1957_2004年中国不同强度级别降水的变化趋势特征_王小玲

第24卷 第5期 热 带 气 象 学 报 V ol.24, No.5 2008年10月 JOURNAL OF TROPICAL METEOROLOGY Oct., 2008文章编号：1004-4965(2008)05-0459-081957～2004年中国不同强度级别降水的变化趋势特征王小玲， 翟盘茂(国家气候中心, 北京 100081)摘 要: 利用1957～2004年我国506个测站的逐日降水观测资料，分析我国8个区域年降水量、年降水频率和平均降水强度的趋势变化，根据百分位的分布，分析不同强度级别降水量和降水频率的趋势变化，以及频率和强度变化分别对降水量趋势的贡献。

结果表明，年降水量、降水频率和平均降水强度均存在明显的区域变化特征。

针对不同强度级别降水量和降水频率的趋势分析表明，极强降水量的趋势变化最为明显，频率变化在各强度级别均有体现，降水量的趋势变化主要由强降水量的变化引起，降水频率变化对降水量趋势的贡献远大于强度变化，趋势变化主要由频率的趋势产生。

关 键 词：中国降水；降水频率；降水强度；变化 中图分类号：P426.62.3 文献标识码：A收稿日期: 2007-04-23; 修订日期：2007-11-28基金项目：国家自然基金项目近50年中国降水频率、强度和总量变化(40575038)资助通讯作者: 王小玲，女，河南焦作人，工程师，硕士，主要从事气候变化研究。

E-mail ：xlwang@1 引 言由于我国所处地理位置特殊，受季风气候影响，每年都会遭受不同程度的干旱与洪涝。

1998年长江发生了全流域性的大洪水，嫩江和松花江也遭遇了百年不遇的特大洪涝[1]，2003年夏季淮河流域出现洪水，秋季黄河流域又遭受严重秋汛，而南方大部地区持续干旱。

研究表明，我国降水的长期趋势具有明显的地区性[2-4]，其年代际变化与重大干旱和洪涝有关[5]，而大气环流的季节循环变异对旱涝的形成起决定性作用[6]。

通过对不同强度等级(大于10、50和100 mm/d)的极端降水研究表明[7-8]，极端降水的强度有增强趋势。

利用降水百分位的分布，针对特定百分位(大于95%百分位和90%百分位)的极端降水的变化也有研究[9-10]。

以上研究主要是针对极端降水展开的。

龚道溢等[11]将我国北方的降水分成4个等级进行研究，弱(小于10 mm/d)、中等(10～25 mm/d)、强(25～100 mm/d)和极端降水(大于50 mm/d)。

Karl 等[12]在1998年将美国降水按照百分位分布划分为特定级别，并提出估计降水频率和降水强度分别引起的降水变化的方法，使得计算频率变化和强度变化对降水变化的贡献成为可能。

本文依据Karl 等[12]提出的方法，分析1957～2004年我国降水的变化特征。

首先分析我国不同区域降水量、降水频率和平均降水强度的趋势变化，再根据由降水百分位分布定义的特定级别，讨论哪些强度级别的降水量和降水频率发生了变化。

降水量的变化由频率变化、强度变化或者两者共同变化引起，为此，本文进一步分析了频率变化和强度变化对降水量趋势变化的贡献，并探讨降水量变化到底受哪些强度级别的降水频率和强度变化影响。

2 资料和方法2.1 资料说明本文使用的资料为中国气象局国家气象信息中心提供的全国743个测站的逐日降水观测资料，记录长度为建站之日至2004年，其中多数台站的建站时间晚于1951年。

截至1957年我国大多数台站均已建立，故选取1957～2004年的资料为研究对象，测站数为506个(图1)。

在我国西部地区，一些测站是在1950年代末1960年代初建立的，考虑到测站的覆盖范围要广，将建站于1957～460 热 带 气 象 学 报 24卷1960年的测站资料在1957年1月1日至建站之日的观测值用缺测值代替。

2.2 方法简介平均降水强度为年降水总量与年降水总频率的比值。

本文定义降水强度为降水分布对应的特定百分位(降水量)，接近100百分位代表非常强的降水而接近0的表示非常弱的降水，将逐日降水强度分为10个等级，分别用1～10表示，每一等级有10个百分位，0%～10%、10%～20%、……、90%～100%，其中0～10%为极弱降水，90%～100%为极强降水。

降水量的变化由降水频率变化、降水强度变化或者由两者共同变化引起，由公式(1)和(2)可以分别得到由频率和强度变化引起的降水量趋势。

通过计算降水事件的平均降水量(e p )和频率的趋势值(b f )[12]，得到由频率变化引起的降水量的趋势值为()b p b = (1)而由降水强度变化引起的趋势分量，可由下列公式直接计算b f = b -b e (2)其中b 是降水量的总趋势值。

将中国大陆划分为8个区，东北(NE)、华北(N)、西北西部(WNW)和西北东部(ENW)称为中国北方，华东(E)、华南(S)、西南(SW)和青藏高原(Tibet)称为中国南方(图1)。

各序列的线性趋势值由最小二乘法计算，使用Kendall-Tau [13]方法检验其显著性。

文中用到的多年平均值为1971～2000年的平均值。

考虑到降水量的局地变化较大，不同地区降水量趋势值(mm/(10 a))没有可比性，在表示降水量趋势时用相对趋势(%/(10 a))，即降水量趋势占多年平均降水量的百分比，平均降水强度的趋势也采用与多年平均降水强度的比值(%/(10 a))。

图1 中国506个测站和8个区域的分布3 1957～2004年我国各区域年降水量、降水频率和平均降水强度的变化3.1 年降水量的趋势变化与北半球其它中高纬地区降水呈增加趋势[14-15]不同，我国的年降水量有明显的区域性特征。

图2a 给出了1957～2004年我国8个区域的年降水序列变化，图中年降水序列为年降水量与气候平均值的比。

降水量的趋势变化除在西北西部和青藏高原达到95%统计显著水平外，其余各区降水量的趋势变化均没有达到统计显著标准。

西北西部和青藏高原年降水量的显著增加趋势分别为4.5%/(10 a)和3.0%/(10 a)，华东地区年降水量也有明显的增加趋势(1.4%/(10 a))。

华北、西北东部和东北地区年降水量均呈减少趋势，华北地区年降水量的减少趋势达到了-2.7%/(10 a)，杨修群等[16]也揭示了这一变化特征；西北东部和东北地区的减少趋势均为-2.1%/(10 a)。

西南和华南地区的年降水量变化趋势均较弱。

尽管西北西部的降水在增加，由于受温度升高的影响，并不存在变湿趋势[17]。

西北西部和青藏高原降水量的增加在春、夏、秋、冬四个季节中均有体现，而华东地区降水量的增加则主要归于夏季降水量的增加[9]。

年5期王小玲等：1957～2004年中国不同强度级别降水的变化趋势特征 461降水量在各区域的增加和减少趋势与这些地区干旱面积的减少和增加相一致[18]。

3.2 年降水频率的趋势变化图2b为各区域年降水频率的趋势变化。

除西北西部和青藏高原年降水频率呈增加趋势外，其余各区年降水频率均呈减少趋势，且线性趋势在大多数区域均达到统计显著水平。

西北西部和青藏高原年降水频率的增加趋势分别为3.2天/(10 a)和4.3天/(10 a)，西南地区年降水频率的趋势变化最为剧烈，为-4.4天/(10 a)，华北和华东地区年降水频率的线性减少趋势分别为-4.2天/(10 a)和-3.7天/(10 a)。

东北地区和西北东部降水频率的减少趋势均为-1.3天/(10 a)，没有通过显著性检验。

3.3 平均降水强度的趋势变化图2c给出各区域平均降水强度的变化。

平均降水强度在华北、东北和西北东部呈减弱趋势，在其余各区均呈增强趋势。

华北、东北和西北东部平均降水强度在1957～2004年间的线性减弱趋势在统计上并不显著。

西北地区西部、华东和西南地区平均降水强度的增强趋势均达到0.05统计显著性检验，趋势值分别为2.9% /(10 a)，2.7 %/(10 a)和1.2% /(10 a)。

青藏高原和华南平均降水强度的增强趋势没有达到统计显著性检验。

462 热 带 气 象 学 报 24卷图2 1957～2004年中国8个区域年降水量(a)、降水频率(b)和平均降水强度(c)及线性趋势*表示通过0.05显著性检验，各序列趋势单位分别为：%/(10 a)、天/(10 a)、% /(10 a)。

4 各区域不同强度级别降水量和降水频率的变化4.1 不同强度级别降水量的趋势变化图3为8个区域不同强度级别降水量的趋势变化，各级别的趋势之和等于降水量的总趋势，由此可以看出弱降水、中等强度降水和强降水分别对降水总量趋势变化的贡献。

各区域降水量在不同强度级别的趋势变化有一个共同点，弱降水和中等强度降水的趋势变化均较弱，强降水的趋势变化相对较大，极强降水量(大于90%百分位)的变化趋势最为显著(华南除外)，降水量的趋势变化主要由极强降水量的趋势变化引起。

Groisman等[19]的研究指出北半球中高纬度的强降水和极端强降水呈增加趋势。

而在我国，强降水与降水总量的变化一致，东北、华北和西北东部降水总量呈减少趋势，极强降水也呈减少趋势，华东、西北西部和青藏高原降水总量呈增加趋势，极强降水也呈增加趋势。

东北、华北和西北东部极强降水量的减少趋势分别为-1.7%/(10 a)、-1.7%/(10 a)和-1.8%/(10 a)，远远大于其它级别降水量的趋势，这些地区降水量的减少主要由极强降水量的减少引起。

华东、西北西部和青藏高原极强降水量的增加趋势分别为 2.7%/(10 a)、3.7%/(10 a)和1.8%/(10 a)，均比其它级别的趋势变化大得多，这三个地区降水量的增加主要是由于极强降水量的增加。

4.2 不同强度级别降水频率的趋势变化各区域不同强度级别降水频率的趋势变化不像降水量那样具有显著一致的特点，频率的变化趋势在各级别均有体现(图4)。

就区域分布而言，西北西部和青藏高原各强度级别降水频率以增加趋势为主要特征，其它地区则以减少趋势为主。

Easterling等[20]在2000年揭露了我国东北地区极强降水频率减少的趋势，由图4可以看出，在东北地区，不仅极强降水频率有明显的减弱趋势，70%～80%和80%～90%百分位的强降水频率也有明显减弱趋势。

西北东部极强降水频率的减少趋势为-0.96天/(10 a)，是各强度级别变化最剧烈的。

华北地区极弱降水(小于10%百分位)日数的减少趋势达到了-1.8天/(10 a)，达95%统计显著水平，40%～50%百分位的降水日数也呈显著减少趋势，为-1.1天/(10 a)。

严中伟等[21]指出，中国北方毛毛雨的减少是大气环境干旱化的一个事实，这一事实在华北地区得到了充分体现。

华北、东北和西北东部降水频率的减少，使持续干旱日数可能增长。