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近59年江汉平原降水气候变化特征分析

2020-09-24邓艳君郑治斌张伦瑾刘凯文黄永平

江苏农业科学 2020年16期
关键词:江汉平原降水强度降水量

邓艳君 郑治斌 张伦瑾 刘凯文 黄永平

摘要:基于1960—2018年江汉平原12个气象观测站逐日降水资料,计算降水量、降水日数、降水强度以及极端降水量,采用线性拟合、趋势分析以及Mann-Kendall突变检验等方法,分析江汉平原降水的气候变化特征。结果表明,江汉平原降水量春夏多、秋冬少,空间分布由南向北递减。年降水量总体呈缓慢增长趋势,递增速率24.63 mm/10年,但季节分配不均匀。Mann-Kendall突变检验结果显示,1978年为年降水量的突变年份。年均降水日数总体呈明显减少趋势,1983年为降水日数的突变年份,从1996年开始降水日数递减速率急剧增大。降水强度四季变化趋势与年变化趋势一致,均总体呈增强趋势,其中春、夏季递增速率高于年递增速率,秋、冬呈微弱增长趋势,降水强度的突变年份为1979年。极端降水量指标均总体呈缓慢增加趋势。江汉平原降水在时间上分布较为集中,强降水发生概率增大。20世纪60—70年代属少雨期,极端旱年多发生于此时段;20世纪80年代初、90年代中后期年降水量及极端降水量明显偏多,降水强度偏强,极端涝年集中出现在此时段。

关键词:江汉平原;降水量;降水日数;降水强度;极端降水

中图分类号:P467;S161.6

文献标志码:A

文章编号:1002-1302(2020)16-0268-10

江汉平原位于“千湖之省”湖北省中南部,由长江与汉江冲积而得名,主要包括荆州市、荆门市及仙桃、潜江、天门3个省直管市。江汉平原雨热同季,湖泊湿地众多,素有“鱼米之乡”的美誉。江汉平原是重要的农业生产区,也是著名的水产养殖区,在湖北省经济发展中占有重要地位。研究该地区的降水气候特征,防止旱涝变化对江汉平原农业生产、濕地保护、生态安全造成不良影响具有十分重要的意义[1]。

在全球变暖的气候背景下,我国不同区域的降水气候特征出现了明显变化,旱涝发生频率呈增加趋势,气象学者对气候变化作了大量研究[2-5]。研究表明,从20世纪50年代中期开始,全球年降水量呈下降趋势[6-7]。林学椿等分析了1955—1989年我国160个气象站的降水资料,发现我国年降水量也呈减少趋势[8]。一些学者对湖北省、江汉平原的降水气候特征进行了分析,结果发现,湖北年降水量呈增加趋势,且江汉平原年降水量递增速率高于其他地区[9-13]。学者们主要通过分析降水量、雨日、不同等级降水事件等指标的时空演变规律和突变时间,来研究降水的气候变化特征[14-18]。本研究在前人研究(资料更新到2018年)的基础上,选取降水量、降水日数、大雨日数、暴雨日数、降水强度、极端降水量等指标,利用趋势分析和Mann-Kendall(M-K)突变检验[19]等方法,分析江汉平原近59年降水的气候变化特征,以期为农业生产、生态安全、防灾减灾提供参考依据。

1 资料与方法

选取江汉平原12个气象站1960—2018年的逐日降水资料,计算降水量、降水日数、大雨日数、暴雨日数、降水强度、最大旬降水量、最大5日降水量以及最大3日降水量等指标,采用线性拟合和趋势分析方法计算相应的气候倾向率,同时采用Mann-Kendall(M-K)突变检验法对年降水量、年降水日数、年降水强度进行突变检验,判断突变时间。本研究采用的季节划分为:春季3—5月、夏季6—8月、秋季9—11月、冬季12月至次年2月。评价指标的定义如表1所示,江汉平原评价指标的计算采用12个气象站的平均值。

2 结果与分析

2.1 降水量变化特征

2.1.1 降水量月变化 如图1所示,江汉平原降水量表现为春夏多、秋冬少。12月降水量最少,月平均降水量为28.4 mm,受3—4月春季连阴雨及5—6月梅雨天气的影响,降水量增加,6月份达到最大值,为184.2 mm,之后受7—8月伏旱天气影响,降水量迅速下降,7—9月平均每10 d下降14.9 mm。9—10月受秋季阴雨天气影响,降水量下降缓慢,进入冬季后又明显下降。

2.1.2 降水量年变化 根据年降水量变化趋势(图2)可知,1960—2018年江汉平原年降水量平均值为 1 257.9 mm,降水量最多的年份出现在1983年(1 694.5 mm),最少的年份出现在1966年(892.0 mm),年降水量总体呈缓慢增加趋势,递增速率为24.63 mm/10年。20世纪60年代到20世纪80年代初期、21世纪00年代后期到21世纪10年代为降水量偏少的时段,20世纪80年代初期到21世纪00年代中期为降水量偏多的时段。由 M-K 突变检验结果可知,UF(样本数据序列的标准化)基本维持在0线以上,表明年降水量呈增多趋势,但20世纪60—70年代,UF波动较大,20世纪80年代中期到21世纪初期,UF总体呈上升趋势,21世纪00年代中期到21世纪10年代中期,UF呈下降趋势,且UF仅有1年超过信度的上限,说明年降水量总体增多趋势不显著。20世纪60—70年代,在置信区间内UF和UB(逆序样本数据的标准化)曲线有多次相交,从1978年相交开始,UF出现上升趋势,到2004年达到显著性水平,之后总体表现为缓慢下降趋势,因此1978年为降水量的突变年份。

2.1.3 降水量季节变化 如图3所示,江汉平原1960—2018年春季平均降水量为396.2 mm,其中最大值为720.2 mm,出现在2002年,最小值为200.6 mm,出现在2011年,近59年在波动中呈缓慢增加趋势,递增速率为2.96 mm/10年。江汉平原1960—2018年夏季平均降水量为503.6 mm,其中最大值为985.8 mm,出现在1980年,最小值为158.1 mm,出现在1972年,近59年在波动中呈增加趋势,递增速率为18.1 mm/10年。江汉平原1960—2018年秋季平均降水量为235.6 mm,其中最大值为479.4 mm,出现在1983年,最小值为 60.1 mm,出现在1991年,近59年在波动中呈减少趋势,递减速率为 2.53 mm/10年。江汉平原1960—2018年冬季平均降水量为123.1 mm,其中最大值为235.7 mm,出现在1989年,最小值为 49.3 mm,出现在1998年。近59年在波动中呈增加趋势,递增速率为5.43 mm/10年。

2.1.4 降水量年际变化 分析江汉平原不同年代平均年降水量的空间分布,从图4可以看出,在时间上,平均年降水量总体呈现增多的趋势(21世纪00年代略有下降),在空间上总体呈南多北少趋势。20世纪60年代,平均年降水量江汉平原北部为943.7~1 100.0 mm,南部为1 100.0~1 270.8 mm,由北向南增多;20世纪70年代,平均年降水量江汉平原西北部和中部为 901.8~1 100.0 mm,江汉平原东南部和松滋市局部平均年降水量为1 100.1~1 321.4 mm,由西北向东南增多;20世纪80年代,平均年降水量江汉平原西北部为983.8~1 100.0 mm,东南部和西南部为1 200.0~1 433.8 mm,其他地区为1 100.1~1 200.0 mm,由西北向东南增多;20世纪90年代,平均年降水量江汉平原西北部为966.2~1 200.0 mm,东南部为 1 200.1~1 495.1 mm,由西北向东南增多;21世纪00年代,平均年降水量江汉平原北部为961.7~1 100.0 mm,南部为1 100.1~1 311.2 mm,由北向南增多;21世纪10年代,平均年降水量江汉平原北部为924.2~1 200.0 mm,南部为1 200.1~1 450.7 mm,由北向南增多。20世纪80~90年代是近59年平均年降水量最多的时段,20世纪60年代是近59年平均年降水量最少的时段。

2.2 降水日数变化

2.2.1 降水日数变化 根据年均降水日数变化趋势(图5)可知,江汉平原1960—2018年平均年降水日数为139.6 d,年降水日数最大值出现在1973年(168.7 d),最小值出现在2011年(107.5 d),近59年年降水日数总体呈明显减少趋势(通过0.5信度的显著性检验),递减速率为3.9 d/10年;四季中春、秋季呈显著减少趋势(通过0.01信度的显著性检验),夏、冬季呈增加趋势(图略)。年降水日数20世纪60年代至70年代中期偏多,20世纪70年代末至90年代中期持平,20世纪90年代末以来偏少,特别是进入21世纪以来,降水日数明显偏少。从M-K突变检验结果可知,1983年为降水日数的突变年份,之后UF<0,且呈下降趋势,从1996年开始UF超过信度的下限,降水日数下降趋势显著。

2.2.2 大雨日数变化 根据大雨日数距平变化趋势(图6)可知,江汉平原1960—2018年平均大雨日数为13.8 d,近59年年大雨日数最大值出现在1983年(22.6 d),最小值出现在1966年(7.7 d),大雨日数总体呈缓慢增加趋势,递增速率为0.54 d/10年;20世纪60年代至80年代初总体呈明显增加趋势,20世纪80年代初至90年代初呈波动变化趋势,20世纪90年代中后期以来总体呈减少趋势。

2.2.3 暴雨日数变化 江汉平原1960—2018年暴雨日数变化趋势不明显,且存在明显的年代际变化。根据暴雨日数距平变化趋势(图7)可知,江汉平原1960—2018年平均暴雨日数为4.1 d,年平均暴雨日数最大值出现在1980年(8.1 d),最小值出现在1984年(0.9 d),近59年暴雨日数总体呈缓慢增加趋势,递增速率为0.24 d/10年;20世纪60—70年代,暴雨日数以偏少为主,20世纪70年代末、20世纪90年代中后期暴雨日数发生由少向多急剧转变趋势。

2.3 降水强度变化

2.3.1 年降水强度变化 根据降水强度距平变化趋势(图8)可知,江汉平原1960—2018年平均降水强度为 9.1 mm/d,年平均降水强度最大的年份出现在2004年(12.0 mm/d),最小年份出现在1966年(6.2 mm/d),年平均降水强度总体呈明显增强趋势(通过0.5信度的显著性检验),递增速率为 0.43 mm/(d·10年)。從 M-K突变检验结果可以看出,年平均降水强度的突变年份为1979年,从1967年开始,UF>0,年平均降水强度增大,从1979年开始UF呈明显上升趋势,从1987年开始UF超过信度的上限,年平均降水强度增加趋势显著。

2.3.2 四季降水强度变化 由图9可知,江汉平原1960—2018年春季平均降水强度为9.1 mm/d,最大值为13.7 mm/d,出现在1998年,最小值为 4.9 mm/d,出现在1997年,春季降水强度总体呈增强趋势,递增速率为0.44 mm/(d·10年)。江汉平原1960—2018年夏季平均降水强度为14.4 mm/d,最大值为21.4 mm/d,出现在2004年,最小值为 7.0 mm/d,出现在1972年,近59年总体呈增强趋势,递增速率为 0.50 mm/(d·10年)。江汉平原1960—2018年秋季平均降水强度为7.3 mm/d,最大值为14.2 mm/d,出现在1983年,最小值为 2.5 mm/d,出现在1991年,近59年总体呈微弱的增强趋势,递增速率为0.2 mm/(d·10年)。江汉平原1960—2018年冬季平均降水强度为4.1 mm/d,最大值为6.8 mm/d,出现在1993年,最小值为 1.6 mm/d,出现在1963年,近59年总体呈增强趋势,递增速率为0.3 mm/(d·10年),进入21世纪以来,强度明显增强。

江汉平原1960—2018年降水强度变化趋势明显,四季与年均降水强度均总体呈增强趋势,其中春、夏季递增速率高于年递增速率。年均及四季降水强度年代际变化均是明显的,年均、秋季及冬季降水强度在20世纪60—70年代明显偏弱,20世纪90年代末以来明显偏强。

2.4 极端降水特征

2.4.1 最大旬降水量 分析最大旬降水量距平变化趋势,由图10可知,江汉平原1960—2018年平均最大旬降水量为176.7 mm,年最大旬降水量最大值出现在1991年(396.2 mm),最小值出现在1978年(101.4 mm),近59年年最大旬降水量总体呈缓慢增加趋势,递增速率为3.03 mm/10年。

2.4.2 最大5日降水量变化 根据最大5日降水量距平变化趋势(图11)可知,江汉平原1960—2018年平均最大5日降水量为161.2 mm,近59年年最大5日降水量最大值出现在1991年(253.1 mm),最小值出现在1978年(100.7 mm),近59年年最大5日降水量总体呈缓慢增加趋势,递增速率为 2.93 mm/10年。

2.4.3 最大3日降水量变化 根据最大3日降水量距平变化趋势(图12)可知,江汉平原1960—2018年平均最大3日降水量为141.3 mm,近59年年最大3日降水量最大值出现在1991年、2003年(213.9 mm),最小值出现在1978年(87.0 mm),近59年年最大3日降水量总体呈微弱增加趋势,递增速率为1.83 mm/10年。

根据江汉平原多年水情变化、降水量/降水强度年、季节变化以及极端降水特征分析结果,并结合江汉平原近60年旱涝灾情得出,江汉平原极端旱涝年份如下:极端旱年共8年,为1966、1968、1971、1972、1976、1978、1985、2000、2011年;极端涝年共10年,为1969、1980、1983、1991、1996、1998、1999、2004、2010、2016年。

3 结论与讨论

通过对江汉平原12个气象观测站1960—2018年降水量、降水日数、降水强度以及极端降水特征的分析,得出以下结论:(1)江汉平原降水量春夏多、秋冬少。年降水量总体呈缓慢增长趋势,递增速率24.63 mm/10年,但季节分配不均匀,秋季降水减少,春、夏、冬季降水量增加,其中夏季递增速率为18.1 mm/10年,增长最快。不同年代平均年降水量在时间上总体呈增多趋势,在空间上由北向南递增,20世纪80—90年代是近59年平均年降水量最多的时段,60年代是近59年平均降水量最少的时段。M-K突变检验结果显示,1978年为降水量的突变年份,在所研究的时间段内UF基本维持在0线以上,表明年降水量呈增多趋势,仅1年超过信度的上限,说明年降水量总体增多趋势不显著。(2)年均降水日数总体减少,其中春、秋季呈显著减少趋势,夏、冬季呈增加趋势。M-K突变检验结果显示,1983年为降水日数的突变年份,之后 UF<0,且呈下降趋势,从1996年开始UF超过信度的下限,降水日数下降趋势显著,降水日数递减速率急剧增大。大雨和暴雨日数有所增加,反映了江汉平原降水在时间上分布较为集中,强降水发生几率增大。(3)年平均降水强度呈明显增强趋势,递增速率为0.43 mm/(d·10年)。从M-K突变检验结果可以看出,降水强度的突变年份为1979年,从1967年开始,UF>0,年平均降水强度增大,从1979年开始UF呈明显上升趋势,从1987年开始UF超过信度的上限,降水强度增加趋势显著。四季降水强度变化趋势与年均降水强度变化趋势一致,均呈增强趋势,其中春、夏季递增速率高于年递增速率,秋、冬季呈微弱增长趋势。(4)年最大旬降水量、年最大5日降水量、年最大3日降水量均呈缓慢增加趋势。(5)总体上,年均降水量增多、降水日数减少、大雨日数和暴雨日数增多、降水强度增强、极端降水呈缓慢增加趋势。春、夏季降水量和降水强度增多、增强,反映了江汉平原降水在时间上分布较集中,强降水发生概率增大。(6)20世纪60—70年代属少雨期,期间年降水量及極端降水量明显偏少,降水日数偏多,降水强度明显偏弱,极端旱年多发生于此时段;20世纪80年代初、90年代中后期年降水量及极端降水量明显偏多,大雨和暴雨日数、降水强度偏多、偏强并达到历史极值,极端涝年集中出现在此时段。

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