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摘要
利用西安地区7个国家一般气象站1970~2013年逐日基本观测资料,结合Golden software Surfer 8 和vb编制西安地区降水分布图自动绘制软件,利用DPS、SPSS、MATLAB和Excel分析了近44年降水的年际、季节、月变化特征以及突变和频域特征。结果表明,西安地区降水多雨年占主导,1992年出现由多变少的突变,2002年出现由少变多的突变,有2、4和12年的变化周期震荡,近年来雨日逐渐减少;夏季降水等值线空间分布比较稀薄,冬季较密集,春季比秋季偏干趋势明显,夏季比冬季偏湿趋势明显;降水量月份之间存在很大差异。
关键词 西安;时空特征;降水
中图分类号 S161.1 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2014)34-12195-04
在全球变暖的背景下,降水也是增多的。气候增温使整个水循环过程改变,蒸发加大,降水分布格局和区域改变,旱涝灾害的降水极端异常事件增加[1-6]。陈隆勋等研究指出江淮流域、江南、华北为降水主要减少地区[7],西北地区第一气候特征表现为全区一致多雨或少雨型[8]。高蓓等分析发现陕西降水略有减少[9],西安各季节和年降水量下降趋势明显[10-11]。笔者在此对西安地区7个站点降水因子的变化规律和特征进行了统计分析,为今后进一步研究西安不同地区降水的变化特性对其生态环境建设、水源地涵养、水资源利用开发提供依据。
1 资料与方法
选取具有代表性的7个区县(临潼、高陵、周至、长安、蓝田、城区、户县)基本站气象数据,为保障台站同步性和较长的观测以及资料的统一性,剔除1970年之前以及2013年之后的资料,选取1970~2013年的逐日、月降水资料进行分析。降水可以从时间与强度2个方面的变化进行分析,分析年降水量可以看出总体变化趋势,而年份中分配状况可通过分析月、季降水量看出。文中定义多雨年为年降水量大于历史平均值一个标准差,少雨年为年降水量小于历史平均值一个标准差。利用DPS系统、SPSS Statistics和Excel进行数据分析和处理。文中空间分布图均来自西安地区降水分布图自动绘制软件。
2 结果与分析
2.1 降水量空间分布特征
由图1可见,近44年来西安地区年降水量空间分布不均,具有地域差異,自东南向西北地区递减,与年平均气温空间分布[10]大体一致,可见西安地区南部低温多雨、北部高温寡雨。7个区县平均年降水量时间序列与全市大体一致,同时有其地域特殊性。各个区县多雨年与少雨年不相一致,北部的临潼、高陵和西部的周至多雨年占主导,东南部的蓝田、中南部的长安、中部的城区少雨年占主导,户县持平。
图1 1970~2013年西安地区7个区县平均年降水量空间分布
2.2 降水量时间变化特征
2.2.1
年际变化。近44年来全市平均年降水量标准差为129.92 mm,随时间波动比较平稳,呈周期性振荡,基本在平均值612.19 mm上下波动,能看出明显的振幅,1995年之前,波动稍有下降,1995年之后上升。19年偏多,25年偏少,最大年降水量989.09 mm,出现在1983年,最小年降水量333.55 mm出现在1995年。6年多雨年份, 5年少雨年。全市平均年降水量距平时间变化也比较平稳,20世纪90年代后比90年代之前变化平稳。
2.2.2
季变化。近44年西安地区
季平均降水量随时间变化存在季节分布不均匀性,跨幅最小在冬季,跨幅最大在秋季。春末至秋初为降水集中季,与温度变化[10]相似,大体趋势是自东南向西北递减,四季空间分布一致,东南部的蓝田降水最多,北部高陵降水最少。夏季空间分布比较稀薄,冬季空间分布比较密集。全年最多降水量集中在夏季,同时夏季降水量空间变化最大;全年最少降水量集中在冬季,同时冬季降水量空间变化最小。
春季全市平均降水量相关系数为-0.271,呈弱负相关,通过置信度0.05的显著性检验,线性拟合增长率为-0.950 mm/a,20世纪70年代中期~80年代中期呈现缓慢下降趋势,之后至今呈现波动下降趋势;夏季相关系数为0.185,呈极弱正相关,通过0.01的显著性检验,拟合增长率为1.010 mm/a,20世纪70年代开始直线上升达波峰,又波动下降至波谷,从21世纪初期缓慢上升至今有下降趋势;秋季相关系数为-0.072,呈极弱负相关,通过0.05的显著性检验,拟合增长率为-0.585 mm/a,20世纪70年代~90年代波动较大,之后变化趋于平稳;冬季相关系数为0.075,为极弱正相关,通过置信度0.05的显著性检验, 线性拟合增长率为0.090 mm/a,20世纪70年代至今变化一直趋于平稳。
分析表明,春季和秋季为偏干趋势,夏季和冬季为偏湿趋势,春季比秋季偏干趋势明显,夏季比冬季偏湿趋势明显。
图2 1970~2013年西安地区月降水量空间分布
2.2.3
月变化。近44年来全市月降水量分布特点为时间不均匀,月份之间存在很大差异,整体呈正态分布,范围在5.97 mm(12月)~106.82 mm(9月),幅度为100.85 mm。各站全年月降水量变化趋势与全市平均基本一致。全年降水变化比较快,6月迅速增多,7月达顶峰,10月迅速减少。各区县最少月降水量出现在1月份的高陵(5.85 mm),各区县最多月降水量出现7月份的蓝田(129.15 mm)。各区县最多、最少降水量不集中在一个月,但大体最多降水量集中在7和9月,均在80.00 mm以上,占全年35.5%;最少降水量集中在1和12月,仅占全年的2.1%。从1970~2013年西安地 区各区县月降水量分布图(图2)可以看出,除3月外,大体
图3 1970~2013年全市年降水量累积距平变化
趋势是东部降水多、西部少,南部降水多、北部少;3月降水趋势异常为户县站最多,其余月份均为蓝田站最多。
2.3 降水量的突变分析
由图3可见,1992、2002年为近44年全市降水量的主要突变点,分别为“增加-减少”、“减少-增加”交替突变点,近年来波动不明显。从降水量10年滑动t突变检验(图4a)可看出,1970~1982、1995、1997~2003年降水量处于负趋势,1983~1994、1996年降水量处于正趋势;1992、2002年通过α= 0.05的显著水平检验,为年降水量时间变化的突变年, 其中1992年的t分布统计值达最大,为2.25,2002年的t分布统计值达最小,为-2.35。M-K突变检验结果(图4b)显示,近44年来西安地区年降水量没有明显的突变点。各区县同样没有明显的突变点。由于M-K突变检验方法的局限性,年降水量M-K突变检验结果不能说明问题。而累积距平法与滑动t检验计算出的突变年份一致,说明存在1992年由多变少、2002年由少变多的突变年。
图4 1970~2013年全市年降水量滑动t(a)和Mann-Kendall突变检验(b)结果
2.4 降水量的频域特征
当功率谱估计值大于红噪音检验标准谱时,说明所对应的周期是显著的。由图5可见,1970~2013年西安年降水量存在显著的2、4和12年的变化周期震荡,且通过α=0.05的显著性检验,其中滑动平均长度取5年。
图5 1970~2013年全市年降水量功谱率
2.5 全市月降水日数变化特征
西安地区雨日空间分布较一致,户县、蓝田雨日稍多,西安地区雨日时间分布不一,1~5月雨日缓慢上升,5~10月波动上升,到9月达顶峰后至12月突然急剧下降,说明西安地区属于大陆气候,水汽不是很充沛。5~10月温度较其他月高,降水日数也同样高于其他月,但6月雨日有所下降,可能与季节转换有关。雨日上升与下降的月数比为7/5,可见西安地区雨日是以上升为主。平均雨日最少的1月年上升速率最快,平均雨日最多的9月年上升速率最慢,5月平均雨日下降最快,3月平均雨日下降最慢。平均雨日下降的月份主要集中在春季,平均雨日上升的月份主要集中在冬季(图6)。1970~2013年最多的雨日出现在1985年9月的蓝田。
42卷34期
袁 方等 西安地区近44年降水时空变化特征
3 结论
(1)近44年西安地区降水量随时间波动比较平稳,基本在612 mm上下波动,多雨年/少雨年为6/5,各个区县多雨年与少雨年不相一致,沿秦岭山麓的测站降水量较全市增加。降水量在1992年出现由多变少的突变年,在2002年出现由少变多的突变年,具有2、4和12年的变化周期震荡。近年来雨日越来越少。
(2)近44年西安地区降水量四季空间分布情况比较一致,夏季空间分布比较稀薄,冬季空间分布比较密集,春季和秋季为偏干趋势,夏季和冬季为偏湿趋势,春季比秋季偏干趋势明显,夏季比冬季偏湿趋势明显。
(3)近44年西安地区降水量月际变化存在很大差异,幅度达101 mm,最多降水量是最少的17.9倍。各站全年月降水量变化趋势与全市平均基本一致。全年降水变化比较快,6月迅速增多,7月达顶峰,10月迅速减少。各区县降水分布大体趋势是东部降水多、西部少,南部降水多、北部少,3
月降水趋势异常为户县站最多,其余月份均为蓝田站最多。
图6 1970~2013年西安地区各月平均降水日数时间分布
西安地区雨日空间分布较一致,时间分布不一,以上升为主。
参考文献
[1]
周幸超.新疆河流水文水资源[M].乌鲁木齐:新疆科技卫生出版社,1999:1-555.
[2] 劉星.新疆灾荒史[M].乌鲁木齐:新疆人民出版社,1999:11-681,169-238.
[3] 新疆减灾四十年编委会.新疆减灾四十年[M].北京:地震出版社,1993:61-78,219-229.
[4] 新疆自然灾害研究课题组.新疆自然灾害研究[M].北京:地震出版社,1995:3-152.
利用西安地区7个国家一般气象站1970~2013年逐日基本观测资料,结合Golden software Surfer 8 和vb编制西安地区降水分布图自动绘制软件,利用DPS、SPSS、MATLAB和Excel分析了近44年降水的年际、季节、月变化特征以及突变和频域特征。结果表明,西安地区降水多雨年占主导,1992年出现由多变少的突变,2002年出现由少变多的突变,有2、4和12年的变化周期震荡,近年来雨日逐渐减少;夏季降水等值线空间分布比较稀薄,冬季较密集,春季比秋季偏干趋势明显,夏季比冬季偏湿趋势明显;降水量月份之间存在很大差异。
关键词 西安;时空特征;降水
中图分类号 S161.1 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2014)34-12195-04
在全球变暖的背景下,降水也是增多的。气候增温使整个水循环过程改变,蒸发加大,降水分布格局和区域改变,旱涝灾害的降水极端异常事件增加[1-6]。陈隆勋等研究指出江淮流域、江南、华北为降水主要减少地区[7],西北地区第一气候特征表现为全区一致多雨或少雨型[8]。高蓓等分析发现陕西降水略有减少[9],西安各季节和年降水量下降趋势明显[10-11]。笔者在此对西安地区7个站点降水因子的变化规律和特征进行了统计分析,为今后进一步研究西安不同地区降水的变化特性对其生态环境建设、水源地涵养、水资源利用开发提供依据。
1 资料与方法
选取具有代表性的7个区县(临潼、高陵、周至、长安、蓝田、城区、户县)基本站气象数据,为保障台站同步性和较长的观测以及资料的统一性,剔除1970年之前以及2013年之后的资料,选取1970~2013年的逐日、月降水资料进行分析。降水可以从时间与强度2个方面的变化进行分析,分析年降水量可以看出总体变化趋势,而年份中分配状况可通过分析月、季降水量看出。文中定义多雨年为年降水量大于历史平均值一个标准差,少雨年为年降水量小于历史平均值一个标准差。利用DPS系统、SPSS Statistics和Excel进行数据分析和处理。文中空间分布图均来自西安地区降水分布图自动绘制软件。
2 结果与分析
2.1 降水量空间分布特征
由图1可见,近44年来西安地区年降水量空间分布不均,具有地域差異,自东南向西北地区递减,与年平均气温空间分布[10]大体一致,可见西安地区南部低温多雨、北部高温寡雨。7个区县平均年降水量时间序列与全市大体一致,同时有其地域特殊性。各个区县多雨年与少雨年不相一致,北部的临潼、高陵和西部的周至多雨年占主导,东南部的蓝田、中南部的长安、中部的城区少雨年占主导,户县持平。
图1 1970~2013年西安地区7个区县平均年降水量空间分布
2.2 降水量时间变化特征
2.2.1
年际变化。近44年来全市平均年降水量标准差为129.92 mm,随时间波动比较平稳,呈周期性振荡,基本在平均值612.19 mm上下波动,能看出明显的振幅,1995年之前,波动稍有下降,1995年之后上升。19年偏多,25年偏少,最大年降水量989.09 mm,出现在1983年,最小年降水量333.55 mm出现在1995年。6年多雨年份, 5年少雨年。全市平均年降水量距平时间变化也比较平稳,20世纪90年代后比90年代之前变化平稳。
2.2.2
季变化。近44年西安地区
季平均降水量随时间变化存在季节分布不均匀性,跨幅最小在冬季,跨幅最大在秋季。春末至秋初为降水集中季,与温度变化[10]相似,大体趋势是自东南向西北递减,四季空间分布一致,东南部的蓝田降水最多,北部高陵降水最少。夏季空间分布比较稀薄,冬季空间分布比较密集。全年最多降水量集中在夏季,同时夏季降水量空间变化最大;全年最少降水量集中在冬季,同时冬季降水量空间变化最小。
春季全市平均降水量相关系数为-0.271,呈弱负相关,通过置信度0.05的显著性检验,线性拟合增长率为-0.950 mm/a,20世纪70年代中期~80年代中期呈现缓慢下降趋势,之后至今呈现波动下降趋势;夏季相关系数为0.185,呈极弱正相关,通过0.01的显著性检验,拟合增长率为1.010 mm/a,20世纪70年代开始直线上升达波峰,又波动下降至波谷,从21世纪初期缓慢上升至今有下降趋势;秋季相关系数为-0.072,呈极弱负相关,通过0.05的显著性检验,拟合增长率为-0.585 mm/a,20世纪70年代~90年代波动较大,之后变化趋于平稳;冬季相关系数为0.075,为极弱正相关,通过置信度0.05的显著性检验, 线性拟合增长率为0.090 mm/a,20世纪70年代至今变化一直趋于平稳。
分析表明,春季和秋季为偏干趋势,夏季和冬季为偏湿趋势,春季比秋季偏干趋势明显,夏季比冬季偏湿趋势明显。
图2 1970~2013年西安地区月降水量空间分布
2.2.3
月变化。近44年来全市月降水量分布特点为时间不均匀,月份之间存在很大差异,整体呈正态分布,范围在5.97 mm(12月)~106.82 mm(9月),幅度为100.85 mm。各站全年月降水量变化趋势与全市平均基本一致。全年降水变化比较快,6月迅速增多,7月达顶峰,10月迅速减少。各区县最少月降水量出现在1月份的高陵(5.85 mm),各区县最多月降水量出现7月份的蓝田(129.15 mm)。各区县最多、最少降水量不集中在一个月,但大体最多降水量集中在7和9月,均在80.00 mm以上,占全年35.5%;最少降水量集中在1和12月,仅占全年的2.1%。从1970~2013年西安地 区各区县月降水量分布图(图2)可以看出,除3月外,大体
图3 1970~2013年全市年降水量累积距平变化
趋势是东部降水多、西部少,南部降水多、北部少;3月降水趋势异常为户县站最多,其余月份均为蓝田站最多。
2.3 降水量的突变分析
由图3可见,1992、2002年为近44年全市降水量的主要突变点,分别为“增加-减少”、“减少-增加”交替突变点,近年来波动不明显。从降水量10年滑动t突变检验(图4a)可看出,1970~1982、1995、1997~2003年降水量处于负趋势,1983~1994、1996年降水量处于正趋势;1992、2002年通过α= 0.05的显著水平检验,为年降水量时间变化的突变年, 其中1992年的t分布统计值达最大,为2.25,2002年的t分布统计值达最小,为-2.35。M-K突变检验结果(图4b)显示,近44年来西安地区年降水量没有明显的突变点。各区县同样没有明显的突变点。由于M-K突变检验方法的局限性,年降水量M-K突变检验结果不能说明问题。而累积距平法与滑动t检验计算出的突变年份一致,说明存在1992年由多变少、2002年由少变多的突变年。
图4 1970~2013年全市年降水量滑动t(a)和Mann-Kendall突变检验(b)结果
2.4 降水量的频域特征
当功率谱估计值大于红噪音检验标准谱时,说明所对应的周期是显著的。由图5可见,1970~2013年西安年降水量存在显著的2、4和12年的变化周期震荡,且通过α=0.05的显著性检验,其中滑动平均长度取5年。
图5 1970~2013年全市年降水量功谱率
2.5 全市月降水日数变化特征
西安地区雨日空间分布较一致,户县、蓝田雨日稍多,西安地区雨日时间分布不一,1~5月雨日缓慢上升,5~10月波动上升,到9月达顶峰后至12月突然急剧下降,说明西安地区属于大陆气候,水汽不是很充沛。5~10月温度较其他月高,降水日数也同样高于其他月,但6月雨日有所下降,可能与季节转换有关。雨日上升与下降的月数比为7/5,可见西安地区雨日是以上升为主。平均雨日最少的1月年上升速率最快,平均雨日最多的9月年上升速率最慢,5月平均雨日下降最快,3月平均雨日下降最慢。平均雨日下降的月份主要集中在春季,平均雨日上升的月份主要集中在冬季(图6)。1970~2013年最多的雨日出现在1985年9月的蓝田。
42卷34期
袁 方等 西安地区近44年降水时空变化特征
3 结论
(1)近44年西安地区降水量随时间波动比较平稳,基本在612 mm上下波动,多雨年/少雨年为6/5,各个区县多雨年与少雨年不相一致,沿秦岭山麓的测站降水量较全市增加。降水量在1992年出现由多变少的突变年,在2002年出现由少变多的突变年,具有2、4和12年的变化周期震荡。近年来雨日越来越少。
(2)近44年西安地区降水量四季空间分布情况比较一致,夏季空间分布比较稀薄,冬季空间分布比较密集,春季和秋季为偏干趋势,夏季和冬季为偏湿趋势,春季比秋季偏干趋势明显,夏季比冬季偏湿趋势明显。
(3)近44年西安地区降水量月际变化存在很大差异,幅度达101 mm,最多降水量是最少的17.9倍。各站全年月降水量变化趋势与全市平均基本一致。全年降水变化比较快,6月迅速增多,7月达顶峰,10月迅速减少。各区县降水分布大体趋势是东部降水多、西部少,南部降水多、北部少,3
月降水趋势异常为户县站最多,其余月份均为蓝田站最多。
图6 1970~2013年西安地区各月平均降水日数时间分布
西安地区雨日空间分布较一致,时间分布不一,以上升为主。
参考文献
[1]
周幸超.新疆河流水文水资源[M].乌鲁木齐:新疆科技卫生出版社,1999:1-555.
[2] 劉星.新疆灾荒史[M].乌鲁木齐:新疆人民出版社,1999:11-681,169-238.
[3] 新疆减灾四十年编委会.新疆减灾四十年[M].北京:地震出版社,1993:61-78,219-229.
[4] 新疆自然灾害研究课题组.新疆自然灾害研究[M].北京:地震出版社,1995:3-152.