五指山市近60年降雨量時(shí)空演變規(guī)律分析

段娜 楊貴羽 游進(jìn)軍

摘要：為了解五指山市近幾十年降雨量的變化規(guī)律，基于市內(nèi)及周邊17個(gè)雨量站/氣象站資料，采用不同插值方法逐月插值，與海南省水資源二次評(píng)價(jià)對(duì)比得到合理方法;并用滑動(dòng)平均法、累積距平法、Mann-Kendall非參數(shù)檢驗(yàn)法及Morlet小波分析等方法對(duì)降雨量進(jìn)行時(shí)空變化分析，得到如下結(jié)果：五指山市近60年多年平均降雨量為1 921.3 mm，在空間上呈現(xiàn)由東北、正北向西南逐漸遞減的趨勢(shì)，不同豐枯情景下降雨分布略有差異，但其對(duì)地形的響應(yīng)較為一致;年降雨量總體呈現(xiàn)顯著增加的態(tài)勢(shì)，并且在1988年左右存在由減少到增多的突變;借助SPSS軟件，通過歸因分析表明，蒸發(fā)主要影響著五指山市降雨的變化規(guī)律;降雨量存在多尺度時(shí)間效應(yīng)，存在23 a和16 a左右的主周期，且均存在豐枯交替變化，并在未來(lái)幾年均處在偏豐時(shí)期。研究結(jié)果對(duì)五指山市的水資源開發(fā)利用和規(guī)劃具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：降雨量時(shí)空演變;滑動(dòng)平均法;累積距平法;M-K 非參數(shù)檢驗(yàn)法;Morlet小波分析;規(guī)律分析

中圖分類號(hào)：TV125文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：段娜

Temporal and spatial evolution of precipitation in Wuzhishan City in recent 60 years

DUAN Na1，2，YANG Guiyu.2，YOU Jinjun.2

（1.Colleage of Water Conservancy and Hydropower，Hebei University of Engineering，Handan 056021，China;2.Department of Water Resources，China Institute of Water Resources and Hydropower Research，Beijing 100038，China）

Abstract：In order to illustrate the variation characteristic of precipitation in Wuzhishan City in the recent 60 years，based on the data of 17 rainfall stations/meteorological stations，we used different interpolation methods to conduct monthly interpolation and compared the results with the Second Evaluation results of Hainan Province，and thus selected the reasonable method.We analyzed the spatial and temporal changes of precipitation using sliding average method，cumulative anomaly method，Mann-Kendall nonparametric test，and Morlet wavelet analysis.The results were as follows：（1）The average precipitation in the past 60 years of Wuzhishan was 1921.3mm and showed a gradually declining trend spatially from the northeast and north to the southwest.（2） The distribution of precipitation differed slightly across different scenarios，but showed consistent response to topography.（3） The annual precipitation generally showed a significant increasing trend，with a sudden change from decreasing to increasing around 1988.（4） The results of attribution analysis with SPSS showed that the evaporation mainly affected the variation pattern of precipitation in Wuzhishan.（5） There are multi-scale time effects of precipitation and major cycles of 23 years and 16 years with alternations between wet and dry years.The next few years will be wet years.The above results have realistic significance to the development，utilization，and planning of water resources in Wuzhishan.

Key words：spatial and temporal evolution of precipitation;sliding average method;cumulative anomaly;M-K nonparametric test;Morlet wavelet analysis;pattern analysis

降雨異常是導(dǎo)致旱澇發(fā)生的首要因素。隨著全球氣候變化加劇，降雨量的時(shí)空分布格局發(fā)生了變異，導(dǎo)致了旱澇等極端天氣事件，嚴(yán)重制約了區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[1]。在旱澇災(zāi)害頻發(fā)的態(tài)勢(shì)下，掌握降雨量的時(shí)空演化，對(duì)于應(yīng)對(duì)氣候變化、洪澇預(yù)警管理方面的研究具有重要意義。近些年來(lái)，不同的專家學(xué)者從降雨的年內(nèi)變化規(guī)律、空間分布特征等多方面分析了東南地區(qū)降雨的演變規(guī)律，尤以珠江流域的為多。例如：李深林等[2]分析了珠江三角洲近30年降雨變化趨勢(shì)，指出珠江三角地區(qū)2月-4 月降雨量存在顯著下降趨勢(shì)，而6月-9月降雨量有顯著的上升趨勢(shì);唐亦漢等[3]分析了近50年珠江流域降雨多尺度時(shí)空變化特征，指出珠江流域西部年降雨有減少趨勢(shì)，全區(qū)極端降雨在20世紀(jì)60年代、80年代末有突變現(xiàn)象;彭俊臺(tái)等[4]分析了珠江流域極端降雨時(shí)空演變特征，指出極端降雨事件的空間分布特征與地形有密切聯(lián)系，流域內(nèi)極端降水事件的多發(fā)區(qū)周圍往往有山脈或高大地形環(huán)繞。但是，鮮有學(xué)者專門對(duì)海南這一重要的島嶼旅游省份的降雨情況進(jìn)行分析。本文以海南五指山市為研究區(qū)，解析區(qū)域降雨的時(shí)空分布規(guī)律、開展降雨時(shí)間變化規(guī)律的歸因分析并揭示氣候變化條件下的相關(guān)特征。由于研究區(qū)是全島主要產(chǎn)水區(qū)，境內(nèi)五指山是海南省第一高峰，氣候和地勢(shì)的綜合作用影響著整個(gè)海南島的降雨以及水資源的分布格局;因此，研究成果不僅為本區(qū)域還可為海南島的降雨和水資源的合理開發(fā)、利用提供關(guān)鍵依據(jù)。

1研究區(qū)域概況

五指山市位于海南島中南部，東經(jīng)109°19′-109°44′、北緯18°38′-19°02′之間（圖1），總面積1 144 km.2，占海南省土地總面積的3.19 %;屬熱帶山區(qū)氣候，冬暖夏涼，年平均氣溫22.4 ℃，極端最高氣溫35.9 ℃。年平均降雨量為1 860 mm，極端最大年降雨量為2 810.4 mm，極端最小年降雨量為1 055.5 mm，年平均相對(duì)濕度為84 %，年平均日照為2 000 h左右。

本文共收集五指山市域及周邊17個(gè)雨量站/氣象站1956-2014年系列年逐月降雨資料。為保證數(shù)據(jù)資料的完整性和一致性，對(duì)缺測(cè)站點(diǎn)進(jìn)行同步期插值。在插補(bǔ)過程中，對(duì)需插補(bǔ)延長(zhǎng)的年份，采用地理?xiàng)l件及氣候特性相似的鄰近站或多站平均值插補(bǔ);少數(shù)站采用繪制降雨等值線方法插補(bǔ)。對(duì)于2000年以后建站的站點(diǎn)，鑒于建站時(shí)間較晚，需插補(bǔ)年份過長(zhǎng)，不進(jìn)行前期雨量的插補(bǔ)。五指山市地理位置及站點(diǎn)分布見圖1。

2研究方法

本文研究主要涉及多年平均面雨量計(jì)算、降雨序列演變趨勢(shì)分析以及降雨多尺度周期分析三部分內(nèi)容。

2.1面雨量計(jì)算插值方法選擇及分析

面雨量計(jì)算主要利用Arcgis10.0軟件和一些空間插值方法結(jié)合來(lái)計(jì)算。目前常用方法有距離加權(quán)反比法（Inverse Distance Weighted，IDW）、考慮高程的IDW、克里金（Kriging）、自然鄰點(diǎn)（Natural Neighbor）4種插值方法[5-6]，選擇合適的方法成為分析區(qū)域降雨空間分布的關(guān)鍵。對(duì)此，本文以研究區(qū)第二次水資源評(píng)價(jià)（1956-2000 年系列）成果為基準(zhǔn)，分別計(jì)算不同的插值方法計(jì)算結(jié)果的相對(duì)誤差，并進(jìn)行對(duì)比顯示：考慮高程的IDW誤差最小，控制在5 %以內(nèi)，其他方法均在7 %左右（表1）。分析其具體原因如下。

由五指山地形特征可知，高程和雨量站個(gè)數(shù)及空間分布都是精確計(jì)算區(qū)域面降雨的關(guān)鍵因素。上述方法中，Natural Neighbor法，是直接將點(diǎn)雨量代表雨量站控制區(qū)域的面雨量，并采用面積加權(quán)得到區(qū)域面雨量，難以反映地形的起伏變化;Kriging法源于地學(xué)，是通過對(duì)空間分布的數(shù)據(jù)求線性最優(yōu)、無(wú)偏內(nèi)插估計(jì)的一種方法，盡管考慮到降雨空間的變化，但主要集中于水平距離方面的影響，對(duì)于較大高程變化的山丘區(qū)來(lái)說，精度還是欠缺;IDW法，僅能考慮測(cè)站數(shù)量及測(cè)站間的距離，仍沒有考慮地形的變化;考慮高程的IDW法，在常規(guī)距離加權(quán)反比法的基礎(chǔ)上，再考慮各點(diǎn)高程對(duì)插值距離的影響，通過各點(diǎn)的高程值對(duì)插值結(jié)果進(jìn)行修正，兼顧了雨量站數(shù)量、雨量站分布以及地形變化對(duì)區(qū)域降雨量的影響，是IDW法的一種改進(jìn)。因此，考慮高程的IDW相對(duì)最優(yōu)，適用于五指山市的降雨空間變化分析。

2.2降雨演變趨勢(shì)分析

長(zhǎng)系列的降雨演變過程是一個(gè)趨勢(shì)性、突變性和周期性相互疊加的過程[8-10]。為揭示五指山市降雨在不同時(shí)間尺度上的演變特征，本文采用Mann-Kendall（簡(jiǎn)稱M-K）趨勢(shì)檢驗(yàn)法[11-12]和滑動(dòng)平均法共同分析降雨的年際趨勢(shì)變化規(guī)律;通過M-K突變檢驗(yàn)法[13]和累積距平法進(jìn)行突變檢測(cè)。通過用能夠揭示多時(shí)間尺度變化特征的Morlet小波[14-16]分析法來(lái)進(jìn)行不同時(shí)間尺度周期分析;最后綜合趨勢(shì)、突變和周期分析，對(duì)區(qū)域未來(lái)一定時(shí)期的降雨變化趨勢(shì)做出判斷。

2.2.1M-K趨勢(shì)檢驗(yàn)法

M-K非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)法是提取氣象和水文序列變化趨勢(shì)的有效方法之一，可對(duì)整體系列趨勢(shì)變化做出定量評(píng)價(jià)。其計(jì)算公式為

式中：U為Kendall秩次相關(guān)系數(shù);τ為Kendall統(tǒng)計(jì)量;p為系列中所有的對(duì)偶觀測(cè)值;n為降系列長(zhǎng)度;Var（τ）為系列樣本方差。若U>0，說明序列呈上升趨勢(shì);若U<0，說明序列呈下降趨勢(shì)。當(dāng)U超過臨界值時(shí)，方能通過假設(shè)檢驗(yàn)，且絕對(duì)值越大，序列的變化趨勢(shì)越顯著。

2.2.2M-K突變檢驗(yàn)法

M-K非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)法可分析變化序列各階段的顯著性，并可檢驗(yàn)突變發(fā)生的時(shí)間、次數(shù)及其顯著性[17-21]。對(duì)具有n個(gè)樣本量的時(shí)間序列x，構(gòu)成一秩序列

Sk=∑[DD（]k[WTBX][]i=1[DD）]ri，ri=[JB（{]1xi>xj0xi≤xj[JB）]（2）

式中：秩序列Sk[WTBX]為第i時(shí)刻值大于第j時(shí)刻值個(gè)數(shù)的累計(jì)數(shù)，j=1，2，…，i。

假定時(shí)間序列隨機(jī)獨(dú)立，定義統(tǒng)計(jì)量UFk[WTBX]為

UFk[WTBX]=[Sk-E（Sk[WTBX]）]/[Var（Sk[WTBX]）]1/2（3）

式中：UFk[WTBX]為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，是按時(shí)間序列x的順序x1，x2，…，xn計(jì)算出的統(tǒng)計(jì)量序列，U0.05=0，k[WTBX]=1，2，…，n;E（Sk[WTBX]）、Var（Sk[WTBX]）分別為累計(jì)數(shù)Sk[WTBX]的均值，在x1，x2，…，xn相互獨(dú)立且有相同連續(xù)分布時(shí)，可計(jì)算

Var（Sk[WTBX]）=n（n-1）（2n+5）/72（4）

E（Sk[WTBX]）=n（n-1）/4（5）

按時(shí)間序列x的逆序xn，xn-1，…x1再重復(fù)上述過程，同時(shí)使UBk[WTBX]（序列的逆序值）=-UFk（k[WTBX]=n，n-1，…1），UB1=0。將UFk[WTBX]、UBk[WTBX]兩個(gè)統(tǒng)計(jì)量曲線和±U1-a/2兩條直線繪在一張圖上。若UFk[WTBX]和UBk[WTBX]兩條曲線出現(xiàn)交點(diǎn)，且交點(diǎn)在±U1-a/2兩條臨界線之間，則交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間就是突變開始的時(shí)間。判定時(shí)，以UFk[WTBX]值大于或小于0分別表明序列呈上升或下降趨勢(shì);以UFk[WTBX]是否超過臨界值來(lái)判定趨勢(shì)是否顯著。

2.2.3累積距平法

累積距平法是一種常用的、由曲線直接判斷變化趨勢(shì)的方法。對(duì)于序列x，某一時(shí)刻t的累積距平表示為

xt=∑[DD（]t[]i=1[DD）]（xi-[AKx-D]）（t=1，2，…，n）（6）

其中：[AKx-D]=[SX（]1[]n[SX）]∑[DD（]n[]i=1[DD）]xi。將n個(gè)時(shí)刻的累積距平全部算出來(lái)，即可繪制出累積距平曲線進(jìn)行分析。

累積距平曲線呈上升趨勢(shì)，表示距平值增加，呈下降趨勢(shì)則表示距平值減小。從曲線明顯的上下起伏，可以判斷其長(zhǎng)期顯著的演變趨勢(shì)及持續(xù)性變化，甚至可以判斷出發(fā)生突變的大致時(shí)間[22]。

2.2.4Morlet小波分析法

小波變換是在傅立葉變換的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，其變化主要是引入了窗口函數(shù)作為核函數(shù)，并基于“窗口”平移和伸縮的不變性，可將序列信息同時(shí)映射分解在時(shí)域和頻域上。所謂小波分析即通過序列“時(shí)-頻”信息分辨時(shí)間序列在不同尺度上的演變特征[23-25]。小波φ（t）有多種形式，其中Morlet小波的函數(shù)表達(dá)如下：

φ（t）=exp（-t.2/2+iω0t）（7）

式中：i為虛數(shù);ω0為常數(shù)，ω0≥5時(shí)Morlet小波能夠近似滿足允許性條件，本文取ω0=6.2。

Wf（a，b）=|a|.-[SX（]1[]2[SX）]∫.+∞-∞f（t）[AKφ-D]（[SX（]t-b[]a[SX）]）dt（8）

式中：a為尺度因子，因ω0=6.2，此時(shí)a和周期T相等，如是a就能反映小波周期;b為時(shí)間因子，反映時(shí)間上的平移;φ（t）為母小波;Wf（a，b）為小波變換系數(shù)。

將小波變化系數(shù)的平方在整個(gè)時(shí)間域上進(jìn)行積分，即可計(jì)算得小波方差：

小波方差隨a的變化過程即小波方差圖，反映了波動(dòng)能量隨尺度的分布;在此，a=T，因此可確定水文序列的主周期。

3結(jié)果分析

3.1降雨量的空間變化分析

為了精細(xì)刻畫區(qū)域降雨量空間變化特征，運(yùn)用Arcgis工具，采用考慮高程的IDW法插值計(jì)算結(jié)果，繪制區(qū)域1956-2014年多年平均等值線圖（圖2（a））?？芍簠^(qū)域降雨量在空間分布上整體呈現(xiàn)由東北（降雨量2 200 mm）、正北（降雨量2 300 mm）向西南方向遞減的規(guī)律，且兩方向遞減逐漸匯合并最終在西部偏南形成以降雨量1 700 mm為極小值的閉合曲線的分布格局。

結(jié)合圖1區(qū)域地形分析[HJ1.9mm]可知，降雨等值線分布與地形DEM分布密切相關(guān)，山區(qū)降雨量明顯大于平原及河谷降雨量，差值達(dá)600 mm，因而造成上述區(qū)域降雨分布呈現(xiàn)遞減梯度大、空間分布差異性顯著的特征。

進(jìn)而采用P-III型經(jīng)驗(yàn)曲線法繪制了典型豐水年（2008 年）和典型枯水年（1977年）的降雨等值線圖（圖2（b）、2（c）），以展示區(qū)域不同豐枯情景下的降雨量分布?？芍?，相對(duì)多年平均而言，無(wú)論典型豐水年還是典型枯水年，降雨量值在區(qū)域分布的差異性較小、梯度變化較緩，量值差異均在400 mm左右。但是極值分布上來(lái)看，典型豐水年呈現(xiàn)由中部偏東的極大值（降雨量約2 400 mm）閉合曲線向四周發(fā)散遞減的規(guī)律，并在西部、西南部及南部形成3個(gè)極小值均約為2 100 mm的閉合曲線。從遞減梯度而言，兩極值點(diǎn)閉合曲線之間的變化梯度較大、北部和南部的變化梯度相對(duì)較緩。典型枯水年的降雨空間分布則明顯不同，呈現(xiàn)由東北、正北向西部及中部偏北遞減的規(guī)律，并在中心偏北形成了極小值約為1 300 mm的閉合曲線，且整個(gè)區(qū)域降雨等值線遞減分布與多年平均的趨勢(shì)較為相似。

盡管不同豐枯情境下，各典型年的降雨量極值點(diǎn)分布差異性較大，但其極大值位于山區(qū)、極小值位于河流或山谷的分布特征一致。綜合多年平均降雨量的空間演變特征分析可知，不同豐枯情景下，研究區(qū)降雨量對(duì)地形的響應(yīng)情況較為一致。

3.2降雨量的時(shí)間演變規(guī)律

3.2.1年內(nèi)變化

針對(duì)五指山市特殊的氣候條件，按照長(zhǎng)期以來(lái)的降雨規(guī)律[7]，將長(zhǎng)系列降雨分為1956-1980年（早期）、1981-2000年（中期）以及2001-2014年（近期）三個(gè)年代，年內(nèi)則分豐水期（5月-10月）、降雨集中期（7月-9月）、枯水期（11月-次年4月）三個(gè)時(shí)期，就不同年代降雨的年內(nèi)變化進(jìn)行對(duì)比分析（表2），以期更為全面解析五指山市的降雨特征。

分析結(jié)果表明：不同年代豐水期年內(nèi)占比差異不大，均占全年降雨量的85 %左右，相互之間比例差異不超過1 %，與多年平均占比相比，差異不到0.5 %;枯水期同此規(guī)律。但就降雨集中期而言，在各年代間有所差異，其中近期區(qū)域年內(nèi)降雨顯著集中，高達(dá)66.05 %;早期降雨其次，占比為63.17 %;相對(duì)而言，中期降雨年內(nèi)集中較小，占比61.03 %;說明五指山市近60年降雨的顯著增加主要源于豐水期特別是降雨集中期的增加。進(jìn)一步對(duì)比各時(shí)期氣象傾斜率后發(fā)現(xiàn)，中期枯水期降雨量較其他兩個(gè)年代增加明顯，降雨集中期則呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)，而近期年降雨集中期降雨增加明顯，枯水期降雨減少。由此可見，五指山市降雨量的年內(nèi)分布經(jīng)歷了早期1956-1980年的較為集中，到中期1981-2000年的相對(duì)均勻，再到2001-2014年的更加集中的變化。

3.2.2年際變化

（1）趨勢(shì)性變化。

繪制五指山市1956-2014年逐年面降雨量過程線（圖3），可知，區(qū)域多年平均降雨量為1 921.3 mm，最大年降雨量約為2 725 mm（1964年），最小年降雨量約為1 125 mm（1959年），兩者差異顯著，近1 600 mm。

在逐年過程線的基礎(chǔ)上，計(jì)算繪制區(qū)域5 a降雨滑動(dòng)平均曲線及其線性擬合曲線，并進(jìn)行M-K趨勢(shì)檢驗(yàn)。計(jì)算區(qū)域全年及各個(gè)時(shí)期M-K統(tǒng)計(jì)值（表3）可知，全年統(tǒng)計(jì)值（U=2.79）、豐水期統(tǒng)計(jì)值（U=2.57）和降雨集中期統(tǒng)計(jì)值（U=2.46）均超過了顯著性水平α=5%對(duì)應(yīng)的臨界值（U0.05=1.96），因而五指山近60年降雨量、豐水期降雨量以及集中期降雨量均呈現(xiàn)顯著增加趨勢(shì)。

（2）突變性檢驗(yàn)。

在1956-2014 年逐年降雨過程線（圖3）的基礎(chǔ)上，繪制區(qū)域降雨M-K統(tǒng)計(jì)量曲線（圖4）。在置信水平臨界線之間，UF、UB曲線在1988年、1991年及1993年存在交點(diǎn)，說明其對(duì)應(yīng)年份降雨可能存在突變。為進(jìn)一步揭示區(qū)域降雨突變特征，采用累積距平曲線做進(jìn)一步分析（圖5），可知，曲線在20世紀(jì)80年代末出現(xiàn)極小值，因而整個(gè)曲線呈現(xiàn)先下降、后上升的“V”字型變化過程，也說明近60年五指山市降雨呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)，轉(zhuǎn)折點(diǎn)位于20世紀(jì)80年代末。結(jié)合M-K突變檢驗(yàn)結(jié)果，UF、UB曲線在置信水平臨界線內(nèi)于1988年恰好存在一個(gè)交點(diǎn)，因此，兩種方法共同說明區(qū)域近60年間降雨在1988年左右存在突變，其變化趨勢(shì)呈現(xiàn)由減少到增多的趨勢(shì)。

同時(shí)，圖4顯示：近60年來(lái)，除1959年外，其余年份UF曲線所對(duì)應(yīng)縱坐標(biāo)值均大于0，說明降雨量一直呈現(xiàn)增加的態(tài)勢(shì)，且2000-2008年，逐年在臨界線上下波動(dòng)，自2008年以后均超過臨界線且直線上升。這進(jìn)一步說明區(qū)域降雨呈現(xiàn)整體增加，且進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)增加趨勢(shì)顯著。

3.2.3多時(shí)間尺度辨析

本文采用Morlet小波進(jìn)行多時(shí)間尺度分析，亦即對(duì)降雨周期變化的多樣性以及不同周期下的降雨特性及其演變規(guī)律進(jìn)行解析，以便了解未來(lái)幾年區(qū)域降雨的變化趨勢(shì)[26]。

通過公式（8）計(jì)算得到年降雨量小波變換系數(shù)實(shí)部等值線見圖6，表示不同周期降雨位相在不同年份的變換及分布等信息;由于以多年平均值為距平，則正值（實(shí)線）對(duì)應(yīng)于降雨量豐水期，負(fù)值（虛線）對(duì)應(yīng)于枯水期，零值即意味著降雨的多年平均情況?？芍?，其中17～24 a、38～40 a兩個(gè)周期的尺度降雨豐枯變化規(guī)律顯著且具有全域性，尺度中心分別為23 a和39 a;15～17 a周期尺度的降雨豐枯變化規(guī)律也較為明顯，5 a以下尺度上的豐枯交替也有體現(xiàn)，但相對(duì)而言，交替頻繁且較為散亂。

由式（9）可知，小波方差就是不同周期尺度（a）上能量的積分，其大小隨時(shí)間的變化即小波方差過程線（圖7），可反映水文要素在不同尺度擾動(dòng)的強(qiáng)弱，因此，研究學(xué)者以擾動(dòng)較強(qiáng)的極大值判定為水文要素的主周期?？芍?，年降雨變化過程小波方差的極大值對(duì)應(yīng)的尺度有39 a和23 a，16 a尺度的周期也有體現(xiàn)但不明顯。綜合圖6-圖8分析可知，就五指山市1956-2014年降雨序列而言，存在23 a和16 a的主周期，且23 a的主周期較為顯著;根據(jù)水文統(tǒng)計(jì)相關(guān)理論[26]，鑒于現(xiàn)有序列僅59 a，只能推斷該過程極可能存在39 a的主周期。

進(jìn)一步，繪制16 a和23 a尺度下年降雨量小波系數(shù)實(shí)部過程線（圖8）、統(tǒng)計(jì)各尺度降雨量的豐枯具體時(shí)期（表4）。無(wú)論哪個(gè)時(shí)間尺度下，區(qū)域降雨序列均按各自相應(yīng)周期豐枯交替變化：從23 a時(shí)間尺度看，五指山降雨量變化經(jīng)歷了“豐-枯-豐-枯-豐”變化;從16 a時(shí)間尺度看，則經(jīng)歷了“豐-枯-豐-枯-豐-枯-豐”變化。由圖8可知，無(wú)論哪個(gè)時(shí)間尺度下，盡管區(qū)域降雨已跨過豐水期峰值，但未來(lái)幾年區(qū)域降雨仍然處于偏豐時(shí)期。

3.3降雨量的時(shí)間演變規(guī)律歸因分析

影響大氣降水的基本氣象要素主要是氣壓、氣溫、濕度、風(fēng)、輻射等[27]，但是由于本文研究區(qū)域尺度比較小，團(tuán)隊(duì)收集到的要素資料有限，不能逐一展開、只能選定主要因子進(jìn)行分析。政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）在2013年發(fā)布的第五次評(píng)估報(bào)告（AR5）[1]表明全球氣候有變暖趨勢(shì)，并指出氣候變暖導(dǎo)致降雨等極端事件發(fā)生的頻率增大，因此本文收集氣溫作為間接反映氣候變化影響要素進(jìn)行分析;人類活動(dòng)對(duì)區(qū)域的影響首先直接體現(xiàn)的是植被等下墊面的變化上，而下墊面的變化勢(shì)必影響區(qū)域蒸發(fā)，進(jìn)而導(dǎo)致降雨量的變化，因此本文選用蒸發(fā)要作為間接反映人類活動(dòng)影響要素進(jìn)行分析。

綜上，本文通過中國(guó)氣象數(shù)據(jù)共享網(wǎng)（http：//cdc.cma.gov.cn）選取了五指山市通什站1959-2011年的氣溫、蒸發(fā)數(shù)據(jù)，利用SPSS軟件與五指山市對(duì)應(yīng)系列降雨做相關(guān)分析（表5），以期獲悉五指山降雨的影響因素。根據(jù)相關(guān)原理[28]，就降雨與這兩個(gè)要素的顯著性個(gè)案數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，表明：降雨與蒸發(fā)呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與氣溫相關(guān)性次之，但不顯著。該結(jié)果揭示了五指山市近60年來(lái)的降雨變化受蒸發(fā)和氣溫兩個(gè)因素影響，且受蒸發(fā)的影響更大。

4結(jié)論

本文基于Arcgis軟件，對(duì)比分析了4 種不同插值方法，優(yōu)選了考慮高程的IDW法空間插值計(jì)算五指山市1956-2014 年逐年面雨量，形成區(qū)域年降雨序列;在此基礎(chǔ)上，分析了區(qū)域逐年降雨的時(shí)空演變規(guī)律、年際變化特性及多時(shí)間尺度特性，得出以下結(jié)論。

（1）五指山市多年平均降雨量在空間上呈現(xiàn)由東北、正北向西南逐漸遞減的趨勢(shì)，典型豐水年的降雨空間分布呈現(xiàn)中部偏東向四周發(fā)散遞減的趨勢(shì)，而典型枯水年的降雨空間分布則呈現(xiàn)由東北、正北向西部及中部偏北遞減的規(guī)律趨勢(shì);無(wú)論哪個(gè)年型，區(qū)域降雨量極大值位于山區(qū)、極小值位于河流或山谷的分布特征較一致，說明地形在影響五指山降雨空間分布的作用顯著。

（2）五指山市降雨存在明顯的豐水期與枯水期，降雨大多集中在5月-10 月，進(jìn)入21 世紀(jì)以后，降雨更多的集中在7月-10 月;采用M-K趨勢(shì)檢驗(yàn)法的分析結(jié)果也表明了近60 年區(qū)域豐水期、集中期降雨量顯著增加的態(tài)勢(shì)。

（3）采用M-K非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)法分析得出，五指山市近60 年降雨量突變年份在1988 年左右，降雨量變化趨勢(shì)由減少變?cè)龆?。結(jié)合第（2）條結(jié)論可知，區(qū)域極端天氣出現(xiàn)的概率增加，因此建議相關(guān)部分應(yīng)做好準(zhǔn)備，以降低氣候變化給人類生活造成的影響。

（4）采用Morlet小波分析法，解析得出五指山降雨存在23 a、16 a左右的主周期變化，與小波系數(shù)實(shí)部等值線的分布情況較為一致;進(jìn)而剖析了區(qū)域降雨量在不同周期尺度下各自呈現(xiàn)的相應(yīng)的豐枯交替變化。

（5）借助SPSS對(duì)五指山市降雨與氣溫、蒸發(fā)兩個(gè)氣象因素歸因分析表明，區(qū)域降雨時(shí)間變化主要受蒸發(fā)要素的影響。

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