杂多地区近50年来降水变化特征

郭 航，葛友荣，才让罗加

1.大通回族土族自治县气象局，青海大通 810100；2.杂多县气象局，青海杂多 815300；3.达日县气象局，青海达日 814200

虽然陈隆勋等[1-2]先后利用各种气候资料作分析研究，揭示了中国气候变化的许多有意义的事实，对认识中国气候变化的史实有很大的帮助，但是这些研究主要集中在中国东部地区，对占国土面积1/3以上的中国西北地区并未进行详细的分析。而唐玉红[3]虽然对青海或三江源地区的降水进行了分析，但只进行了整体的把握，并未对某一块具体区域进行研究。

主要以杂多气象站（95°17′E、32°53′E，海拔：4 066.4 m）1961—2015年降水资料为依据，基于统计分析法对近50年来杂多县降水变化情况展开分析，研究降水的变化趋势，以求能够对杂多地区的降水变化有更深的了解，从而增强杂多地区的气象防灾减灾能力，更好地开展针对性的气象为牧服务工作。

1 资料与方法

1.1 资料来源

选用青海省杂多县气象站1961—2015年（1—12月）完整的逐月降水资料，资料具有很好的代表性、准确性和比较性。将一年四季划分为春季（3—5月）、夏季（6—8月）、 秋季（9—11月）、冬季（12月至翌年2月），进行资料统计。

1.2 研究方法

对降水序列的长期变化趋势和震荡周期进行计算分析，基于Mann-Kendall法和小波分析进行降水序列周期的具体显著性的检验。一种由Meyer Y、Mallat S与Daubeehies I等科学家提出可以使时间（空间）频率的局部化分析（即图像和信号处理, 其性质随时间是稳定不变的信号）并迅速发展起来的新的数学方法称为小波分析。精准分析、编码、诊断、量化、传递或存储、准确重构（或恢复）即信号处理的主要目标。Mann-Kendall 法优点无需严格按照特定的分布，部分异常值也不会对其产生干扰，更便于计算，属于非参数统计的一种检验方法。

2 降水的变化特征

2.1 降水的基本气候特征

计算了杂多县近50年来降水的均值、变率及变化速率（表1）。通过分析杂多属湿润气候，其降水较充沛，特点为四季降水分配极为不均、降水变率大。

基于表1能够了解近50年杂多县的年平均降水达到535.7 mm。基本上在5—9月集中降水量为460.3 mm，在全年总降水量中的比重为86%。在四季降水量中最多的是夏季，达到329.9 mm，在全年所占比重为62%，由于夏季高原的加热作用，形成一个从高原南、北两侧符合的气流于30°N～35°N之间垂直上升的季风环流，加之夏季纬向的辐合切变、低涡切变和西南暖湿气流汇入而致使高原降水主要集中在夏季，使得夏季降水显著增多。春、秋季为大气环流交换季节，降水量在70～110 mm之间。

表1 1961—2015年季度和年平均降水量、变率及倾向率

冬季，降水相对变率与降水量相反，为四季之首，达43.7%。春、秋季是20%～27%，年均降水量无显著变化，仅仅为10.7%。分别计算各月降水的相对变率，得出在降水集中的5—9月，其各月降水的相对变率都在50%～88%之间，表明降水不稳定，降水时间尺度分布不均，易出现旱灾。

2.2 杂多县1961—2015年降水的变化特征

2.2.1 杂多县近50年的年降水量变化特征近50年杂多地区长期降水量的趋势回归方程与相关系数（表2）。由此可知，降水量变化趋势最显著的是秋季，相关系数是0.306，春季排第二。

表2 杂多县1961—2015年降水量长期趋势回归方程

从年降水量的长期变化趋势曲线图和距平图（图1）分析可知，年降水量呈明显的震荡趋势，1961—1970年代初缓慢下降，1970年代中期至1990年代末缓慢上升，之后呈平稳上升趋势，近10多年来降水量增加约17.6 mm。总体上来说，近50年以来，杂多降水量呈上升趋势，但波动幅度大，震荡变化明显。分析的降水量距平图，能够看出降水量近50年来的距平数据为震荡变化（图1）。杂多降水变化整体上呈现为震荡上升趋势。

图1 杂多年降水量年际变化趋势线图（a）和距平图（b）

研究认为，三江源地区近50年来的年降水量呈减少趋势，具体的减幅在6.73 mm/10年，因此与近50年来杂多的年降水量增加趋势相反[3]。

2.2.2 杂多县1961—2015年的最大日降水量变化特征分析1961—2015年杂多地区日降水最大量的变化趋势，出现剧烈变化，最大年份与最小年份的差距超过 2倍。在最大日降水量最大的1979年，其极端降水量为37.9 mm，而在最大日降水量最小的1993年，其极端降水量为15.3 mm。从图2中可知，最大日降水量趋势变化，1961年至1970年代中期平缓下降，1970年代末至1990年代中期呈上升趋势，1990年代中期以后以震荡变化为主。日极端降水量实际数值，分析50年的总体变化，可以看出呈逐渐增加变化趋势。该变化能够以y=0.0093 2x+24.062这一线性方程来拟合。杂多极端降水量的变化趋势具体为升高，而且更频繁地发生极端降水天气，这也是全球变暖的必然趋势。

图2 杂多县1961—2015年最大日降水量的变化趋势

2.3 年降水的震荡周期分析和突变分析

杂多县1961—2015年降水量小波变换图清晰地显示了近50年杂多降水量在不同时间尺度上的突变点、周期震荡变化和强弱位置分布，时间尺度上的差异所带来的降水年变化结构也存在差异，小尺度变化是在大尺度变化当中嵌入的一种结构（图3）。年降水量存在显著周期震荡，5～10年的时间尺度相对较大，是丰—枯交替的循环模式，基于5年前后这一中心周期，1979、1990、1994、2005年前后等在10年时间尺度上突变点显著。时间尺度在2～5年上，年降水量也呈现出显著的周期震荡变化，呈现出枯—丰的交替循环，周期中心为2年左右，连续交替循环，突变点较多。通过准5年周期分析，准5年周期枯中心为2010年，预测2015—2016年杂多县降水量偏少，处于枯期。

图3 杂多1961—2015年降水量小波变换分析

杂多年降水量的小波方差图（图4），分析图能够了解杂多年降水量存在较为显著的3个峰值，其时间尺度依次为12、5、2年，而时间尺度5年在其中对应的峰值最大，代表5年前后具有最强的周期震荡，准2年相比准12年的周期震荡更强。因此，能够清楚在杂多县年降水量所有的时间域内这3个周期的实际波动变化。

图4 杂多1961—2015年降水量小波方差分析

图5中UF曲线来看，20世纪90年代末以来，杂多县年降水量有平缓增加趋势；UF和UB突变点较多，但其均未超出±1.96的区间，降水没有明显的突变，近10多年的年降水量增加趋势不明显。

图5 杂多县1961—2015年降水量M-K检验

3 结论

（1）杂多县近50年降水量均值为535.7 mm，年降水量极大值为700.8 mm，年降水量极小值为411.7 mm，极端日最大降水量为37.9 mm。杂多县降水量呈增加的趋势。

（2）降水没有明显的突变。

（3）小波分析表明，近50年来，以12、5、2年为主的变化呈现杂多县年降水量的变化周期振荡。

（4）杂多县降水在时间上的特点：在一年中呈现出中间多、两头少的特点，以5—9月为相对的集中时间，降水量达460.3 mm，而在这当中又以7月最多，占全年的86.0%，6、7月降水量为年内最大，分别为117.8、113.6 mm，分别占5—9月降水量的25.6%、24.7%，分别占全年降水量的22.0%、21.2%。年内降水中的夏季降水占据主要部分，决定着一整年的丰枯情况。