安徽省近60年雨日、降水量及雨强的气候变化特征

王涛 刘承晓

摘要 采用安徽省15站近60年来的降水资料，研究了季节和年雨日、降水量及雨强的气候变化特征.结果表明：1）空间分布上，雨日、降水量“南多北少”，雨强中北部地区相当，皆小于南部地区;雨日数南北在冬春季相差较大，降水量夏季最多、冬季最少，雨强上南北在春季相差较大;雨日、降水量及雨强在年和季节上基本呈现显著正相关关系.2）时间演变上，雨日在减少，降水量、雨强在增多（大），且表现为两阶段的变化特征;小波分析显示约10 a的年代际周期变化，雨日上存在、降水量上在衰减、雨强上则不明显，约5 a、3 a的周期变化存在较多;雨日在春秋季减少明显，降水量春秋季减少，夏冬季增加但不明显，雨强尤以夏冬季增大明显;无论是年还是各季节的时间演变上，降水量与雨日、雨强均呈显著正相关，但雨日与雨强之间相关性则差些.

关键词雨日;降水量;雨强;安徽省;周期

中图分类号P416.2;P467

文献标志码A

0 引言

在全球气候变暖的背景下，我国不同地区的降水出现了明显的变化[1-6].干旱、暴雨、连阴雨等灾害性天气的发生不仅与降水量有关，而且还与雨日、雨强有关.较早的研究更多偏重于降水量，近些年来，不少学者开始对雨日特征及变化进行研究，并取得一定成果[7-17].文献[7-8]指出中国年雨日明显减少，尤以夏季雨日减少最明显，空间上东北、华北、西南地区减少最多.东北地区年总雨日数减少主要体现在小雨日数减少，雨强增强主要体现在小雨和暴雨强度的增强[9];在鲁西南、华南、云南、青海等地，降水日数同样明显减少，降水强度增加[10-13].苑文华等[14]指出降水量和不同强度降水日数的异常变化是形成旱涝灾害的主要原因;顾骏强等[15]指出近40年浙江省降水量增加的同时，雨日数没有同步增加，且年总降水量及年总雨日数的长期趋势变化的空间分布几乎相反;王颖等[16]指出江苏的年、四季雨日也在明显减少且东部比西部减少更多，雨日与降水量长期变化趋势也不完全一样.因此，研究降水量的同时，雨日的研究也是必要的，只有综合研究雨日和降水量才能更好地体现降水的本质.有关安徽省雨日、降水量及雨强的讨论还较少见文，本文利用近60年的记录资料对安徽省年、季节雨日，降水量及雨强的变化进行研究，从而得到一些雨日、降水量及雨强变化的规律.

1 资料与方法

1.1 资料

近60年来的降水资料来源于国家气象信息中心《中国地面气候资料数据集》，15个站点分别是砀山、亳州、宿州、阜阳、寿县、蚌埠、滁州、六安、霍山、合肥、巢湖、安庆、宁国、黄山和屯溪站.雨日的定义为日降水量大于等于0.1 mm的日数.雨强的定义为逐年降水量除以对应时段的雨日，用来表示每个雨日的平均降水量.春季为3—5月、夏季6—8月、秋季9—11月、冬季12月—次年2月.

安徽省地势西南高、东北低，长江、淮河横贯省境，将全省划分为淮北平原、江淮丘陵和皖南山区三大自然区域.淮河以北地勢平坦，为华北平原的一部分;江淮之间丘岗绵延，其西南部为大别山区;长江两岸地势低平，河湖交错，属于长江中下游平原;皖南则以山地为主，最高峰黄山莲花峰海拔1 860 m.地形地貌南北迥异，复杂多样，导致局地气候差异性较大.

1.2 方法

1.2.1 线性倾向率和趋势系数[18]

计算气象要素的倾向率b和气象要素的时间序列与自然数数列之间的相关系数r（称为趋势系数）.用xi其中a为常数，b为回归系数.回归系数b的符号表示气候变量x的趋势倾向，b值的大小反映了上升或下降的速率，即表示上升或下降的倾向程度.b>0表示随时间t的增加x呈上升趋势，b<0则表示x呈下降趋势.

趋势系数r表示变量x与时间t之间线性相关的密切程度，当r>0时，b>0，说明x随时间t呈上升趋势;当r<0时，b<0，说明x随时间t呈下降趋势;|r|越接近于0，x与t之间的线性相关就越小，并要对相关系数进行显著性检验.

1.2.2 小波分析[18]

应用小波变换对气象要素进行分析研究已有许多，并对其来源及理论有详细的说明，这里仅给出小波变换中Morlet小波的基本公式：

2 雨日、降水量及雨强的空间分布特征

2.1 年均值的空间分布

由各站点多年平均雨日的空间分布（图1a）可见，安徽省年雨日呈“南多北少”的分布特点.黄山（179 d）最多，这应与该站点1 840 m的海拔有关;宁国（154.8 d）与屯溪（151.69 d）降水日数较多，在150 d以上;砀山（83.06 d）与亳州（86.38 d）降水日数最少，在90 d以下.此外，霍山（139.71 d）与六安（123.61 d）也较多，反映了安徽省年雨日也存在“山区多，丘陵及平原地区少”的特点.

由多年平均降水量分布（图1b）可以看出，安徽省年平均降水量由南向北逐渐减少.年降水量最大在黄山（2 331.8 mm），其他降水量较高站点有屯溪（1 709.27 mm）、宁国（1 432.38 mm）、安庆（1 409.35 mm）、霍山（1 362.76 mm），明显高于其他地区;较小降水量出现在砀山（756.51 mm）和亳州（802.4  mm）.北部与南部年降水量相差近1倍.

将各站多年平均降水量除以雨日，得到年平均雨强分布（图1c）.可以看出，安徽省雨强最强位于黄山，达到13.03 mm/d，其次屯溪（11.27 mm/d）与安庆（10.96 mm/d）雨强较大，合肥（8.59 mm/d）、巢湖（8.71 mm/d）、寿县（8.79 mm/d）及六安（8.89 mm/d）雨强较小.安徽省雨强的分布特点：中北部地区雨强相当，皆小于南部地区.

2.2 季节均值的空间分布

站点各季节的雨日空间分布（图2）显示：“南多北少”的特点贯穿四季，但夏秋季节南北雨日数相差较少，冬春季节相差较多;就各站点而言，春夏季节的雨日数多于秋冬季节，而“山区多，丘陵及平原地区少”的特点则出现在冬春季节.各季节的降水量空间分布（图略）显示，四季中“南多北少”的特点同样明显，夏季降水量最多，冬季最少，春秋季节北部地区降水量相当，而在中部地区春季降水量多于秋季.各季节的雨强空间分布（图略）显示，春季南北雨强差异最为明显，冬季次之，夏秋季节差异较小;就各站点而言，中南部地区雨强基本呈现夏季>春季>秋季>冬季，北部地区夏季>秋季>春季>冬季的特征.

计算年平均雨日、雨强、降水量之间空间分布的相关系数（表1），可见雨日较雨强而言，与降水量变化更相关，空间分布特征上也较为一致.一般而言，有降水就有雨日，年平均雨日应与降水量空间分布是一致的，雨日与降水量空间分布一致性特点在华南[11]、江浙[15-16]等多地都有呈现.年平均雨强与降水量、雨日的空间分布相关系数表明，降水量对雨强的影响比雨日对其的影响大.季节尺度上的变化（表2）与年变化上是相同的，仅冬季降水量对雨强的影响比雨日对其的影响略小.

3 雨日、降水量及雨强的时间变化特征

3.1 年值的时间变化

图3a是各站年雨日数算术平均后的时间演变.可见，近60年来安徽年平均雨日为119 d，1964、1975年最多（140 d），1978、1995年最少（97 d）.线性变化趋势显示年雨日以1.35 d/（10 a）的速率减少（趋势系数为-0.225），未通过0.05显著性水平检验，减少趋势不明显.5 a滑动平均显示，安徽雨日存在明显的“偏多—偏少”两个变化阶段，即20世纪90年代之前的雨日偏多（>119 d）及20世纪90年代之后的雨日偏少（<119 d）阶段.各站点的年雨日变化也都呈现线性减少变化（表3），但减少速率不一.其中砀山、亳州、宿州及滁州减少趋势特别明显，通过0.01显著性水平检验.

图3b是各站年降水量算术平均后的时间序列.可见，近60年来年平均降水量为1 166.7 mm，1991年降水量最多（1 587.3 mm），其次为1956年（1 506.1 mm），1978年降水量最少（702.8 mm）.线性变化趋势显示年降水量以8.3 mm/（10 a）的速率增加（趋势系数为0.083），未通过0.05显著性水平检验，增加趋势不明显.5 a滑动平均显示降水量存在“偏少—偏多”两阶段变化，即20世纪80年代之前的降水量偏少及20世纪80年代之后的降水量偏多阶段.

图3c是各站年雨强算术平均后的时间序列.可见，近60年来年平均雨强为9.57 mm/d，1956、1991年雨强最大（12.6 mm/d），1978年雨强最小（7.34 mm/d）.线性变化趋势显示年平均雨强以0.17 mm/（（10 a）·d）的速率增加（趨势系数为0.266），通过0.05显著性水平检验，增加趋势明显.5 a滑动平均显示，安徽雨强存在明显的“偏小—偏大”两阶段变化，即20世纪80年代之前的雨强偏小及20世纪80年代之后的雨强偏大阶段.各站点的年雨强都呈现线性增加趋势（表略），增加速率不一.巢湖增加趋势明显，通过0.01显著性水平检验.

表4为年平均雨日、雨强、降水量之间时间变化的相关系数.相对空间分布而言，雨日变化在时间上与降水量变化更为相关，而与雨强变化之间几乎无相关性.

雨日的小波变换（图4）显示整个时段内10～12 a的周期振荡逐渐衰减成8～10 a的周期，这个周期振荡过程对应了5 a滑动平均的波峰、波谷变化，说明雨日变化具有明显的年代际特征.此外，1955—1975年，还存在5～6 a的周期变化;1980—1995年，4～5 a的周期逐渐衰减成3～4 a的周期;1965—1990年存在2～3 a的周期，1990年后2～3 a周期不明显.

降水量的小波变换（图5）在1965年之后，8～10 a（10 a左右）的周期振荡逐渐衰减至6～8 a的周期;1955—1975年6～8 a的周期逐渐衰减至5～6 a的周期;2～4 a的周期在2005年之前一直存在，2005年之后则不明显.总体显示出时段内降水量的年代际变化减弱的过程，变化以2～4 a的高频振荡及6 a左右的年际变化为主.

雨强的小波变换（图6）在整个时段内6～8 a的周期振荡逐渐增强为8～10 a的周期，又逐渐衰减至5～6 a的周期;1955—1970年3～4 a的周期逐渐衰减成2 a左右周期;1980—2000年，3～4 a的周期再次出现.总体显示出雨强不具有明显的年代际变化，多以2～4 a的高频振荡为主.

3.2 季节值的时间变化

在四季雨日的时间变化上（图7），春、夏、秋三季的雨日数在减少，且春秋季节的减少趋势明显，趋势系数分别为-0.606、-0.347，通过0.01显著性水平检验;夏季雨日减少与冬季雨日增加的趋势则不显著，说明安徽省年雨日的减少主要体现在春秋季节.5 a滑动平均显示，春秋季节雨日在20世纪90年代初期、80年代末期之前多处于近60年的雨日均值之上，之后雨日多处于均值之下.

在四季降水量的时间变化上（图8），春秋季节降水量在减少，从而引起春秋季节雨日数的减少，而夏冬季节降水量在增加;与雨日变化区别的是，四季降水量皆没有明显的趋势变化，四季降水量变化的趋势系数皆未通过显著性检验.

在四季雨强的时间变化上（图9），四季的雨强都在增加，夏冬季节的增加趋势明显，趋势系数分别为0.446、0.384，通过0.01显著性水平检验;春秋季节的雨强增加趋势则不明显.5 a滑动平均显示，夏冬季节雨强在20世纪80年代中后期之前多处于近60年的雨强均值之下，之后雨强多处于均值之上.

表5为季节雨日、雨强、降水量之间时间变化的相关系数.时间变化上，雨日与降水量的变化相关性较雨强更显著，这一关系与空间上的相关性也是一致的.从降水量角度来看，在春冬季节，降水量对雨日和雨强的影响相当（相关系数接近），而在夏秋季节降水量对雨强的影响比雨日大，这可能与夏秋季节降水量占全年降水量较大部分有关.

4 结论

1） 年尺度的空间分布上，安徽省雨日具有“南多北少”、“山区多，丘陵及平原地区少”的特征;降水量由南向北减少，南北差距较大;雨强在中北部相当，但皆小于南部地区.

2） 季节尺度的空间分布上，雨日“南多北少”的特征在四季、“山区多，丘陵及平原地区少”的特征在冬春季节出现，且雨日数南北夏秋季相差较少，冬春季相差较多;降水量四季中“南多北少”，夏季最多、冬季最少，北部春秋季节相当、中部春季多于秋季;雨强中春季南北差异最明显，冬季次之，夏秋季节差异较小.年和季节尺度的空间分布上，降水量与雨日、雨强呈显著正相关;雨日与雨强之间（除冬季外）也呈显著正相关.

3） 年尺度的时间演变上，近60年来安徽省雨日在减少、降水量在增多、雨强在增大，三者都存在两阶段变化，雨日“偏多—偏少”，降水量、雨强“偏少（小）—偏多（大）”.雨日存在明显约10 a的年代际周期变化以及约5 a、约3 a的周期变化;降水量的年代际周期在衰减，变化以约6 a、约3 a周期为主;雨强不具有明显年代际周期变化，以约3 a周期为主.

4） 季节尺度的时间演变上，雨日在春秋季节减少明显（导致年降水日数减少）、夏季的减少及冬季的增加则不明显，降水量在春秋季节减少、夏冬季节增加但不显著，雨强在四季中都增大，尤以夏冬季节明显.无论是年还是各季节的时间演变上，降水量与雨日、雨强均呈显著正相关，但雨日与雨强之间相关性则差些.

长江、淮河将安徽省划分为淮北平原、江淮丘陵和皖南山区三大自然区域，也造就气候上有所差异.本文在区域差异性的讨论上还有所不足，下一步希望在更多站点数据基础上，更全面分析安徽省降水的多样变化.

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