安徽省近60年雨日、降水量及雨強(qiáng)的氣候變化特征

王濤 劉承曉

摘要 采用安徽省15站近60年來的降水資料，研究了季節(jié)和年雨日、降水量及雨強(qiáng)的氣候變化特征.結(jié)果表明：1）空間分布上，雨日、降水量“南多北少”，雨強(qiáng)中北部地區(qū)相當(dāng)，皆小于南部地區(qū);雨日數(shù)南北在冬春季相差較大，降水量夏季最多、冬季最少，雨強(qiáng)上南北在春季相差較大;雨日、降水量及雨強(qiáng)在年和季節(jié)上基本呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系.2）時間演變上，雨日在減少，降水量、雨強(qiáng)在增多（大），且表現(xiàn)為兩階段的變化特征;小波分析顯示約10 a的年代際周期變化，雨日上存在、降水量上在衰減、雨強(qiáng)上則不明顯，約5 a、3 a的周期變化存在較多;雨日在春秋季減少明顯，降水量春秋季減少，夏冬季增加但不明顯，雨強(qiáng)尤以夏冬季增大明顯;無論是年還是各季節(jié)的時間演變上，降水量與雨日、雨強(qiáng)均呈顯著正相關(guān)，但雨日與雨強(qiáng)之間相關(guān)性則差些.

關(guān)鍵詞雨日;降水量;雨強(qiáng);安徽省;周期

中圖分類號P416.2;P467

文獻(xiàn)標(biāo)志碼A

0?引言

在全球氣候變暖的背景下，我國不同地區(qū)的降水出現(xiàn)了明顯的變化[1-6].干旱、暴雨、連陰雨等災(zāi)害性天氣的發(fā)生不僅與降水量有關(guān)，而且還與雨日、雨強(qiáng)有關(guān).較早的研究更多偏重于降水量，近些年來，不少學(xué)者開始對雨日特征及變化進(jìn)行研究，并取得一定成果[7-17].文獻(xiàn)[7-8]指出中國年雨日明顯減少，尤以夏季雨日減少最明顯，空間上東北、華北、西南地區(qū)減少最多.東北地區(qū)年總雨日數(shù)減少主要體現(xiàn)在小雨日數(shù)減少，雨強(qiáng)增強(qiáng)主要體現(xiàn)在小雨和暴雨強(qiáng)度的增強(qiáng)[9];在魯西南、華南、云南、青海等地，降水日數(shù)同樣明顯減少，降水強(qiáng)度增加[10-13].苑文華等[14]指出降水量和不同強(qiáng)度降水日數(shù)的異常變化是形成旱澇災(zāi)害的主要原因;顧駿強(qiáng)等[15]指出近40年浙江省降水量增加的同時，雨日數(shù)沒有同步增加，且年總降水量及年總雨日數(shù)的長期趨勢變化的空間分布幾乎相反;王穎等[16]指出江蘇的年、四季雨日也在明顯減少且東部比西部減少更多，雨日與降水量長期變化趨勢也不完全一樣.因此，研究降水量的同時，雨日的研究也是必要的，只有綜合研究雨日和降水量才能更好地體現(xiàn)降水的本質(zhì).有關(guān)安徽省雨日、降水量及雨強(qiáng)的討論還較少見文，本文利用近60年的記錄資料對安徽省年、季節(jié)雨日，降水量及雨強(qiáng)的變化進(jìn)行研究，從而得到一些雨日、降水量及雨強(qiáng)變化的規(guī)律.

1?資料與方法

1.1?資料

近60年來的降水資料來源于國家氣象信息中心《中國地面氣候資料數(shù)據(jù)集》，15個站點分別是碭山、亳州、宿州、阜陽、壽縣、蚌埠、滁州、六安、霍山、合肥、巢湖、安慶、寧國、黃山和屯溪站.雨日的定義為日降水量大于等于0.1 mm的日數(shù).雨強(qiáng)的定義為逐年降水量除以對應(yīng)時段的雨日，用來表示每個雨日的平均降水量.春季為3—5月、夏季6—8月、秋季9—11月、冬季12月—次年2月.

安徽省地勢西南高、東北低，長江、淮河橫貫省境，將全省劃分為淮北平原、江淮丘陵和皖南山區(qū)三大自然區(qū)域.淮河以北地勢平坦，為華北平原的一部分;江淮之間丘崗綿延，其西南部為大別山區(qū);長江兩岸地勢低平，河湖交錯，屬于長江中下游平原;皖南則以山地為主，最高峰黃山蓮花峰海拔1 860 m.地形地貌南北迥異，復(fù)雜多樣，導(dǎo)致局地氣候差異性較大.

1.2?方法

1.2.1?線性傾向率和趨勢系數(shù)[18]

計算氣象要素的傾向率b和氣象要素的時間序列與自然數(shù)數(shù)列之間的相關(guān)系數(shù)r（稱為趨勢系數(shù)）.用xi其中a為常數(shù)，b為回歸系數(shù).回歸系數(shù)b的符號表示氣候變量x的趨勢傾向，b值的大小反映了上升或下降的速率，即表示上升或下降的傾向程度.b>0表示隨時間t的增加x呈上升趨勢，b<0則表示x呈下降趨勢.

趨勢系數(shù)r表示變量x與時間t之間線性相關(guān)的密切程度，當(dāng)r>0時，b>0，說明x隨時間t呈上升趨勢;當(dāng)r<0時，b<0，說明x隨時間t呈下降趨勢;|r|越接近于0，x與t之間的線性相關(guān)就越小，并要對相關(guān)系數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗.

1.2.2?小波分析[18]

應(yīng)用小波變換對氣象要素進(jìn)行分析研究已有許多，并對其來源及理論有詳細(xì)的說明，這里僅給出小波變換中Morlet小波的基本公式：

2?雨日、降水量及雨強(qiáng)的空間分布特征

2.1?年均值的空間分布

由各站點多年平均雨日的空間分布（圖1a）可見，安徽省年雨日呈“南多北少”的分布特點.黃山（179 d）最多，這應(yīng)與該站點1 840 m的海拔有關(guān);寧國（154.8 d）與屯溪（151.69 d）降水日數(shù)較多，在150 d以上;碭山（83.06 d）與亳州（86.38 d）降水日數(shù)最少，在90 d以下.此外，霍山（139.71 d）與六安（123.61 d）也較多，反映了安徽省年雨日也存在“山區(qū)多，丘陵及平原地區(qū)少”的特點.

由多年平均降水量分布（圖1b）可以看出，安徽省年平均降水量由南向北逐漸減少.年降水量最大在黃山（2 331.8 mm），其他降水量較高站點有屯溪（1 709.27 mm）、寧國（1 432.38 mm）、安慶（1 409.35 mm）、霍山（1 362.76 mm），明顯高于其他地區(qū);較小降水量出現(xiàn)在碭山（756.51 mm）和亳州（802.4 ?mm）.北部與南部年降水量相差近1倍.

將各站多年平均降水量除以雨日，得到年平均雨強(qiáng)分布（圖1c）.可以看出，安徽省雨強(qiáng)最強(qiáng)位于黃山，達(dá)到13.03 mm/d，其次屯溪（11.27 mm/d）與安慶（10.96 mm/d）雨強(qiáng)較大，合肥（8.59 mm/d）、巢湖（8.71 mm/d）、壽縣（8.79 mm/d）及六安（8.89 mm/d）雨強(qiáng)較小.安徽省雨強(qiáng)的分布特點：中北部地區(qū)雨強(qiáng)相當(dāng)，皆小于南部地區(qū).

2.2?季節(jié)均值的空間分布

站點各季節(jié)的雨日空間分布（圖2）顯示：“南多北少”的特點貫穿四季，但夏秋季節(jié)南北雨日數(shù)相差較少，冬春季節(jié)相差較多;就各站點而言，春夏季節(jié)的雨日數(shù)多于秋冬季節(jié)，而“山區(qū)多，丘陵及平原地區(qū)少”的特點則出現(xiàn)在冬春季節(jié).各季節(jié)的降水量空間分布（圖略）顯示，四季中“南多北少”的特點同樣明顯，夏季降水量最多，冬季最少，春秋季節(jié)北部地區(qū)降水量相當(dāng)，而在中部地區(qū)春季降水量多于秋季.各季節(jié)的雨強(qiáng)空間分布（圖略）顯示，春季南北雨強(qiáng)差異最為明顯，冬季次之，夏秋季節(jié)差異較小;就各站點而言，中南部地區(qū)雨強(qiáng)基本呈現(xiàn)夏季>春季>秋季>冬季，北部地區(qū)夏季>秋季>春季>冬季的特征.

計算年平均雨日、雨強(qiáng)、降水量之間空間分布的相關(guān)系數(shù)（表1），可見雨日較雨強(qiáng)而言，與降水量變化更相關(guān)，空間分布特征上也較為一致.一般而言，有降水就有雨日，年平均雨日應(yīng)與降水量空間分布是一致的，雨日與降水量空間分布一致性特點在華南[11]、江浙[15-16]等多地都有呈現(xiàn).年平均雨強(qiáng)與降水量、雨日的空間分布相關(guān)系數(shù)表明，降水量對雨強(qiáng)的影響比雨日對其的影響大.季節(jié)尺度上的變化（表2）與年變化上是相同的，僅冬季降水量對雨強(qiáng)的影響比雨日對其的影響略小.

3?雨日、降水量及雨強(qiáng)的時間變化特征

3.1?年值的時間變化

圖3a是各站年雨日數(shù)算術(shù)平均后的時間演變.可見，近60年來安徽年平均雨日為119 d，1964、1975年最多（140 d），1978、1995年最少（97 d）.線性變化趨勢顯示年雨日以1.35 d/（10 a）的速率減少（趨勢系數(shù)為-0.225），未通過0.05顯著性水平檢驗，減少趨勢不明顯.5 a滑動平均顯示，安徽雨日存在明顯的“偏多—偏少”兩個變化階段，即20世紀(jì)90年代之前的雨日偏多（>119 d）及20世紀(jì)90年代之后的雨日偏少（<119 d）階段.各站點的年雨日變化也都呈現(xiàn)線性減少變化（表3），但減少速率不一.其中碭山、亳州、宿州及滁州減少趨勢特別明顯，通過0.01顯著性水平檢驗.

圖3b是各站年降水量算術(shù)平均后的時間序列.可見，近60年來年平均降水量為1 166.7 mm，1991年降水量最多（1 587.3 mm），其次為1956年（1 506.1 mm），1978年降水量最少（702.8 mm）.線性變化趨勢顯示年降水量以8.3 mm/（10 a）的速率增加（趨勢系數(shù)為0.083），未通過0.05顯著性水平檢驗，增加趨勢不明顯.5 a滑動平均顯示降水量存在“偏少—偏多”兩階段變化，即20世紀(jì)80年代之前的降水量偏少及20世紀(jì)80年代之后的降水量偏多階段.

圖3c是各站年雨強(qiáng)算術(shù)平均后的時間序列.可見，近60年來年平均雨強(qiáng)為9.57 mm/d，1956、1991年雨強(qiáng)最大（12.6 mm/d），1978年雨強(qiáng)最?。?.34 mm/d）.線性變化趨勢顯示年平均雨強(qiáng)以0.17 mm/（（10 a）·d）的速率增加（趨勢系數(shù)為0.266），通過0.05顯著性水平檢驗，增加趨勢明顯.5 a滑動平均顯示，安徽雨強(qiáng)存在明顯的“偏小—偏大”兩階段變化，即20世紀(jì)80年代之前的雨強(qiáng)偏小及20世紀(jì)80年代之后的雨強(qiáng)偏大階段.各站點的年雨強(qiáng)都呈現(xiàn)線性增加趨勢（表略），增加速率不一.巢湖增加趨勢明顯，通過0.01顯著性水平檢驗.

表4為年平均雨日、雨強(qiáng)、降水量之間時間變化的相關(guān)系數(shù).相對空間分布而言，雨日變化在時間上與降水量變化更為相關(guān)，而與雨強(qiáng)變化之間幾乎無相關(guān)性.

雨日的小波變換（圖4）顯示整個時段內(nèi)10～12 a的周期振蕩逐漸衰減成8～10 a的周期，這個周期振蕩過程對應(yīng)了5 a滑動平均的波峰、波谷變化，說明雨日變化具有明顯的年代際特征.此外，1955—1975年，還存在5～6 a的周期變化;1980—1995年，4～5 a的周期逐漸衰減成3～4 a的周期;1965—1990年存在2～3 a的周期，1990年后2～3 a周期不明顯.

降水量的小波變換（圖5）在1965年之后，8～10 a（10 a左右）的周期振蕩逐漸衰減至6～8 a的周期;1955—1975年6～8 a的周期逐漸衰減至5～6 a的周期;2～4 a的周期在2005年之前一直存在，2005年之后則不明顯.總體顯示出時段內(nèi)降水量的年代際變化減弱的過程，變化以2～4 a的高頻振蕩及6 a左右的年際變化為主.

雨強(qiáng)的小波變換（圖6）在整個時段內(nèi)6～8 a的周期振蕩逐漸增強(qiáng)為8～10 a的周期，又逐漸衰減至5～6 a的周期;1955—1970年3～4 a的周期逐漸衰減成2 a左右周期;1980—2000年，3～4 a的周期再次出現(xiàn).總體顯示出雨強(qiáng)不具有明顯的年代際變化，多以2～4 a的高頻振蕩為主.

3.2?季節(jié)值的時間變化

在四季雨日的時間變化上（圖7），春、夏、秋三季的雨日數(shù)在減少，且春秋季節(jié)的減少趨勢明顯，趨勢系數(shù)分別為-0.606、-0.347，通過0.01顯著性水平檢驗;夏季雨日減少與冬季雨日增加的趨勢則不顯著，說明安徽省年雨日的減少主要體現(xiàn)在春秋季節(jié).5 a滑動平均顯示，春秋季節(jié)雨日在20世紀(jì)90年代初期、80年代末期之前多處于近60年的雨日均值之上，之后雨日多處于均值之下.

在四季降水量的時間變化上（圖8），春秋季節(jié)降水量在減少，從而引起春秋季節(jié)雨日數(shù)的減少，而夏冬季節(jié)降水量在增加;與雨日變化區(qū)別的是，四季降水量皆沒有明顯的趨勢變化，四季降水量變化的趨勢系數(shù)皆未通過顯著性檢驗.

在四季雨強(qiáng)的時間變化上（圖9），四季的雨強(qiáng)都在增加，夏冬季節(jié)的增加趨勢明顯，趨勢系數(shù)分別為0.446、0.384，通過0.01顯著性水平檢驗;春秋季節(jié)的雨強(qiáng)增加趨勢則不明顯.5 a滑動平均顯示，夏冬季節(jié)雨強(qiáng)在20世紀(jì)80年代中后期之前多處于近60年的雨強(qiáng)均值之下，之后雨強(qiáng)多處于均值之上.

表5為季節(jié)雨日、雨強(qiáng)、降水量之間時間變化的相關(guān)系數(shù).時間變化上，雨日與降水量的變化相關(guān)性較雨強(qiáng)更顯著，這一關(guān)系與空間上的相關(guān)性也是一致的.從降水量角度來看，在春冬季節(jié)，降水量對雨日和雨強(qiáng)的影響相當(dāng)（相關(guān)系數(shù)接近），而在夏秋季節(jié)降水量對雨強(qiáng)的影響比雨日大，這可能與夏秋季節(jié)降水量占全年降水量較大部分有關(guān).

4?結(jié)論

1） 年尺度的空間分布上，安徽省雨日具有“南多北少”、“山區(qū)多，丘陵及平原地區(qū)少”的特征;降水量由南向北減少，南北差距較大;雨強(qiáng)在中北部相當(dāng)，但皆小于南部地區(qū).

2） 季節(jié)尺度的空間分布上，雨日“南多北少”的特征在四季、“山區(qū)多，丘陵及平原地區(qū)少”的特征在冬春季節(jié)出現(xiàn)，且雨日數(shù)南北夏秋季相差較少，冬春季相差較多;降水量四季中“南多北少”，夏季最多、冬季最少，北部春秋季節(jié)相當(dāng)、中部春季多于秋季;雨強(qiáng)中春季南北差異最明顯，冬季次之，夏秋季節(jié)差異較小.年和季節(jié)尺度的空間分布上，降水量與雨日、雨強(qiáng)呈顯著正相關(guān);雨日與雨強(qiáng)之間（除冬季外）也呈顯著正相關(guān).

3） 年尺度的時間演變上，近60年來安徽省雨日在減少、降水量在增多、雨強(qiáng)在增大，三者都存在兩階段變化，雨日“偏多—偏少”，降水量、雨強(qiáng)“偏少（小）—偏多（大）”.雨日存在明顯約10 a的年代際周期變化以及約5 a、約3 a的周期變化;降水量的年代際周期在衰減，變化以約6 a、約3 a周期為主;雨強(qiáng)不具有明顯年代際周期變化，以約3 a周期為主.

4） 季節(jié)尺度的時間演變上，雨日在春秋季節(jié)減少明顯（導(dǎo)致年降水日數(shù)減少）、夏季的減少及冬季的增加則不明顯，降水量在春秋季節(jié)減少、夏冬季節(jié)增加但不顯著，雨強(qiáng)在四季中都增大，尤以夏冬季節(jié)明顯.無論是年還是各季節(jié)的時間演變上，降水量與雨日、雨強(qiáng)均呈顯著正相關(guān)，但雨日與雨強(qiáng)之間相關(guān)性則差些.

長江、淮河將安徽省劃分為淮北平原、江淮丘陵和皖南山區(qū)三大自然區(qū)域，也造就氣候上有所差異.本文在區(qū)域差異性的討論上還有所不足，下一步希望在更多站點數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，更全面分析安徽省降水的多樣變化.

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