我國西南地區(qū)典型降雨特征
——以貴州湄潭縣為例

馮 婧，程兵芬，王 坤，胡 勇

（1.東華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 201620；2.中國水利水電科學(xué)研究院水資源研究所，北京 100038；3.中國海洋大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山東青島 266100；4.首都師范大學(xué)城市環(huán)境過程與數(shù)字模擬國家重點實驗室，北京 100048）

我國西南地區(qū)典型降雨特征
——以貴州湄潭縣為例

馮 婧1，2，程兵芬2，3，王 坤4，胡 勇1，2

（1.東華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 201620；2.中國水利水電科學(xué)研究院水資源研究所，北京 100038；3.中國海洋大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山東青島 266100；4.首都師范大學(xué)城市環(huán)境過程與數(shù)字模擬國家重點實驗室，北京 100048）

在氣候變化和人類活動雙重影響下，我國降雨在不同區(qū)域呈現(xiàn)不同的演變特征。以西南地區(qū)為例，選擇研究較少的貴州省湄潭縣，利用線性回歸和Morlet小波分析方法，分析湄潭縣年降雨量、汛期降雨量和暴雨的變化特征。結(jié)果表明：區(qū)域年降雨量不斷減少，暴雨發(fā)生頻次以加快的速率增大，最大暴雨量增加，但發(fā)生時間在推遲，且均以1980年和2000年為轉(zhuǎn)折點，呈現(xiàn)減少—增加—減少的趨勢。在變化環(huán)境下，我國西南典型縣城區(qū)域?qū)θ驓夂蜃兓憫?yīng)敏感，降雨呈現(xiàn)典型的區(qū)域演變特征。

降雨；演變特征；Morlet小波；線性回歸；湄潭縣

1 研究背景

政府間氣候變化專門委員會（IPCC）的第4次評估報告（AR4）指出，1951—2003年陸地上中高緯地區(qū)的強降水事件可能大量增長了，甚至在降水量減少的區(qū)域也出現(xiàn)了類似變化［1］。極端天氣事件容易對生態(tài)系統(tǒng)和社會造成危害［2］，其發(fā)生的強度和頻率在不斷增加［3］，越來越受到水資源領(lǐng)域方面的重視。在全球變暖的背景下中國的微量雨日普遍減少，大暴雨事件增多［4］。中國的降水極值變化還反映出明顯的區(qū)域性特點［5］，降水日數(shù)除西北地區(qū)外其他大部分地區(qū)顯著減小，平均降水強度普遍趨于增加［6］。

我國西南地區(qū)地貌類型復(fù)雜，山地、丘陵、峽谷和盆地等交錯分布，是全球氣候變化的敏感區(qū)和響應(yīng)區(qū)之一。西南地區(qū)東部年降水量基本上表現(xiàn)為下降趨勢，四川東部、重慶、貴州、云南東部和南部、廣西東南部表現(xiàn)顯著［7］。貴州1951—1999年的降水具有顯著的年際、年代際變化特征，貴州夏季降水異常存在2.8 a的顯著周期［8］。貴州年降水量減少，中北部地區(qū)降水減少明顯（47 mm／10 a），東北部降水量減少可達(dá)40 mm／10 a以上，且夏季是全省暴雨、大暴雨的集中期，其暴雨日數(shù)和暴雨量呈增加趨勢，其中6月是季、月、旬暴雨最集中的時段［9］。

降雨作為反映氣候系統(tǒng)變化的一個重要指標(biāo)，其變化的區(qū)域性特征十分明顯。本文旨在利用湄潭縣1951—2009年具有完整資料序列的逐日降雨資料，采用線性回歸和Morlet小波方法，分析我國西南典型縣城區(qū)域的降雨演變特征，對湄潭縣的年均降雨、暴雨以及汛期降雨變化的趨勢性以及周期性特征進(jìn)行分析，探討降雨對全球變暖響應(yīng)的不同結(jié)果。其對分析在以人類活動和氣候變化為主的變化環(huán)境下，我國西南地區(qū)典型氣候的演變特征及進(jìn)一步認(rèn)識氣候變化事實有重要的意義，且對生態(tài)環(huán)境脆弱地區(qū)的經(jīng)濟(jì)開發(fā)戰(zhàn)略具有現(xiàn)實意義。

2 研究區(qū)域概況

湄潭縣位于貴州高原北部，地處大婁山南麓，烏江北岸，屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，四季分明，雨量充沛，氣候溫和，年平均氣溫14.9℃，年均降水量為1 000～1 200 mm［10］。湄潭縣喀斯特地貌類型發(fā)育，地形復(fù)雜，山地、丘陵、峽谷和盆地交錯分布，生態(tài)環(huán)境脆弱，且受季風(fēng)影響明顯，是氣候變化的敏感區(qū)和脆弱區(qū)。

3 資料來源及分析方法

本文所使用降水資料是湄潭氣象局提供的湄潭氣象站點1951—2009年逐日降水量資料。利用逐日降雨資料統(tǒng)計計算出：1951—2009年的逐年平均降雨量，1951—2009年汛期（4—9月）的累積降雨量；采用我國氣象局對暴雨的定義，統(tǒng)計出1951—2009年逐年逐日降水量≥50 mm的暴雨日數(shù)。

利用湄潭縣1951—2009年的逐日降雨數(shù)據(jù)，本文采用線性回歸方法分析降雨變化的線性趨勢，并將逐日降雨數(shù)據(jù)距平處理，采用Morlet小波函數(shù)分析年均降雨的周期性，根據(jù)降雨距平系列Morlet小波變換系數(shù)實部的時頻分布，得到不同尺度的周期特征。小波變化系數(shù)實部其若為正值，則用實線表示，表示降雨量偏多；若為負(fù)值，則用虛線表示，表示降雨量偏少。根據(jù)降雨距平系列Morlet小波變換系數(shù)實部的變化過程，得到不同時間尺度下降雨的偏豐和偏枯時期。

4 結(jié)果與討論

4.1 年降雨量

1951—2009年，湄潭縣多年平均降雨量1 123.03 mm，逐年降雨量呈減少的趨勢（圖1（a））。湄潭縣年降雨量具有8，22，36 a的周期（見圖1（b）、圖1（c））。在8 a尺度下，存在7個降雨偏多時期；在22 a尺度下，20世紀(jì)60年代中期至80年代以及90年代至2005年，降雨量偏多；在36 a尺度下，20世紀(jì)60年代至80年代以及2000年之后，降雨量偏豐，其余時段偏枯。

4.2 暴雨變化趨勢

4.2.1 暴雨發(fā)生頻次

1951—2009年，湄潭縣共發(fā)生暴雨次數(shù)147次，暴雨發(fā)生頻次為2.49次／a。其中，1951—1980年，發(fā)生暴雨次數(shù)63次，發(fā)生頻次為2.10次／a；1981—2000年，暴雨次數(shù)為53次，發(fā)生頻次為2.65次／a；2001—2009年，暴雨次數(shù)31次，發(fā)生頻次為3.44次／a。暴雨發(fā)生頻次以0.02次／a的速率在增加，且增加速率在加快（圖2）。

4.2.2 暴雨強度

1951—2009年，逐年最大暴雨量以0.44 mm／a的速率增加，最大值為1998年的152.40 mm。1951—1979年，最大暴雨量以每年減少0.62 mm的速率在變化，最大暴雨量值為145.10 mm；1981—1999年，最大暴雨量以1.82 mm／a的速率增加，最大值為152.40 mm；2000—2009年，最大暴雨量以6.10 mm／a的速率減少，最大值為143.00 mm（圖3）。

圖1 湄潭1951—2009年年均降雨量數(shù)據(jù)匯總Fig.1 Data of the average annual rainfall in M eitan County from 1951 to 2009

圖2 1951—2009年暴雨發(fā)生頻次變化趨勢Fig.2 The frequency of rainstorm s from 1951 to 2009

4.2.3 暴雨發(fā)生時間

根據(jù)1951—2009年的降雨資料，選出逐年最大暴雨量，暴雨發(fā)生時間的先后用表1所示方法表征，即當(dāng)最大暴雨發(fā)生在5月上旬時，用數(shù)字1表示；當(dāng)發(fā)生在5月中旬時，用數(shù)字2表示，依次類推，此方法可有效反應(yīng)暴雨發(fā)生時間的變化趨勢。按照線性回歸方法，年最大暴雨發(fā)生時間呈正增加趨勢，即年最大暴雨發(fā)生時間有向汛期后期推遲的趨勢（如圖4）。

表1 最大暴雨發(fā)生時間先后順序表征方法Table 1 Expression of the occurrence time ofmaximum rainstorm in sequential numbers

圖3 湄潭縣不同時段逐年最大暴雨量變化趨勢Fig.3 The trend of annualmaximum rainstorm in different periods

圖4 湄潭縣逐年最大暴雨量發(fā)生時間變化趨勢Fig.4 Trend of the occurrence time of annual maximum rainstorm

圖5 湄潭縣不同時段汛期降雨量變化趨勢Fig.5 The trend of rainfall in flood season in different periods

4.3 汛期降雨量變化

1951—2009年，湄潭縣多年平均汛期4—9月降雨量為856.51 mm，其以0.54 mm／a的速率不斷增加。其中，1951—1979年，汛期降雨量以3.70 mm／a的速率增加；1980—1999年，汛期降雨量以5.75 mm／a的速率增加；2000—2009年，汛期降雨量以29.54 mm／a的速率減少（圖5）。

5 結(jié) 論

（1）湄潭縣逐年降雨量具有不斷減少的趨勢，其具有8，22，36 a不同時間尺度的周期；

（2）暴雨發(fā)生頻次在以0.02次／a的速率在增加，且增加速率在加快。逐年最大暴雨量以0.44／a的速率增加，且呈現(xiàn)減少—增加—減少的趨勢，且年最大暴雨發(fā)生時間有向汛期后期推遲的趨勢；

（3）汛期降雨量在以0.54 mm／a的速率不斷增加，且分時間段呈現(xiàn)減少—增加—減少的趨勢。汛期降雨量在不斷減少，最大暴雨強度卻在增加，暴雨發(fā)生時間在不斷集中、強度不斷增大，極端災(zāi)害發(fā)生的幾率增大。且以1980年和2000年為轉(zhuǎn)折點，呈現(xiàn)不同的變化趨勢。

在變化環(huán)境下，湄潭縣降雨整體呈減少趨勢，但暴雨發(fā)生的頻次和強度卻在增加，極值事件發(fā)生的幾率增加。我國西南地區(qū)典型縣城對全球變暖響應(yīng)具有明顯的區(qū)域特征，應(yīng)加強其演變特征的深入探討。

［1］ SOLOMON S，QIN D，MANNING M，et al.Climate Change 2007：The Physical Science Basis：Contribution ofWorking Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change［M］.Cambridge：Cambridge University Press，2007.

［2］ FISCHER T，GEMMER M，LIU L，et al.Temperature and Precipitation Trends and Dryness／Wetness Pattern in the Zhujiang River Basin，South China，1961－2007［J］.Quaternary International，2011，244（2）：138－148.

［3］ TRENBERTH K E，JONESP D，AMBENJE P，et al.Observations：Surface and Atmospheric Climate Change［G］.SOLOMON S，QIN D，MANNING M，et al.The Physical Science Basis：Contribution ofWorking Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change.Cambridge：Cambridge University Press，2007.

［4］ 錢維宏，符嬌蘭，張瑋瑋，等.近40年中國平均氣候與極值氣候變化的概述［J］.地球科學(xué)進(jìn)展.2007，22（7）：673－684.（QIAN Wei-hong，F(xiàn)U Jiao-lan，ZHANGWei-wei，et al.Changes in Mean Climate and Extreme Climate in China During the Last40 Years［J］.Advances in Earth Science，2007，22（7）：673－684.（in Chinese））

［5］ 翟盤茂，任福民，張 強.中國降水極值變化趨勢檢測［J］.氣象學(xué)報，1999，57（2）：208－215.（ZHAIPanmao，REN Fu-min，ZHANG Qiang.Detection of Trends in China’s Precipitation Extremes［J］.Acta Meteorological Sinica，1999，57（2）：208－215.（in Chinese））

［6］ 翟盤茂，王翠翠，李 威.極端降水事件變化的觀測研究［J］.氣候變化研究進(jìn)展，2007，3（3）：144－148.（ZHAIPan-mao，WANGCui-cui，LIWei.A Review on Study of Change in Precipitation Extremes［J］.Advances in Climate Change Research，2007，3（3）：144－148.（in Chinese））

［7］ 尹文有.全球變暖背景下西南地區(qū)氣候變化特征分析［D］.蘭州：蘭州大學(xué)，2010.（YIN Wen-you.Analysis of Climate Change Characteristics over Southwest China under the Background ofGlobalWarming［D］.Lanzhou：Lanzhou University，2010.（in Chinese））

［8］ 伍紅雨，王謙謙.近49年貴州降水異常的氣候特征分析［J］.高原氣象，2003，22（1）：65－70.（WU Hongyu，WANG Qian-qian.Climate Characteristics Analysis of Guizhou Precipitation Anomaly in Recent 49 Years［J］.Plateau Meteorology，2003，22（1）：65－70.（in Chinese））

［9］ 盧瑞荊.貴州暴雨洪澇的氣候特征分析［D］.蘭州：蘭州大學(xué)，2010.（LU Rui-jing.Analysis of Climate Characteristic of Rainstorm in Guizhou Province［D］.Lanzhou：Lanzhou University，2010.（in Chinese））

［10］湄潭縣人民政府.湄潭地理氣候［EB／OL］.（2011－2－26）［2012－08－15］.http：∥www.meitan.gov.cn／1／226.aspx／.（People’s Government of Meitan County.The Geography and Climate in Meitan Country［EB／OL］.（2011－2－26）［2012－08－15］.http：∥www.meitan.gov.cn／1／226.aspx／.（in Chinese） ）

（編輯：王 慰）

Typical Characteristics of Rainfall Evolution in Southwest China：A Case Study of M eitan County in Guizhou Province

FENG Jing1，2，CHENG Bin-fen2，3，WANG Kun4，HU Yong1，2
（1.School of Environmental Science and Engineering，Donghua University，Shanghai 201620，China；2.Water Resources Department，China Institute ofWater Resources and Hydropower Research，Beijing 100038，China；3.College of Environmental Science and Engineering，Ocean University of China，Qingdao 266100，China；4.Base of the State Key Laboratory of Urban Environmental Processes and Digital Modeling，Capital Normal University，Beijing 100048）

Under the impacts of climate change and human activities，the rainfall in different regions shows different evolutionary characteristics.The characteristics of annual rainfall，rainfall in flood season and rainstorm in Meitan County in Southwest China are researched using linear regression and Morletwavelet analysis.The result indicates that annual rainfall in this region decreases continuously and the frequency of rainstorm increases.The maximum rainstorm is increasingwhile the occurrence time is delaying.Themaximum rainstorm shows a trend of reducing-increasing-reducing，with 1980 and 2000 as the turning points.Typical areas in Southwest China are sensitive to global climate change.The rainfall in these areas presents typical regional characteristics.

rainfall；evolutionary characteristics；Morletwavelet；linear regression；Meitan County

P426.6

A

1001－5485（2012）12－0001－04

10.3969／j.issn.1001－5485.2012.12.001 2012，29（12）：1－4

2011－09－26

國家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體基金項目“流域水循環(huán)模擬與調(diào)控”（51027066）

馮 婧（1987－），女，安徽亳州人，博士研究生，主要從事氣候變化對我國西北地區(qū)水資源系統(tǒng)的影響以及3R技術(shù)的研究，（電話）15011322660（電子信箱）jingfengwater＠126.com。