三穗县近 46a极端气候特征研究

杨胜海,杨胜忠

(1.贵州省三穗县气象局,贵州 三穗 556500;2.贵州省黔东南自治州气象局,贵州 凯里 556000)

三穗县近 46a极端气候特征研究

杨胜海1,杨胜忠2

(1.贵州省三穗县气象局,贵州 三穗 556500;2.贵州省黔东南自治州气象局,贵州 凯里 556000)

该文利用三穗 1961—2006年的逐日平均气温和日降水量资料通过阈值求取,并采用线性趋势分析、相关分析、小波分析[6]等方法来分析三穗极端事件发生频数的总体特征,得出如下结论：夏季温度和降水的阈值比较高,对应温度高、降水多;冬季阈值低,气候干燥,温度低、降水量相对较少;通过趋势分析,95百分位极端降水日数、暴雨日数都呈增加趋势,汛期降水极端事件则呈减少趋势,但它们的变化趋势都不明显,通过相关分析发现,极端降水日数与年降水日数相关性较好,极端降水日数可以间接反映年降水日数的多少;通过小波分析得出极端降水日数周期为 9a左右,汛期降水日数的周期在 11a左右;暴雨日数在 1970年以前存在准 2a的周期,在 1970年以后存在 4～5a的准周期。

三穗;温度;降水;阈值;极端事件;小波分析

1 引言

近几十年来,随着人类活动的增加,全球平均气温升高,我国大部分地区的气温也呈升高趋势,极端高温日数也越来越多,相反极端低温日数则越来越少[1]。气候的变化也越来越明显,极端气候事件发生的频率也越来越高。极端事件的发生给社会、经济和人民生活造成了严重的影响和损失。因此研究某地的极端事件气候特征也会很有意义。池再香、白慧等对黔东南气候分析得出,近 40a黔东南降水呈上升趋势,温度呈下降趋势[2],顾欣研究黔东南地区的暴雨分布指出,黔东南州西部暴雨日数最多为年均 3.57次,最少为北部年均仅 2.24次[3]。

2 资料与方法

2.1 资料

本文所选取的资料来自三穗县气象局 1961—2006年气温和降水的逐日数据。

2.2 研究方法

利用三穗 1961—2006年的逐日平均气温和日降水量资料,重新定义三穗的极端高低温阈值和极端强降水阈值,进而用新的阈值来检验过去 46a发生的极端事件。采用线性趋势分析、相关分析、小波分析[6]等方法来分析三穗极端事件发生频数的总体特征,从极端事件的气候特征分析三穗过去46a的气候变化特征。

2.2.1 阈值求取 极端高低温日和极端降水日在气象上有一定的标准,在我国目前常用的标准为：日最高温度 ＞35℃以上的日数称为高温日数,日最低温度＜0℃的日数称为低温日数;降水方面,日降水量在50mm以上的为暴雨,超过 25mm的为大雨日。这是一个全国性的气候统计值,不能全面地适用于每个地方。为此重新定义各站自己的阈值,其方法是：选取某站点的多年逐日各气象要素资料 (一般 ＞30a),按升序排列,取其排序后的某个百分位的气象要素值为其阈值,若大于该值即为极端高值,对低温日选择较小的百分位值,低于该值为极端低值。

2.2.2 小波分析方法特点 小波分析即保持了傅里叶分析的优点,又弥补了其某些不足。小波分析给出了不同长度的周期的演变特征,认识不同尺度的扰动特性,由此判断序列存在的显著周期。利用小波方差可更准确地诊断出多长周期的振动最强。近年来,小波分析方法在气候时间序列分析中比较常用。

3 分析结果

3.1 阈值求取及其特征

针对三穗自己的特殊气候特征,选取 1961—2006年 46a日最高最低气温、日降水量,以月为尺度按升序排列,分别求出各月高温、低温和降水的第 90个百分位阈值及第 95个百分位阈值 (图 1)。

图 1 月尺度 90、95不同百分位温度和降水的阈值

从图 1看出,百分位选取的不同,对曲线形状的影响变化不大,都呈抛物线形。夏季温度和降水的阈值比较高,这与实际情况也是相吻合的,显示出夏季温度高、降水量多,而冬季气候干燥,温度低、降水量相对较少。图中对应的高低温阈值的差值在 2月时最大,3、4月次之,结合实际情况,2月为冬末,冷空气频繁,温度变化大,寒潮在这个月发生的概率也最大;而 3、4月为初春季节,气温整体开始回升,但回升的同时还不时有冷空气南下影响,这时的冷空气俗称倒春寒,温度变化也比较频繁,因而显示出高低温阈值的差值较大。高低温阈值差值最小在 7月,其次为 6月和 8月,此时正值夏季,日照强度大且时间长,冷空气相对较少,昼夜温度变化较小,所以高低温阈值差最小。在降水方面,两曲线大致形状相同,只是 90百分位阈值最高在 6月,95百分位出现在 8月,最低出现在 1月。在 90百分位图中,6、7、8月的降水阈值都 ＞25mm,我们将其定义为该月大雨阈值;在 95百分位图中,5、6、7、8月的阈值都 ＞36.5mm,将其定义为该月暴雨阈值,这与我国常用的日降水量 ＞50mm为暴雨有一定的差距。因为我国用的日降水量标准是一个全国性的标准,不能很好的反映地域性差异,比如在北方如果日降水量 ＞25mm就差不多可以看作是暴雨了[1],而在南方日降水量 ＞25mm的次数却比较多。所以这样对各地定义单独的阈值具是有一定的意义。

3.2 降水事件检验与分析

对降水事件的检验,这里选取 95百分位的阈值来检验各尺度的极端事件,然后以年为单位统计总的极端降水次数,分析年极端降水事件频次变化特征,同时结合常规暴雨指标的年暴雨日数分析。

当日降水量大于对应尺度的阈值时,我们称为极端事件;按照常规当日降水量 ＞50mm,称为暴雨。利用上面与之进行检验得到 1961—2006年 46a的年极端降水事件,同时统计出这 46a的年暴雨总日数,得出图 2。

两种检验值比较,这 46a的极端事件都呈增加的趋势,按新定义的阈值检验增加的趋势没有用50mm检验的明显,而汛期的极端事件趋势变化不明显,略为减小的趋势。相关系数是衡量两个变量之间关系密切程度的量[5],对极端降水日数、暴雨日数、汛期极端降水日数和年降水日数作相关分析可以知道他们之间的密切程度,如表 1：

四组序列的相关系数值表明,它们相互之间的相关性不是很好,只有 0.658、0.449、0.318都通过了t检验,其他序列组之间都未能通过t检验。而通过检验的 3组,相关系数的值都不大,只有 0.658的值 ＞0.5。可以表明极端降水日数与年降水日数相关性较好,极端降水日数可以间接反映年降水日数的多少;而暴雨日数与年降水日数的相关性未能通过t检验;汛期极端降水日数与年降水日数的相关系数也未能通过t检验;汛期降水与年降水的极端事件相关性能通过t检验,也可以相互间大致反映变化情况。

3.3 小波分析

利用小波分析 3种极端事件的周期变化情况,可以看出其在不同时期的周期特征和区别,如图 3～5所示：

从上图可以看出,极端降水日数在周期为 9a的1966、1970、1975、1979、1984、1987、1995年处 ,小波系数出现了最大值,表明在该时段的振荡比较强;汛期 (4—10月)降水日数周期在 10a的 1966年处,小波系数出现了最大值,即该时间的振荡比较强烈 ,在周期为 11～12a的 1971、1977、1983、1989、1994年小波系数都比较大,表明该时段的振荡比较强;暴雨日数的长周期则不明显,在 1970年以前存在准 2a的周期,在 1970年以后存在 4～5a的准周期。

4 结论

本文利用三穗 1961—2006年的逐日平均气温和日降水量资料通过阈值求取,并采用线性趋势分析、相关分析、小波分析[6]等方法来分析三穗极端事件发生频数的总体特征,得出如下结论：

①从阈值可以看出,夏季温度和降水的阈值比较高,这与实际情况也是相吻合的,显示出夏季温度高降水量多,而冬季气候干燥温度低、降水量相对较少。

②近 46a来,95百分位极端降水日数、暴雨日数都呈增加趋势,汛期降水极端事件呈减少趋势,但它们的变化趋势都不明显,通过相关分析发现,极端降水日数与年降水日数相关性较好,极端降水日数可以间接反映年降水日数的多少。

③通过小波分析得出,极端降水日数的周期为9a左右,汛期降水日数的周期为 11a左右;暴雨日数在 1970年以前存在准 2a的周期,在 1970年以后存在 4～5a的准周期。

[1] 翟盘茂,潘晓华 .中国北方近 50年温度和降水极端事件变化[J].地理学报,2003,58(增刊)：1-10.

[2] 池再香,白慧 .黔东南地区近 40年来气候变化研究[J].高原气象,2004,23(5)：704-708.

[3] 顾欣 .黔东南州暴雨的分布特点[J].贵州气象,2002,26(2)：27-29.

[4] 黄嘉佑 .气象统计分析与预报方法[M].北京：气象出版社,2004.

[5] 魏风英 .现代气候统计诊断与预测技术[M].北京：气象出版社,2004：99-104.

P466

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1003-6598(2010)06-0022-03

2010-06-10

杨胜海 (1980-),男 (侗族),助工,主要从事地面测报工作。