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        1979—2021年哈爾濱市降水量及環(huán)流特征分析

        2024-05-28 00:00:00姜兵趙廣娜景學(xué)義于凱旋杜靜隋亞男
        農(nóng)業(yè)災(zāi)害研究 2024年2期
        關(guān)鍵詞:突變小波分析降雨量

        摘 要:基于哈爾濱市站點(diǎn)資料、NCEP再分析資料,運(yùn)用線性回歸、Mann-Kendall檢驗(yàn)、Morlet小波分析、合成分析等方法,分析了哈爾濱市年降雨量的變化特征和相應(yīng)的環(huán)流形勢(shì)特點(diǎn)。研究表明:哈爾濱市年降雨量呈遞增趨勢(shì),平均每10年增加1.44 mm。1979—1988年呈上升趨勢(shì);1989—2020年呈現(xiàn)顯著的下降趨勢(shì);2020年以后又呈現(xiàn)增加趨勢(shì),但總體上變化趨勢(shì)均不顯著。降雨量存在10~15年、5~9年和2~4年的周期,其中,前3個(gè)主周期分別為15年、8年和33年。當(dāng)烏拉爾山阻高、鄂海阻塞高壓、東北冷渦均偏強(qiáng)、副高偏弱時(shí),哈爾濱市降雨量偏多;反之,哈爾濱市降雨量偏少。850 hPa高度哈爾濱市有明顯的偏南風(fēng)異常,處于偏暖地區(qū)。

        關(guān)鍵詞:降雨量;M-K 突變;小波分析

        中圖分類號(hào):P426.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B 文章編號(hào):2095–3305(2024)02–0-03

        短期氣候預(yù)測(cè)對(duì)于城市安全保障、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展具有重大意義。近年來,吳昊旻、周曉宇等[1-5]研究了當(dāng)?shù)啬杲邓淖兓?guī)律。鑒于以往對(duì)哈爾濱市的年降雨量特征的研究較少,因此,以哈爾濱國(guó)家氣象站1979—2021年降雨量數(shù)據(jù)為資料源,從變化趨勢(shì)、突變特征、周期變化以及相對(duì)應(yīng)的環(huán)流形勢(shì)開展對(duì)哈爾濱市的降水特征的研究。

        1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

        采用了線性回歸、M-K突變分析、小波分析、合成分析等方法。資料來源于哈爾濱市國(guó)家氣象站降雨量資料、NCEP再分析資料,水平分辨率為2.5°×2.5°。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 年降水量趨勢(shì)分析

        1979—2021年哈爾濱市年降雨量均值為530.3 mm,

        最大值為1994年(826.3 mm),最小值為1989年(345.5 mm)。

        線性傾向率為0.14,總體呈緩慢增長(zhǎng)的趨勢(shì),每10年降雨量增加約為1.44 mm(圖1)。距平圖(圖略)上,1980—1991年降雨量為正距平,1992—2016年為負(fù)距平,2016—2021年處于正距平。

        2.2 年降水量的突變檢驗(yàn)

        M-K檢驗(yàn)中UF值沒有超過0.05的顯著水平臨界線,降雨量變化不明顯。1979—1988年UF為正值,呈現(xiàn)上升趨勢(shì);除1994年外,1989—2020年均為負(fù)值,

        降雨量處于下降趨勢(shì)。UB、UF值在顯著水平線內(nèi)相交于兩點(diǎn),分別為1988—1989年、2019—2020年;1988—1989年,由偏多轉(zhuǎn)為偏少;2019—2020年,由偏少轉(zhuǎn)為偏多(圖2)。

        2.3 年降水量的小波分析

        哈爾濱市年降雨量存在顯著的年代際和年際變化(圖3):10~15、5~9和2~4年的周期,其中10~15年的尺度具有全域性,直至2021年等值線仍未閉合。在5~8年時(shí)間尺度上,1984—1996年、2006—2021年震蕩較為顯著。降雨量偏多與各尺度周期同位相疊加有關(guān),2021年前后各尺度周期同步處于正位相上,說明2021年以后有可能處于降雨量偏多期。

        小波功率譜(圖4)顯示,10~15年、5~9年雖然能量較強(qiáng),但周期變化均具有局部性:10~15年震蕩能量表現(xiàn)為1979—1990年、2004—2021年,集中在1979—1984年、2010—2021年;5~8年的能量主要表現(xiàn)為2000年以前,震蕩中心在1990年。2~4年時(shí)間尺度震蕩能量分布較弱。

        小波方差分析看出,哈爾濱市年降水量序列存在8、15、33 年這3個(gè)明顯周期(圖5),最大峰值在15年(第一主周期),第二、第三周期分別為8年和33年。

        2.4 環(huán)流分析

        本研究定義降水距平百分率大于或小于20%的年份分別為多雨或少雨年。按上述標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃分,篩選出6個(gè)多雨年和6個(gè)少雨年(表1)進(jìn)行環(huán)流特征合成分析。

        在500 hPa高度場(chǎng)上呈現(xiàn)出“+、-、+、-”的波列分布,烏拉爾山以北有一強(qiáng)正距平中心;烏拉爾山以東至黑龍江省西部為一強(qiáng)負(fù)距平中心,強(qiáng)負(fù)距平中心位于貝加爾湖附近;鄂海上空為一正距平區(qū),強(qiáng)正距平區(qū)中心位于黑龍江省東南部的海上,當(dāng)烏拉爾山阻高、鄂海阻高偏強(qiáng);東北冷渦偏強(qiáng),副高偏弱時(shí),哈爾濱市降雨量偏多(圖6)。反之,哈爾濱市降雨量偏少,這與劉剛等[6-8]的研究結(jié)論一致。

        850 hPa與500 hPa高度環(huán)流形勢(shì)對(duì)應(yīng)較好。哈爾濱市出現(xiàn)顯著的偏南風(fēng)異常,同時(shí)東北大部分地區(qū)氣溫偏高,哈爾濱市處于偏暖大值地區(qū)。

        3 結(jié)論

        (1)1979—2021年哈爾濱市降水量呈增加趨勢(shì),氣候傾向率為1.44 mm/10年。1980—1991年降雨量為正距平,1992—2016年為負(fù)距平,2016—2021年為正距平。

        (2)近43年年降雨量變化趨勢(shì)并不明顯,年降雨量在1979—1988年為正,呈現(xiàn)上升趨勢(shì);1989—2020年為負(fù)值,降雨量呈現(xiàn)顯著的下降趨勢(shì)。

        (3)降雨量出現(xiàn)了10~15年、5~9年和2~4年的周期,其中10~15年、5~9年的周期顯著,能量較強(qiáng),但均具有局部性。前3個(gè)主周期分別為15 年、8 年和33 年。

        (4)當(dāng)烏拉爾山阻高、鄂海阻高偏強(qiáng),東北冷渦偏強(qiáng),副高偏弱的時(shí)候,哈爾濱市降雨量偏多;反之,哈爾濱市降雨量偏少。850 hPa高度哈爾濱市有明顯的偏南風(fēng)異常,處于偏暖大值地區(qū)。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 吳昊旻,王琦,姜燕敏,等.1901—2015年麗水市降水周期變化研究[J].氣象與環(huán)境學(xué)報(bào),2018,34(6):96-101.

        [2] 周曉宇,趙春雨,張新宜,等.1961—2009年遼寧省氣溫、降水變化特征及突變分析[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2013,27 (10):87-93.

        [3] 杜懿,麻榮永.1961-2016年南寧市年降雨量變化特征分析[J].水資源與水工程學(xué)報(bào),2017,28(6):50-55.

        [4] 唐冶,陳春艷,趙克明.伊寧市1991—2011年降雨特征分析[J].沙漠與綠洲氣象,2014,8(6):41-46.

        [5] 杜海波,邢俊江,劉延芬.黑龍江省近42a來降水變化小波分析[J].黑龍江氣象,2010,27(2):15-18.

        [6] 孫秀博,李清泉,魏敏.1960-2009年中國(guó)年降水量的年際及年代際變化特征[J].氣象,2012,38(12):1464-1472.

        [7] 孫力,安剛,廉毅,等.夏季東北冷渦持續(xù)性活動(dòng)及其大氣環(huán)流異常特征的分析[J].氣象學(xué)報(bào),2000(6):704-714.

        [8] 何金海,吳志偉,祁莉,等.北半球環(huán)狀模和東北冷渦與我國(guó)東北夏季降水關(guān)系分析[J].氣象與環(huán)境學(xué)報(bào),2006(1):1-5.

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