于文金， 黃亦露， 邵明陽(yáng)

南京信息工程大學(xué)海洋學(xué)院，南京 210044

瀾滄江流域極端天氣災(zāi)害特征及波動(dòng)趨勢(shì)

于文金*， 黃亦露， 邵明陽(yáng)

南京信息工程大學(xué)海洋學(xué)院，南京 210044

基于中國(guó)氣象局國(guó)家氣象信息中心提供的瀾滄江1961—2010年氣象資料，采用 小波分析、EMD 分解、CI指數(shù)、均生函數(shù)逐步回歸模型、相關(guān)分析等方法，探討 19 世紀(jì)末至 21 世紀(jì)初瀾滄江流域極端天氣災(zāi)害的變化特征，及其區(qū)域極端災(zāi)害變化和全球氣候變化之間的聯(lián)系。結(jié)果表明：(1)1961—2010年50a期間，年降水量趨于穩(wěn)定，略有上升，但上升率較小，只有3.1848。年降水量距平分布圖反映了降水量南多北少的區(qū)域差異，正負(fù)距平之間在-2到2之間，北部干旱出現(xiàn)的幾率較大。(2)近20年來(lái)，瀾滄江區(qū)域干旱次數(shù)明顯上升，而瀾滄江流域年暴雨頻次在過(guò)去50a和未來(lái)的20a內(nèi)沒(méi)有明顯的增加趨勢(shì)，干旱頻次未來(lái)20年內(nèi)呈斜率0.2635的上升態(tài)勢(shì)，未來(lái)該區(qū)域極端天氣災(zāi)害主要是干旱災(zāi)害。(3) 該區(qū)域降水和暴雨頻次存在多尺度特征，兩種研究方法都得到瀾滄江流域降水量存在2、7、15a的變化周期，只是兩種方法得出的主周期不同，EMD 方法比小波方法更適合處理非平穩(wěn)、非線性信號(hào)，可以認(rèn)為瀾滄江流域降水量存在2、7、15a的變化周期，且主周期為準(zhǔn)2a。(4) 降水量和暴雨頻度序列的 IMF1 和 IMF2 周期在2 —7 a之間，與 ENSO 在年際變化上的信號(hào)相吻合，推斷瀾滄江流域暴雨和干旱災(zāi)害與ENSO有重要聯(lián)系，且隨著氣溫升高干旱災(zāi)害頻次明顯增加，顯示區(qū)域極端氣溫災(zāi)害的變化與全球氣候變暖有某種關(guān)聯(lián)，是全球氣候變化的區(qū)域響應(yīng)表現(xiàn)形式之一。

瀾滄江; 干旱; 脆弱性; 干旱指數(shù); 閥值

進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，全球變暖趨勢(shì)日益引起人們的關(guān)注，全球變化條件下，極端事件頻繁發(fā)生，是氣候變化的重要表現(xiàn)特征，許多情況下，它既是氣候系統(tǒng)對(duì)自然生態(tài)改變最敏感的響應(yīng)，也是造成氣候系統(tǒng)改變的驅(qū)動(dòng)力[1- 3]。過(guò)去幾十年的研究發(fā)現(xiàn)在全球大部分陸地表面出現(xiàn)了顯著的強(qiáng)降雨增加而小雨及中雨減弱的趨勢(shì)，這種廣泛增加的強(qiáng)降水事件被許多學(xué)者歸因于氣候變暖[4- 5]，而區(qū)域極端氣候事件對(duì)全球氣候變化的響應(yīng)機(jī)理尚不清晰，極端氣候?yàn)?zāi)害的歸因問(wèn)題也存在諸多疑點(diǎn)[6]。干旱和洪澇災(zāi)害作為最重要的極端氣候事件表現(xiàn)形式成為反映全球變化背景下區(qū)域響應(yīng)的重要方面，成為研究全球變化特征和相關(guān)機(jī)理的重要領(lǐng)域。瀾滄江-湄公河流域縱貫13個(gè)緯度，最大相對(duì)高差近5000 m，跨 6 種氣候帶，是一個(gè)特殊的環(huán)境變化敏感區(qū)，它在氣候、水文、地理、生態(tài)學(xué)等多方面都具有重要的科學(xué)研究?jī)r(jià)值。探討瀾滄江-湄公河流域降水特征和干旱機(jī)理對(duì)于認(rèn)識(shí)瀾滄江流域?qū)崟r(shí)灌溉預(yù)報(bào)調(diào)度、水資源合理配置及其對(duì)氣候變化下的區(qū)域氣候?yàn)?zāi)害響應(yīng)機(jī)理等重大問(wèn)題具有重要的意義。

圖1 瀾滄江流域站點(diǎn)分布圖Fig.1 The Map of Lancang River Site

1 資料和方法

1.1 資料來(lái)源和處理

資料來(lái)源于中國(guó)氣象局國(guó)家氣象信息中心，為選擇足夠數(shù)量的典型站，使采用的降水資料能夠代表研究區(qū)降水情況并滿足后續(xù)分析計(jì)算的基本要求，根據(jù)多步迭代估計(jì)方法對(duì)站點(diǎn)最優(yōu)個(gè)數(shù)進(jìn)行估計(jì)，從而得出最佳樣本數(shù)量(選取置信水平為95%的Student t檢驗(yàn)得到置信區(qū)間)，共選取了瀾滄江流域及其周邊35站，數(shù)據(jù)經(jīng)嚴(yán)格訂正，研究時(shí)段為1961—2010 年，各站點(diǎn)位置如圖1。

研究中根據(jù)國(guó)家氣象局制定的氣象行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，并參考國(guó)內(nèi)外同類研究[7- 9]，簡(jiǎn)化為日降水量0.1—5 mm，5—10 mm，10—50 mm，50 mm 以上 4 個(gè)量級(jí)，其中第1個(gè)和第2個(gè)常俗稱“毛毛雨”，對(duì)土壤水分涵養(yǎng)具有重要意義，第四個(gè)則屬暴雨或大暴雨，往往會(huì)誘發(fā)洪澇、滑坡、泥石流等嚴(yán)重自然災(zāi)害，它們都屬于極端降水的范疇。10—50 mm量級(jí)在本研究中則主要用于對(duì)比參照。對(duì)于網(wǎng)站個(gè)別年份資料缺失問(wèn)題均經(jīng)過(guò)等距離插值法處理。

1.2 研究方法

1.2.1 干旱指數(shù)

本文所用干旱指標(biāo)是由國(guó)家氣候中心創(chuàng)建的以標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)、濕潤(rùn)度指數(shù)及近期降水量為基礎(chǔ)的綜合干旱指數(shù)Ci，該指標(biāo)適合實(shí)時(shí)氣象干旱監(jiān)測(cè)和歷史同期氣象干旱評(píng)估。綜合氣象干旱指數(shù)(Ci)的計(jì)算如下：

Ci=aZ30+bZ90+cM30

(1)

式中,Z30、Z90分別為近30天和近90天標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)SPI值，M30為近30天相對(duì)濕潤(rùn)度指數(shù)，該指數(shù)是表征某時(shí)段降水量與蒸發(fā)量之間平衡的指標(biāo)之一。a為近30天標(biāo)準(zhǔn)化降水系數(shù)，b為近90天標(biāo)準(zhǔn)化降水系數(shù)，c近30天相對(duì)濕潤(rùn)度系數(shù)。干旱等級(jí)劃分見(jiàn)表1，研究中，設(shè)定降水量致災(zāi)閥值，20d無(wú)降水為輕旱，30d無(wú)降水為中旱，60d無(wú)有效降水為重旱。

表1 綜合氣象干旱等級(jí)的劃分表Table 1 Comprehensive meteorological drought level division table

1.2.2 降水周期變化研究方法

(1)Morlet小波分析

小波方差分析是小波分析的重要內(nèi)容，小波方差圖反映了能量隨時(shí)間尺度的分布,可以確定一個(gè)時(shí)間序列中各種尺度擾動(dòng)的相對(duì)強(qiáng)度[10]，對(duì)應(yīng)峰值處的尺度稱為主要時(shí)間尺度，用以反映時(shí)間序列的主要周期。其計(jì)算式為:

(2)

Morlet小波系數(shù)的實(shí)部表示不同特征時(shí)間尺度信號(hào)在不同時(shí)間上的分布和位相兩方面的信息，正的小波系數(shù)反映出分析對(duì)象在該時(shí)間段為偏多期，負(fù)值時(shí)反映為偏少期，零值對(duì)應(yīng)著突變點(diǎn)。

(2)EMD法

為深入分析極端降水變化的典型地區(qū)的演變特征，本文借鑒Huang 等[11]提出的經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解方法(Empirical Mode Decomposition, EMD)，選擇的站點(diǎn)降水量序列進(jìn)行分解。EMD可對(duì)一個(gè)時(shí)間信號(hào)將其不同尺度(頻率) 的波動(dòng)或趨勢(shì)逐級(jí)分解開(kāi)來(lái)，產(chǎn)生一系列具有不同特征尺度的數(shù)據(jù)序列，稱為本征模函數(shù)(Intrinsic Mode Function，IMF)，它是目前處理非平穩(wěn)、非線性信號(hào)，特別是分析時(shí)間序列趨勢(shì)的最好方法，相比傳統(tǒng)的傅立葉譜分析、小波分析等具有明顯的優(yōu)勢(shì)[12- 13]。游程理論是指持續(xù)出現(xiàn)的同類事件，在其前或其后為另外事件。年降水資料可視為一個(gè)離散序列，若以多年平均降雨量Q0為閾值,凡Qi>Q0者具有正變差,屬多水集團(tuán);Qi≤Q0者具有負(fù)變差,屬少水集團(tuán)。當(dāng)連續(xù)出現(xiàn)Qi>Q0(或Qi≤Q0)時(shí),則出現(xiàn)連豐年(或連枯年)，連豐年稱為正游程,連枯年稱為負(fù)游程，以此分析降水的豐枯變化[11- 12]。游程概率可用下式計(jì)算：

P=ρ(k-1)×(1-ρ)

ρ=(s-s1)/s

(3)

式中,P為連續(xù)K年豐水或枯水發(fā)生概率；K為連續(xù)豐水(枯水)的年數(shù)；ρ為模型分布參數(shù)；s為統(tǒng)計(jì)資料中豐水(枯水)年累計(jì)頻次；s1為連豐(枯)年發(fā)生的累計(jì)年頻次。

2 結(jié)果與分析

2.1 降水特征

圖2 瀾滄江區(qū)域年降水量距平分布圖Fig.2 The map of precipitation anomaly distribution in Lancang River region

圖3 瀾滄江流域年降水量趨勢(shì)圖Fig.3 The graph of trend of Precipitation on Lancang River Basin

通過(guò)對(duì)瀾滄江流域降水資料分析發(fā)現(xiàn)，1960—2011年50a期間，年降水量趨于穩(wěn)定，略有上升，但上升率較小，只有3.1848，中間雖有波動(dòng)，總體反應(yīng)了穩(wěn)定的濕潤(rùn)氣候特征。年降水量距平分布圖(圖2)反映了降水量南多北少的區(qū)域差異，距平差距不大，正負(fù)距平之間在-2到2之間。從區(qū)域空間分布來(lái)看，北部干旱出現(xiàn)的幾率較大。采用均生函數(shù)逐步回歸模型對(duì)未來(lái)20a內(nèi)該流域降水量進(jìn)行預(yù)測(cè)，擬合結(jié)果預(yù)測(cè)(圖2)2011—2016年年降水量處于上升趨勢(shì)，此后緩慢下降，2021年后重新步入上升趨勢(shì)，但總量變化不大。

2.2 極端災(zāi)害天氣特征

采用綜合氣象干旱指數(shù)Ci和其確定的指標(biāo)，對(duì)瀾滄江流域1956—2010年年度和春季時(shí)間段不同程度干旱頻率進(jìn)行計(jì)算，研究結(jié)果顯示，全年發(fā)生輕旱情況比較廣，中南部均出現(xiàn)輕旱分布；中旱分部區(qū)域和輕旱區(qū)域基本吻合，但趨于萎縮，呈三團(tuán)狀分布；重特旱分布面積較小，只有在中部一小部分和南部山區(qū)。春季干旱情況來(lái)看，也體現(xiàn)出出現(xiàn)干旱的區(qū)域主要在南部地區(qū)，但春季干旱呈現(xiàn)出與全年干旱不同的特征，輕旱分布面積小，中大干旱分布面積較大(圖4)，因此，瀾滄江流域春季防旱任務(wù)嚴(yán)重，應(yīng)特別重視春季干旱的預(yù)防預(yù)報(bào)。

采用均生函數(shù)逐步回歸模型對(duì)未來(lái)20a內(nèi)該流域暴雨量進(jìn)行預(yù)測(cè)(圖5)，可知由暴雨發(fā)生頻率來(lái)看，1986年前，呈現(xiàn)震蕩下降趨勢(shì)，其后，又呈現(xiàn)明顯的震蕩上升趨勢(shì)。2000年和2001年都達(dá)到了14次之多。從降水游程來(lái)看，30d以上間隔降水游程呈現(xiàn)明顯上升趨勢(shì)，年均60d無(wú)降水幾率在1988年顯著上升，是70年代的4倍。這說(shuō)明，近20年來(lái)，瀾滄江區(qū)域干旱次數(shù)明顯上升。

研究發(fā)現(xiàn)，35個(gè)站點(diǎn)中，出現(xiàn)30d以上無(wú)降水頻次的最多達(dá)25個(gè)(2006年)，而且發(fā)現(xiàn)，連續(xù)高值和連續(xù)低值現(xiàn)象，連續(xù)高值出現(xiàn)在1966—1970,1983—1986,1993—2003,2006—2010時(shí)間段，其中間間隔為低值區(qū)，這也表明了區(qū)域降水具有持續(xù)性特征，連枯的模型參數(shù)值大于連豐的,則連枯較連豐更頻繁的出現(xiàn)。代表站的Hurst系數(shù)均大于0.5,介于0.523-—0.842之間，均值為0.658。表明該區(qū)降水具有持續(xù)性特征，現(xiàn)在的降水特性將會(huì)影響未來(lái)的降水趨勢(shì)。均生函數(shù)逐步回歸模型預(yù)測(cè)結(jié)果顯示(圖5,圖6)，瀾滄江流域年暴雨頻次在未來(lái)的20a內(nèi)沒(méi)有明顯的增加趨勢(shì)，而30d以上無(wú)降水的中旱以上干旱頻次自2006年以來(lái)明顯上升，預(yù)測(cè)結(jié)果也顯示干旱頻次未來(lái)20a內(nèi)呈斜率0.2635的上升態(tài)勢(shì)，說(shuō)明未來(lái)瀾滄江流域干旱災(zāi)害有加重趨勢(shì)，未來(lái)該區(qū)域極端天氣災(zāi)害主要是干旱災(zāi)害。

綜合觀察1961—2010年50a瀾滄江區(qū)域氣溫變化和極端天氣狀況發(fā)現(xiàn)，50a來(lái)，區(qū)域年均溫呈現(xiàn)震蕩上升趨勢(shì)，1981年前尚不明顯，1981年后呈現(xiàn)明顯增溫趨勢(shì)，這與東亞地區(qū)氣候變化趨勢(shì)和全球變暖的趨勢(shì)相吻合；本區(qū)域暴雨災(zāi)害天氣出現(xiàn)頻度總體來(lái)看呈現(xiàn)相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，上升趨勢(shì)不明顯。而干旱災(zāi)害特別是30d以上無(wú)降水事件出現(xiàn)頻率呈現(xiàn)震蕩上升趨勢(shì)，2005年以來(lái)呈現(xiàn)加速上升趨勢(shì)，與溫度上升相呼應(yīng)，并且研究發(fā)現(xiàn)，暖年干旱頻次明顯高于同時(shí)間冷年的干旱頻次，例如，在暖年1968、1977、1985、1996、2008年份，均出現(xiàn)了明顯的干旱頻次峰值，暖年也有降水峰值，且1981年后干旱趨勢(shì)與氣溫增加趨勢(shì)也比較一致(圖7)，因此，在一定程度上可以推斷，瀾滄江流域干旱災(zāi)害頻度趨于活躍是全球氣候變暖下的區(qū)域響應(yīng)的一種表現(xiàn)形式。

圖4 瀾滄江流域干旱災(zāi)害情況分布(a,b,c;表示全年輕旱、中旱、重旱；d,e,f分別表示春季輕旱、中旱、重旱分布)Fig.4 Lancang River Basin drought disaster distribution (b，c said light drought, drought, annual drought; d, e, f said spring light drought, drought, heavy drought distribution)

圖5 瀾滄江流域年暴雨頻次Fig.5 rainstorm frequency of Lancang River Basin

2.3 極端災(zāi)害周期特征

2.3.1 小波結(jié)果分析

根據(jù)小波理論研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，瀾滄江流域50a的年降水量存在多個(gè)尺度的周期，比較復(fù)雜。存在4個(gè)明顯的特征時(shí)間尺度，分別為2、6—7、9a和15—17a。其中，2年的周期振蕩基本貫穿整個(gè)研究時(shí)域，表現(xiàn)穩(wěn)定，在2000年后，周期振蕩逐漸消失；6—7a的周期存在于1979年之前，期間周期穩(wěn)定，之后周期振蕩消失，以5a的周期為主，且周期有隨著時(shí)間的延長(zhǎng)增長(zhǎng)的趨勢(shì)；周期8—10a幾乎貫穿整個(gè)研究時(shí)域，從1962年開(kāi)始，周期振蕩比較穩(wěn)定，但是周期有減小的趨勢(shì)；15—17a的周期振蕩貫穿整個(gè)研究時(shí)域，在這個(gè)尺度上近55年來(lái)云南地區(qū)的降水大致經(jīng)歷了少→多→少→多→少→多→少的過(guò)程，而在2010年處的等值線還未完全閉合，說(shuō)明2010以后的幾年里在該周期上降水量正處于偏少期；看其它周期均說(shuō)明在2010年后降水量偏少(圖8)。小波方差表現(xiàn)出4個(gè)峰值，降水量序列存在2、6—7、9、15—17a的振蕩周期，這些周期決定了降水量在整個(gè)時(shí)間域內(nèi)的變化特性。其中9年的擾動(dòng)能量很大，其次是6—7、2a，最后是15—17a的周期，可見(jiàn)9a的周期是主周期(圖8)。

圖6 30d連續(xù)無(wú)降水出現(xiàn)頻次Fig.6 frequency with 30 days of continuous non precipitation

圖7 瀾滄江流域溫度變化與極端天氣災(zāi)害頻度Fig.7 Temperature change and extreme weather disaster frequency of Lancang River Basin

圖8 瀾滄江流域降水小波震蕩周期 Fig.8 Precipitation wavelet vibration period about Lancang River Basin

2.3.2 EMD分解結(jié)果分析

前人研究發(fā)現(xiàn)[14- 16]，EMD 分解有可能產(chǎn)生虛假分量，相關(guān)系數(shù)較大、圖像相似性較好的分量才是最主要的分量。計(jì)算了各序列 EMD 分解得出的 IMF 分量和原序列的相關(guān)系數(shù)，對(duì)各個(gè)分解出的IMF項(xiàng)與原序列進(jìn)行相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)，可以看出一般前兩個(gè)分量與原序列相符程度比較高，此外對(duì)相關(guān)系數(shù)進(jìn)行了t檢驗(yàn)，給定顯著性水平α=0.05，查相關(guān)系數(shù)表，表格中帶**部分為未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，同時(shí)設(shè)置相關(guān)系數(shù)1/10為門(mén)限值，未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)和未達(dá)到門(mén)限值的均看做虛假分量。分析結(jié)果顯示， 除春季IMF7、秋冬IMF8外，各IMF1與原序列相關(guān)系數(shù)均大于門(mén)限值，且絕大部分達(dá)到 0. 05顯著性水平(表2)，顯示 EMD 分解的結(jié)果比較理想。需要說(shuō)明的是，本文分析采用的是消除趨勢(shì)后標(biāo)準(zhǔn)化的分解序列，缺失數(shù)據(jù)采取了等距插值法處理。

瀾滄江流域降水量序列 EMD 分解的結(jié)果顯示，瀾滄江流域降水量總體來(lái)說(shuō)振幅逐漸變小，而平均周期由短變長(zhǎng)。暴雨頻次序列 IMF1—IMF5 的平均周期分別為2.8、4.2、6.2、9.4、16.7、25a，而降水序列的平均周期分別為 2. 9 、7. 1 、15. 4 、30. 8 a，因此二者周期對(duì)應(yīng)關(guān)系較好，暴雨頻次序列的變化周期小于降水序列周期(圖9)。計(jì)算各模態(tài)和趨勢(shì)項(xiàng)的方差貢獻(xiàn)率，得出 IMF1 的貢獻(xiàn)率最大，2.8a和4.2a是暴雨頻次的主周期，2.9a和7.1a為暴雨降雨量的主周期，即準(zhǔn) 2 a 周期是瀾滄江流域洪災(zāi)的主要周期，同時(shí)也是中國(guó)洪災(zāi)變化的最主要周期(表3) 。進(jìn)一步將暴雨變化劃分為年際信號(hào)(IMF1、IMF2) 、年代際信號(hào)(IMF3) 和幾十年際信號(hào)(IMF4、IMF5)，則各信號(hào)的方差貢獻(xiàn)率基本上是遞減的，且年際信號(hào)(前兩個(gè)分量) 包括了最主要的方差貢獻(xiàn)率，洪災(zāi)和降水序列年際信號(hào)的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率分別達(dá) 51.3%和 84.1%(表4)。

表2 EDM分解各分量和原序列相關(guān)系數(shù)Table 2 The correlation coefficient about EDM decomposition components and raw sequence

**為未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)

綜合對(duì)比兩種方法得出的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，根據(jù)小波理論研究瀾滄江流域降水量序列存在2、6—7、9、15—17a的振蕩周期，其中9a的擾動(dòng)能量很大，其次是6—7、2a，最后是15—17a的周期，可見(jiàn)9年的周期是主周期。瀾滄江流域降水量序列 EMD 分解的結(jié)果顯示，瀾滄江流域降水量總體來(lái)說(shuō)振幅逐漸變小，降水序列的平均周期分別為 2.9 、7.1 、15.4 、30.8 a，準(zhǔn)2、7a為其主周期，對(duì)比兩者可以看到，兩種研究方法都得到瀾滄江流域降水量存在周期性變化，而且均存在2、7、15a的變化周期，只是兩種方法得出的主周期不同，由于采用 EMD 方法比小波方法具有更強(qiáng)的局部表現(xiàn)能力，所以適合處理非平穩(wěn)、非線性信號(hào)，所以，推斷滄江流域降水量存在2、7、15a的短期變化周期，而且主周期為EMD方法所得到的主周期，即準(zhǔn)2a。

一些學(xué)者在分析中國(guó)近500a 旱澇時(shí)發(fā)現(xiàn)，中國(guó)東部夏季降水有世紀(jì)周期存在，認(rèn)為 1873—2000 年?yáng)|亞夏季風(fēng)有顯著的 80a 周期，其次尚有 40a 周期、8—10a 周期及準(zhǔn)2a周期等[17- 19]。這些結(jié)論與本文的分析結(jié)果得出的結(jié)論不一致主要原因在于前兩位研究者是從中長(zhǎng)期時(shí)間序列得出的長(zhǎng)期波動(dòng)規(guī)律，而本文研究結(jié)果更多的是對(duì)中短期震蕩規(guī)律的研究。

圖9 夏季降水量EMD分解與暴雨頻次EMD分解量示意圖Fig.9 EMD about precipitation in summer and EMD about rainstorm frequency decomposition of decomposition volume diagram

表3 各個(gè)IMF分量對(duì)所有分量的方差貢獻(xiàn)率Table 3 The IMF component on all subscales of the variance contribution rate

同時(shí)，降水量和暴雨頻度序列的 IMF1 和 IMF2 周期在2 —7a之間，與 ENSO 在年際變化上的信號(hào)相吻合。ENSO 是海氣耦合系統(tǒng)中最強(qiáng)的年際變化信號(hào)，它對(duì)東亞夏季風(fēng)的強(qiáng)弱變化和中國(guó)夏季降水的分布有重要影響，可以推斷瀾滄江流域暴雨和干旱災(zāi)害與ENSO有重要聯(lián)系，這一點(diǎn)也得到其他學(xué)者研究結(jié)果的驗(yàn)證[20- 23]。

表4 暴雨頻次各IMF分量的方差貢獻(xiàn)率Table 4 The IMF components of variance contribution rate of rainstorm frequency

帶*為未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)

3 小結(jié)

(1) 1961—2010年50a期間，年降水量趨于穩(wěn)定，略有上升，但上升率較小，只有3.1848。年降水量距平分布圖反映了降水量南多北少的區(qū)域差異，正負(fù)距平之間在-2到2之間，北部干旱出現(xiàn)的幾率較大。

(2)近20年來(lái)，瀾滄江區(qū)域干旱次數(shù)明顯上升，而瀾滄江流域年暴雨頻次在過(guò)去50a和未來(lái)的20a內(nèi)沒(méi)有明顯的增加趨勢(shì)，預(yù)測(cè)結(jié)果顯示干旱頻次未來(lái)20a內(nèi)呈斜率0.2635的上升態(tài)勢(shì)，說(shuō)明未來(lái)瀾滄江流域干旱災(zāi)害有加重趨勢(shì)，未來(lái)該區(qū)域極端天氣災(zāi)害主要是干旱災(zāi)害。

(3) 兩種研究方法都得到瀾滄江流域降水量存在周期性變化，而且均存在2、7、15a的變化周期，只是兩種方法得出的主周期不同，由于采用 EMD 方法比小波方法具有更強(qiáng)的局部表現(xiàn)能力，所以適合處理非平穩(wěn)、非線性信號(hào)，所以，斷定瀾滄江流域降水量存在2、7、15a的短期變化周期，而且主周期為準(zhǔn)2a。

(4)降水量和暴雨頻度序列的 IMF1 和 IMF2 周期在2 —7a之間，與 ENSO 在年際變化上的信號(hào)相吻合，推斷瀾滄江流域暴雨和干旱災(zāi)害與ENSO有重要聯(lián)系。

通過(guò)以上研究發(fā)現(xiàn)，瀾滄江區(qū)域氣候變化和災(zāi)害天氣的波動(dòng)規(guī)律與全球氣候變化具有一定程度的關(guān)聯(lián)性，近年來(lái)的極端干旱天氣可能是氣候變暖的區(qū)域響應(yīng)事件，其兩者之間的定量關(guān)聯(lián)和相關(guān)作用機(jī)理是下一步研究的方向。

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Research on characteristics of extreme weather disasters and fluctuations trend on Lancang river basin

YU Wenjin*, HUANG Yilu, SHAO Mingyang

NanjingUniversityofInformationScienceandTechnology,CollegeofMarineSciences,Nanjing210044,China

The meteorological data from1961 to 2010 about the Lancang region which was provided by National Meteorological Information Center were used to to explore the link between the variation of the Lancang River Basin extreme weather disasters in the late 19th century to the early 21st century, and its regional extreme disasters change and global climate change the method whose using wavelet analysis, EMD decomposition, CI index, mean generating function stepwise regression model, mutation testing and correlation analysis etc were been used. It is showed that by the results: (1) Annual precipitation is stabilized, rose slightly, but the rate of rise is small, only 3.1848 in the 50-year period of which from 1951 to 2010. Annual precipitation anomaly maps to reflect regional differences in precipitation in the south than in the north, between positive and negative anomalies between -2 to 2, the probability of occurrence of the northern arid. (2) In the past 20 years, the Lancang area arid the number was significantly increased by the Lancang River Basin annual rainstorm frequency times in the past 50 years and the next 20 years there is no obvious increase trend, drought frequency times the next 20 years showed a slope of 0.2635 the rising trend, the future of the region of extreme weather disasters, mainly drought disaster. (3) There have multi-scale features about regional precipitation and storm frequency, whose 2a, 7a, 15a change cycle in Lancang River Basin precipitation has been proved by two research methods, but whose main cycle by two method is different. It is showed that EMD method is more suitable than wavelet method to deal with non-stationary, non-linear signal, concluded that the precipitation of the Lancang River Basin 2a, 7a, 15a change cycle, and primary cycle prevail 2a. (4) The cycle of IMF1 and IMF2 about precipitation and frequent rainstorms the degree sequence is between 2—7 a, which is coincided similar to that of ENSO. It was inferred by it that there is important connection between the storms and drought disasters of Lancang River Basin and ENSO. As the temperature increased significantly increased frequency of drought disasters, all of those showed that extreme temperature disasters, climate change and global warming have some connection to one of the manifestations of global climate change, regional response.

Lancang river; drought; vulnerability; drought index; threshold

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃資助[2013CB430200(2013CB430206)]; 國(guó)家重大科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目(2012CB955900);江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目(PAPD)

2013- 05- 08;

日期:2014- 04- 17

10.5846/stxb201305080984

*通訊作者Corresponding author.E-mail: yuwj@nuist.edu.cn

于文金， 黃亦露， 邵明陽(yáng) .瀾滄江流域極端天氣災(zāi)害特征及波動(dòng)趨勢(shì).生態(tài)學(xué)報(bào),2015,35(5):1378- 1387.

Yu W J, Huang Y L, Shao M Y.Research on characteristics of extreme weather disasters and fluctuations trend on Lancang river basin.Acta Ecologica Sinica,2015,35(5):1378- 1387.