昭魯壩近50年四季降水量對(duì)氣候變化的響應(yīng)

劉燕 楊秀翠

（昭通學(xué)院管理學(xué)院 云南昭通 657000）

降水是生態(tài)系統(tǒng)中重要的環(huán)境因素之一，其變化是會(huì)導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)整體功能發(fā)生改變，降水量的陡然增多或減少都將直接影響著人類(lèi)的生存環(huán)境和社會(huì)發(fā)展。我國(guó)眾多學(xué)者認(rèn)為[1-3]：“由于氣候變化的影響，會(huì)導(dǎo)致我國(guó)一部分地區(qū)極端天氣氣候事件、暴雨、干旱、沙塵暴、雷電災(zāi)害發(fā)生頻率和強(qiáng)度也在增加”；在全球氣候變化的背景下，衡量一個(gè)地區(qū)干旱程度的指標(biāo)是小雨發(fā)生的頻次。在全球氣候變化的影響下，云南省降雨天數(shù)呈減少趨勢(shì)，暴雨、大暴雨頻率呈上升趨勢(shì)，極端氣象事件頻率增加[4]。本文用昭魯壩降水量在50年的變化趨勢(shì)，也期揭示其區(qū)域內(nèi)降水量與全球氣候變化的響應(yīng)。

1 昭魯壩概況

本文選擇云南省昭通市昭魯壩作為研究區(qū)域，昭魯壩區(qū)是我國(guó)西南區(qū)的一個(gè)高原山區(qū)，屬于典型的亞熱帶高原季風(fēng)氣候，加上特殊的地理位置和境內(nèi)地形復(fù)雜，形成了獨(dú)特的氣候環(huán)境。在全球氣候變化的影響下降水出現(xiàn)了較大的變化，其變化對(duì)本區(qū)的生態(tài)環(huán)境也造成了不同程度的影響。昭魯壩是云南的第三大壩子，也是昭通市唯一的大壩子，位于昭通市中南部。境內(nèi)坐標(biāo)為103°28′-103°55′E，27°05′-27°39′N(xiāo)。昭魯壩氣候?qū)倌蠝貛ь?lèi)型，年平均氣溫11.7℃，≥10℃活動(dòng)積溫3237.4℃，年降雨量741.6mm，年日照時(shí)數(shù)2818.9h。由此可見(jiàn)，壩區(qū)內(nèi)氣候溫和，溫、光、水都居于中等偏上，因而成為全市最主要的農(nóng)業(yè)區(qū)域。氣候不利因素主要表現(xiàn)為降雨集中于夏、秋季，冬春干旱；氣候變輻較大，春秋兩頭常低溫，多倒春寒，風(fēng)、雹、伏旱、洪災(zāi)也間有危害。

2 資料和方法

本文選用的氣象數(shù)據(jù)是昭魯壩中的昭陽(yáng)區(qū)和魯?shù)榭h兩個(gè)氣象觀測(cè)站的歷史氣象資料1960-2010年逐月降水資料。冬季是用當(dāng)年12月至次年2月，夏季是用6-8月的平均降水為代表。氣候平均值是以1981-2010年30年的氣象要素平均值表示。

本文主要用了氣候傾向率[5-6]，也就是用一次線性方程算出氣候要素的趨勢(shì)系數(shù)變化，求出降水要素隨時(shí)間的變化狀況。用表示樣本量為n降水的變量，用表示所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，建立與之間的一元線性回歸方程：

累積距平[7]，根據(jù)逐月平均降水量，可繪出累計(jì)距平曲線后進(jìn)行趨勢(shì)分析。

同時(shí)用曼-肯德?tīng)栚厔?shì)分析[5]，這是一種非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)的方法，為檢驗(yàn)其趨勢(shì)變化的顯著性水平。

3 降水的氣候變化特征

3.1 年代際降水的變化特征

昭魯壩區(qū)降水量存在明顯的年代際變化，60--70年代為降水偏多時(shí)段，80年代初期減少輻度較小，后期減少輻度迅速增大，1989年降到近50a來(lái)的最低值（462.3mm），80年代的降水量平均值比70年代減少27.9mm，90年代降水量平均值比80年代減少8.9mm，到2000年以后，降水量平均值比90年代又減少66mm（表1.1）。1961-1990年30a平均值比1951-1980年30a平均值減少了15mm，1971-2000年30a平均值比1961-1990年30a平均值減少12.9mm。

表1.1 昭魯壩年降水量變化

3.2 年變化降水的特征

為了分析降水量變化趨勢(shì)，采用5a滑動(dòng)平均趨勢(shì)分析和線性?xún)A向分析（圖1.1），是近50a昭魯壩降水量時(shí)間序列變化。圖中柱形圖為實(shí)測(cè)值，折線為5a滑動(dòng)平均值，粗實(shí)線為一元線性回歸值（下同）?？梢钥闯?，在全球氣候變暖的同時(shí)，昭魯壩降水量是在波動(dòng)中呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，該趨勢(shì)90年代后尤其明顯。且1986年后降水正距平都在200mm以下，從90年代后負(fù)距平頻率逐漸增多的趨勢(shì)表明昭魯壩降水轉(zhuǎn)入偏少的時(shí)期。計(jì)算表明，昭魯壩年降水量線性?xún)A向變化通過(guò)了顯著性檢驗(yàn)，表明昭魯壩的年降水量線性下降趨勢(shì)是顯著的，平均每10a減少10.15mm。

圖1.1 昭魯壩近50a年降水距平直方圖

年降水量峰值出現(xiàn)在1965年至1968年、1976年至1979年、1983年至1986年，1965年降水量最多，為894.8mm；60年代初期、80年代末至90年代初、90年代中后期至21世紀(jì)前10年為枯水期，1989年降水量最少，為462.3mm。1987年至2010年，降水波動(dòng)明顯加劇，以3-4年的短周期旱災(zāi)和澇災(zāi)交替演變?yōu)橹饕卣?，大旱、大澇出現(xiàn)的年份明顯增加，如1990年、1993年、1995年、1999年是洪澇年，而近20a中有9a發(fā)生了較為嚴(yán)重的干旱，尤其是2000年后，除2008年降水偏多外，其余年降水量均為負(fù)距平，為有氣象記錄以來(lái)最嚴(yán)重的干旱時(shí)段，體現(xiàn)了昭魯壩降水變化的劇烈性。

3.3 季節(jié)性降水變化的特征

對(duì)昭魯壩四季降水量變化，采用氣候傾向率一元線性?xún)A向分析，并進(jìn)行曼-肯德?tīng)栚厔?shì)分析相關(guān)檢驗(yàn)。從計(jì)算表明，夏季、秋季、冬季降水量通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，表明線性?xún)A向顯著，夏季和秋季呈現(xiàn)出明顯減少趨勢(shì)，而昭魯壩的降水量夏秋集中了全年降水量的85%，是影響年降水量變化的主要因素，冬季降水量呈現(xiàn)出明顯增加趨勢(shì)，春季降水量顯著性檢驗(yàn)沒(méi)有通過(guò)。

圖1.2為近50年昭魯壩四季降水量時(shí)間序列變化。昭魯壩春季5a滑動(dòng)平均曲線圖上，1989年以前降水基本趨于正常變化，1990年春季降水達(dá)到50a來(lái)最高值（267.7mm），1991年至1999年又進(jìn)入降水偏少階段，在這時(shí)期內(nèi)，幾乎是年年出現(xiàn)春旱，1991年是達(dá)到50年來(lái)春季降水量的最低值（44.7mm），21世紀(jì)前10年降水量在正常波動(dòng)范圍。

昭魯壩夏季降水量變化與年降水量變化趨勢(shì)基本一致，且下降趨勢(shì)明顯，通過(guò)線性回歸方程計(jì)算得出氣候傾向率為-22.82mm.10a-1。從5a滑動(dòng)平均曲線圖上可以看出，1986年以前降水偏多，1987年至1992年，夏季降水均為負(fù)距平，進(jìn)入一個(gè)枯水期，1990年降水量是近50a的最低值（252.5mm），1990年8月出現(xiàn)嚴(yán)重高溫干旱，降雨量?jī)H21.9mm，創(chuàng)歷史雨量最少，形成了近50a來(lái)有氣象記錄以來(lái)最嚴(yán)重的夏伏旱。1993年至1999年又進(jìn)入2-3a的旱澇波動(dòng)時(shí)期，1999年降水量是近50a來(lái)的最高值（550.9mm），形成了1999年是昭魯壩的特大澇災(zāi)年。2000年以來(lái)，除2008年降水距平為正以外，其余的夏季降水距平均為負(fù)，又進(jìn)入一個(gè)枯水期，這一時(shí)期里春夏連旱和夏伏旱經(jīng)常發(fā)生。

昭魯壩秋季降水量變化與夏季降水變化趨勢(shì)基本一致，且下降趨勢(shì)明顯，通過(guò)線性回歸方程計(jì)算得出氣候傾向率為-9.38mm.10a-1。從5a滑動(dòng)平均曲線圖上，1986年以前降水偏多，1987年至1997年進(jìn)入降水波動(dòng)時(shí)期，1990年秋季降水是近50a的最高值（235.5mm），1998年至2005年，秋季降水均為負(fù)距平，進(jìn)入枯水期，2002年秋季降水是近50a來(lái)的最低值（79.9mm）。夏秋降水占全年降水總量的82%，夏秋降水在21世紀(jì)以來(lái)都處于枯水期，所以夏秋降水的減少是導(dǎo)致昭魯壩降水在近50a波動(dòng)減少的主要原因。

昭魯壩冬季降水變化與夏秋兩季不一致，近50a降水變化是在波動(dòng)中上升。從5a滑動(dòng)平均曲線圖上，可以看出，降水主要有兩個(gè)時(shí)期，一個(gè)是枯水期1958-1990年降水均為負(fù)距平，一個(gè)是多水期1991年至今，這一時(shí)期降水量在冬季迅速表現(xiàn)出增加趨勢(shì)。2008年冬季降水量達(dá)到近50年的最高值（60mm），由于冬季降水總量只占全年降水總量的2%，因此對(duì)年降水變化沒(méi)有太多影響。

由上可以得出，昭魯壩近50a四季降水量變化各具特色，春季降水無(wú)明顯變化，夏秋兩季降水量呈現(xiàn)明顯減少趨勢(shì)，與年降水量變化趨勢(shì)相同，冬季降水量呈顯著增多趨勢(shì)。

圖1.2 昭魯壩50年春、夏、秋、冬降水距平直方圖

綜上所述，在全球氣候大變化的背景下，昭魯壩年、季節(jié)降水量減少趨勢(shì)都十分明顯。盡管90年代后冬季降水迅速增加，但昭魯壩四季降水在全球氣候變化的影響下主要變化趨勢(shì)是：總體上降水量在波動(dòng)中減少，使得昭魯壩有逐漸變干的趨勢(shì)。

3.4 降水日數(shù)的變化特征

對(duì)昭魯壩≥0.1mm降水日數(shù)進(jìn)行一元線性?xún)A向分析（圖略），其變化趨勢(shì)與年降水量變化趨勢(shì)相似，昭魯壩年降水日數(shù)也呈現(xiàn)明顯的減少趨勢(shì)，表現(xiàn)為每10年減少1.5個(gè)雨日。年降水日數(shù)年代際變化明顯：降水日數(shù)在70年代以前表現(xiàn)為較多時(shí)段，第一個(gè)明顯減少階段為1977-1983年，年降水日數(shù)均為負(fù)距平。85年后又出現(xiàn)一個(gè)增多階段，第二個(gè)明顯減少階段為90年代后，其降水日數(shù)均在72天以下。昭魯壩年平均降水≥0.1mm日數(shù)各年代際變化：50年代78天，60年代71天，70年代66天，80年代70天，90年代后減少為66天，21世紀(jì)第一個(gè)10年減少為68天。通過(guò)用曼-肯德?tīng)栚厔?shì)分析，結(jié)果表明昭魯壩年降水量的年際變化和年平均降水日數(shù)基本相似，兩個(gè)序列的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.79。

昭魯壩各季降水日數(shù)變化情況（圖略）：夏季降水日數(shù)顯著減少，秋季略有增加，而春、冬兩季略有減少，但不太明顯。夏季平均降水日數(shù)32天，60-70年代為37天，80年代為30天，90年代平均降水日數(shù)均為負(fù)距平，2000年-2010年降至27天，減少趨勢(shì)較為明顯。

昭魯壩年平均各級(jí)降水日數(shù)減少趨勢(shì)中，暴雨日數(shù)的減少趨勢(shì)最明著，從80年代末到21世紀(jì)前10年持續(xù)偏少。第二明顯的是大雨日數(shù)，變化最小的是中雨日數(shù)。年平均各級(jí)降水日數(shù)從1985年后均出現(xiàn)明顯減少趨勢(shì)，其中小雨日數(shù)在90年代末還有一定增加的趨勢(shì)。

3.5 降水強(qiáng)度的變化特征

昭魯壩年平均降水量的變化還體現(xiàn)在降水極端事件的變化上。從近50年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，昭魯壩區(qū)極端降水的強(qiáng)度和降水頻率減小趨勢(shì)明顯，導(dǎo)致全壩區(qū)年平均降水量趨勢(shì)減少明顯；一日最大降水量表現(xiàn)為，60-70年代略減少，80年代略有增加，90年代有增加趨勢(shì)明顯，2000-2010年后又呈現(xiàn)出減少趨勢(shì)。三日連續(xù)降水的最大量變化與一日最大降水量相似，大部分時(shí)間段表現(xiàn)為減小趨勢(shì)。大雨日數(shù)變化為60-70年代減少，連續(xù)無(wú)降水日數(shù)達(dá)4天以上。80年代以后最長(zhǎng)連續(xù)無(wú)降水日數(shù)顯著增加，80年代比70年代增加了6天，90年代比80年代增加了7天，21世紀(jì)前10年比90年代增加了5天；從昭魯壩區(qū)的整體來(lái)看，極端降水的強(qiáng)度和降水頻次減小的趨勢(shì)是直接導(dǎo)致昭魯壩區(qū)年平均降水量減少的主要原因之一。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）昭魯壩近50a年平均降水量變化呈減少趨勢(shì)，年平均降水量的氣候傾向率為-26.15mm.10a-1，1996-2010年以來(lái)，昭魯壩年平均降水量進(jìn)入偏少明顯時(shí)期，為近50年以來(lái)最嚴(yán)重的干旱階段。

（2）昭魯壩夏秋降水減少趨勢(shì)顯著，1986年以前降水偏多，之后進(jìn)入減少階段，2000-2007年降水均為負(fù)距平，為昭魯壩降水最少階段，是導(dǎo)致昭魯壩近20年年平均降水量減少趨勢(shì)明顯的主要因素。春季平均降水氣候傾向率數(shù)值沒(méi)有通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。冬季降水在1991年后表現(xiàn)為降水增多趨勢(shì)顯著，但由于只占年降水總量的2%，因此對(duì)多年年降水量變化趨勢(shì)的影響不明顯。

（4）昭魯壩≥0.1mm降水日數(shù)表現(xiàn)為減少趨勢(shì)，其變化為每10年減少1.5個(gè)雨日。年平均降水量與年平均降水日數(shù)的年際變化基本相似，二者的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.79。昭魯壩夏季降水日數(shù)減少趨勢(shì)顯著，其它三季變化不明顯。各級(jí)降水日數(shù)也與總降水量變化趨勢(shì)一致，其中暴雨日數(shù)的減少最為顯著。

（5）昭魯壩極端降水的強(qiáng)度和降水的頻次都呈現(xiàn)出減少趨勢(shì)，其中一日最大降水量和三日連續(xù)降水的最大降水量也都呈現(xiàn)出減少趨勢(shì)。近20年，最長(zhǎng)連續(xù)無(wú)降水日數(shù)比90年代以前呈現(xiàn)明顯的增加趨勢(shì)。

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