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青海省夏季降水变化特征

2020-12-30 12:31:45 农业灾害研究 2020年6期

摘要 本文采用常规统计法分析青海省1960—2008年夏季6—8月降水量空间分布特征和时间变化规律,用Mann-Kendall突变检测法、经验正交函数分析(EOF)及小波分析等方法检验降水突变特征,结果表明:青海省降水总量年际变化波动明显,最高值最低值差值不大;降水在青海省呈斜板式从最高向西北部逐渐减少。

关键词 夏季降水;空间分布;经验正交函数分析法(EOF);MK突变检验法;小波分析法

中图分类号:P426.6 文献标识码:A 文章编号:2095–3305(2020)06–0–02

DOI:10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.06.034

降水是调节全球气候的重要元素,承担着地球自净、清洁空气的巨大责任。降水量多少在大气环境变化中也起着非常重要的作用。青海省地处中国西部,属于高原大陆性气候,气温较低,日照强烈,空气干燥,部分地区为高原半干旱地区。青海省气象灾害频繁,主要为干旱、冰雹、霜冻、雪灾和大风。因为有青藏高原热力作用和动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,影响青海省农牧业发展与经济发展,且青海省东北部地区是青海省主要农业基地,西部畜牧业也因降水量多寡受到严重影响,多年频出旱灾使得大量牛羊死亡,以畜牧为生计的牧民饱受苦难。研究青海省夏季降水变化特征,在青海省客观提取30个国家基准站点1960—2008年降水资料,研究近半个世纪降水量变化特征,对于生活、产业、经济发展、环境保护等都有重要意义[1-3]。

1 资料概述与方法

由于青海省地形地貌南北差异显著,此次研究客观选取青海省30个国家基准气象台站1960—2008年夏季6—8月降水量,从全国所有站点中筛选出所需站点6—8月3个月降水量数据,统计得到每个站点季平均值和6—8月平均降水量,为之后数据处理做基础准备。利用时间和空间变化规律,从时间和空间两个维度分析降水变化,研究青海省夏季降水变化特征规律,利用小波分析、Mann-Kendall趋势检验法、经验正交函数分析方法(即EOF)再检验,得出结论。

2 青海省夏季降水量空间分布特征

2.1 青海省夏季降水量空间分布模态

分析青海省30个基准站1960—2008年夏季降水量空间分布特征得到,青海省夏季降水量空间分布不均匀,东南部降水量多而西北部降水量少。受地形和高原山脉影响,降水量最大值为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、格尔木站、诺木洪站为代表的海西蒙古藏族自治州,降水量8.2~37.9 mm。全省呈现梯度降水量形式,西北部以茫崖站、格爾木站、诺木洪站到冷湖站为边界的呈U形区域的柴达木盆地地区为全省降水量最低,向东南方向以昆仑山为主体的青南高原降水量由于冰川资源逐渐增大(图1)。

青海省近49年夏季降水量变化并不大,但青南高原地区降水量随时间逐渐增大,不过未影响到柴达木盆地降水量,盆地7月达最大值后又减少。位于达坂山与拉脊山山间湟水谷地也是全省主要农业区在7—8月降水量较高(图2)。

2.2 经验正交函数分析(EOF)

将在青海省30个站点得到的49年夏季降水量资料标准化后,对其距平进行经验正交函数分析,得到方差贡献率较大的第1模态、第2模态、第3模态空间分布及3个模态时间系数(图3)。

由于前文提到经验正交函数分析法的结果收敛值收敛较快,表明满足能量按自由度均分,是稳定可分的,因此具有实际物理意义。根据青海省30个国家基准站点1960—2008年夏季EOF时空分布特征构成一个49行22列线性组合,根据30各站点降水距平原始初数据展开后得,第一个特征向量对夏季降水量方差贡献为65.1%,第二个特征向量贡献为10.9%,第三个特征向量贡献为6.8%,共82.8%[4]。

根据青海省夏季降水前三模态时间序列得出夏季降水主要特点:一是第1模态占总方差65.1%,表明降水量空间分布基本为全部区域一致性,中心为青南高原地区果洛州;二是第2模态占总方差10.9%,表明降水量西部山区与东部地区降水差异性,分布也不一致,有着斜板势空间局部地区差异;三是第3模态占总方差6.8%,表明青海省因为复杂的地理环境特征,所反映的南北地区降水显著差异[5]。

综上所述,青海省夏季降水3个模态中,第2模态和第3模态受青海省地形差异影响较大,所以采用经验正交函数分析整体降水量时空变化特征有科学意义,且青海省夏季降水量变化空间分布与季节内降水强度类似(图4)。

3 青海省夏季降水量时间演变特征

青海省30个基准站1960—2008年近半个世纪年际夏季降水量在6月。7、8月都存在明显的不同年际变化,有不同程度长期趋于增长走向。8月降水量在时间上较6月和7月变化稳定,但1967年8月出现一次特大暴雨,为青海省自创建以来日最大降水量78.9 mm,然此次降水量144.9 mm与其他相比超出将近1倍。

3.1 小波分析

由于青海省夏季降水变化具有阶段性,所以进一步分析突变性特征。用Mann-Kendall趋势检验法青海省在1970年降水有较弱回升走势,在1999年左右存在一次突变,降水有较弱下降走势。夏季突变主要在6月,且突变前后有明显增多趋势。

3.2 周期分析

对于短期气候预测,小波分析多时间尺度变化特征及其突变特征拥有特殊优势,用小波分析方法对青海省30个代表站夏季即6—8月降水距平分析。根据资料青海省夏季降水一元线性拟合直线变化走势近乎呈水平,说明青海省近50年夏季降水无明显变化,20世纪60—70年代为少雨时期,70—80年代雨量开始有小幅度上升,但80年代初期降水开始又减小,为偏少走向,到90年代后期经过一个低谷阶段继而上升,进入2003年后夏季降水逐渐开始增多。在20世纪60年代、80年代初期存在准3年振荡周期,是一能量高值区;80年代中期至21世纪初,5年周期也十分明显;其他周期信号强度都较弱。由此得出青海省降水均以3~5年周期在变化,而且在不同阶段内不一样的周期震荡所表现出的强弱也不同,对于≥10年的较大时间尺度,17年前后震荡周期显著,反之在10年以下较小时间尺度上8~10年周期较显著,其他信号偏弱一些[6-8]。

4 结论

(1)青海省1960—2008年近半个世纪夏季降水量空间分布不均匀,呈现东南部降水量多而西北部降水量少的分布情况。

(2)青海省夏季降水量在6—8月都有明显不同年际变化,存在不同程度长期趋于增长走向。但8月时间变化上,较6月和7月降水量變化稳定。

(3)由经验正交函数分析法得到,青海省降水量空间分布基本为全部区域一致性特点,且夏季降水3个模态中,第2模态和第3模态受青海省地形差异影响较大。

(4)由Mann-Kendall趋势检验,青海省1970年降水有较弱回升走势,1999年左右存在一次突变,降水有较弱下降走势。

(5)用小波分析方法对青海省夏季降水量变化进行周期分析时,发现青海省降水均以3~5年周期变化,且在不同阶段内不一样的周期震荡所表现强弱也不同。对于≥10年较大时间尺度,17年前后震荡周期较显著;反之10年以下较小时间尺度上8~10年周期较显著,其他信号就偏弱一些。

参考文献

[1] 林振耀,赵昕奕.青藏高原气温降水变化的空间特征[J].中国科学(D辑:地球科学),1996(4):354–358.

[2] 王宝鉴,黄玉霞,何金海.西北地区近40年6~9月降水的异常特征分析[J].气象,2004(6):28–31.

[3] 王希娟,唐红玉.青海春季降水的气候变化特征及其对春旱的影响[J].气象,2006(5):41–45.

[4] 汪青春,李林,刘蓓,等.青海省近40年雨日、雨强气候变化特征[J].气象,2005(3):69–73.

[5] 袁云,李栋梁,安迪.青海湖水位变化对青藏高原气候变化的响应[J].高原气象,2012,31(1):57–64.

[6] 吴洪宝,吴蕾.气候变率诊断和预测方法[M].北京:气象出版社,2005.

[7] 李林,陈晓光,王振宇,等.青藏高原区域气候变化及其差异性研究[J].气候变化研究进展,2010,6(3):181–186.

[8] 时兴合,李生辰,李栋梁,等.青海湖周边年代际气候振动及其对青海高原气候变化的响应[J].中国沙漠,2008(5):931–939.

责任编辑:黄艳飞

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

编辑概况 曲欣瑶(1996–),女,青海玉树人,助理工程师,主要从事天气预报与气象服务研究。

收稿日期 2020–06–23

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