气候变化背景下中国北方干湿区降水资源变化特征分析

中国北方地区降水资源空间差异较大且种植结构迥异,细致分析北方不同干湿区降水资源的变化规律和分布特征,可为北方地区合理利用降水资源,调节种植结构,适应气候变化提供科学参考。该文利用中国北方15个省市308个气象站点1961-2010年逐日降水资料,以1981年为时间节点,将过去50 a分为1961-1980年和1981-2010年两个时段,基于干旱区、半干旱区和半湿润区划分标准,明确了与1961-1980年相比,1981年以来北方干旱区、半干旱区和半湿润区空间变化特征;依据中国气象局降水量等级标准及春夏秋冬四季划分标准,系统分析了北方三大区域内小雨、中雨、大雨及暴雨各等级降水量和降水日数在全年降水量和降水日数中的比例,以及降水在一年四季中的分配特征。研究结果表明:气候变化背景下,1981年以来西北地区的干旱区面积减少,东北地区的半湿润区面积减少,而半干旱区面积扩大明显。研究时段内干旱区年降水量呈显著增加趋势,最近30a各等级降水量和降水日数均高于1980年之前的20a,其中小雨、中雨等级增加幅度最大;季节变化中,尤以冬季最明显。半干旱区和半湿润区年降水日数均呈显著下降趋势,最近30 a小雨等级降水量和降水日数均有明显下降;夏季和秋季降水量和降水日数均减少,半干旱区夏季降水减少更明显,半湿润区则以秋季减少最为显著。北方地区年内发生的降水事件95%以上是小雨和中雨,小雨和中雨量总计占全年降水量的75%;研究时段内北方地区的小雨频率有不同程度下降,而中雨频率呈升高趋势,干旱区表现尤其明显,其对作物生长季内降水有效利用影响较小。各季节降水分配的变化中,干旱区和半干旱区春季降水贡献率升高,半湿润区秋季降水贡献率降低;干旱区仅夏季降水频率有下降;半干旱区各季节降水频率指标变动最突出,春冬季节降水频率有增加而夏秋季节降水频率在下降;半湿润区春季和冬季降水频率有所增加,而秋季降水频率下降;研究区域内各降水指标极大值主要集中南北两端;干旱区与半干旱区内北疆地区及内蒙古东北部的强降水量、强降水日数大于区域内青海、甘肃、宁夏的中部和南部。所得结论可为明确中国北方地区不同干湿区降水资源变化及种植结构和作物布局调整提供参考。     

1961-2013年东北地区夏季降水变化趋势分析

选取东北地区84个气象站1961—2013年逐日降水资料,利用Mann-Kendall统计检验方法、线性回归、气候倾向率和变异系数方法分析了近50年东北地区夏季降水日数、降水量和降水强度的时空变化特征,讨论了夏季不同等级降水日数和降水强度变化趋势和变异场特征。结果表明:近53年,东北地区夏季降水日数呈显著的下降趋势,其变化总体呈现出60年代 > 70年代≈80年代 > 90年代 > 21世纪前13年（2001—2013年）的特征,而降水量和降水强度的升降变化并不显著。东北地区夏季小雨雨日总体呈下降趋势,其中,东北地区东南部降幅最大,平均为-2.5～-1 d/10 a;中雨雨日倾向率也以下降为主;大雨、暴雨雨日倾向率的下降区域位于黑龙江中部、吉林西北部和辽东半岛,而在辽宁中部、黑龙江西部和内蒙东北部为大雨和暴雨雨日上升区。东北地区夏季小雨雨强倾向率在东北地区东南部以上升为主,升幅为0～0.1 mm/10 a,而西北部主要以下降为主,降幅为-0.1～0 mm/10 a;东北地区夏季大雨和暴雨日数波动较大,尤以暴雨日数的波动最为显著,相比于大雨和暴雨,小雨、中雨雨日和雨强的变化都要更稳定。     

1960—2011年福建省不同等级降水时空变化特征

基于1960—2011年福建省17个气象站点逐日降水资料,运用线性趋势、Mann-Kendall非参数检验和R/S方法分析福建省不同等级降水量和降水时间的时空变化特征。结果表明:1960—2011年期间福建省年均降水量增加,年均降水时间明显减少;各季节小雨、中雨降水量和降水时间呈现减少趋势,大雨、暴雨降水量和降水时间有增加趋势;各季节不同等级降水的降水量和降水时间的空间分布差异较大,中部屏南—九仙山一线为小雨降水量和降水时间的高值区,东南沿海为暴雨的高值区。春夏冬3季的大雨、暴雨降水量和降水时间将持续增加,极端降水概率增大,小雨和中雨的降水量和降水时间将持续减少,发生阶段性干旱的可能性增大。     

近30年闽北地区不同等级降水时空分布特征

基于闽北地区1980~2009年17个气象站点逐日降水数据资料,运用线性倾向估计、滑动平均法、MannKendall突变性分析法、反距离加权插值法,分析近30年来闽北地区降水的时空变化特征。结果表明:(1)时间上,闽北地区近30年降水量和降水天数变化呈略微下降趋势,其中2~4月降水量呈现显著的减小趋势,6、8、12月降水量呈现显著的增加趋势。降水量突变发生时间在1988年、2007年。(2)春季小雨、中雨、大雨和夏季小雨、中雨以及秋季小雨等级降水量表现出明显的减少趋势,而夏季暴雨有明显增大趋势。闽北地区四季降水总时间和四季小雨以及春季、夏季中雨等级降水天数均出现明显减小趋势,而夏季暴雨天数呈现明显增加趋势。(3)空间上,闽北地区多年降水量及降水天数空间分布存在明显区域差异。各等级降水量及降水天数高值区位于该地区东北部的七步、寿宁、柘荣、光泽、浦城等地,低值区位于闽北地区东南部的洋中坂等地。     

近52年黑龙江省不同级别降水特征分析

利用黑龙江省28个气象站点1959—2010年逐日降水资料,采用气候倾向率、ArcGIS中的反距离加权插值等方法分析了黑龙江省不同级别降水日数、降水量和降水强度的气候特征及变化趋势。结果表明:近52a来,黑龙江省年平均降水量呈微弱的减少趋势,雨量的减少主要是由于夏季微雨和小雨雨量显著减少;降水强度呈显著减弱趋势,主要是源于微雨和小雨降水强度的减少;年雨日数及四季(夏季除外)的雨日数均呈增加趋势。雨日的增加主要是由于微雨、小雨及中雨日数显著增加;降水量空间分布特征总体表现为中部最多,南部其次,西部和北部相对较少。     

淮河流域不同量级降雨时空分布特征及其影响因素

采用淮河流域1965—2016年67个气象站点52 a的逐日降水资料,应用Mann-Kendall趋势检验法、反距离权重插值法和Morlet小波分析法,研究了不同量级降雨时空分布特征及其影响因素。结果表明:（1）淮河流域各量级降雨的年降水量均呈增大趋势,其中暴雨的年降水量年际变化波动相对较大。（2）整个淮河流域的降雨以中、大和暴雨为主,且比较集中。（3）淮河流域小雨和中雨的年降水量由南向北的递减较为平均,各级雨量带呈条带状分布,而大雨和暴雨的各级雨量带无条带状分布的规律。此外,不同量级降雨的降水日数和降水量空间分布一致,均具有“由南向北,依次递减”的特点。（4）1965—2016年,太阳黑子出现极值的年份与淮河流域各量级降雨的降水量极值年份并不完全对应。淮河流域暴雨的年降水量和太阳黑子数都在15 a左右尺度上震荡明显,虽然尺度上不能完全对应,但有交叉,说明暴雨的年降水量和太阳黑子数存在相似的振荡周期变化。     

海河流域不同等级降水强度和雨日的时空变化特征

利用1960-2013年海河流域30个气象站点的日降水量资料,采用一元线性趋势、5a滑动趋势、MannKendall检验、Morlet小波分析、反距离空间插值(IDW)等方法,对海河流域不同等级降水强度和雨日的时空变化特征进行研究。结果表明,(1)与东南部地区相比,海河流域西北部地区大雨以上级别雨日少,强度小,而小雨雨日相对更多,强度相对更大,暴雨以上级别雨日表现出由东南向西北递减的趋势。(2)小雨是海河流域主要降水形式,近54a来小雨日数呈极显著减少趋势(P0.01),小雨强度呈极显著增大趋势(P0.01),其它量级雨日和强度的线性变化趋势均不显著;不同等级降水强度和雨日的M-K检验结果显示,小雨日数发生减少突变,小雨强度发生由弱向强的转折变化,但未出现突变,其它雨量等级未发生突变。(3)不同等级降水日数的变化周期集中在10a、17a左右,各等级降水强度的变化周期均集中在17a左右。     

渭河流域降雨结构时空演变特征

为研究气候变化背景下渭河流域降水结构的时空变化,利用渭河流域71个气象站1981—2012年汛期(5—9月)逐时降水资料,选取降水发生率和降水贡献率两个指标,结合线性倾向率和非参数Mann-Kendall检验法探讨了流域降水结构的变化趋势及不同降水历时和不同降水等级的空间变化特征。结果表明:(1)渭河流域各历时降水发生率随历时增加呈指数形式快速递减,降水贡献率随历时增长先快速增大,后波动减小。流域上游短历时降水发生率和贡献率较高,而流域中下游长历时降水发生率和贡献率较高。(2)渭河流域1~6h的短历时和48h以上长历时降水发生率和贡献率均表现为减小趋势,7~24h历时降水发生率和贡献率为增加趋势,这种变化趋势在流域的中下游更加显著。(3)渭河流域降水发生率随降水等级的增加呈指数下降,小雨发生率最高,而暴雨的发生率最低。比较而言,流域上游小雨和中雨的发生率和贡献率较高,而流域中下游大雨和暴雨发生率和贡献率较高,特别是在渭河干流,暴雨贡献率在25%以上。(4)渭河流域小雨级别的降水事件发生率和贡献率均表现为显著的下降趋势,而暴雨级别降水发生率和贡献率表现为增加趋势,这种变化趋势将可能使流域防洪形势趋于严峻。     

近50年来四川盆地降水日数的时空变化特征

利用1960—2010年四川盆地16个气象站逐日降水资料,采用距平统计法、线性趋势法、Mann—Kendall检验法及Kriging插值法对该区近50a降水日数及不同等级降水日数的时空分布特征进行了定量分析。结果表明:(1)四川盆地降水发生日数总体呈减少趋势,且从20世纪90年代开始出现以来延续至今;不同等级降水日数均呈减少趋势,其中小雨日数减少最明显,对降水日数减少的贡献最多。(2)四川盆地降水日数的减少是一种突变现象,突变年份为1994年。(3)四川盆地年均降水日数总体表现为西部、南部较多,东部、北部较少。(4)四川盆地西部、北部降水日数减少趋势较快,这种减少趋势可能是对全球变暖的区域响应;不同等级降水日数的趋势随地域的变化存在很大差异,其中东北部暴雨日数的小幅增加趋势使得地质灾害发生的可能性增加。     

近50年黑龙江省作物生长季农业气候资源的变化分析

利用1961-2010年黑龙江省28个站点逐日气象资料,应用Mann-Kendall突变检测和线性趋势系数方法分析作物生长季(5-9月)农业气候资源的变化特征,并运用降水集中度和集中期对降水条件进行分析。结果表明,研究区近50a来日照时数平均每10a减少8.8h,稳定突变点在1980年;农业热量资源显著增加,平均气温增加趋势极显著(P<0.01),最低气温升高是增温的主要贡献者,作物生长季气温突变点在1996年,比全年平均气温突变点晚了10a左右,≥10℃积温和积温日数增加也极显著(P<0.01),但积温的初、终日年际间变化较大;农业水资源减少,总降水量平均每10a减少4mm,降水量级越大,降水分配的不均匀性越突出,中雨以下降水日数显著减少(P<0.01),而大雨和暴雨降水日数增加,平均增速分别为0.5和0.45d.10a-1;降水集中期在7月下旬,且降水量级越大,其集中度越大,大雨和暴雨以上降水的集中度分别为57.7%和68.7%,极端降雨过于集中,不利于被农作物有效利用,且容易出现局地洪涝。     

1959-2007年安徽省降水时空变化特征分析

利用安徽省1959-2007年的逐日降水资料,采用线性回归法、Mann-Kendall法、累积距平法和Morlet小波分析方法,分析了近49a降水变化趋势及变化特征。结果表明,安徽地区夏季和冬季降水有显著的增加趋势(P<0.05),春、秋季和年降水量的变化趋势不显著。全区年降雨日总数有极显著的减小趋势(P<0.01),但暴雨日数却有所增加。雨日总数自南向北递减,但暴雨日数的气候倾向率却有自南向北增加的趋势。全省年降水量和四季降水量大致存在两个主周期的变化,2～4a周期震荡趋势逐渐明显。安徽地区雨日减少,强降水增加,降水有集中化趋势。20世纪90年代中期以后,降水宽幅震荡趋势凸显,不确定性增加,导致旱涝灾害发生可能性增加,会对当地农业生产带来不利影响。     

渠江流域降水时空分布特征

基于1961-2020年渠江流域13个气象站点降水数据,运用累积距平、Mann-Kendall检验、小波分析和Kriging插值等方法研究分析了流域降水量及暴雨事件的时空分布特征。结果表明:渠江流域60年年均降水量1 126.17 mm,年降水量整体呈缓慢上升趋势,降水倾向率为6.9 mm/10 a。年降水量波动剧烈,存在27年、15年的周期性变化。年均降水量呈现由西部向东北部递增的趋势,降水量高值区位于流域东北部万源地区,低值区位于西部巴中地区。年降水量倾向率呈现由西北部向东南部递增的趋势,东部及南部降水倾向率为10~15 mm/10 a。渠江流域降水呈季节性变化,春季、秋季降水量呈下降趋势,夏季、冬季降水量呈上升趋势。5年滑动平均数据表明,夏季降水倾向率为16.9 mm/10 a,秋季降水倾向率为-7.7 mm/10 a。季节降水量波动明显,突变点较多,春、夏、秋季突变点主要集中于1961-1980年和2010-2020年间,冬季突变点集中于1985-2005年间。渠江流域春、夏、秋、冬四季降水倾向率最高值分别位于流域南部、东北部、东南部和西部。渠江流域汛期暴雨年均日数为4.28日,暴雨日数整体呈上升趋势,60年内暴雨日数以0.21 d/10 a的速率增加。汛期暴雨日数年际波动明显,1965年、1983年、1984年呈显著增加趋势。汛期暴雨日数存在14年、21年的周期性变化。渠江流域多年平均暴雨日数呈现由西南部向东北部递增的趋势,流域南部达川地区的上升趋势最快,较流域整体上升趋势高0.15 d/10 a。     

Precipitation and Erosivity in Southern Portugal: Seasonal Variability and Trends (1950–2008)

Southern Portugal experiences the lowest amounts of annual precipitation and the highest level of susceptibility to soil erosion, drought events and desertification phenomena in mainland Portugal. The first goal of this paper was to analyse spatial variability and trends in annual precipitation and erosivity in southern mainland Portugal for the period 1950/1951–2007/2008. The second objective was to evaluate seasonality in relation to precipitation distribution, erosivity and concentration over the same period and to evaluate and detect possible changes in the time trend for precipitation erosivity. In order to achieve these objectives, the annual and seasonal precipitation figures, corresponding to data from 90 rain gauges, were analysed and the Modified Fournier Index and Precipitation Concentration Index calculated for each station. The results obtained revealed distinct behaviour patterns for yearly precipitation, erosivity and concentration trends. Decreases in annual precipitation and erosivity figures accompanied by increases in precipitation concentration were found. Nevertheless, no generalised significant trends have been detected for these variables. In seasonal terms, there was a general trend towards an increase in amount, concentration and precipitation erosivity in autumn and summer, and a significantly reducing in winter. The increase in precipitation erosivity, particularly in the autumn, the most water‐erosive season, suggests a rising in potential soil erosion risk in southern Portugal. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

近50年安徽淮北平原降水变化特征分析

选取淮北平原6个典型代表气象站的逐年降水观测资料,采用数理统计方法、趋势拟合和R／S分析等方法,分析了年降水量、主汛期降水量和暴雨日数的变化特征。结果表明,淮北平原年降水量和主汛期降水量增加并不明显,但年际间波动较大,年降水平均变异系数0．26,最大极差在1150mm以上;主汛期降水量变异系数0．39,极比达到5．07,导致旱涝频繁发生。趋势分析表明,20世纪90年代以来,淮北平原多雨年和少雨年都呈增加的趋势,暴雨日数也呈明显增多的趋势。R／S分析得出,未来淮北平原的降水仍呈宽幅震荡的趋势,旱涝灾害仍是制约当地农业生产的主导因素。     

安徽淮河流域各级降水时空变化及其对农业的影响

利用淮河流域安徽省境内多个台站的逐日降水资料,采用点面结合、长短期结合的方式,分析淮河流域不同级别的降水量、降水日数和降水强度的时空分布特点及其对农业生产的影响。结果表明,年总降水量、大雨量和暴雨量随时间变化的趋势不显著,但年总降水日数减少,大雨以上级别雨日有微弱增加趋势,夏季降水量和大雨以上级别降水占总降水量的比例也有增加趋势;年和夏季的大雨和暴雨强度随时间呈显著的二次曲线关系,20世纪90年代后呈增大趋势;产量与降水量和降水日数均为二次曲线关系,与降水量的相关系数高于降水日数。近年来,平均年降水量和夏季降水量均高于农作物获得高产的最适值,涝灾受灾面积有明显的增加趋势。     

湖南省近50年降水特征分析

利用湖南省21个站点1961—2010年的日降水量数据和数理统计方法分析了近50 a湖南省年、季、月降水特征,以期为水资源的开发和防洪等提供数据参考。结果表明:（1）湖南省降水量主要集中在4—8月,占全年的63.09%;春夏两季多雨,约占全年降水量的36%和35%,秋冬两季少雨,仅占17%和12%。（2）降水最大年份2002年达1 964.95 mm,最小年份1974年仅为1 104.19 mm,各年代年平均降水量比较接近,介于1 354.00~1 513.08 mm之间;（3）全省多年平均暴雨量为305.75 mm,主要集中在5—8月,50 a年平均暴雨发生次数为4.1次;年暴雨量最大值为572.07 mm,出现在2002年,而最少的年份仅有150.12 mm,出现在1985年。总之湖南省降水量和暴雨量年内分布不均匀,季节变化明显,年际变化幅度较大,应按降水时空特征合理利用水资源且做好防洪措施。     

1951-2015年西安市大气降水资源趋势分析及预测

基于西安市1951-2015年逐月降水量和气温资料,依据高桥浩一郎的陆面实际蒸散发经验公式,分析了西安市65 a来大气降水资源的变化特征,采用逐步回归周期分析法对西安市未来10 a大气降水资源的变化趋势进行了预测。结果表明:西安市年内降水资源分配不均匀,春夏秋三季所占比例高达95%以上,而冬季所占比例很小;从月尺度、季尺度和年尺度看,西安市降水利用率普遍较低,蒸发率普遍较高;西安市温度变化呈上升态势,降水和可利用降水呈减少态势;在全球气候变暖背景下,除了夏季和冬季可利用降水量对偏冷期气候响应不明显,其他时段可利用降水量对不同时期气候响应显著;未来10 a年降水量、年蒸发量和可利用年降水量均以负距平为主,大气降水资源的减少势态可能会持续。     

气候变暖背景下西北脆弱带近54年降水季节变化特征

利用西北脆弱带40个气象站点1961—2015年降水量数据资料,采用趋势线拟合、线性倾向估计、普通Kriging插值等数理分析方法,对西北脆弱带近54年的降水量季节变化特征进行了分析。结果表明:（1）随着全球变暖趋势越来越明显,西北脆弱带近54年间降水量总体呈减少趋势;（2）该区年均降水量空间变化大致是沿东南—西北方向呈现由多到少的过渡,年均降水量倾向率空间变化则大致沿东南—西北方向呈现由减少到增加的逐步过渡;（3）该区54年间四季降水距平变化趋势为春、夏、冬三季的降水量呈增加趋势,秋季降水量呈减少趋势,变化速率为夏季 > 冬季 > 春季 > 秋季。四季降水量的空间差异明显,大致都沿东南—西北方向呈现由多到少的逐步过渡趋势。