少降水年份交替出现。

5 结论

①封丘县年降水量变化趋势呈逐年减少的趋势，气候变化倾向率为-9.84mm/10a;封丘县降水量年际变化趋势也是逐渐减少的。利用Mann-Kendall法进行突变分析可以发现，在2000年，封丘县的降水量存在明显的突变点。

②封丘县56年来季节降水量减少趋势明显，特别是夏季和秋季降水减少趋势十分明显。春、夏、秋、冬四季降水量占全年降水量的比例分别为20.9%、49.6%、26.3%和3.2%。

③通过对封丘县各月降水量的变化进行分析可知，5月、6月、8月降水量上升趋势明显，7月份线性变化趋势不明显，9月份降水量的下降趋势明显。其中，7月份的平均降水量最多，約占全年总降水量的21.6%，冬季（12—次年2月）三个月的降水量仅占全年总量的3.2%。

④封丘县暴雨日数随着年代变化呈逐渐减少的趋势。

⑤通过小波分析可知，封丘县降水量序列存在3、5年和10年振荡变化周期，在整个56年间，以3年振荡周期为主，在20世纪90年代以后以5年周期为主，70年代和80年代以10年周期振荡为主。

参考文献：

[1]孙杰，许杨，陈正洪，等.华中地区近45年来降水变化特征分析[J].长江流域资源与环境，2010（s1）：48-51.

[2]焦建丽，康雯瑛.河南省年降水的区域特征分析[J].华北水利水电学院学报，2007（4）：7-10.

[3]苗长明，熊杰伟.河南省季降水量时空规律客观分析[J].河南气象，1996（1）：24-25.