1960—2012年我国夏季降水的时空分布特征

殷方圆，殷淑燕

(陕西师范大学 旅游与环境学院，陕西 西安 710119)



1960—2012年我国夏季降水的时空分布特征

殷方圆，殷淑燕*

(陕西师范大学 旅游与环境学院，陕西 西安 710119)

基于1960—2012年我国8个区域310个站点的夏季逐月降水数据，采用趋势特征指数、M-K检验和空间差值等方法，分析我国夏季降水的时空分布特征。研究发现：从时空分布看，1960—2012年，长江中下游、华南、西北地区和青藏高原地区夏季降水量呈上升趋势，其中，长江中下游和西北西部地区夏季降水量显著增加，两个地区均在1990年代夏季降水量增加最多；东北、华北和西南地区夏季降水量呈下降趋势，从东北到西南一线，夏季降水出现了一条明显的倾向率负值带,其中，东北和华北地区夏季降水量减少最显著，东北地区夏季降水量在2000—2010年减少最多，华北地区在1980年代减少最多；区域内部安徽省夏季降水量增加最多，山东省、河北省、山西省、云南省和四川省夏季降水量减少最明显。长江中下游和西北西部地区夏季降水量变化达到突变水平，突变点分别发生在1986年和1989年，均表现为降水量由少到多的变化。长江中下游和华南地区夏季降水量增多，华北和东北地区夏季降水量减少可能是东南夏季风减弱造成的；西南地区夏季降水量减少可能与西南季风减弱有关，西风气流对流活动加强可能是造成中国西北地区夏季降水量增多的重要原因；青藏高原地形复杂，降水量受地形的影响较大。

夏季降水； 突变检验； 区域差异； 夏季风； 西风气流

受全球变暖的影响，全球范围内气候发生较大变化。近年来，由于降水变化异常，中国干旱、洪涝等极端水文事件频繁发生。例如，受1998年初夏华南持续性大暴雨的影响，长江、松花江、西江、闽江等在1998年6月发生百年一遇的特大洪水[1]；2010年，我国西南地区发生百年一遇特大旱灾，西南五省(区、市)耕地受旱面积647.73 hm2，占全国的84%，有1 939万人、1 189万头大牲畜因旱饮水困难，分别占全国的80%和75%[2]。受季风气候的控制，中国大部地区降水量主要集中在夏季，一般占全年降水量的45%～65%，因此对夏季降水时空变化研究具有重要的理论和实践价值。高庆九等[3]对华北夏季降水年代际变化与东亚夏季风、大气环流异常的关系进行了研究;梁萍等[4]研究了长江下游夏季降水与东亚夏季风及春季太平洋海温的关系;黄荣辉等[5]对中国东部夏季降水的准两年周期振荡及其成因进行研究，认为中国降水的2年周期振荡与东亚上空夏季风水汽输送量的准两年周期振荡密切相关；李茜等[6]分析了东亚夏季风年代际变化对我国东部旱涝分布的影响。这些研究主要集中在某一区域，不能反映整个区域变化特征，因此对整个区域的降水时空分布特征进行研究很有必要。如，任国玉等[7]利用1951—1996年的气象资料研究了我国全年和季节降水量的长期变化趋势特征指数，赖欣等[8]利用1961—2007年夏季逐日降水资料对我国夏季日降水变化的研究认为除夏季降水频率呈减小趋势外，降水总量、降水强度都呈增加趋势。在前人研究基础上，本文利用更稠密的站点、更长的降水资料研究我国近53年来夏季降水变化的时空分布特征，并分析夏季风和西风气流对中国夏季降水的影响。

1 资料来源和研究方法

降水资料来自中国气象局国家气象信息中心数据应用服务室，根据建站时间和数据完整性选取了1960—2012年53年310个站点(图1)夏季(6—8月)逐月降水资料。在分析中按照夏季降水量的多少将我国分为8个区，即东北地区(黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古东部)、华北地区(河北、山东、山西、河南、内蒙古中部)、长江中下游地区(江苏、浙江、江西、江西、安徽、湖北、湖南)、华南地区(广东、广西、海南、福建)、西北东部地区(陕西、甘肃、宁夏、青海的中东部和北部、内蒙古西部)、西北西部地区(新疆)、青藏高原区(西藏、青海西南部)和西南地区(四川、云南、贵州、重庆)。主要分析方法是趋势特征指数，即趋势系数和降水倾向率、M-K检验和空间差值等。

图1 全国310个站点分布及我国夏季盛行风向Fig.1 The distribution of 310 stations and prevailing wind direction in summer of China

2 结果与分析

2.1 夏季降水的年代际变化

从年代际变化看，我国夏季降水量在1970年代和1980年代偏低，1960年代、1990年代和2000—2012年夏季降水量相对偏高，特别是1990年代夏季降水量高于多年夏季降水均值21.66 mm，进入2000年以来降水量较1990年代有所下降，但仍高于全国夏季降水均值。

近53年来，我国夏季降水表现出明显的区域性差异。由表1可知，东北地区夏季降水在1970年代和2000年以来偏少，尤其是2000年以来最少；在1960年代、1980年代和1990年代夏季降水偏多，其中1960年代为该地区的多雨期。华北地区夏季降水量一直处于减少状态，到1980年代达到降水的最低值，低于多年降水距平值19.47 mm，为华北地区的少雨期。长江中下游夏季降水处于增加状态，在1990年代达到最高值，高于多年夏季降水均值71.37 mm，是长江中下游地区降水最多的10年，与龚道溢等[9]对长江中下游地区降水研究得出结论基本一致，他们认为在最近120年中12次异常多雨的年份，出现在1990年代的就有4次。华南地区1970年代和1980年代降水有所偏少，1960年代、1990年代和2000—2012年为降水偏多阶段，1990年代降水比平均降水量多62.31 mm，因此1990年代也是该地区的降水丰沛期，并且华北和华南地区1980年代降水明显比1970年代少，干旱面积不断扩大。我国东部的东北地区、华北地区、长江中下游地区和华南地区夏季降水的10a尺度震荡明显，尤其是1990年代，长江中下游和华南地区的夏季降水增加幅度最大。

我国西部夏季降水10a尺度变化幅度不大，但也存在明显的降水偏多和偏少时期。西北东部和西北西部地区降水量变化趋势不明显，1960年代两个地区降水都偏少，1970年代和1980年代西北东部降水偏多而西北西部降水偏少，1990年代西北东部降水偏少而西北西部降水偏多，进入2000年以来，两个地区的夏季降水量都有所增多。青藏高原地区在1960年代和2000—2012年为降水偏多阶段，1970年代、1980年代和1990年代为夏季降水偏少阶段。西南地区1960年代、1980年代和1990年代为夏季降水偏多阶段，1970年代和2000—2012年为夏季降水偏少阶段。

可见，由于控制气候变化的环流系统不同，我国西北地区西风环流控制区、西南季风区和东部东南季风区夏季降水变化趋势存在明显的差异。

表1 我国8个区域夏季平均降水量距平的年代际变化Tab.1 The decadal anomaly variation of average summer precipitation of 8 regions in China mm

2.2 夏季降水的年际变化

为了更清楚地反映我国8个区域夏季降水量的变化趋势，本文计算了我国各区域的夏季降水量距平(图2)以及降水趋势变化系数和倾向率(表2)。

我国8个区域中夏季降水减少最快的是华北地区(图2b)，其降水倾向率为-8.053 mm/10 a;自1960年以来华北地区的夏季降水一直减少，1980年以前以正距平为主，1980年以后以负距平为主，夏季降水在1964年达到最大值，较多年均值高124.08 mm，在1997年夏季降水达到最小值，较多年均值低127.63 mm，该地区从1970年代末开始干旱趋势加剧，并一直持续至今，1980年代干旱最严重。东北地区(图2a)的夏季降水呈减少趋势，其降水倾向率为-7.224 mm/10 a，在1967—1982年以及2000年以来夏季降水以负距平为主，降水最小值出现在2007年，较多年平均值低86.64 mm。夏季降水减少的地区还有西南地区，其降水倾向率为-4.235 mm/10 a，降水在2011年达到最小值，较多年平均值低142.34 mm，在1998年达到最大值，较多年平均值高99.01 mm，自1960年代起开始缓慢干旱。

我国8个区域中夏季降水增加最快的是长江中下游地区(图2c)，其降水倾向率为23.007 mm/10 a，在1960年代以负距平为主，之后降水量开始增加，在1990年代夏季降水量达到最大值。夏季降水增加的地区还有华南地区(图2d)、西北东部(图2e)、西北西部(图2f)和青藏高原地区(图2g)，其降水倾向率分别为9.886 mm/10 a、2.32 mm/10 a、3.053 mm/10 a和1.561 mm/10 a。

就区域差异而言，我国东北地区和华北地区的夏季降水量呈明显的下降趋势，长江中下游和西北西部地区夏季降水量呈明显的上升趋势，华南地区、西北东部和青藏高原地区夏季降水量上升趋势微弱，西南地区夏季降水量下降趋势微弱。8个区域中夏季降水呈下降趋势的区域与张国宏等[10]的研究结果基本一致。

图2 我国8个地区夏季平均降水距平变化图Fig.2 The anomaly change of average summer precipitation of 8 regions in China

表2 我国8个区域的夏季降水趋势系数 和降水倾向率 Tab.2 The trend coefficient and precipitatin slope of summer precipitation of 8 regions in China

*P≤0.1; **P≤0.01。

2.3 夏季降水序列的突变性检验

为了进一步研究53年来我国夏季降水的变化特点，明确降水突变开始的时间，对我国8个区域的夏季降水作了Mann-Kendall检验(图3)，我国8个区域夏季降水突变存在明显差异。东北地区夏季降水呈下降趋势，尤其是20世纪70年代最显著，超过显著性水平0.05临界线，但是1960—2012年期间下降趋势未发生突变。华北地区在1960年代夏季降水呈上升趋势，1970年以后呈下降趋势，1980年代夏季降水减少趋势较显著，根据UF和UB的交点区域可以确定突变时间发生在1960年代末1970年代初。长江中下游地区夏季降水在1960年代主要处于下降趋势，1970年代以后呈增加趋势，尤其是1990年代中后期至今夏季降水增加趋势超过显著性水平0.05临界线，表明这一时期夏季降水增加十分显著，根据UF和UB的交点位置确定夏季降水增加是一突变现象，具体是从1986年开始的。1998年以前华南地区的夏季降水呈下降趋势，其中1984—1995年期间下降趋势超过显著性水平0.05临界线，1995年之后降水呈上升趋势，根据UF和UB的交点区域可以确定1996年是降水转折点，但是未达到突变水平。1960年代西北东部夏季降水呈下降趋势，之后一直呈上升趋势，根据UF和UB的交点区域可以确定1973年是降水转折点，该地区未达到突变水平。西北西部夏季降水在1970年代呈上升趋势，1960年代和1980年代呈下降趋势，但是1990年代之后呈增加趋势，尤其是2000年以来降水增加趋势超过显著性水平0.05临界线，表明这一时期西北西部夏季降水的上升十分显著，根据UF和UB的交点位置确定降水上升是一突变现象，具体是从1989年开始的。青藏高原在2000年以前夏季降水处于下降趋势，2000年以后夏季降水处于上升趋势，但变化趋势未通过显著性检验。西南地区夏季降水量在1960年代中后期到1970年代中期呈上升趋势，之后呈下降趋势，该地区在1970年代初期和2007年出现降水转折，未达到突变水平。

总体来看，我国8大区域中，长江中下游和西北西部夏季降水量达到显著突变水平，突变点分别发生在1986年和1989年，均表现为降水由少到多变化；华北地区在1960年代末至1970年代初发生由多到少的显著突变，其他区域的夏季降水变化未达到显著突变水平。

图3 我国8个区域夏季降水序列的Mann-Kendall检验曲线Fig.3 Mann-Kendall aps of summer precipitation series for 8 regions in China

2.4 我国夏季降水的空间差异性

由我国8个区域内的夏季降水倾斜率空间差异明显，位于季风区夏季降水量明显增加的省份主要集中在长江中下游地区和华南地区，其中以安徽省夏季降水增加最多，位于非季风区的西北各省份夏季降水大部分也呈增加趋势。夏季降水量明显减少的省份主要集中在西南地区、华北地区和东北地区，在东北到西南一线，出现了一条明显的倾向率负值带;其中以山东省、河北省、山西省、云南省和四川省的夏季降水减少最明显，而东北地区的黑、吉、辽三省东部的夏季降水减少趋势较明显。东北到西南一线，即我国的季风与非季风分界线周围区域，出现了一条明显的负值带，充分说明我国夏季降水变化与季风强弱变化存在密切关系。

2.5 讨论

1960—2012年我国夏季降水变化存在明显的区域差异，我国东部季风区的长江中下游地区夏季降水增加和华北地区的夏季降水减少形成了南涝北旱降水格局，主要是由东南夏季风减弱造成的。吕俊梅等[11]认为东亚夏季风减弱和副高位置偏南、强度偏大的这种大环流年代际变化背景，是造成20世纪70年代中期以后中国华北地区干旱少雨、长江中下游地区洪涝多雨的主要原因，本文研究与此结论基本一致。东北地区地处东亚季风区的北部边缘，东亚夏季风的推移位置偏北时，东北地区夏季降水偏多，反之则降水偏少。因此，东亚夏季风较弱会导致东北地区降水偏少。此外，在全球变暖的背景下，不同纬度和不同海拔对全球变暖的响应存在差异，中高纬度、高海拔地区升温较快，从区域上看,中国大陆地区最明显的增温发生在北方和青藏高原地区[12]，我国华北、东北地区夏季增温远超过全球、北半球、东北亚夏季的增温程度[13-14]。华北、东北地区夏季降水的减少，可能与其夏季增温较强也存在一定的关系。西北地区的夏季降水存在明显的空间差异，西北东部水汽条件较好，受东亚夏季风和副热带高压影响明显，西北西部则受西风气流和湖泊的影响较大[15]。近年来西北地区夏季降水明显增多可能与西风气流的对流活动旺盛有关。西南地区属于温带、亚热带季风气候，西南季风的强弱与研究区降水量的变化关系密切，研究证实近年来西南季风有逐渐减弱的趋势[16]，因此季风的减弱导致近53年来西南地区的夏季降水量有所下降。青藏高原地区降水的变化受地形的影响程度比我国其他地区高[17]。

3 结论

利用我国8个区域310个站点1960—2012年夏季降水量数据资料，分析了我国不同地区降水量的年代际和年际变化，得出以下结论：

(1)从年代际变化看，我国夏季降水在1970年代和1980年代偏低，在1960年代、1990年代和2000—2012年相对偏高，特别是1990年代夏季降水量最高，进入2000年以来降水较1990年代有所下降，但仍高于全国夏季降水均值。

(2)在我国8个区域中，长江中下游地区、西北地区、华南地区和青藏高原区夏季降水量呈上升趋势，东北地区、华北地区和西南地区的夏季降水量呈下降趋势，从我国东北到西南一线出现明显的一条夏季降水量倾向率负值带，夏季降水量沿季风与非季风的分界线周边区域表现出减少趋势。可见，我国不同区域夏季降水的变化差异与控制降水的季风系统变化密切相关。

(3)M-K检验结果表明，近53年来，东北地区、华南地区、西北东部地区、青藏高原区和西南地区的夏季降水量出现降水变化的转折点，但是未达到突变水平；华北地区、长江中下游地区和西北西部地区的夏季降水量出现突变点，长江中下游和西北西部夏季降水量达到显著突变水平，突变点分别发生在1986年和1989年，均表现为降水由少到多变化，华北地区在1960年代末至1970年代初发生由多到少的显著突变。

(4)对我国近53年来310个气象站点夏季降水倾向率研究表明，夏季降水增加最多的是安徽省，夏季降水量明显减少的省份主要集中在西南地区、华北地区和东北地区，即沿东北至西南一线。其中以山东省、河北省、山西省、云南省和四川省的夏季降水减少最明显，东北地区的黑、吉、辽三省东部的夏季降水减少趋势较明显。

(5)长江中下游和华南地区夏季降水增多，华北和东北地区夏季降水减少，可能是东南夏季风减弱造成；西南地区夏季降水减少可能与西南季风减弱有关；西风气流对流活动加强可能是造成中国西北地区夏季降水增多的重要原因；青藏高原地形复杂，降水受地形的影响较大。全球变暖背景下，不同纬度、不同海拔夏季气温变化的区域差异，也可能是造成不同区域夏季降水变化的原因之一。

从以上分析可以看出，近53年来，我国夏季降水增加的区域主要集中在东南和西北地区，在两者之间形成了东北至西南降水减少带。从夏季降水变化情况分析，我国东南季风和西南季风基本都呈现减弱趋势。东南季风减弱，造成我国东南部地区夏季降水增加，洪涝灾害严重，而华北和东北地区夏季降水减少；西南季风减弱，造成我国西南部地区夏季降水减少，干旱灾害频繁。东亚夏季风变率的不稳定性，会使我国旱涝灾害增加，对我国农业生产带来不利影响。

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〔责任编辑 程琴娟〕

The spatial and temporal distribution characteristics of summer precipitation in China from 1960 to 2012

YIN Fangyuan , YIN Shuyan*

(School of Tourism and Environment Sciences，Shaanxi Normal University，Xi′an 710119，Shaanxi, China)

Based on the summer monthly precipitation data of 310 stations from 1960 to 2012 in 8 regions of China, the spatial and temporal distribution characteristics of summer precipitation are analyzed by trend features index, Mann-Kendall mutation testing and spatial interpolation. Results show that in spatial and temporal, the summer precipitation of the mid-lower reaches of the Yangtze River, south China, northwest China and Tibetan Plateau showed an increasing trend. The summer precipitation of the mid-lower reaches of the Yangtze River and the west of northwest China showed a remarkable increasing trend and the summer precipitation of the two regions increased most in 1990s. The summer precipitation of northeast China, north China, Tibetan and southwest China showed a decreasing trend and the summer precipitation of northeast China and north China showed a remarkable decreasing trend and it decreased most from 2000 to 2012 in northeast China and it decreased most in 1980s in north China. The summer precipitation increased most in Anhui province. It increased least in Shandong, Hebei, Shanxi, Yunnan and Sichuan province. The summer precipitation variation of the mid-lower reaches of the Yangtze River and the west of northwest China reached to the level of mutations. The abrupt points were 1986 and 1989. The summer precipitation showed the variation from the less to the more. The weakening of southeast summer monsoon may have an important role in the process of summer precipitation reducing in north China, northeast China and in the process of summer precipitation increasing in the Yangtze River and south China. The summer precipitation reduction of southwest China was related to the weakening of southwest summer monsoon. The strengthening of westerlies convective activity may have a leading effect on the process of summer precipitation increasing in northwest China. The terrain of Tibetan Plateau is complex and the summer precipitation of Tibetan Plateau is mainly influenced by the terrain.Key words: summer precipitation; abrupt testing; regional difference; summer monsoon; westerlies

1672-4291(2015)03-0074-06

10.15983/j.cnki.jsnu.2015.03.431

2014-06-23

国家自然科学基金资助项目(41471071，41271108，41371029)；教育部博士点基金优先发展领域项目(20110202130002)；中央高校基本科研业务费创新团队项目 (GK201301003)

殷方圆,女,硕士研究生,研究方向为环境变化与自然灾害。E-mail：1312039718@qq.com

*通信作者：殷淑燕,女,教授，博士生导师。E-mail：yinshy@snnu.edu.cn

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