近47年黄石市降水变化特征分析

宋鸽 罗嘉 涂姗姗

摘要 根据黄石市3个国家气象观测站1973—2019年的降水量资料，采用线性倾向估计、M-K突变检验和异常分析方法对近47年来黄石市降水变化特性进行分析。结果表明，近47年来黄石市年降水量呈不显著的上升趋势，2001—2010年的年降水量明显偏少，2011—2019年的年降水量恢复到20世纪90年代水平;降水量主要集中在春季和夏季，春季和秋季降水量均呈现出波动下降趋势，夏季和冬季降水量均呈波动上升趋势。近47年来黄石市没有出现降水异常偏多年和降水异常偏少年。

关键词 降水;趋势变化;Mann-Kendall突变检验;异常分析

中图分类号 S161.6  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2022）07-0207-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.07.049

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Analysis on the Change Characteristics of Precipitation in Huangshi City in Recent 47 Years

SONG Ge1，2， LUO Jia1， TU Shan-shan1

（1. Hubei Public Meteorological Service Center， Wuhan， Hubei 430074;2. Chengdu University of Information Technology， Chengdu， Sichuan 610225）

Abstract Based on the precipitation data of Huangshi from 1973 to 2019， the variation characteristics of precipitation in Huangshi during the past 47 years were investigated using linear tendency analysis， M-K mutation test and anomalous analysis. The results show that the annual precipitation in Huangshi during the past 47 years exhibited an insignificant upward trend;the precipitation in the 2000s was obviously less， and the precipitation in the 2010s improved to the value in the 1990s. The precipitation in Huangshi during the past 47 years mainly concentrated in spring and summer;the precipitation in spring and autumn showed a downward trend， while the precipitation in summer and winter showed an upward trend. There were no anomalous plenty and deficient rainfall years during the past 47 years in Huangshi.

Key words Precipitation;Trend variation;M-K mutation test;Anomalous analysis

降水是气候的一个基本要素，其缺乏明显的全球性趋势，但全球气候变暖会使其时空分布特征产生明显的变化[1-2]。降水在空间分布上的不均匀及时间变化上的不稳定性是引起干旱、洪涝的直接原因，严重影响了农业生产和社会经济的可持续发展。黄石市位于湖北省东南部，其独特的地理环境及城市化进程等因素使其降水等气候变化具有自身的特点[3-8]。一些学者对黄石市降水的气候变化进行了研究[5-8]，如韩雪婷等[7]采用线性倾向估计方法对黄石市1954—2013年降水等气候变化进行分析;陈幼姣等[8]采用旋轉经验正交函数分解对黄石市1958—2017年降水量时空变化特征进行分析。笔者根据黄石市3个国家气象观测站1973—2019年的降水量资料，采用线性倾向估计、M-K突变检验和异常分析等方法[9-10]对近47年来黄石市降水变化特性进行分析，为政府部门及科研单位有关水资源政策的制定及研究方向提供依据。

1 资料与方法

选取黄石市所属黄石、大冶和阳新3个国家气象观测站1973—2019年的逐日降水量资料，通过算术平均得到黄石市逐日平均降水量。按春季（3—5月）、夏季（6—8月）、秋季（9—11月）和冬季（12月—次年2月）来划分四季，采用线性倾向估计、Mann-Kendall突变检验和异常分析法对近47年来黄石市降水量变化趋势进行分析。

2 结果与分析

2.1 黄石市年降水量变化特征分析

从图1可以看出，1973—2019年黄石市年降水量总体上呈增加趋势，气候倾向率为16.07 mm/10 a，但未通过α=0.10的显著性检验，表明增加趋势不显著。47年间黄石市年降水量波动起伏变化较大，大旱大涝年份频繁发生，如1978—1979、1985、2006—2007、2013年降水量普遍偏低，1983、1989、1998—1999、2010、2016—2017年降水量普通偏多。47年来年降水量的平均值为1 479.778 mm，最大和最小年降水量分别为2 433.633 mm（2017年）和997.967 mm（2013年），两者相差1 435.666 mm，差距较大。从年代际来看，20世纪70年代、80年代、90年代、2001—2010年和2011—2019年的平均年降水量分别为1 428.271、1 490.483、1 556.347、1 358.437和1 563.415 mm，可见20世纪70—90年代年降水量逐渐增多，2001—2010年降水明显偏少，远低于47年的平均值，2011—2019年降水量恢复到20世纪90年代水平，远高于47年的平均值。

利用M-K 突变检验法研究降水变化趋势以及突变情况，如图2所示。由图2可知，1973—2019年黄石市年降水量的UF曲线与UB曲线在不同的时间段内存在多个交点，但并未超过α=0.05显著性水平临界线（±1.96），所以无法判断是否发生突变现象。

2.2 黄石市月降水量变化特征分析

从图3可以看出，1973—2019年黄石市月降水量呈单峰型分布，1—6月降水量呈逐月增多的趋势，7—12月呈逐月减少的趋势;月降水量峰值出现在6月，为252.075 mm，是47年来月降水量平均值（123315 mm）的2.044倍;月降水量最少出现在12月，仅为41.060 mm，是47年来月降水量平均值的33.297%。另外，汛期（5—9月）降水量为867.311 mm，占全年降水量的58611%，可见降水量主要集中在汛期。

2.3 黄石市季降水量变化特征分析

从图4可以看出，1973—2019年黄石市降水量随季节变化较为明显，降水量主要集中在春季和夏季，春季和夏季的降水量占全年降水量的72.069%;秋冬季降水量较少，冬季最少，仅占全年降水量的12.420%。

从近47年黄石市各季降水量的演变趋势（图5）可以看出，春季和秋季降水量均呈现出波动下降趋势，气候倾向率分别为-8.71和-8.55 mm/10 a，这2个季节降水量减少趋势基本相同;而夏季和冬季降水量均呈波动上升趋势，气候倾向率分别为22.58和15.42 mm/10 a，夏季降水量增加趋势大于冬季。另外，春季、夏季和秋季降水量趋势系数未通过α=0.10的显著性检验，增加或下降趋势不显著，而冬季降水量上升趋势相对较显著（P<0.05）。由于四季降水量变化趋势各异，致使年降水量波动变化，上升趋势并不显著。

从年代际来看（图6），春季、夏季和秋季的降水量随年代变化较为明显，而冬季降水量随年代变化呈上升趋势。春季、夏季、秋季和冬季降水量最大值分别发生在20世纪70年代、90年代、80年代和2011—2019年，而春季、夏季和秋季降水量最小值均发生在2001—2010年，冬季降水量最小值发生在20世纪70年代;由于降水主要集中在春季和夏季，故2001—2010年的年降水量最少。

从四季降水量的M-K突变检验（图7）可以看出，1973—2019年春秋两季降水量UF曲线与UB曲线出现了多个交点，但并未超过α=0.05显著性水平临界线（±1.96），所以无法判断是否发生突变现象。夏季降水量的UF曲线虽然超过了α=0.05显著性水平临界线，但在1973—1979年与UB曲线有多个交点，所以无法判断准确的突变时间点;2001—2010年之后又出现多个交点，但UF曲线都没有超过α=0.05显著性水平临界线，所以不能断定突变点。冬季降水量的UF曲线变幅最大，虽然在2019年左右超过了α=005显著性水平临界线，但在置信区间内与UB曲线出现了多个交点，所以无法准确判断突变点。

2.4 黄石市降水量异常特性分析

降水距平百分率（D p）反映一段时期内水文要素偏离同期多年平均值的程度，可以用来表征降水量是否发生异常。根据降水异常等级标准[10]，D p≥80%为降水异常偏多，50%≤D p<80%为降水显著偏多，20%<D p<50%为降水偏多，-20%≤D p≤20%为降水正常，-50%<D p<-20%为降水偏少，-80%<D p≤-50%为降水显著偏少，D p≤-80%为降水异常偏少。

从1973—2019年黄石市年和四季降水量的降水距平百分率年际变化（图8）可以看出，黄石市无降水异常偏多、异常偏少和显著偏少年出现，显著偏多年出现过1次（2017年）;春季降水异常偏多、异常偏少均未出现，显著偏多出现过2次（1973和1977年），显著偏少出现过1次（2011年）;夏季降水异常偏多出现3次（1998、1999和2017年），异常偏少未出现，显著偏多和显著偏少各出现2次（分别是1996、2016年和1978、2000年）;秋季降水异常偏多出现3次（1981、1983和1989年），异常偏少未出现，显著偏多出现4次（1975、2000、2005和2014年），显著偏少出现7次（1974、1979、2001、2004、2007、2013和2019年）;冬季降水异常偏多出现1次（2002年），异常偏少没有出现，显著偏多出现3次（1997、2018和2019年），显著偏少出现过2次（1978和1998年）。

3 结论

（1）1973—2019年黄石市年降水量呈不显著的增加趋势，2001—2010年的年降水量明显偏少，2011—2019年的年降水量恢复到20世纪90年代水平;降水量主要集中在春季和夏季，秋季次之，冬季最少;春季和秋季降水量均呈波动下降趋势，夏季和冬季降水量均呈波动上升趋势，其中夏季降水量上升最快，且冬季降水量上升趋势相对较显著（P<0.05）。

（2）近47年来黄石市没有出现降水异常偏多年和降水异常偏少年。四季中，春季降水没有出现异常偏多和异常偏少;夏季降水异常偏多出现3次（1998、1999和2017年），没有出现异常偏少;秋季降水异常偏多出现3次（1981、1983和1989年），没有出现异常偏少;冬季降水异常偏多出现过1次（2002年），没有出现异常偏少。

参考文献

[1] 陈发虎，黄伟，靳立亚，等.全球变暖背景下中亚干旱区降水变化特征及其空间差异[J].中国科学（地球科学），2011，41（11）：1647-1657.

[2] 吴福婷，符淙斌.全球变暖背景下不同空间尺度降水谱的变化[J].科学通报，2013，58（8）：664-673.

[3] 张新宜，周晓宇，刘熠炎.1954—2013 年湖北省黄石市极值气温变化特征分析[J].气象研究与应用，2015，36（2）：85-92，95.

[4] 宋鴿.1973—2019年黄石市气温变化特征分析[J].安徽农业科学，2020，48（23）：244-246.

[5] 韦学山.黄石地区汛期降雨时间分布特征的客观描述及历史演变[J].湖北气象，1991，10（4）：6-8.

[6] 方怡，陈正洪，孙朋杰，等.黄石、大冶两邻近地区设计雨强差异的原因分析[J].气象，2016，42（3）：356-362.

[7] 韩雪婷，袁杰，卫文芳，等.黄石市气候变化对城市发展的影响及对策分析[J].农业灾害研究，2015，5（1）：46-48.

[8] 陈幼姣，刘光辉.黄石市近60 a降水时空分布特征分析[J].暴雨灾害，2018，37（6）：543-548.

[9] 魏凤英.现代气候统计诊断与预测技术[M].2版.北京：气象出版社，2007：37-42，63-66.

[10] 李建平，易成功，张火平.近45a黄冈市气温和降水的变化与异常特征分析[J].暴雨灾害，2008，27（1）：59-63，82.