龐綺汶，招偉文，潘巧英

佛山市南海區(qū)汛期降水特征的分析

龐綺汶1，招偉文2，潘巧英1

（1.佛山市南海區(qū)氣象局，廣東佛山 528200；2.佛山市順德區(qū)氣象局，廣東佛山 528300）

利用佛山市南海區(qū)1961—2010年逐月降水量資料，采用趨勢性分析、Morlet小波分析和Mann-Kendall法進行氣候變化趨勢和突變分析。結果表明：近50年南海區(qū)汛期（前、后汛期）降水總量呈上升趨勢。20世紀90年代到2005年后汛期降水增加明顯，而總汛期降水量在20世紀90年代以來偏多。20世紀80年代到90年代初期汛期降水量下降最為明顯。汛期（前、后汛期）降水量偏少集中在20世紀80年代中期到90年代前期，而總汛期和后汛期在20世紀60年代前期和20世紀90年代中期到2005年降水偏多。汛期存在準2、準4和7～8年尺度的周期；前汛期存在3～4、準2和準4年時間尺度的周期振蕩；后汛期存在3～4、準2和7～8年周期。突變檢測確定1992年為汛期和后汛期降水量的突變年份。

氣候學；汛期降水；小波分析；周期振蕩；佛山南海

佛山市南海區(qū)屬亞熱帶季風性濕潤氣候區(qū)，氣候溫和、雨量充足，1961—2010年年平均降水量為 1 650.9 mm，其中80%左右集中在汛期（4—9月），前汛期（4—6月）主要是鋒面低槽帶來的降水，降水量為696.8 mm，占全年降水量的42%，后汛期（7—9月）主要是熱帶氣旋、熱帶輻合帶等帶來的降水，降水量在621.7 mm，占全年降水量的38%。降水對人們生產生活等方面影響極大，因此，人們對降水等氣候變化也越來越關注。李江南等［1］研究發(fā)現(xiàn)廣東省降水量具有年際變化特征，且20世紀90年代出現(xiàn)極端降水，降水明顯增加，前汛期和后汛期降水年際變化很大，總體呈現(xiàn)負相關。也有一些研究表明近40年來廣東省的降水量總體呈上升趨勢，20世紀60年代中后期到70年代末降水量基本呈上升趨勢，80年代后期呈下降趨勢，90年代開始又有所增加并達到最多［2］。羅偉華等［3］進一步研究指出，近47年來廣東省年降水量具有明顯的年代際振蕩特征，降水偏多和偏少交替出現(xiàn)，但沒有發(fā)生突變現(xiàn)象。而劉燕等［4］通過分析廣東省前汛期降水量均方差變化特征，也發(fā)現(xiàn)汛期降水呈現(xiàn)明顯的年代際變化，20世紀90年代以后，粵中地區(qū)降水異常明顯增多。

綜合專家和學者們的研究可知，廣東省年降水量具有年際和年代際變化特征，且變化趨勢具有顯著的地理差異，在年際變化上有的地方略呈增加，有的略呈減少，但總體變化還是不顯著［5-11］。而對佛山市南海區(qū)汛期（前、后汛期）降水量整體上作研究分析，目前還比較少，因此有必要對佛山市南海區(qū)汛期（前、后汛期）降水量的變化特征作深入分析，了解和掌握該區(qū)汛期（前、后汛期）降水的變化趨勢，為當?shù)氐慕邓A測預報和防洪抗?jié)车忍峁┲匾目茖W依據。

1 資料與方法

本研究資料來源于佛山市南海區(qū)國家氣象觀測站1961—2010年逐月降水量資料。按相關規(guī)定4—9月為汛期，其中前汛期為4—6月，后汛期為7—9月［12］。采用趨勢性分析法、Morlet小波分析方法、Mann-Kendall法對近50年來佛山市南海區(qū)汛期（前、后汛期）降水量的變化趨勢和突變進行了分析。具體公式請參看參考文獻［13-15］。

2 降水量的基本變化特征

圖1給出了汛期降水時間序列及長期變化趨勢。從圖1中可以看出，近50年佛山市南海區(qū)總汛期降水量的增加趨勢較為明顯，氣候傾向率為4.228 mm/年，通過α=0.10的顯著性檢驗，但沒有通過α=0.05的顯著性檢驗，這種增加趨勢與廣東省近40年的汛期降水量變化趨勢相同［5］。而前汛期和后汛期降水量的氣候傾向率分別為1.244和2.984 mm/年，均沒有通過α=0.10的顯著性檢驗，說明近50年佛山市南海區(qū)前汛期和后汛期降水量雖有增加趨勢，但不顯著。

從趨勢分析得出，20世紀60年代到70年代汛期（前、后汛期）一直呈波動上升的趨勢，特別是20世紀90年代到21世紀前5年后汛期降水變化較突出，增加明顯，這與90年代后極端降水氣候事件更加頻繁發(fā)生的事實相符［7］。而總汛期降水量在20世紀90年代以來也呈上升趨勢，且穩(wěn)定在平均降水量之上。另外1982年到1994年前汛期的降水量和1985年到1994年后汛期的降水量均偏小，導致20世紀80年代到90年代初期汛期降水量下降最為明顯，一直低于平均水平。

圖1 1961—2010年佛山市南海區(qū)降水量年際變化及7年滑動平均

為了進一步揭示汛期（前、后汛期）降水量的年際變化，本研究對近50年的降水量進行7年滑動平均處理。從圖1a的7年滑動平均曲線可見，近50年來佛山市南海區(qū)總汛期降水量可分為2個偏多時段、2個偏少時段和1個平穩(wěn)變化時段。2個偏多時段分別為20世紀60年代前期和20世紀90年代中期到21世紀初。而20世紀60年代中期到70年代前期和20世紀80年代中期到90年代前期降水持續(xù)偏少，70年代中期到80年代前期基本上都是一個平穩(wěn)變化階段，年降水量在平均值附近小幅度波動。這個變化趨勢與江門［7］、深圳［8］等周邊城市的汛期變化規(guī)律相似。

圖1b顯示前汛期降水量可分為兩個偏多、兩個偏少時段。20世紀70年代和2004—2010年為降水偏多時段，與陳志芳［9］所研究的結果吻合。20世紀60年代和20世紀80年代到90年代降水持續(xù)偏少，其中1995年是降雨偏少時段里的一個小高峰。

而后汛期降水量變化規(guī)律與前汛期和總汛期降水量變化規(guī)律不同，分為兩個偏多時段和一個偏少時段，從圖1c可以看出，2個偏多時段分別為20世紀60年代的前期、中期和20世紀90年代到2005年。而20世紀60年代后期一直延續(xù)到1993年降水持續(xù)偏少，其中1974和1984年分別為降水偏少時段里的2個高峰值。

3 汛期降水量周期分析

圖2為近50年佛山市南海區(qū)汛期（前、后汛期）降水經過Morlet小波變換之后的功率譜。圖2中紅色線所包圍部分表示通過了在0.05顯著性水平上的高斯白噪聲檢驗的尺度周期。

由圖2a可知，汛期降水強度在2000—2003年和2007—2010年為中心時段，準2年周期是顯著的；20世紀80年代到90年代出現(xiàn)了7～8和準4年顯著周期。因此，汛期降水強度在2000—2003和2007—2010年前后存在顯著的年代際變化。此外，汛期降水在20世紀80年代出現(xiàn)顯著的7～8年周期振蕩，90年代出現(xiàn)顯著的準4年周期振蕩，這與廣東地區(qū)近40年來汛期降水的年代際變化特征相吻合［5］。同時小波功率譜分析還檢測出該區(qū)域在年際尺度上存在準3～4年周期，但0.05顯著水平檢驗發(fā)現(xiàn)并不顯著。

從圖2b可以看出近50年佛山市南海區(qū)前汛期降水時間序列存在著顯著的3～4、準4和準2年尺度周期。3～4年周期在20世紀60年代中期較強，其他年份偏弱。準4年周期在20世紀80年代到20世紀末較強較顯著，其他年份較弱。準2年周期在2007—2010年較強，其他年份較弱。同時小波功率譜分析還檢測出該區(qū)域在代際尺度上存在準16和準32年周期，但均未通過顯著性檢驗。

后汛期降水強度在20世紀80年代中期到20世紀末為中心的時段，7～8年周期是顯著的（圖2c）。因此，近50年佛山市南海區(qū)降水強度在20世紀80年代中期到20世紀末存在顯著的年際變化。還有從圖2c中可以看到佛山市南海區(qū)后汛期降水時間序列存在著準2和3～4年尺度周期，準2年周期在20世紀60年代初期較強，其他年份較弱；3～4年周期在2000年前后較強，其他年份較弱。

圖2 1961—2010年佛山市南海區(qū)降水小波分析

4 汛期降水年代際突變分析

分析曼-肯德爾（Mann-Kendall，M-K）法計算的近50年佛山市南海區(qū)汛期降水量變化圖（圖3a、3b、3c）可知，汛期（前、后汛期）的UF和UB曲線在1961—2010年之間雜點較多，且MK曲線沒有超過臨界值=±1.96的臨界線，根據M-K法突變檢驗的判定法則，說明佛山市南海區(qū)汛期（前、后汛期）降水量存在突變。為了進一步檢驗佛山市南海區(qū)降水年代際突變情況，本研究還利用了山本（Yamamoto）法對汛期（前、后汛期）的降水量突變進行檢驗分析（圖略），從山本法的檢驗結果，發(fā)現(xiàn)汛期的檢驗值接近1.0，而且1992年是在所有年檢驗點中是最大的，并且從圖3a也可以看到1992年UF和UB曲線存在交點，即可以把1992年看成突變點。同理，圖3c中后汛期出現(xiàn)交點也在1992年，山本法的檢驗結果中1992年達到1.24，且在所有年檢驗點中是最大的，因而可以確定1992年是突變點，這與20世紀90年代起后汛期降水變化較突出，增加明顯的結論相呼應。

通過分析圖3a和圖3c，發(fā)現(xiàn)總汛期降水量在20世紀90年代后有增多趨勢，且這種增多趨勢與后汛期變化一致。在分析汛期（前、后汛期）降水量的距平值時，同樣也可以印證這一點。20世紀90年代以來，1990—1991、2000、2004和2009年總汛期和后汛期的降水量都比平均值少；而1993—1994、1996、1999、2001—2003、2006、2008和2010年兩者的降水量都高于平均值。

根據圖3b前汛期降水量突變分析的M-K曲線中，可以看出UF曲線在20世紀90年代后變化較穩(wěn)定，而從距平值分析也可以看出1990年后前汛期降水量基本在多年平均值附近上下波動。

圖3 1961—2010年佛山市南海區(qū)降水M-K突變檢驗

5 結論

1）近50年佛山市南海區(qū)汛期（包括前、后汛期）降水量表現(xiàn)為增加趨勢，且趨勢較為顯著。20世紀60年代到 70年代汛期（前、后汛期）呈波動上升的趨勢，特別是20世紀90年代到21世紀頭5年后汛期降水變化較突出，增加明顯，而總汛期降水量在20世紀90年代到21世紀初也呈上升趨勢，且穩(wěn)定在平均降水量之上。20世紀80年代到90年代初期汛期降水量下降最為明顯，一直低于平均水平。

2）汛期（前、后汛期）降水量的少雨階段都集中在20世紀80年代中期到90年代前期，而總汛期和后汛期的多雨階段都集中在20世紀60年代前期和20世紀90年代中期到2005年，前汛期的兩個多雨階段分別為20世紀70年代和2004—2010年。

3）佛山市南海區(qū)降水變化包含了多個不同時間尺度的周期變化和演變特征，這體現(xiàn)了氣候變化的多尺度性。汛期存在準2、準4和7～8年尺度周期；前汛期存在3～4、準2和準4時間尺度的周期振蕩；后汛期存在3～4、準2和7～8年時間周期。

4）佛山市南海區(qū)汛期和后汛期降水量在1961—2010年中，突變年份為1992年。20世紀90年代后總汛期和后汛期的降水量有增多趨勢，而前汛期降水量變化較為穩(wěn)定。

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Analysis of the Characteristics of Precipitation of the Raining Season of Foshan City

PANG Qi-wen1，ZHAO Wei-wen2，PAN Qiɑo-ying1
（1.Meteorological Bureau of Nanhai District，F(xiàn)oshan City 528200；2.Meteorological Bureau of Shunde District，F(xiàn)oshan City 528300）

With the month-to-month rainfall amount data from 1961 to 2010 in Nanhai District，F(xiàn)oshan City and techniques of tendency analysis，Morlet wavelet analysis and Mann-Kendall test，we studied the trend of climatological variation and abrupt change of rainfall amount.The result is shown as follows.Over the past 50 years，the total rainfall amount shows a rising tendency in the annually two raining seasons，significantly from the 1990s to mid-2000s.It is anomalously more since the 1990s.It reduces most significantly from the 1980s to early 1990s.It decreases the most from mid-1980s to early 1990s while increasing，together with the rainfall amount of the annually second raining season，the most in early 1960s and from mid-1990 to mid-2000s.The raining seasons oscillate at periods of quasi-2，-4 and-7 to 8 years，while the annually first raining season has periodic oscillations of quasi-3 to 4，-2 and-4 years and the second has periodic oscillations of quasi-3 to 4，-2 and-7 to 8 years.As shown in an abrupt change test，1992 is the year that witnesses the abrupt change in the rainfall amount of the two annual raining seasons.

climatology；precipitation of the raining season；wavelet analysis；periodic oscillation；Nanhan，F(xiàn)oshan

P46

A

10.3969/j.issn.1007-6190.2016.05.006

2016-03-13

佛山市氣象局科學技術研究項目（201416）

龐綺汶（1990年生），女，助理工程師，學士，主要從事天氣預報和氣象服務工作。E-mail：382790640@qq.com

龐綺汶，招偉文，潘巧英.佛山市南海區(qū)汛期降水特征的分析［J］.廣東氣象，2016，38（5）：25-28.