四川盆地降水量趋势变化及突变分析

杨晓宇，曲 哲，孙鹏飞

（伊春市气象局，黑龙江 伊春 153000）

1 引言

近百年来，全球气候变暖对自然生态和人类生存环境产生了显著影响，各种极端天气及灾害事件不断增加，给人类的生产生活和经济发展带来严重影响。其中降水也是极其重要的并且对人类生活与经济有着重要影响的一方面。

四川盆地位于长江流域上游，包括四川省东部和重庆市大部。四川盆地地理位置相对闭塞，再加上下垫面的复杂性使得这一区域成为我国科研人员气象观测的敏感区。此外，四川盆地是我国主要的粮食生产区之一，地区水资源配置年际差异大会造成易涝易旱的局面。本文将利用中国气象网提供的地面站点信息对盆地内降水量趋势变化及其突变情况进行深入分析。

2 研究资料与研究方法

2.1 资料概况

本文采用了中国气象局记录的四川盆地地面站点资料，对1961－2013年内的站点降水数据进行统计和分析。

2.2 研究方法

Mann－Kendall突变分析法，在原假设H0：气候序列没有变化的情况下，设此气候序列为X1，X2，X3……Xn，Mi表示第 i个样本 Xi＞（1≤j≤i）Xj的累积数，定义统计量

在原序列随机独立等假设下，dk的均值和方差分别为：

此处 u（dk）为标准分布，其标准概率 a1=prob（|u|＞|udk|）可以通过计算机或查表获得，给定显著水平a0，当 a1＞a0 时，接受原假设 H0，当 a1＜a0 时，则拒绝原假设，它表示此序列将存在一个强的增长或减少趋势。 所有 u（dk）（1≤k≤n）将组成一条曲线 UF线，通过信度检验可知是否有变化趋势。

把此方法引用到反序列当中，Mi表示第i个样本Xi＞第 j个样本 Xj的累积数，当 i’=n＋1－i时，如果，Mi=mi，则反序列的udi由下式给出：

udi在图中以UB表示。当曲线UF超过信度线即表示存在明显的变化趋势时，如果曲线UF和UB的交叉点位于信度线之间，这点便是突变点的开始。

3 四川盆地降水变化概况

3.1 四川盆地年降水量变化

由53 a来18个站点的统计数据计算可得，四川盆地年平均降水量为1155.6 mm，降水量最大值出现在1973年，该年降水量为1129 mm；降水量最小值出现在2006年，该年降水量为746.6 mm。由5 a滑动平均趋势线可得，在20世纪60年代初到70年代初，以及70年代中后期，降水量呈现下降趋势；而70年代前期及80年代前期，降水量呈现上升趋势；80年代中后期降水量又逐步下降，在90年代初期缓步上升后出现大范围降水量的持续性下降，一直持续到21世纪。从距平值的角度分析，自20世纪90年代开始距平值基本为负数，也表明了盆地降水的趋势是减少的。

3.2 四川盆地四季降水量变化

春季降水量为242.8 mm，占全年降水总量的21.01%；夏季降水量为587.9 mm，降水量占全年降水总量的百分比高达50.87%；秋季降水量为275.3 mm，占全年降水总量的21%；冬季降水量为49.7 mm，仅占全年降水总量的4%。虽然盆地内降水比较充沛，但春旱、夏涝、秋绵雨、冬干，年内分配却不甚均匀。

表1 四季降水量百分比

对四个季节的降水量变化分别进行分析。四川盆地春季降水量最大值出现在1967年，该年春季平均降水量为327.7 mm；降水量最小值出现在1994年，该年春季平均降水量为174.2 mm。由5 a滑动平均趋势线可得，在20世纪60年代初到70年代末期，降水量先下降后上升；70年代中期到80年代初期，降水量呈现下降趋势；80年代中期到90年代中期降水量出现波动性的上升与下降；90年代以后出现降水量的持续性下降；对线性回归线进行分析，其气候倾向率为－3.9，表明每10 a降水量减少3.9 mm；并且结合该线的趋势可得，在53 a的时间段内，降水总体来说呈减少趋势；四川盆地夏季降水量最大值出现在1981年，该年夏季平均降水量为777 mm；降水量最小值出现在2006年，该年夏季平均降水量为336.4 mm。由5 a滑动平均趋势线可得，在20世纪60年代末、70年代后期至90年代中期，降水量先上升后下降；尤其是进入90年代以后出现降水量的持续性下降；对线性回归线进行分析，其气候倾向率为－3.0，表明每10 a降水量减少3 mm；并且结合该线的趋势可得，53 a来降水总体来说呈减少趋势；四川盆地秋季降水量最大值出现在1975年，该年秋季平均降水量为428.2 mm；降水量最小值出现在1997年，该年秋季平均降水量为169.5 mm。由5 a滑动平均趋势线可得，在20世纪60年代－80年代中期，降水量呈现上升趋势，而从80年代中期开始降水量呈现持续性下降；对线性回归线进行分析，其气候倾向率为－16，表明每10 a降水量减少16 mm，并且结合该线的趋势可得，53 a来降水总体来说呈减少趋势；四川盆地冬季降水量很少，所以其变化趋势并不明显，季节内的多雨与少雨交替出现。其5 a滑动趋势线与线性回归线也不明显。综合分析，冬季降水量少且降水变化不明显。

综合四季的降水距平变化可得，春季、夏季和秋季的变化趋势基本相似且与年降水量距平变化情况吻合；而冬季降水量明显少于其他三季且变化趋势十分不明显，波动较小。

3.3 四川盆地降水突变特征

采用 Mann－Kendall突变法对四川盆地的年降水量及四季降水量进行突变检验和分析。其方法是若两条曲线UF和UB的交点位于信度线之内，即通过了信度检验，该交点即为降水变化的突变点。

对四川盆地年降水量突变M－K曲线分析可以得知：降水量53 a来呈现下降趋势；UF和UB的交点位于1970年和1985年两点，表明降水量可能在这两个年份发生突变，且呈下降趋势；到1995年初达到显著水平（在90%的置信水平上显著），说明在该年发生了降水量的骤降突变。综合来看，降水量呈现下降趋势；降水的突变点主要发生在1978以及1985年附近；1995年降水减少的趋势十分显著。

对四川盆地四季的降水量进行突变性检验和分析，春季、夏季以及冬季的两线交点比较密集，不能确定突变点。故主要对秋季的突变进行分析，其突变性特征明显且通过0.05水平显著检验。

秋季降水量的突变情况，1963－1988年降水趋势是增加的，而1988－2013年降水趋势减少。曲线UF和UB相交于两点，一点位于1986年，另一点位于1988年，即主要集中在20世纪80年代中后期，发生了突变，说明这段时期内变化较不稳定。整体来看，1988年降水上升性突变，在1988年之前降水量是增加的，之后则减少。

综合全年及四季的降水突变情况可以得到，虽然各个季节与全年突变情况存在差异，但总体看来，降水量均呈现减少的趋势。但全年降水在1970年及1985年发生了减少性的突变，而秋季降水在1986和1988年发生了增多突变，其余三季没有突变。

4 降水日数

由53 a来18个站点的数据计算可得，四川盆地的年降水日数为157 d，其中春夏秋三季的降水日数分别为42 d、44 d和43 d，在全年降水日数中所占的百分比十分接近，其中秋季的降水日数仅次于夏季，这与华西秋雨的情况是相符合的，而冬季降水日数则少于其余三季。由图1可得，降水日数最大值出现在1964年，该年降水日数达185 d；降水日数最小值出现在2013年，该年降水日数为134 d。由5 a滑动平均趋势线可得，在20世纪60年代初到90年代初期，降水日数波动；而90年代以后，降水日数呈现下降趋势，尤其是进入90年代以后出现降水日数的持续性下降。分析线性回归趋势可得，气候倾向率为－3.8，表示每10 a降水日数减少将近4 d；53 a来降水日数总体上呈减少趋势。从距平值的角度分析，从20世纪90年代开始距平值基本为负数，也表明了盆地降水日数的趋势是减少的。综上，53 a来盆地内降水日数呈下降趋势。

图1 四川盆地年降水日数距平图

5 结论

本文对四川盆地降水量趋势变化及其突变情况进行了深入的分析，主要包括降水量变化、降水突变以及降水强度等方面。本文得到的结论如下：

（1）四川盆地的年降水量达963.6 mm，这表明盆地内的降雨比较充沛；四季的降水存在着一定的差异，春季降水量为242.8 mm，占全年降水总量的21%，夏季降水量为588.3 mm，占全年降水总量的51%，秋季降水量为275.3 mm，降水比例达24%，仅次于夏季降水，而冬季降水量全年最低，仅49.6 mm，仅占全年降水量的4%。

（2）53 a来四川盆地降水整体呈现下降趋势，每10 a降水量就减少19.1 mm，尤其是20世纪90年代后降水出现了持续性地下降；四季中秋季的降水下降趋势最为明显；地理位置中，盆西降水下降的趋势比盆东明显。

（3）根据MK检验可得，四川盆地的降水量整体上是呈下降趋势的；除冬季外，全年降水与四季降水均存在突变。虽然各个季节与全年突变情况存在差异，但在某些程度上还是保持一致的：除秋季外，1978年年降水和其他几个季节的降水均发生了骤减突变；而秋季降水的突变年份为1988年。