广西巴马县1960—2021 年降水量与气温的变化特征分析

黄 珩，刘 芳，韦春苗

（广西河池市气象局，广西 河池 547000）

广西巴马瑶族自治县是世界长寿之乡，位于华南西北部边缘，靠近云贵高原东南部山区［1］，属亚热带季风气候区，也是东西风带交替影响的过渡区。地貌以山地为主，主要河流有灵岐河、百东河、盘阳河。广西巴马县地势西高东低，高山地带主要分布在西北部，最高处海拔在1 000 m 以上；丘陵地带主要分布在东南部，海拔在200 m 以下。广西巴马县农作物以水稻和玉米为主，经济作物以桑蚕、蔬菜、火麻等为主，林业以种植油茶、八角为主；畜牧水产业以养殖香猪、山羊、麻鸡、银鱼为主。巴马县山青水秀生态美，土壤有机质含量高，动植物资源十分丰富，自然条件、生态环境被誉为“上天遗落人间的一块净土”［2］。

气候研究常采用线性倾向估计、累积距平、MK、MTT 突变检验、Morlet 小波分析等统计方法［3］。Morlet 小波分析在时间域和频率域上具有良好的局部性及突变点诊断能力，小波变换在自然科学、技术科学领域中获得广泛应用［4-7］，也是气候变化研究及预测的有力工具。顾薇等［8］利用Morlet 小波分析对中国东部夏季降水存在的华北和长江中下游地区的反位相变化关系进行研究发现，二者都具有不同周期的年代际变化；覃卫坚等［9］利用Morlet 小波分析桂东北、桂东南和桂西地区春季降水的年际变化，得出广西春季降水存在着明显的周期变化规律，普遍存在2、4、8 年的周期。通过对1960—2021 年巴马县国家气象观测站气象资料分析广西巴马县降水量及气温变化特征，以了解广西巴马县62 年来降水量与气温的变化趋势及规律，有利于合理利用广西巴马县农业气候资源，为调整农业产业结构和种植制度提供科学依据。

1 年降水量与年平均气温的变化特征

1.1 降水量变化特征

由图1a 可知，1960—2021 年广西巴马县降水量年际变化总体呈波动变化，变化趋势不明显。近62年的年平均降水量为1 556.0 mm，年极端最大降水量为2 332.6 mm（2015 年），年极端最小降水量为944.5 mm（2009 年），年降水量差值达1 388.1 mm，降水量在年际与年代际时间尺度的时域中分布不均匀。1961—1964 年、1971—1975 年、1981—1989 年、1991—1992 年、2003—2007 年、2009—2011 年年降水量处于偏少阶段，其余年份处于偏多阶段。由图1 可见，年降水量距平的变化在1965 年、1968 年、1977 年、1993 年、2002 年、2015 年发生明显转折。

图1 1960—2021年广西巴马县历年降水量和平均气温变化

1.2 气温变化特征

近62 年广西巴马县平均气温为20.8 ℃，年平均气温总体呈升高趋势，增长幅度为每10 年0.096 ℃，通过了α=0.05 的显著性水平检验（图1b）。从图1b可知，气温累计距平变化，1987 年以前年平均气温基本低于近62 年的平均值，1987 年之后则高于平均值，可见广西巴马县年平均气温年际变化在1987 年发生改变，为转折点。

2 降水量和气温年变化分析

由图2a 可知，近62 年来广西巴马县月降水量分布呈单峰型，6 月降水量最大，为351.6 mm，占全年的68.6%，2 月最小，为27.7 mm。月降水量极端最大值为744.7 mm，出现在1968 年的6 月；月极端最小值为0 mm，出现在1987 年的12 月。广西巴马县降水量主要特点是一年中两头少中间多，主要集中在汛期的4—9 月［10］，降水量为1 275.8 mm，占全年降水量的82%。其中前汛期为4—6 月，降水量为662.0 mm，后汛期为7—9 月，降水量为613.8 mm，分别占全年降水量的42.5%、39.4%。

图2 广西巴马县多年平均降水量和气温的逐月分布

广西巴马县地理位置比较特殊，位于云贵高原边缘的斜坡地带，主要受中纬度的高空槽和低纬度的孟加拉湾地区南支槽向东移、云贵高原低空切变线及西南低涡的东移南压影响，以及锋前暖区和锋后产生各种中尺度雨团、雨带带来强降雨天气［1］，同时地形地貌也对广西巴马县强降水有重要影响［11，12］。

由图2b 可见，广西巴马县月平均气温年变化呈单峰型，月平均气温的最高值出现在7 月，为27.3 ℃，月平均气温的最低值出现在1 月，为12.0 ℃。广西巴马县的高温天气主要出现在6—9月，低温（冷冻）天气主要出现在12 月至翌年2 月。广西巴马县极端最高气温出现在2017 年4 月10 日，为39.3 ℃；极端最低气温出现在1963 年1 月15 日，为-3.3 ℃。近62 年月平均气温为20.8 ℃。广西巴马县11 月至翌年3 月的月平均气温在平均值以下，而4—10 月的月平均气温则位于平均值以上。

3 年降水量与平均气温的突变分析

由图3a 可知，1960—2021 年广西巴马县降水变化在1965 年、1968 年、1977 年、1993 年、2002 年、2015 年分别出现了转折，可见标准正态分布统计量（UFk）和（UBk）在置信水平区间［-1.96，1.96］内，说明广西巴马县年降水量变化趋势不明显。用滑动T检验法（MTT 法）对平均气温进行突变检验。检验结果（图3b）发现，当滑动步长为3～6 时，气温在整个研究时间尺度内UFk＞0，广西巴马县平均气温呈显著上升趋势，在1972 年前后UFk的变化超出了置信水平，可能发生了突变；在1976—1987 年，平均气温M-K 检验中UFk超出了置信水平，通过滑动T 检验对1976—1987 年平均气温进行进一步验证，发现当滑动步长为7～9 时，1972 年的平均气温通过α=0.01的显著性水平检验，其他时段步长检验效果不明显。1976—1987 年，当平均气温滑动步长为5～9 时，在T检验统计值中，1976年对应的绝对值最大，通过了α=0.05 的显著性检验，可见1976 年广西巴马县平均气温发生了突变。

图3 1960—2021 年巴马县年降水量（a）与平均气温（b）MK 突变检验

4 降水量与气温的周期特征分析

广西巴马县降水量与气温年际及年代际时间尺度在时间上和空间上分布不均匀。利用广西巴马县62 年来的降水量与气温数据，采用Morlet 小波分析来了解降水量与气温变化的周期、强度变化特征。图4 为广西巴马县1960—2021 年年降水量的小波分析结果。从图4 可见，广西巴马县年降水量在不同时间尺度上小波信号强弱波动不同。年降水量总体上存在2～4 年准周期变化，1986—2010 年存在6～8 年准周期变化；1968—1984 年存在12 年准周期变化；1985—2010 年存在20 年准周期变化。图5 为广西巴马县1960—2021 年气温的小波分析结果。从图5 可见，巴马县年气温在不同时间尺度上小波信号强弱波动不同，总体上存在2～7 年准周期变化，其中1990—2015 年有2～4 年准周期变化；1975—1985 年有4～7 年准周期变化；1985—2000 年存在15 年准周期变化；1970—2015 年存在20 年准周期变化。

图4 1960—2021 年广西巴马县降水量Morlet小波分析

图5 1960—2021 年广西巴马县气温Morlet小波分析

5 结论

广西巴马县1960—2021 年年平均降水量为1 556.0 mm，极端最大降水量出现在2015 年，为2 332.6 mm，极端最小降水量出现在2009 年，为944.5 mm，年降水量极差值为1 388.1 mm，降水量年际变化呈波动变化，变化趋势不明显。近62 年巴马县年平均气温呈显著上升趋势，上升幅度为每10 年0.096 ℃。

1960—2021 年广西巴马县降水量月分布呈单峰型，降水量最大值在6 月，为351.6 mm，最小值在2 月，为27.7 mm。一年之中的降水主要集中在汛期的4—9 月，降水量为1 275.8 mm，占全年的82%。平均气温月变化也呈单峰型，月平均气温的最高值出现在7 月，为27.3 ℃，月平均气温的最小值出现在1 月，为12.0 ℃。广西巴马县每年高温天气主要出现在7—8 月，低温（冷冻）天气主要出现在12 月至翌年的2 月。

1960—2021 年广西巴马年降水量突变不明显，气温突变主要出现在1976 年。广西巴马县年降水量总体上存在2～4 年准周期变化，年温度总体上存在2～7 年准周期变化。