1961—2014年祁连山地区冬半年不同等级降水变化特征分析

豆青芳++索生睿++石明章++雷有宏

摘要 利用祁连山区8个站1961—2014年逐日降水量资料，采用线性趋势分析及R/S方法等方法，分析祁连山地区冬半年降水量、降水日数及降水强度的变化特征和未来变化趋势。结果表明，祁连山地区随着降水量级的增加，降水日数呈减小趋势，降水量从小雪到中雪减小，中雪到大到暴雪增加，而降水强度表现为增强趋势；近54年祁连山地区冬半年总降水量和平均降水强度均呈波动增加趋势，总降水日数呈减少趋势。近54年祁连山地区冬半年小雪和大到暴雪的降水日数和降水量均呈减少趋势，中雪呈增加趋势，小雪平均降水强度均呈波动增加趋势，中雪和大到暴雪的平均降水强度表现为减小趋势；祁连山地区小雪、中雪和大到暴雪多年平均降水日数和降水量大值区均在门源站，降水强度小雪的大值区在德令哈，中雪和大到暴雪的大值区均在茶卡；野牛沟站的小雪降水日数（减小）和降水量（增加）、大到暴雪的降水强度（减小）的变化趋势显著。祁连山冬半年未来不同等级降水量、降水日数和降水强度变化情况与过去54年的变化趋势相同，短时期内不会发生逆转。

关键词 等级降水；气候倾向率；Hurst指数；祁连山地区；1961—2014年

中图分类号 P426.61 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）23-0165-03

Abstract Based on the daily precipitation data of 8 stations in Qilian Mountains from 1961 to 2014，the trend of precipitation and rainfall intensity in the winter half year of Qilian Mountains and the trend of future precipitation were analyzed by linear trend analysis and R/S method.The results showed that the precipitation days decreased with the increase of precipitation in the Qilian Mountains.The precipitation decreased from the small snow to the moderate snow，and increased from heavy snow to heavy snow blizzard，while the precipitation intensity showed an increasing trend.In Qilian Mountains in the winter half year，the total precipitation and the average precipitation intensity all showed a fluctuating trend，and the total precipitation days showed a decreasing trend.In the recent 54 years，the precipitation days and precipitation of light snow and large snowstorm in the winter half year of Qilian Mountains all showed a decreasing trend，while that in mid-snow and winter was increasing.The mean precipitation intensity of small snow showed a trend of increasing.The mean precipitation intensity of heavy snow and heavy snow showed decreasing tendency，the mean precipitation days and the large precipitation areas of light snow，moderate snow and large snowstorm in Qilian Mountains were all at Menyuan Station，and the large precipitation areas with light snowfall were in Delingha，the large value areas were in Chaka；the change tendency of the snowfall days（decrease）and the precipitation（increase）of the snowy ditch stations and the precipitation intensity（decrease）of the snowstorm were obvious.In the future，the variation of precipitation，precipitation days and precipitation intensity in the future would be the same in the future in the past six months in the Qilian Mountains，which would not change in the short term.

Key words precipitation；climatic tendency；Hurst index；Qilian Mountain area；1961—2014

全球氣温正经历着一次以全球变暖为主要特征的显著变化，全球变暖，促进水循环，使蒸发与降水加剧，极端气候事件增加。近年来，不少学者对降水的气候变化特征进行了相关研究。近50年来，我国降水强度普遍区域增加，除西北地区外，其余大部地区降水日数趋于减小[1]。已有研究显示，1950—2010年降水变化差异明显，其中小雨等级降水量普遍减少[2-3]，大雨以上等级降水在20世纪80年代后强度增大、频数明显上升[4]。中国不同等级降水西北地区的弱降水总量减少，弱降水强度却增强，而极强降水强度却减弱，降水日数变化是降水量变化的主要原因之一[5]。林云萍等[6]指出，青藏高原和西北北部地区10.0～16.9 mm的降水量级变化趋势最大。endprint

祁连山是青藏高原东北部一个巨大的边缘山系，位于青海省与甘肃省之间，略呈西北—东南走向，东西长、南北宽分别为800 km以上、200～400 km，平均海拔逾4 000 m。祁连山地区属于大陆性高寒湿润山地气候区，夏季短而温凉湿润，冬季长而寒冷干燥。

冬季降水有利于农作物生长、干旱区水补给、空气污染物消散等，但大范围或强降雪的发生会严重影响交通运输、电力设施、能源供应、农业生产等。本文通过对不同等级降水日数和降水强度的时空变化分析，对该地区不同等级降水的变化规律有一个初步认识，进而为该地区制订区域发展政策、防灾减灾及生态建设提供科学依据。

1 资料与方法

选取祁连山地区托勒、野牛沟、祁连、天峻、德令哈、刚察、门源、茶卡8个气象站1961—2014年逐日（20：00至次日20：00，北京时）降水资料，分别统计不同等级降水日数、降水量和降水强度（降水量/降水日数）。

由于祁连山地区降水区域差异较大，出现暴雪量级降水的可能性非常小，且降水形态复杂。根据中国气象局降水等级划分标准，将冬半年（10月至翌年4月）降水等级分为3级：小雪（0.1～2.4 mm），中雪（2.5～4.9 mm）和大到暴雪（≥5.0 mm），利用线性趋势[7]分析和R/S方法[8]分析冬半年各等级降水日数、降水量和降水强度的演变规律和未来的变化趋势。为定量地表示2幅图的相似程度，采用相似系数[9]。由下式计算：

式中，m为2个进行相似比较场的站点数或网格点数。文中m=8，cosθ12为2幅图相似程度的定量指标，称为相似系数。相似系数等于1.0为完全相同，相似系数为-1.0为完全相反，为0.0时表示完全不相似。正值越大越相似，负值越大越相反。

2 结果与分析

2.1 冬半年降水量和降水日数的统计特征

如表1所示，1961—2014年冬半年（10月至翌年4月）日历天数共有11 461 d，祁连山地区平均冬半年累积降水量为2 145.4 mm，54年冬半年平均降水量为39.7 mm；冬半年总降水日数、年平均降水日数分别为1 392.4、25.8 d，有降水日的日平均降水量仅1.5 mm。小雪日数、中雪日数、大到暴雪日数多年平均分别为20.8、3.2、1.8 d，占总降水日数的比例分别为80.6%、12.4%、7.0%，小雪降水量、中雪降水量、大到暴雪降水量多年平均为14.6、11.2、13.9 mm，分别占冬半年降水量的36.8%、28.2%、35.0%。可以看出，随着降水量级的增加，降水日数呈减小趋势，降水量从小雪到中雪减小，中雪到大到暴雪呈增加趋势，而降水强度表现为增强趋势。

2.2 冬半年总降水量、总降水日数和平均降水强度的变化特征

如图1所示，近54年祁连山南部地区冬半年总降水量和平均降水强度均呈波动增加趋势，总降水日数呈减少趋势，气候倾向率分别为0.13 mm/年、0.02 mm/（d·10年）、 -0.234 d/年。总降水量、平均降水强度和总降水日数变化趋势均没有通过显著性检验，说明门源地区冬半年总降水量、平均降水强度和总降水日数变化趋势不明显。冬半年总降水日数多年平均为25.8 d，最多的年份为1989年，有42.3 d；最少的年份为2013年，有13.8 d，相差近3倍。冬半年总降水量多年平均为39.7 mm，最多、最少的年份分别为1989年、1962年，分别有89.9、21.1 mm。冬半年的总降水强度为1.5 mm/（d·10年），平均最强降水为2.1 mm/（d·10年），出现在1989年；平均最弱降水强度为1.0 mm/（d·10年），出现在1962年和2000年。可以看出，总降水日数、总降水量和平均降水强度变化趋势不明显。

2.3 冬半年不同等级降水日数、降水量和降水强度的变化特征

如图2所示，近54年来，冬半年小雪和大到暴雪的降水日数均呈减少趋势，中雪呈增加趋势，气候倾向率分别为 -0.288、-0.004、0.058 d/10年，均未通过显著性检验。冬半年多年平均小雪日数为20.8 d，最多的年份为1989年，有30.5 d；最少的年份为2013年，仅出现10.8 d。中雪降水日数多年平均为3.2 d，最多的年份为1989年，有6.8 d，最少的年份为2001年，有0.8 d。大到暴雪降水日数为1.7 d，最多的年份为1989年，有5.0 d，最少的年份为1962年（0.3 d）。

如图3所示，近54年冬半年小雪和大到暴雪的降水量均呈减少趋势，中雪的降水量呈增加趋势，气候倾向率分别为-0.012、-0.072、0.199 mm/10年，均未通过显著性检验，表明祁连山地区小雪、中雪和大到暴雪的降水量变化趋势不明显。冬半年小雪降水量多年平均14.6 mm，最多的年份为1989年，为21.5 mm；最少的年份為1984年，为9.0 mm。多年平均中雪降水量为11.2 mm，最多的年份为1989年，为22.9 mm；最少的年份为2001年，为2.4 mm，多年平均大到暴雪降水量为14.0 mm，最多的年份为1989年，为45.6 mm；最少的年份为1962年，为2.3 mm。

如图4 所示，近54年冬半年小雪平均降水强度均呈波动增加趋势，中雪和大到暴雪的平均降水强度表现为减小趋势，气候倾向率分别为0.011、-0.006、-0.074（mm/d）/10年，小雪降水强度通过了95%的显著性检验，中雪和大到暴雪未通过显著性检验，表明祁连山地区小雪强度表现为显著性的增加趋势。冬半年小雪降水强度多年平均为0.7 mm/d，2013年、1975年分别为降水强度最强年份（0.9 mm/d）、最弱年份（0.58 mm/d）；中雪降水强度多年平均为3.5 mm/d，1985年、2006年分别为降水强度最强年份（4.0 mm/d）、最弱年份（3.1 mm/d）；大到暴雪降水强度多年平均为8.0 mm/d，1994年、1983年分别为降水强度最强年份（10.1 mm/d）、最弱年份（5.6 mm/d）。endprint

2.4 冬半年不同等级降水的空间分布

如表2所示，小雪、中雪和大到暴雪多年平均降水日数大值区主要分布在门源、祁连、野牛沟和刚察一带，小雪和中雪降水量多年平均大值区主要分布在门源、祁连、野牛沟和刚察一带，大到暴雪多年平均大值区主要分布在门源、祁连、天峻和德令哈和刚察一带，小雪的降水强度最大值在德令哈站（0.80 mm/d），最小降水强度中心在托勒站（0.64 mm/d）。中雪的降水强度最大在茶卡站（3.55 mm/d），最小的出现在托勒站（3.42 mm/d），大到暴雪的降水强度在茶卡（8.72 mm/d）和门源站（8.54 mm/d）。从各站小雪、中雪和大到暴雪的降水日数、降水量和降水强度的变化趋势来看，小雪级别中，降水日数托勒、野牛沟、祁连、门源、刚察和茶卡站呈减少趋势，天峻和德令哈站呈增加趋势；降水量有5个站呈减小趋势，3个站表现为增加趋势；降水强度各有4个站分别表现出增加和减少趋势，其中野牛沟降水日数和降水强度、门源和茶卡的降水强度变化趋势通过0.10以上的显著性检验。中雪级别中，降水日数和降水量均有5个站表现为减少趋势，3个站表现为增加趋势；降水强度有5个站分别表现出减少趋势，3个站表现为增加趋势，其中仅野牛沟降水日数和降水强度通过0.10以上的显著性检验。大到暴雪级别中，降水日数和降水量各有4个站分别呈减少和增加趋势，降水强度6个站分别表现出减少趋势，2个站表现为增加趋势，其中野牛沟降水强度的变化趋势通过0.10以上的显著性检验。

通过上述分析可以看出，冬半年小雪、中雪和大到暴雪的多年平均降水量、降水日数和降水强度的空间分布特征是基本一致的，相似系数在0.85以上，特别是降水量和降水日数的空间分布特征非常一致，相似系数均为1.0，可见它们是较为一致的。

2.5 冬半年不同等级降水量、降水日数和降水强度的未来变化趋势

Hurst指数值能很好地揭示出时间序列中的趋势性成分，并根据Hurst值的大小判断趋势性成分的强度。祁连山地区冬半年不同等级降水量、降水日数和降水强度的Hurst指数计算结果如表3所示。可以看出，祁连山地区冬半年不同等级降水量、降水日数和降水强度（除中雪外）的H值均大于0.5，Hurst现象明显。说明祁连山冬半年不同等级降水量、降水日数和降水强度时间序列具有长期相关性，且其过程具有持续性，未来不同等级降水量、降水日数和降水强度变化情况与过去54年的变化趋势相同，短时期内不会发生逆转。

3 结论

（1）祁连山地区小雪、中雪和大到暴雪多年平均降水日数和降水量大值区均在门源站，降水强度小雪的大值区在德令哈，中雪和大到暴雪的大值区均在茶卡；野牛沟站的小雪降水日数（减小）和降水量（增加）、大到暴雪的降水强度（减小）的变化趋势显著。

（2）祁连山地区随着降水量级的增加，降水日数呈减小趋势，降水量从小雪到中雪减小，中雪到大到暴雪增加，而降水强度表现为增强趋势。

（3）近54年祁连山地区冬半年总降水量和平均降水强度均呈波动增加趋势，总降水日数呈减少趋势。

（4）近54年祁连山地区冬半年小雪和大到暴雪的降水日数和降水量均呈减少趋势，中雪呈增加趋势，小雪平均降水强度均呈波动增加趋势，中雪和大到暴雪的平均降水强度表现为减小趋势。

（5）祁连山冬半年未来不同等级降水量、降水日数和降水强度变化情况与过去54年的变化趋势相同，短时期内不会发生逆转。

4 参考文献

[1] 翟盘茂，王萃萃，李威.极端降水事件变化的观测研究[J].气候变化研究进展，2007（3）：144-148.

[2] 严中伟，杨赤.近几十年中国极端气候变化格局[J].气候与环境研究，2000（3）：267-272.

[3] 王颖，施能，顾骏强，封国林，等.中国雨日的气候变化[J].大气科学，2006（1）：162-170.

[4] 左洪超，呂世华，胡隐樵.中国近50年气温及降水量的变化趋势分析[J].高原气象，2004，23（2）：238-244.

[5] 陈冬冬，戴永久.近五十年我国西北地区降水强度变化特征[J].大气科学，2009，33（5）：923-935.

[6] 林云萍，赵春生.中国地区不同强度降水的变化趋势[J].北京大学学报（自然科学版）网络版（预印本），2009（2）：18-25.

[7] 魏凤英.现代气候统计诊断与预测技术[M].北京：气象出版社，2007：37-59.

[8] 冯新灵，罗隆诚，冯自立，等.中国雨日变化趋势的分形研究[J].自然灾害学报，2009，18（6）：112-117.

[9] 顾骏强，施能，薛根元.近40年浙江省降水量、雨日的气候变化[J].应用气象学报，2002（3）：322-329.endprint