1982～2020年鹤壁市降水特征分析_刘晓丹.pdf

2023年第1期新 疆 有 色 金 属19822020年鹤壁市降水特征分析刘晓丹1桑明凡2（1.河南理工大学资源环境学院，河南焦作 454000；2.湖北省地质局第三地质大队，湖北黄冈 438000）摘要：鹤壁市属于暖温带半湿润型季风气候，受季风的影响，降水量的年际、年内变化均较大，为深入了解鹤壁市的降水资源及其时空变化规律，本文收集了1982年2020年鹤壁市降水量数据。通过MK趋势分析、MK突变分析，以及Morlet小波周期分析来研究鹤壁市近39年来降水的变化特征。结果表明：鹤壁市降水量年内分配不均，降水主要来源于79月份，占全年的65%左右。鹤壁市降水量多年变化以及各季度变化均呈现减少的趋势，对全年降水量变化起决定性作用的是夏季和秋季降水量的变化。鹤壁市季度和年际的降水量均存在多个周期，且存在小尺度的丰枯变化嵌套在大尺度周期变化内的复杂结构，在未来降水量会有所增加。关键词：降水量；MK分析；周期分析；鹤壁市1 引言降水是全球水循环的重要环节，也是大气中最活跃的要素之一，在时空上具有显著的差异性1。降水是一个地区地表水、地下水的重要补给来源，降水的变化基本上反映了该区域水资源的丰枯变化。因此对降水量进行动态变化特征及演变趋势的研究是十分有必要的。近年来，有不少学者研究了降水的变化特征。如程楠楠等分析了降水量的空间变异性和时间变异性，结果显示黄土高原地区降水量东南偏多，西北偏少，降水量近年来呈减少趋势2。王一鸣采用线性趋势方法，分析了宜良县降雨量的变化特征，结果显示降雨量为逐年减小的趋势3。罗应忠等对盘州市19852015年的降雨量进行时间序列变化特征分析和突变性分析。结果显示降水量呈现不稳定下降的趋势，确定了2001年为突变年份4。刘蕾等对芜湖市的降水量进行研究，得出了年降水量存在5年、10年和40年的周期，且降水量存在微弱增加的趋势5。鹤壁市位于河南省的北部，太行山东麓向华北平原的过渡地带，属于暖温带半湿润型季风气候。四季分明，温差较大，夏季主要存在偏南风，冬季主要存在偏北风。降水量的年际、年内变化较大。因此，本文利用MK趋势分析、MK突变分析以及小波周期分析对鹤壁市19822020年间的降水进行分析，以便得出鹤壁市降水量的时空变化规律。2 降水量基本特征分析2.1 年内变化特征根据鹤壁市19822019年的年内平均降水量，分析可以得出：在15月降水量逐月递增，6月存在小的减少趋势，6月份之后降水量剧烈增加，78月间降水量增至最大，然后降水量开始急剧减少，10月份之后，降水量的下降趋势减缓。降水量年内分配不均，在14月和1012月，降水量均处于50mm以下，7月份和8月份的降水量大于150mm。79月是全年降水的主要来源，占全年降水量的65%左右。2.2 年际及季度变化鹤壁市19822020年以来，春季降水量为减少的趋势，递减率为5.9mm/10a。其中1990年春季降水量最高，达到135mm，春季降水最少的是2004年，在春季未下雨。在20082020年间，降水量较之前出现明显的减少。夏季降水量呈减少趋势，递减率为5.9mm/10a。夏季降水量存在明显的丰枯交替的变化，最大值为 271.1mm（1994 年），最小值为 48mm（2011年）。秋季降水量的递减率为16.6mm/10a，秋季 最 大 降 水 量 为 897.1mm（1982 年），最 小 值 为147.7mm（1986年）。冬季降水量递减率4.7mm/10a。冬季最大降水量为 143mm（1993 年），在 2014 年冬季，未出现降雨。鹤壁市19822020年以来降水量整体呈现减少趋势，递减率为36.8mm/10a。降水量的年际变化较大，降水量最大为 1076.7mm（1982年），降水量最少为317.5mm（1997年），相差了3倍以上。计算年均降水和各季度降水间的相关系数，结果表明，鹤壁市夏季降水量与全年降水量的相关系数为0.364，在0.05级别下显著相关。秋季降水量与全年降水量的相关系数为 0.838，在 0.01级别下显著相关，说明夏季和DOI:10.16206/ki.65-1136/tg.2023.01.021562023年第1期新 疆 有 色 金 属秋季降水量的变化对全年降水量起决定性作用。2.3 降水量多年动态分析鹤壁多年月降水量整体波动较小（图1）。通过计算，MK趋势检验分析的Z值为-1.3786，其绝对值小于1.65，未通过显著性检验，表明降水量的下降趋势不显著。除了趋势性变化，降水量还存在突变的情况。本文将对鹤壁市降水量进行MK突变检验。MK突变分析结果显示，UF和 UB曲线在基本上均位于 0.05置信区间之内，表明整体上鹤壁市降水量无显著的趋势变化。两条曲线在19982004年间存在多个交点，说明没有明显的统计学意义6。近年来鹤壁市年降水量的UF和UB相交于2019年，说明在该年份降水量发生突变，以后降水量会有所增加。3 周期特征分析Morlet小波变换的实部表示不同特征时间尺度信号在不同时间上的分布和位相两方面的信息7。小波系数的正负变化，表示降水量丰枯变化，从实部的变化可以看出降水量的丰枯变化。对鹤壁市19822020年的年降水量以及各季度的降水量进行Morlet小波变换，分析该地区降水量存在的周期变化信息。春季降水量在整个时间域上存在12年，1016年的尺度变化周期。另外，在 19821997年间存在37年的周期变化；在19982020年间存在510年的周期变化。整体上来看，1016年时间尺度的周期表现最强。而在近5年中，各尺度的波动能量均较弱，具体表现为近几年春季降水周期性不明显。夏季降水量周期变化随着时间而呈现周期增大，具体表现为在19852002年间呈现410年的周期变化，而在20032020年间基本上为715年的周期变化，全时间段存在 1216年的周期变化。且在20032020年间存在 37年的小尺度丰枯变化嵌套在715年的大尺度周期变化内的复杂结构。在未来夏季降水量依旧是减少的状态。秋季周期变化随着时间增长也呈现周期增大，具体表现为在 19821998 年间存在 46 年的周期，19982014 年主要为 59 年的周期变化，20152020年间主要为814年的周期变化。同时在19822015年间存在816年的周期变化。在未来秋季降水量会有所增加。冬季降水量在整个时间域上存在816年的变化周期，但在近5年，该周期的强度变弱。除此之外在19822010 年间，降水量存在 46 年的周期变化，20102020年间存在着610年的周期变化。在未来冬季的降水量会有所增加。从鹤壁市年均降水量的小波变换结果可以看出，鹤壁市年降水量存在35年，612年，1016年左右的周期振荡。其中1016年的周期变化能量尺度最大，周期振荡最显著，共出现了丰枯次交替。19902020年间，降水量存在着612年的周期变化，图1鹤壁市多年月降水量变化曲线572023年第1期新 疆 有 色 金 属在这个尺度上存在准 5次丰枯变化，在全域存在着35年的周期变化，但波动能量较弱。总体来看影响鹤壁地区降水量的丰枯变化主要是1016年的周期振荡，在未来降水量会有所增加。4 结论本文收集了鹤壁市近39年来降水量数据，采用MK趋势分析、MK突变分析，以及Morlet小波周期分析等来研究降水的动态变化特征。主要结果有：（1）鹤壁市年内降水量差异较大，整体呈现先增加再减少的趋势；14月份和1012月份的降水量均处于50mm以下，79月份的降水量占全年降水量的65%，是全年降水主要来源。（2）降水量年际和各季度均呈现减少的趋势。但各季节的减少幅度不同，春季降水的递减率为5.9mm/10a，夏季递减率为5.9mm/10a，秋季递减率为16.6mm/10a，冬季递减率 4.7mm/10a，年降水量的递减率为 36.8mm/10a。1982 年的降水量达 1997 年降水量的3倍以上，降水的年际变化较大。夏季和秋季降水量的变化对全年降水量起决定性作用。（3）鹤壁市四季和年际的降水量均存在多个周期。鹤壁市春季降水量具有12年、37年、510年、1016年的尺度变化周期。其中1016年时间尺度的周期表现最强。而在近5年中，各尺度的波动能量均较弱。夏季和秋季的周期变化均随着时间推移而呈现周期增大，同时存在小尺度的丰枯变化嵌套在大尺度周期变化内的复杂结构。冬季降水量在整个时间域上存在816年的变化周期，除此之外在局部存在着46年、610年的周期变化。（4）鹤壁市年降水量存在35年，612年，1016年的周期变化。其中1016年时间尺度的周期振荡最为显著，在未来降水量会有所增加。参考文献：1刘晓冉，李国平，范广洲，程炳岩，李洪权.我国西南地区19602000年降水资源变化的时空特征J.自然资源学报，2007（05）:783-792.2程楠楠，何洪鸣，逯亚杰，景昭伟，Soksamnang Keo.黄土高原近52年降水时空动态特征J.山东农业大学学报（自然科学版），2016，47（03）:388-392.3王一鸣，王芳芳.19602010年宜良县降雨量和蒸发量变化特征分析J.安徽农业科学，2016，44（09）:229-230+261.4罗应忠，韦小茶，韦政学，陈飞，孔秋平，陈孟.贵州省盘州市降雨量变化特征分析以19852015年为例J.农业与技术，2020，40（13）:98-102.5刘蕾，高辉，张丽，王亚玲，付伟.近140年芜湖地区降水量年代际变化特征J.水土保持研究，2021，28（05）:114-120.6符静，旷微，邓运员，田亚平，赵莎.湖南省近56年降水变化趋势及空间特征J.西南大学学报（自然科学版），2021，43（02）:110-119.7洪波，海米提 依米提，马蓉，等.气候变化和人类活动对开都河径流的影响J.安徽农业科学，2015（16）:201-204.收稿：2022-03-2558