论文部分内容阅读
摘 要：该文以舒城县1957—2015年的降水、气温等资料为基础，采用线性趋势分析、Morlet小波分析、Mann-Kendall突变检验、相关性检验等方法，系统分析了近59年来舒城县降水气候特征。结果表明：近59年舒城年降水量呈现以14.227mm/10a的线性趋势缓慢增加；1957—1965年存在7a振荡的主周期和3a振荡的次周期，1966—1975年存在10a振荡的主周期和7a振荡的次周期，1976—1998年存在10a振荡的主周期和2a振荡的次周期，1999—2010年存在6a振荡的主周期和4a振荡的次周期，2011—2015年存在5a振荡的主周期和2a振荡的次周期；近59年舒城年降水量没有显著的增长或减少趋势；年降水量與年雨日数之间存在显著正相关性；年降水量与年平均温度存在负相关性，自进入21世纪以来，与年平均温度的相关性正在逐渐减弱。
关键词：降水；气候特征；小波分析；MK突变检验；舒城县
中图分类号 P426 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2017）08-0163-02
1 引言
进入21世纪以来，全球极端天气频发，气候变化问题日益突出，在气候变化的背景下降水气候特征也发生了显著变化。降水是一个地区的重要气候资源，降水变化对气候变化趋势有着重要的指示作用，因此，研究区域的降水变化规律，对于协调经济发展和人类生存环境的关系，促进社会经济与生态环境建设具有重要的指导意义[1]。
本文利用1957—2015年近59年的降水、气温等资料，对舒城县的降水气候特征进行分析，以期能进一步了解当地降水变化规律，为该地区降水气候诊断和汛期气候趋势预测提供依据，为防灾减灾提供决策参考。
2 资料和方法
本文选用舒城县1957—2015年逐年降水、气温等资料，采用线性趋势分析、Morlet小波分析、Mann-Kendall突变检验、相关性检验等方法[2-4]，绘制变化曲线，分析舒城县暴雨气候特征及其变化情况。在资料统计时做如下规定，日降水量的统计时段为24h（20：00至次日20：00）。
2.1 线性趋势分析 本文采用线性拟合得出的气候倾向率来讨论降水的平均变化趋势。因此，分析年降水量变化曲线并在此基础上建立年降水量一元线性回归方程：
Y（t）=bt+c
其中Y（t）为年降水量；t为时间；系数b为线性趋势项，其正负反映年降水量逐年上升或下降的趋势，b×10称为气候倾向率，表示气象要素每10年的变化率。
2.2 Morlet小波分析方法 Morlet小波是正弦和余弦波的振幅被Gauss函数调节产生的，表示成复小波。Morlet小波分析具有多分辨率分析的特点，它优于传统的Fourier分析。Morlet小波系数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，变化系数的大小代表某一尺度波动振幅的大小，反映它所对应时段时间尺度的周期性是否显著，正的小波系数反映出分析对象在该时间段为偏多期，负值时反映为偏少期，小波系数零值线，对应要素气候突变期。
2.3 Mann-Kendall（M-K）突变检验方法 M-K突变检验是一种非参数统计检验方法。在M-K突变检测中，给定显著性水平α=0.05，那么临界值U0.05=±1.96，将UF（原气象序列）和UB（反向气象序列）曲线图与±1.96两条临界直线绘在一张图上。若UF或UB超过临界直线，表明上升或下降趋势显著，超过临界线的范围确定为出现突变的时间区域。如果UF或UB两条曲线出现交点，且交点在临界线之间，那么交点对应的时刻便是突变开始的时间。
3 降水气候特征分析
3.1 降水的年变化特征 从年平均统计来看，舒城年平均降水量为1 126mm。根据图1可以看出，舒城年降水量的年际变化很大，最多年的年降水量达1 683mm，最少年为703mm。从线性变化趋势来看，舒城县年降水量总体呈波动式的缓慢上升趋势，分析得出变化趋势方程为：
Y（t）=1.4227x+1083.5
表明舒城县年降水量呈现以14.227mm/10a的线性趋势缓慢增加。
3.2 年降水量的周期分析 从Morlet小波分析图（图2）可以看出，舒城年降水量呈现周期性变化规律：1957—1975年存在7a振荡的周期，1976—1998年存在10a振荡的周期，1999—2015年存在3～4a振荡的周期。目前年降水量正处于偏多期。
3.4 年降水量的趋势及突变检验 应用Mann-Kendall方法检测舒城年降水量序列的突变状况。由图3可见，年降水量的UF和UB曲线分别在1962年、1965年、1969年、2010年和2013年出现的交点，但曲线都没有超过临界直线。因此，1957—2015年舒城年降水量呈现不规律的增长或减少，未通过95%的信度检验，表明舒城年降水量没有显著的增长或减少趋势。从总体趋势看UF曲线是上升的，表明舒城年降水量是逐渐增加的，这与线性趋势分析的结果一致。
3.5 年降水量与年平均温度的关系 由图4的年降水量与年平均温度作相关性分析，得出相关系数为-0.281，通过显著性水平α=0.05的信度检验（检验标准为0.256），但未通过显著性水平α=0.01的信度检验，说明年降水量数与年平均气温负相关。
4 结论
（1）近59年舒城年平均降水量为1 126mm；舒城年降水量的年际变化很大，最多年的年降水量达1 683mm，最少年为703mm；舒城年降水量呈现以14.227mm/10a的线性趋势缓慢增加。
（2）Morlet小波分析表明：1957—1965年存在7a振荡的主周期和3a振荡的次周期，1966—1975年存在10a振荡的主周期和7a振荡的次周期，1976—1998年存在10a振荡的主周期和2a振荡的次周期，1999—2010年存在6a振荡的主周期和4a振荡的次周期，2011—2015年存在5a振荡的主周期和2a振荡的次周期；目前年降水量正处于偏多期。
（3）M-K突变检验表明：近59年舒城年降水量呈现不规律的增长或减少，未通过95%的信度检验，表明舒城年降水量没有显著的增长或减少趋势；近59年舒城年降水量总体是逐渐增加的，这与线性趋势分析的结果一致。
（4）年降水量与年雨日数之间存在显著正相关性（r=0.565）；年降水量与年平均温度存在负相关性（r=-0.281）。
参考文献
[1]张金屯.全球气候变化及对农业的影响[J].环境与开发，1999，14（4）：5-9.
[2]魏凤英.现代气候统计诊断与预测技术（第二版）[M].北京：气象出版社，2007.
[3]吴洪宝，吴蕾.气候变率诊断和预测方法[M].北京：气象出版社，2005：208-224.
[4]廖雪萍，覃卫坚，唐炳莉，等.广西近50年暴雨日数变化的小波分析[J].气象，2007，33（12）：39-45.
（责编：张宏民）
关键词：降水；气候特征；小波分析；MK突变检验；舒城县
中图分类号 P426 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2017）08-0163-02
1 引言
进入21世纪以来，全球极端天气频发，气候变化问题日益突出，在气候变化的背景下降水气候特征也发生了显著变化。降水是一个地区的重要气候资源，降水变化对气候变化趋势有着重要的指示作用，因此，研究区域的降水变化规律，对于协调经济发展和人类生存环境的关系，促进社会经济与生态环境建设具有重要的指导意义[1]。
本文利用1957—2015年近59年的降水、气温等资料，对舒城县的降水气候特征进行分析，以期能进一步了解当地降水变化规律，为该地区降水气候诊断和汛期气候趋势预测提供依据，为防灾减灾提供决策参考。
2 资料和方法
本文选用舒城县1957—2015年逐年降水、气温等资料，采用线性趋势分析、Morlet小波分析、Mann-Kendall突变检验、相关性检验等方法[2-4]，绘制变化曲线，分析舒城县暴雨气候特征及其变化情况。在资料统计时做如下规定，日降水量的统计时段为24h（20：00至次日20：00）。
2.1 线性趋势分析 本文采用线性拟合得出的气候倾向率来讨论降水的平均变化趋势。因此，分析年降水量变化曲线并在此基础上建立年降水量一元线性回归方程：
Y（t）=bt+c
其中Y（t）为年降水量；t为时间；系数b为线性趋势项，其正负反映年降水量逐年上升或下降的趋势，b×10称为气候倾向率，表示气象要素每10年的变化率。
2.2 Morlet小波分析方法 Morlet小波是正弦和余弦波的振幅被Gauss函数调节产生的，表示成复小波。Morlet小波分析具有多分辨率分析的特点，它优于传统的Fourier分析。Morlet小波系数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，变化系数的大小代表某一尺度波动振幅的大小，反映它所对应时段时间尺度的周期性是否显著，正的小波系数反映出分析对象在该时间段为偏多期，负值时反映为偏少期，小波系数零值线，对应要素气候突变期。
2.3 Mann-Kendall（M-K）突变检验方法 M-K突变检验是一种非参数统计检验方法。在M-K突变检测中，给定显著性水平α=0.05，那么临界值U0.05=±1.96，将UF（原气象序列）和UB（反向气象序列）曲线图与±1.96两条临界直线绘在一张图上。若UF或UB超过临界直线，表明上升或下降趋势显著，超过临界线的范围确定为出现突变的时间区域。如果UF或UB两条曲线出现交点，且交点在临界线之间，那么交点对应的时刻便是突变开始的时间。
3 降水气候特征分析
3.1 降水的年变化特征 从年平均统计来看，舒城年平均降水量为1 126mm。根据图1可以看出，舒城年降水量的年际变化很大，最多年的年降水量达1 683mm，最少年为703mm。从线性变化趋势来看，舒城县年降水量总体呈波动式的缓慢上升趋势，分析得出变化趋势方程为：
Y（t）=1.4227x+1083.5
表明舒城县年降水量呈现以14.227mm/10a的线性趋势缓慢增加。
3.2 年降水量的周期分析 从Morlet小波分析图（图2）可以看出，舒城年降水量呈现周期性变化规律：1957—1975年存在7a振荡的周期，1976—1998年存在10a振荡的周期，1999—2015年存在3～4a振荡的周期。目前年降水量正处于偏多期。
3.4 年降水量的趋势及突变检验 应用Mann-Kendall方法检测舒城年降水量序列的突变状况。由图3可见，年降水量的UF和UB曲线分别在1962年、1965年、1969年、2010年和2013年出现的交点，但曲线都没有超过临界直线。因此，1957—2015年舒城年降水量呈现不规律的增长或减少，未通过95%的信度检验，表明舒城年降水量没有显著的增长或减少趋势。从总体趋势看UF曲线是上升的，表明舒城年降水量是逐渐增加的，这与线性趋势分析的结果一致。
3.5 年降水量与年平均温度的关系 由图4的年降水量与年平均温度作相关性分析，得出相关系数为-0.281，通过显著性水平α=0.05的信度检验（检验标准为0.256），但未通过显著性水平α=0.01的信度检验，说明年降水量数与年平均气温负相关。
4 结论
（1）近59年舒城年平均降水量为1 126mm；舒城年降水量的年际变化很大，最多年的年降水量达1 683mm，最少年为703mm；舒城年降水量呈现以14.227mm/10a的线性趋势缓慢增加。
（2）Morlet小波分析表明：1957—1965年存在7a振荡的主周期和3a振荡的次周期，1966—1975年存在10a振荡的主周期和7a振荡的次周期，1976—1998年存在10a振荡的主周期和2a振荡的次周期，1999—2010年存在6a振荡的主周期和4a振荡的次周期，2011—2015年存在5a振荡的主周期和2a振荡的次周期；目前年降水量正处于偏多期。
（3）M-K突变检验表明：近59年舒城年降水量呈现不规律的增长或减少，未通过95%的信度检验，表明舒城年降水量没有显著的增长或减少趋势；近59年舒城年降水量总体是逐渐增加的，这与线性趋势分析的结果一致。
（4）年降水量与年雨日数之间存在显著正相关性（r=0.565）；年降水量与年平均温度存在负相关性（r=-0.281）。
参考文献
[1]张金屯.全球气候变化及对农业的影响[J].环境与开发，1999，14（4）：5-9.
[2]魏凤英.现代气候统计诊断与预测技术（第二版）[M].北京：气象出版社，2007.
[3]吴洪宝，吴蕾.气候变率诊断和预测方法[M].北京：气象出版社，2005：208-224.
[4]廖雪萍，覃卫坚，唐炳莉，等.广西近50年暴雨日数变化的小波分析[J].气象，2007，33（12）：39-45.
（责编：张宏民）