青海省夏季降水變化特征

摘要 本文采用常規(guī)統(tǒng)計(jì)法分析青海省1960—2008年夏季6—8月降水量空間分布特征和時(shí)間變化規(guī)律，用Mann-Kendall突變檢測法、經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分析（EOF）及小波分析等方法檢驗(yàn)降水突變特征，結(jié)果表明：青海省降水總量年際變化波動(dòng)明顯，最高值最低值差值不大;降水在青海省呈斜板式從最高向西北部逐漸減少。

關(guān)鍵詞 夏季降水;空間分布;經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分析法（EOF）;MK突變檢驗(yàn)法;小波分析法

中圖分類號(hào)：P426.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095–3305（2020）06–0–02

DOI：10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.06.034

降水是調(diào)節(jié)全球氣候的重要元素，承擔(dān)著地球自凈、清潔空氣的巨大責(zé)任。降水量多少在大氣環(huán)境變化中也起著非常重要的作用。青海省地處中國西部，屬于高原大陸性氣候，氣溫較低，日照強(qiáng)烈，空氣干燥，部分地區(qū)為高原半干旱地區(qū)。青海省氣象災(zāi)害頻繁，主要為干旱、冰雹、霜凍、雪災(zāi)和大風(fēng)。因?yàn)橛星嗖馗咴瓱崃ψ饔煤蛣?dòng)力作用青海省降水主要集中在夏季，降水量占全年降水量60%，降水分布不均，影響青海省農(nóng)牧業(yè)發(fā)展與經(jīng)濟(jì)發(fā)展，且青海省東北部地區(qū)是青海省主要農(nóng)業(yè)基地，西部畜牧業(yè)也因降水量多寡受到嚴(yán)重影響，多年頻出旱災(zāi)使得大量牛羊死亡，以畜牧為生計(jì)的牧民飽受苦難。研究青海省夏季降水變化特征，在青海省客觀提取30個(gè)國家基準(zhǔn)站點(diǎn)1960—2008年降水資料，研究近半個(gè)世紀(jì)降水量變化特征，對(duì)于生活、產(chǎn)業(yè)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)等都有重要意義[1-3]。

1 資料概況與方法

由于青海省地形地貌南北差異顯著，此次研究客觀選取青海省30個(gè)國家基準(zhǔn)氣象臺(tái)站1960—2008年夏季6—8月降水量，從全國所有站點(diǎn)中篩選出所需站點(diǎn)6—8月3個(gè)月降水量數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)得到每個(gè)站點(diǎn)季平均值和6—8月平均降水量，為之后數(shù)據(jù)處理做基礎(chǔ)準(zhǔn)備。利用時(shí)間和空間變化規(guī)律，從時(shí)間和空間兩個(gè)維度分析降水變化，研究青海省夏季降水變化特征規(guī)律，利用小波分析、Mann-Kendall趨勢檢驗(yàn)法、經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分析方法（即EOF）再檢驗(yàn)，得出結(jié)論。

2 青海省夏季降水量空間分布特征

2.1 青海省夏季降水量空間分布模態(tài)

分析青海省30個(gè)基準(zhǔn)站1960—2008年夏季降水量空間分布特征得到，青海省夏季降水量空間分布不均勻，東南部降水量多而西北部降水量少。受地形和高原山脈影響，降水量最大值為果洛藏族自治州和海北藏族自治州，夏季平均降水量276.5～322.1 mm;降水量最小值位于青海省西北腹地，是以小灶火站、格爾木站、諾木洪站為代表的海西蒙古藏族自治州，降水量8.2～37.9 mm。全省呈現(xiàn)梯度降水量形式，西北部以茫崖站、格爾木站、諾木洪站到冷湖站為邊界的呈U形區(qū)域的柴達(dá)木盆地地區(qū)為全省降水量最低，向東南方向以昆侖山為主體的青南高原降水量由于冰川資源逐漸增大（圖1）。

青海省近49年夏季降水量變化并不大，但青南高原地區(qū)降水量隨時(shí)間逐漸增大，不過未影響到柴達(dá)木盆地降水量，盆地7月達(dá)最大值后又減少。位于達(dá)坂山與拉脊山山間湟水谷地也是全省主要農(nóng)業(yè)區(qū)在7—8月降水量較高（圖2）。

2.2 經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分析（EOF）

將在青海省30個(gè)站點(diǎn)得到的49年夏季降水量資料標(biāo)準(zhǔn)化后，對(duì)其距平進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分析，得到方差貢獻(xiàn)率較大的第1模態(tài)、第2模態(tài)、第3模態(tài)空間分布及3個(gè)模態(tài)時(shí)間系數(shù)（圖3）。

由于前文提到經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分析法的結(jié)果收斂值收斂較快，表明滿足能量按自由度均分，是穩(wěn)定可分的，因此具有實(shí)際物理意義。根據(jù)青海省30個(gè)國家基準(zhǔn)站點(diǎn)1960—2008年夏季EOF時(shí)空分布特征構(gòu)成一個(gè)49行22列線性組合，根據(jù)30各站點(diǎn)降水距平原始初數(shù)據(jù)展開后得，第一個(gè)特征向量對(duì)夏季降水量方差貢獻(xiàn)為65.1%，第二個(gè)特征向量貢獻(xiàn)為10.9%，第三個(gè)特征向量貢獻(xiàn)為6.8%，共82.8%[4]。

根據(jù)青海省夏季降水前三模態(tài)時(shí)間序列得出夏季降水主要特點(diǎn)：一是第1模態(tài)占總方差65.1%，表明降水量空間分布基本為全部區(qū)域一致性，中心為青南高原地區(qū)果洛州;二是第2模態(tài)占總方差10.9%，表明降水量西部山區(qū)與東部地區(qū)降水差異性，分布也不一致，有著斜板勢空間局部地區(qū)差異;三是第3模態(tài)占總方差6.8%，表明青海省因?yàn)閺?fù)雜的地理環(huán)境特征，所反映的南北地區(qū)降水顯著差異[5]。

綜上所述，青海省夏季降水3個(gè)模態(tài)中，第2模態(tài)和第3模態(tài)受青海省地形差異影響較大，所以采用經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分析整體降水量時(shí)空變化特征有科學(xué)意義，且青海省夏季降水量變化空間分布與季節(jié)內(nèi)降水強(qiáng)度類似（圖4）。

3 青海省夏季降水量時(shí)間演變特征

青海省30個(gè)基準(zhǔn)站1960—2008年近半個(gè)世紀(jì)年際夏季降水量在6月。7、8月都存在明顯的不同年際變化，有不同程度長期趨于增長走向。8月降水量在時(shí)間上較6月和7月變化穩(wěn)定，但1967年8月出現(xiàn)一次特大暴雨，為青海省自創(chuàng)建以來日最大降水量78.9 mm，然此次降水量144.9 mm與其他相比超出將近1倍。

3.1 小波分析

由于青海省夏季降水變化具有階段性，所以進(jìn)一步分析突變性特征。用Mann-Kendall趨勢檢驗(yàn)法青海省在1970年降水有較弱回升走勢，在1999年左右存在一次突變，降水有較弱下降走勢。夏季突變主要在6月，且突變前后有明顯增多趨勢。

3.2 周期分析

對(duì)于短期氣候預(yù)測，小波分析多時(shí)間尺度變化特征及其突變特征擁有特殊優(yōu)勢，用小波分析方法對(duì)青海省30個(gè)代表站夏季即6—8月降水距平分析。根據(jù)資料青海省夏季降水一元線性擬合直線變化走勢近乎呈水平，說明青海省近50年夏季降水無明顯變化，20世紀(jì)60—70年代為少雨時(shí)期，70—80年代雨量開始有小幅度上升，但80年代初期降水開始又減小，為偏少走向，到90年代后期經(jīng)過一個(gè)低谷階段繼而上升，進(jìn)入2003年后夏季降水逐漸開始增多。在20世紀(jì)60年代、80年代初期存在準(zhǔn)3年振蕩周期，是一能量高值區(qū);80年代中期至21世紀(jì)初，5年周期也十分明顯;其他周期信號(hào)強(qiáng)度都較弱。由此得出青海省降水均以3～5年周期在變化，而且在不同階段內(nèi)不一樣的周期震蕩所表現(xiàn)出的強(qiáng)弱也不同，對(duì)于≥10年的較大時(shí)間尺度，17年前后震蕩周期顯著，反之在10年以下較小時(shí)間尺度上8～10年周期較顯著，其他信號(hào)偏弱一些[6-8]。

4 結(jié)論

（1）青海省1960—2008年近半個(gè)世紀(jì)夏季降水量空間分布不均勻，呈現(xiàn)東南部降水量多而西北部降水量少的分布情況。

（2）青海省夏季降水量在6—8月都有明顯不同年際變化，存在不同程度長期趨于增長走向。但8月時(shí)間變化上，較6月和7月降水量變化穩(wěn)定。

（3）由經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分析法得到，青海省降水量空間分布基本為全部區(qū)域一致性特點(diǎn)，且夏季降水3個(gè)模態(tài)中，第2模態(tài)和第3模態(tài)受青海省地形差異影響較大。

（4）由Mann-Kendall趨勢檢驗(yàn)，青海省1970年降水有較弱回升走勢，1999年左右存在一次突變，降水有較弱下降走勢。

（5）用小波分析方法對(duì)青海省夏季降水量變化進(jìn)行周期分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)青海省降水均以3～5年周期變化，且在不同階段內(nèi)不一樣的周期震蕩所表現(xiàn)強(qiáng)弱也不同。對(duì)于≥10年較大時(shí)間尺度，17年前后震蕩周期較顯著;反之10年以下較小時(shí)間尺度上8～10年周期較顯著，其他信號(hào)就偏弱一些。

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責(zé)任編輯：黃艷飛

Variation Characteristics of Summer Precipitation in Qinghai Province

QU Xin-yao （Yushu Meteorological Station， Yushu， Qinghai 815000）

Abstract In this paper， conventional statistical method is used to analyze the spatial distribution characteristics and temporal variation law of precipitation from June to August in summer from 1960 to 2008 in Qinghai Province. Mann Kendall mutation detection method， empirical orthogonal function （EOF） and wavelet analysis are used to test the abrupt change characteristics of precipitation. The results show that the annual variation of total precipitation in Qinghai province fluctuates obviously， and the difference between the highest and lowest precipitation is small Qinghai Province is inclined plate， gradually decreasing from the highest to the northwest.

Key words Summer precipitation; Spatial distribution; Empirical orthogonal function（EOF）; MK mutation test method; Wavelet analysis method

作者簡介 曲欣瑤（1996–），女，青海玉樹人，助理工程師，主要從事天氣預(yù)報(bào)與氣象服務(wù)研究。

收稿日期 2020–06–23