辽宁中部地区近63年极端降水指数变化特征及其与大气环流相关度分析

郝姣姣

(阜新市产业技术研究院，辽宁 阜新 123000)

0 引 言

受气候变化影响，极端降水已经成为区域洪涝灾害的主要因素[1]。为应对极端降水变化，许多学者通过订定量分析手段，对其极端降水时空特征及其主要成因进行分析，从而为区域防洪治涝规划提供重要的参考依据[2]。国际气象组织从20世纪开始推荐10项极端降水指数对区域极端降水变化进行分析，这10项指数也逐步在国内许多领域得到应用。王晓宁对黑龙江省1958-2017年极端降水时空变化与灾害效应进行分析，分析表明黑龙江省持续干期以2.52 d/10 a的速率显著下降,降水强度呈现微弱下降趋势,其余指数呈现上升趋势且年降水量以1.81 d/10 a的速率显著上升[3]。冯晓莉对青藏高原暖湿季节1961-2017年极端降水时空变化特征进行分析，研究表明近57a来,青藏高原暖湿季节降水强度、1日最大降水量、连续5日最大降水量显著增加[4]。苏敏对山东省近55a来极端降水的时空变化与灾害效应进行研究，分析表明山东省极端降水指数近55a以来存在变化,但是变化趋势不显著,只有持续湿期呈显著下降趋势[5]。许建伟对洞庭湖生态经济区1960—2018年极端气温和降水事件的变化规律进行研究，研究表明区域强降水事件的降水量和发生频次均增加,强降水量(R95p)以18.85 mm/10 a的速度增加,大雨日数(R20mm)与暴雨日数(R50mm)分别以0.36 d/10a和0.19 d/10a的速度增加[6]。高文华对河南省1960-2014年极端降水特征进行分析，河南极端降水指数多年均值的空间分布整体呈现由北向南连续干日数减弱、年总降水量和大雨暴雨日数增多,自西向东平均日降水强度增强的分布规律[7]。雅茹对内蒙古1960-2015年极端气候事件的时空变化特征进行分析，分析表明内蒙古地区极端降水指数总体上呈非显著性下降趋势[8]。梁晓燕对甘肃省1960-2016年极端气候事件变化特征进行分析，分析表明河西走廊极端降水总量和强度表现为增加趋势,河东地区极端降水指数大部分呈下降趋势且变化幅度大[9]。刘裕辉以赣江上游章水流域内15个雨量站1957-2016年逐日降水资料为基础，对赣江上游章水流域极端降水时空变化特征进行分析[10]。以上研究成果均表明国际气象组织推荐的10项极端降水指数对国内极端降水指数变化具有很好的识别特性。但在辽宁中部地区还未得到应用，为此文章结合10项极端降水指数对辽宁中部极端降水变化及其成因进行分析，研究成果对于辽宁中部地区防洪治涝规划具有重要参考价值。

1 研究方法

1.1 极端降水指数含义

文章选取了国家气象组织推荐的10个极端降水指数进行辽宁中部地区极端降水的变化，各极端降水指数具体含义见表1。

表1 各指标具体含义

1.2 变化特征分析方法

文章主要采用趋势检验方法对独立同分布的变量序列x1，x2，Λ，xn进行趋势变化的检验，统计变量的计算方程为：

(1)

(2)

(3)

(4)

在方程中S为统计检验变量；xi、xj分布为同一个样本分布的不同变量数据序列；σs为检验样本的方差；sign为运算符号；n为样本总体个数；z为检验样本的水平，若Z>0则表示为变量分析样本呈现递增变化，反之呈现递减变化，当检验绝对值高于或者等于1.28、1.64以及2.32时，表示显著变化水平达到90%、95%以及98%。

2 分析结果

2.1 区域概况

文章以辽宁中部为研究区域，辽宁中部城市包括沈阳、抚顺、鞍山、辽阳、盘锦市，属于典型的中部平原地区，区域属于典型的温带季风气候，夏季多雨，冬季干燥寒冷，辽宁中部年平均降水量为600-800mm之间。近些年来，辽宁中部短历时强降水频发，区域最大1小时降水量最大值达到110mm，场次降水量主要集中在24h以内。辽宁中部日降水变化主因是西南风暖湿气流。为对辽宁中部极端降水指数进行分析，结合辽宁中部75个降水站点1954-2018年数据，分布见图1，统计分析各极端降水指标。

图1

2.2 极端降水指标趋势分析

统计分析了辽宁中部地区1954-2018年10项降水极端指数，并对各项极端降水指数的趋势变化进行显著性分析，结果见表2。

表2 锦州地区各极端降水指数非线性显著性检验结果

从各项极端指数分析结果可看出，辽宁中部干湿持续指数CDD以及CWD均达到90%显著检验水平，递增变化显著性较高，表明受气候变化影响，辽宁中部地区发生旱涝急转的变化特征强度有所增加。降水强度SDII、最大1日降水量呈现明显递增变化，尤其是降水强度，递增变化显著性水平最高。辽中地区强降水量主要集中在24h以内，受到强降水强度递增变化的影响，使得最大1日降水量也呈现递增变化，最大5日降水量RX5day指数呈现递增变化，但未能通过显著性检验水平，这主要是强降水的变化主要分布在最大1日，其他时段降水量递增趋势不显著，使得最大5日降水量RX5day指数递增的趋势未通过显著性检验水平。此外辽宁中地区发生大雨、中雨的日数都呈现递增变化，但是均未通过显著性检验，由于中雨和大雨日数变化趋势不显著，使得辽宁中部地区年降水呈现弱递增变化。

2.3 大气环流与极端降水指数与的相关度分析

为对辽宁中部地区极端降水指数的成因进行分析，统计分析各极端降水指数与5种气候环流模式下的相关度，结果见表3、表4、表5、表6以及表7。

表3 大气环流因子MEI与辽宁中部极端降水指数相关度分析结果

表4 大气环流因子AO与辽北你中部地区极端降水指数与的相关度分析结果

表7 大气环流因子SOI与辽宁中部地区极端降水指数相关度分析结果

续表7 大气环流因子SOI与辽宁中部地区极端降水指数相关度分析结果

从各大气环流指标与辽宁中部地区不同季节极端降水指数相关度可看出，夏季和秋季相关度明显高于春季和冬季。不同大气环流指标下和冬季各项降水极端指数呈现负相关变化。从各大气环流指标相关度分析结果中可看出，西南暖湿气流(NAO)与辽宁中部地区极端降水指数相关度最高，是区域极端降水变化的主因，而北极涛动大气环流模式(PDO)下与各极端降水指标相关度最低。从各项指标相关度显著水平变化可知，在辽宁中部地区，大雨日数、降水强度、以及最大1日降水量和大气环境指标相关度均可达到0.05和0.01的显著性水平，是大气环流影响的主要因子，而年降水量受到降水分布影响，与大气环流因子相关度相比于其他指标有所减弱。此外太平洋年代际振荡大气环流模式(SOI)对辽宁中部地区的持续干旱指数影响程度较低，但总体相关度显著水平不高。

3 结 语

1)辽宁中部地区降水强度以及最大1日呈现显著递增变化，受太平洋年代际振荡影响，辽宁地区持续干湿指数明显上升，夏季易出现旱涝急转变化；

2)西南暖湿大气环流是辽中地区极端降水变化的主因，降水强度、最大1日降水量不同季节指标相关度均可达到0.05和0.01的显著水平，与各大气环流指标均具有较为显著的相关度，是区域极端降水指数变化的主要成因。