基于Mann- Kendall 和小波分析的信宜降水变化特征研究

梁 冰 李子平

（1、广东省信宜市气象局，广东 信宜525300 2、广东省茂名市气象局，广东 茂名525000）

为了有效的提高降水变化特征的研究能力， 本文结合实际，以Mann-Kendall 和小波分析方法，具体总结了信宜降水变化特征，希望分析能够不断提高研究水平。

1 研究方法

1.1 M-K 检验方法

M-K 检验方法主要用在气温、降水、径流以及水质等水文气象的分析，该方法使用范围广泛，能够更好地适用水文、气象等非正态分布数据的分析，在使用过程其检测范围比较广泛，定量化程度也比较高因此本文采用非参数的M-K 检验法对信宜近60a 的气候降水要素时间序列显著性检验，定量反映变化降水量的变化趋势显著性。

1.2 周期检验方法

小波分析（Wavelet Analysis）方法由Morlet 提出，通过运用改方式提高了时间序列问题研究水平。现阶段，通过运用小波分析检验方法，能够准确了提高降水周期变化检验水平，该方法主要用于信息量系数、时间序列的消噪和滤波等方面监测。

2 研究区域概况

本文以广东省信宜市为研究区域。信宜位于广东省西部，茂名市的北部，境内以山地地貌为主，地势东北高，西南低，全市海拔在500 米以上的大小山头371 座。勾漏山脉从西向东、云开山脉从东北向西南横行，崇山峻岭纵横交错，东部海拔1704 米的大田顶为粤西第一高峰。气候属于南压热带季风气候区，水热同季，雨量充沛，并且分布不均。区域内4-10 月为汛期，平均降雨量达1500mm,占全年降雨量的83%。

3 降水量趋势分析

3.1 降水年际变化

通过结合信宜国家基本气象站数据信息，统计了1954-2013 年共60a 的日降水数据，通过分析，年均降水量为1777.6mm，降水量最小值是在1956 年为1024.5mm，最大值发生在1981 年，为2718.5mm，最大值与最小值相差1694mm，从总量上看，信宜的年降水量年际变化较为剧烈。

作者简介：梁冰（1973-），女，广东信宜人，本科，主要从事气象综合业务工作。

图1 1954-2013 年信宜汛期年降水变化

图2 1954-2013 年信宜非汛期年降水变化

3.2 汛期和非汛期降水变化分析

经过统计分析，信宜市汛期和非汛期的年总降水分别如图1、图2 示。经过统计，汛期降水M-K 趋势检验值Z=0.08，明显为上升趋势；非汛期降水线性倾向估计其上升幅度为10.3mm/10a，Mann-Kendall 趋势检验值为Z=1.09，非汛期降水呈较显著的上升变化趋势。虽然汛期和非汛期的降水量变化都在90%可信度范围内，但总体呈上升趋势。信宜属于山地地形，很多民房是依山而建，仍应注意在汛期、非汛期降水量大的月份加强对山洪和山体滑坡等灾害问题的防御。

3.3 年内分配的年际变化分析

信宜市每年4-10 月为汛期，汛期多年平均降水量为1500mm，约占年平均降水量的83%。图3 为信宜的年代际降水年内分布图，以十年为一个年际点。由图中可知，信宜的降水量在3 月至9 月这7 个月变化基本上平稳，而每个年代的前汛期和后汛期变化比较剧烈，尤其是21 世纪以来的11 月份的降水偏多，而20 世纪50 年代却偏少，60 至90 年代的分布极不平衡。这说明信宜全年降水分配极为不均匀，尤其是后汛期的11 月变化波动异常剧烈。

4 降水量的周期性分析

年总降水周期分析:

通过运用小波分析方法，得出了降水的周期性变化特征，如图4 所示：

从图4 可以看到，信宜近60a 来降水存在不同时间尺度上的周期振荡和突变特征。其降水周期变化包括三个层次，分别为10a，22a 及29a，而且从图中可看出22a 和29a 左右时间尺度的周期变化在整个时段都有较强的信号。在22a 尺度上，1954 年到2013 年降水量出现了：多- 少- 多- 少- 多- 少-多- 少的准4 次周期震荡，在29a 尺度上，出现了：多- 少- 多- 少- 多- 少的准3 次周期震荡。10a 左右尺度周期变 化 特 征 在 1954-1990 年 和2005-2013 年两个时段表现得较明显，而在10a 左右尺度的下面嵌套着5-6a的尺度，在1957-1983 年和1995-2007年两个时段表现得较明显。

小波方差反映年降水时间序列的波动能量，通过分布情况分析，利于合理的推算具体数据。信宜近60a 年降水量的小波方差如图5 所示。从图中可以看出信宜的年降水的小波方差有3 个明显的峰值，从实际分析当峰值在22a 左右的时候周期震荡最强，为信宜第一主周期；29a 左右为第二主周期，第三峰值对应着10a 的时间尺度，为降水变化的第三主周期。这说明上述3 个周期的波动控制着区域降水在整个时间域内的变化特征,从振荡周期上看，信宜降水量在未来时间段内，是处于降水偏多的阶段。

5 结论

本文统计分析信宜1954-2013 年降水资料，运用M-K 法和小波分析信宜近60a 降水变化特征，提高了对于信宜地区降水量的分析能力。信宜年降水的振荡周期与汛期降水振荡周期的一致性，论证了年降水周期和汛期降水周期之间存在相关性。基于此，在进行实践研究过程，要提高对于Mann-Kendall 和小波分析应用水平，从而利于全面加强分析效率。

图3 信宜市年代际总降水年内分布图

图4 信宜年降水小波系数实部图

图5 信宜年降水量小波方差图