2018, Vol. 37
2. 乐山市气象局, 四川 乐山 614000;
3. 中国气象局成都高原气象研究所, 四川 成都 610072
山地气象学是大气科学的一个重要分支, 在全球气候变暖下, 区域气候响应在山地单元表现得更加突出、复杂。2013年, 联合国政府间气候变化专门委员会第一工作组第五次评估报告《Climate Change 2013: The Physical Science Basis》指出:全球气候系统变暖的事实是毋庸置疑的(沈永平等, 2013)。气候变暖引起气候异常, 极端天气气候事件频发, 尤其是山地区域, 气候异常更加复杂、剧烈、多样, 并诱发泥石流、滑坡等严重次生灾害, 造成人员伤亡和人民群众财产损失, 国家和公众对气候变化的关注与日俱增。目前, 气候变化及其区域气候响应已成为国内外大气科学的热点和重点。中国作为一个多山地的国家, 尤其是西南地区受青藏高原大地形影响, 并且山地、丘陵、盆地和平原等多样复合地形作用, 区域和局地气候具有显著的特色(徐裕华, 1991)。因此, 西南地区山地区域气候变化及其影响在我国气候变化科学中具有重要的研究意义和实际价值。
降水作为最基本的气象要素, 在气候变化及其区域响应中具有非常重要的地位。虽然全国的降水具有明显的区域特征, 但四川的降水受青藏高原大地形及周边众多山地的影响, 区域性特点更加显著、复杂。已有研究表明, 近50年来, 全国平均降水量区域特征明显, 除西北大部分地区和东北北部外, 全国大部分地区的降水是减少的(任国玉等, 2000; 王丹云等, 2017; 刘维成等, 2017; 陈隆勋等, 2004)。但西南区域更具复杂性, 马振锋等(2006)选取1961—2000年西南地区的年降水量资料, 得出在西藏大部、川西高原、云南中部以北高海拔地区年降水量呈明显增加趋势, 而在四川盆地、贵州东部丘陵地区年降水量呈减少趋势。并且, 对于四川的降水特征, 川西高原和四川盆地降水变化存在明显差异, 其中盆地东、中、西部降水变化也具有不同的特征(周长艳等, 2006; 朱艳峰等, 2003; 李跃清等, 1997, 2014; 胡迪等, 2015; Jiang et al, 2014)。陈文秀等(2001)分别选取四川盆地东部、中部、西部站点分析3个区域的降水特征, 从阶段性看, 盆地西部20世纪40年代前期降水偏少, 40年代中期至60年代中期降水偏多, 60年代中期后降水偏少。白莹莹等(2011)和王春学等(2016)指出, 盆地降水空间异常分布主要呈东西振荡特征, 近46年来, 盆西降水显著减少, 盆东降水总体变化趋势不明显。陈超等(2010)指出, 近50年来, 四川盆地的降水量呈下降趋势, 1990年为降水变化的转折点, 此后降水显著下降, 7—10月降水量的减少是四川盆地年降水量减少的主要原因。近年来, 越来越多的学者开始研究降水日变化特征(Yu et al, 2007a, 2007b, 2010; 戴泽军等, 2009; 计晓龙等, 2017; Chen et al, 2010), 王夫常等(2011)和唐红玉等(2011)均指出西南地区降水具有日变化特征, 且夜雨特征明显。
在我国高山天气气候学中, 国内学者也开展了一些有意义的研究工作。潘筱龙等(2015)对南岳高山站气候特征研究发现, 年降水量呈下降趋势, 降水量倾向率为-22.4 mm·(10a)-1, 夏季降水量呈上升趋势, 其余季节降水量均呈下降趋势。其中, 春季降水量下降趋势最为明显, 冬季次之, 秋季降水量下降幅度最小。陈德桥等(2012, 2015)分析了1953—2010年南岳高山站风的气候特征, 并进行了我国中东部南岳山和庐山两个高山气象站风气候特征及其对夏季风响应的对比分析。陈涛等(2013)对近60年南岳高山气温变化特征的分析得出, 南岳高山年平均气温、最高(低)气温呈显著上升趋势。卓淑华(1986)指出, 峨眉山金顶解放后30年平均年降水量为1 922.8 mm, 比四川著名的“雨城”雅安同期还多, 降水的特点是各月分配极不均匀, 全年降水主要集中在6—9月, 尤以7—8月最多。刘开发(1992)进行了峨眉山气候研究指出, 峨眉山降水量多, 年降水比山下峨眉市及乐山市要多350~550 mm, 与华山、泰山、庐山、黄山、金佛山相比, 仅少于黄山, 比其余几个高山都多。郭洁(2002)分析指出:峨眉山年降水量主要集中在4—10月, 平均降水量为1 754.5 mm, 占全年降水量的91.2%, 其中尤以7—8月为多, 达870.1 mm, 占全年降水量的45.3%。
需要指出的是, 以前的工作主要对四川及其不同区域降水的气候特征开展了大量的分析研究, 也包括关于峨眉山区域气候的初步分析, 取得了一些有意义的成果。但是, 在青藏高原大地形及其东侧陡峭地形影响下, 由川西高原、川渝盆地和盆周山地组成的四川, 其降水的气候特征具有显著的时空差异和区域特点, 立体气候变化尤为突出。峨眉山位于四川省三大暴雨中心之一的盆地西部, 是其暴雨中心的最强中心, 也是著名的历史文化旅游圣地。峨眉山国家基准气候站位于四川盆地西部边缘, 坐落在峨眉山金顶, 属中亚热带季风气候, 海拔3 069.9 m(观测场海拔3 047.4 m), 103°20′8″E, 29°31′17″N, 是全国7个高山气象站之一。特别是峨眉山站正好位于大气对流层700 hPa高度, 其特殊的地理位置和特定的高度层, 使峨眉山区域天气气候及其变化具有特殊的代表性与不可替代性, 对于我国西南地区的天气预报和气候预测具有重要的指示意义。
在气候变化背景下, 加强对峨眉山及其周边地区降水气候变化不同区域响应的研究很有必要。本文利用长时间序列气象观测资料, 深入细致分析了四川省峨眉山和周边地区降水的气候特征及其变化趋势, 为提高对峨眉山降水变化的认识, 改善天气气候预报水平, 有效应对区域气候变化及其影响, 增强旅游气象服务能力, 保障地方经济社会发展提供必要的科技支撑。
2 资料与方法使用峨眉山国家基准气候站、乐山市国家基准气候站、峨眉市国家一般气象站和夹江县国家一般气象站1959—2016年逐日降水数据和1964—2016年6—9月逐时降水数据。所有数据通过四川省数据中心质量控制及均一性检验, 并通过信息化处理, 时间均为北京时。其中, 年代、年、汛期、季节及逐月的降水量和雨日统计使用四个站点1959—2016年的逐日降水资料, 日变化分析使用峨眉山国家基准气候站和峨眉市国家一般气象站1964—2016年的逐时降水资料。峨眉山周边地区选取离峨眉山距离最近且区域内海拔差异较小的乐山市国家基准气候站、峨眉市国家一般气象站和夹江县国家一般气象站3个站平均值来代表, 站点分布如图 1所示。汛期指5-9月, 春季指3—5月、夏季指6—8月、秋季指9—11月、冬季指12月至次年2月。雨日定义为日降水量大于0.0 mm的日数, 小时降水量大于0.0 mm的时次为降水时次。文中所有图基于四川测绘地理信息局标准地图服务网站下载的审图号为图川审(2017)43号的标准地图制作, 底图无修改。
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图 1 气象站点分布 Fig. 1 The distribution of meteorological stations |
变化趋势采用一元线性趋势拟合(魏凤英, 1999):
| $ {Y_t} = {a_0} + {a_1}t, \;t = 1, {\rm{ }}2, \; \cdots, {\rm{ }}n $ | (1) |
其中: a1=dYt/dt; a0为常数; b=a1×10为气候倾向率; 当b＞0时, 说明气候要素随时间t的增加呈上升的趋势; b＜0时, 说明气候要素随时间t的增加呈下降的趋势。R是计算气象要素的时间序列与自然数数列之间的相关系数, 它是反映两个变量间是否存在相关关系, 以及这种相关关系密切程度的一个统计量, 根据显著性水平, 本文考虑0.1、0.05、0.01、0.001四种信度的显著性水平。
应用Mann-Kendall(简称M-K)方法对时间序列进行突变分析, 考察不同时间尺度上的突变状况, 并应用滑动T检验剔除M-K检验后出现的假突变点。M-K检验是非参数检验方法, 其优势在于, 没有要求样本遵从一定的分布, 并且没有少数异常值的干扰(符淙斌等, 1992)。另外, 采用小波分析方法(Torrence et al, 1998; Zhi, 2001; Yang et al, 2011; 韩熠哲等, 2017), 分析了降水量及雨日变化的周期特征, 小波分析(亦称多分辨率分析)是一种常用的分析时间序列的变化尺度和变化趋势的方法, 研究不同尺度(周期)随时间的演变, 具有多分辨率分析和对信号的自适应性特征。本文中采用了Morlet小波分析。
3 不同年代降水量和雨日的变化特征 3.1 降水量由图 2可知, 20世纪60年代至21世纪10年代, 峨眉山各年代降水量的平均值为17 484.5 mm, 最高出现在20世纪60年代, 为18 991.3 mm, 最低出现在21世纪00年代, 为15 917.2 mm。峨眉山年代降水量主要呈现出明显的减少趋势, 以-562.33 mm·(10a)-1的速率递减, 递减率为3.22%。峨眉山周边地区各年代降水量的平均值为13 280.5 mm, 最高出现在20世纪60年代, 为14 430 mm, 最低出现在21世纪00年代, 为11 837 mm。峨眉山周边地区年代降水量呈现出减少的趋势, 以-440.89 mm·(10a)-1的速率递减, 递减率为3.32%。
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图 2 20世纪60年代至21世纪10年代峨眉山与其周边地区年代降水量变化 Fig. 2 Variations of decadal precipitation in Emei Mountain and its surrounding area during the 1960s—2010s |
由图 2和表 1可知, 峨眉山各年代降水量平均值为17 484.5 mm, 比其周边地区(13 280.5 mm)多4 204 mm(31.6%), 两地年代降水量均呈现减少的趋势。需要注意的是, 低海拔的峨眉山周边地区年代降水量虽然小于高海拔的峨眉山, 但其递减率略大于峨眉山。
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表 1 不同年代峨眉山及其周边地区降水量变化 Table 1 Characteristics of decadal precipitation in Emei Mountain and its surrounding area |
由图 3可知, 20世纪60年代至21世纪10年代, 峨眉山各年代雨日的平均值为2 503天, 最多雨日出现在20世纪80年代(2 647天), 最少出现在21世纪10年代(2 353天)。峨眉山年代雨日呈现出明显的减少趋势, 以-64.743 d·(10a)-1的速率递减, 减少率为2.59%。峨眉山周边地区各年代雨日的平均值为1714天, 最多雨日出现在20世纪70年代(1 773天), 最少出现在21世纪00年代(1 634天), 峨眉山周边地区年代雨日呈现出减少的趋势, 以-26.429 d·(10a)-1的速率递减, 递减率为-1.54%。
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图 3 20世纪60年代至21世纪10年代峨眉山与其周边地区年代雨日变化 Fig. 3 Variations of decadal rain days in Emei Mountain and its surrounding area during the 1960s—2010s |
由图 3和表 2可知, 峨眉山各年代雨日的平均值为2 503天, 比其周边地区(1 714天)多789天(46.0%), 两地年代雨日变化均呈减少趋势, 高海拔的峨眉山雨日递减率大于其周边地区。
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表 2 峨眉山及其周边地区年代雨日变化 Table 2 Characteristics of decadal precipitation day in Emei Mountain and its surrounding area |
总之, 峨眉山及其周边地区年代降水量和雨日区域气候变化具有明显减少的一致性, 但由于海拔等因素, 在响应程度上具有一定差异性。高海拔的峨眉山区域气候变化相对更显著, 降水量减少趋势更明显。
4 年降水量和雨日的变化特征 4.1 降水量分析表明, 高海拔峨眉山平均年降水量为1 763.8 mm, 比四川著名的“雨城”、“天漏”雅安同期还多(卓淑华, 1986; 周秋雪等, 2016), 其最高年降水量出现在1961年(2 502.4 mm), 最低年降水量出现在2000年(1183.0 mm)。峨眉山年降水量呈现出明显的减少趋势[图 4(a)], 以69.63 mm·(10a)-1的速率递减, 递减率为3.95%。特别是20世纪90年代以后, 年降水量明显减少。峨眉山年降水量在1969年发生突变[图 5(a)], 突变前1959—1968年10年平均年降水量为1 990.5 mm, 突变后1969—2016年48年平均年降水量为1 716.6 mm, 减少了273.9 mm, 减少率达13.76%。从小波分析[图 6(a)、(b)]可看出, 峨眉山年降水量变化主要有6年、14年和30年的周期变化。
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表 3 峨眉山及其周边地区年降水量变化 Table 3 Characteristics of annual precipitation in Emei Mountain and its surrounding area |
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图 4 峨眉山与其周边地区年降水量变化 Fig. 4 Variations of annual precipitation in Emei Mountain and its surrounding area |
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图 5 峨眉山与其周边地区年降水量变化M-K检验 Fig. 5 The M-K test forvariations of annual precipitation in Emei Mountain and its surrounding area |
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图 6 峨眉山与其周边地区年降水量变化小波分析 Fig. 6 Wavelet analysis for variations of annual precipitation in Emei Mountain and its surrounding area |
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表 4 峨眉山及其周边地区年雨日变化 Table 4 Characteristics of annual precipitation day in Emei Mountain and its surrounding area |
低海拔峨眉山周边地区平均年降水量为1 336.5 mm, 最高年降水量出现在1961年达1 789.9 mm, 最低年降水量出现在2011年为768.9 mm。峨眉山周边地区年降水量呈现出减少趋势[图 4(b)], 以48.635 mm·(10a)-1的速率递减, 递减率为3.64%。峨眉山周边地区年降水量20世纪90年代初开始急剧减少。在1969年和1993年发生突变[图 5(b)], 1969年突变前10年平均降水量为1 481.6, 突变后减少率18%, 1993年突变前34年平均年降水量为1 403.6 mm, 突变后为1 241.5 mm, 减少162.1 mm, 减少率11.5%。从小波分析[图 6(c)、(d)]可看出, 其年降水量变化主要有5年、7年、12年和33年的周期变化。
通过以上对比分析可知, 高海拔峨眉山平均年降水量(1 763.8 mm)比低海拔周边地区(1 336.5 mm)多427.3 mm(31.97%)。峨眉山及其周边地区年降水量均呈现减少的趋势, 且峨眉山减少更为显著。
4.2 雨日分析表明, 高海拔峨眉山平均年雨日为252天, 占全年日数69.0%, 雨日多的特点非常明显, 其最多年雨日出现在1964年, 达287天, 最少出现在2013年, 为217天。峨眉山年雨日呈现出明显的减少趋势[图 7(a)], 以6.873 d·(10a)-1的速率减少, 递减率为2.73%。峨眉山年雨日从20世纪50年代末到70年代末呈减少趋势, 70年代末到90年代初呈增多趋势, 20世纪90年代初开始减少趋势十分显著[图 8(a)]。峨眉山年雨日在1994年发生了突变, 突变前35年平均年雨日为261天, 突变后23年平均年雨日为237天, 减少了24天, 减少率达9.2%[图 8(a)]。从小波分析[图 9(a)、(b)]可看出, 峨眉山周边地区年雨日变化主要具有4年、7~10年和20年周期。
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图 7 峨眉山与其周边地区年雨日变化 Fig. 7 Variations of annual rain days in Emei Mountain and its surrounding area |
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图 8 峨眉山与其周边地区年雨日变化M-K检验 Fig. 8 The M-K test for variations of annual rain days in Emei Mountain and its surrounding area |
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图 9 峨眉山与其周边地区年雨日变化小波分析 Fig. 9 Wavelet analysis for variations of annual rain days in Emei Mountain and its surrounding area |
低海拔周边地区平均年雨日为172天, 占全年日数47.1%, 其最多年雨日出现在1964年达204天, 最少出现在2007年为139天。峨眉山周边地区年雨日呈现出减少趋势[图 7(b)], 以2.88 d·(10a)-1的速率递减, 递减率为1.67%。峨眉山周边地区年雨日在1990年发生突变, 突变前31年平均年雨日为177天, 突变后27年平均年雨日为166天, 减少了11天, 减少率为6.2%[图 8(b)]。小波变化特征[图 9(c)、(d)]显示, 其年雨日变化主要有4年、7年、11年和33年周期的变化。
通过以上对比分析可知, 高海拔峨眉山比低海拔周边地区平均年雨日多80天(46.5%), 峨眉山与周边地区年雨日均呈减少趋势, 通过0.01信度的显著性水平检验, 但峨眉山递减率2.73%高于周边地区1.67%。从突变来看, 虽然峨眉山及其周边地区年雨日数均在20世纪90年代发生突变, 但峨眉山突变后减少率9.2%高于周边地区减少率6.2%。因此, 峨眉山比其周边地区年雨日数减少得更快, 这种高海拔地区区域气候响应比低海拔地区更加突出的特征, 与已有结果一致(马振锋等, 2006)。
对比得到, 高海拔峨眉山、低海拔其周边地区年降水量与年雨日的周期变化表现出明显的异同性, 两者耦合关系具有复杂性, 因而其对降水(日数、大小、剧烈性、持续性等)的影响也具有多样性。高海拔峨眉山年降水(年雨日)具有6年、14年和30年(4年、7~10年和20年)的周期变化; 低海拔峨眉山周边地区年降水量(年雨日)具有5年、7年、12年和33年(4年、7年、11年和33年)的周期变化, 在7年和33年周期上存在耦合联系, 尤其是表现出降水量增大同时雨日增多、降水量减小同时雨日减少的33年同步变化, 易于引起严重的洪涝或干旱灾害。
5 汛期降水量和雨日的变化特征 5.1 降水量分析表明, 高海拔峨眉山平均汛期降水量为1 398.4 mm, 占平均全年降水量的79.3%, 最高汛期降水量出现在1961年达2 055.1 mm, 最低出现在2000年为852.8 mm。峨眉山汛期降水量呈现出明显的减少趋[图 10(a)], 以56.363 mm·(10a)-1的速率递减, 递减率为4.03%, 其递减率大于年代和年降水量。峨眉山汛期降水量M-K检验与其年降水量非常相似, 同样在1969年发生突变[图 11(a)], 突变前1959—1968年10年平均汛期降水量为1 592.4 mm, 突变后1969—2016年48年平均汛期降水量为1 358 mm, 减少了234.4 mm, 占年降水量减少量的85.6%, 减少率达14.7%, 比年降水量减少率高0.94%, 汛期降水量减少主要导致了年降水量的减少。
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表 5 峨眉山及其周边地区汛期降水量变化 Table 5 Characteristics of precipitation in Emei Mountain and its surrounding area during flood season |
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图 10 峨眉山与其周边地区汛期降水量变化 Fig. 10 Variations of precipitation in Emei Mountain and its surrounding area during flood season |
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图 11 峨眉山与其周边地区汛期降水量变化M-K检验 Fig. 11 The M-K test for variations of precipitation in Emei Mountain and its surrounding area during flood season |
峨眉山周边地区平均汛期降水量为1 060.7 mm, 占平均全年降水量的79.4%, 最高汛期降水量出现在1975年达1 524.9 mm, 最低出现在2006年为652.8 mm, 差异非常显著。峨眉山周边地区汛期降水量呈明显的减少趋势[图 10(b)], 以43.522 mm·(10a)-1的速率递减, 递减率为4.10%, 其递减率比年代和年降水量大。汛期降水量M-K检验与年降水量非常相似, 在1993年发生突变[图 11(b)], 突变前1959—1992年34年平均汛期降水量为1 124 mm, 突变后1993—2016年24年平均汛期降水量为971 mm, 减少了153 mm, 减少率达13.60%, 比年降水量减少率高2.10%, 汛期降水量减少导致了年降水量的减少。
通过对比分析可知, 峨眉山平均汛期降水量为1398.4 mm, 比其周边地区(1060.7 mm)多337.7 mm(24.15%)。两地汛期降水量均占年降水量的79%左右, 汛期降水量变化均呈现出减少的趋势, 递减率也非常接近, 峨眉山及其周边地区汛期降水量减少是导致年降水量减少的重要原因。峨眉山汛期降水量1969年发生突变, 而其周边地区在1993年发生了突变。无论峨眉山还是其周边地区, 汛期降水量的变化趋势都强于其年代和年降水量变化趋势, 因此, 汛期的降水量区域气候响应比其他时段更显著。
5.2 雨日分析表明, 峨眉山平均汛期雨日为115天, 占平均年雨日的45.6%, 占汛期日数的75%, 比平均年雨日占全年日数的比例高6%, 最多汛期雨日出现在1964年达134天, 最少出现在2007年为92天(图 12a)。峨眉山汛期雨日呈现出减少的趋势, 以2.548 d·(10a)-1的速率递减, 递减率为2.22%, 通过0.01信度的显著性水平检验。从M-K检验看到, 峨眉山汛期雨日从20世纪80年代开始减少趋势明显, 特别是90年代开始减少十分显著, 在1989年发生突变(图 13a), 突变前1959—1988年30年平均汛期雨日为120天, 突变后1989—2016年28年平均汛期雨日为110天, 减少了10天, 减少率为8.3%。
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表 6 峨眉山及其周边地区汛期雨日变化 Table 6 Characteristics of precipitation day in Emei Mountain and its surrounding area during flood season |
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图 12 峨眉山与其周边地区汛期雨日变化 Fig. 12 Variations of rain days in Emei Mountain and its surrounding area during flood |
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图 13 峨眉山与其周边地区汛期雨日变化M-K检验 Fig. 13 The M-K test for variations of rain days in Emei Mountain and its surrounding area during flood season |
峨眉山周边地区平均汛期雨日为84天, 占平均年雨日的48.8%, 占汛期日数的54.9%, 比平均年雨日占全年日数的比例高7.8%, 最多汛期雨日出现在1976年和1979年为99天, 最少出现在2007年为65天[图 12(b)]。峨眉山周边地区汛期雨日呈现出减少的趋势, 以2.013 d·(10a)-1的速率减少, 递减率为2.40%, 通过0.01信度的显著性水平检验。通过M-K检验分析得到, 峨眉山周边地区汛期雨日从20世纪80年代初开始呈减少趋势, 在1993年发生突变[图 13(b)], 突变前34年平均汛期雨日为87天, 突变后24年平均汛期雨日79天, 减少了8天, 减少率9.2%, 20世纪90年代开始减少趋势十分显著。
通过以上对比分析可知, 峨眉山平均汛期雨日(115天)比其周边地区(84天)多31天(36.9%), 两地平均汛期雨日分别占年雨日的46%和49%, 均呈现出减少的趋势。从20世纪90年代初开始, 峨眉山与其周边地区汛期雨日的减少非常显著。可见, 无论峨眉山还是其周边地区, 其雨日的汛期变化趋势都强于其年代和年雨日变化趋势, 汛期的雨日区域气候响应比其他时段更显著。
6 不同季节降水量和雨日的变化特征 6.1 降水量由图 14可见, 峨眉山不同季节降水量的变化具有明显差异, 其春季、夏季、秋季和冬季降水量的平均值分别为332.9, 1024.6, 352和54.1 mm。春季降水量呈略为增多趋势, 以0.079 mm·(10a)-1的速率增多, 递增率0.02%, 但没通过0.1信度的显著性水平检验, 而夏季、秋季和冬季都呈现出减少趋势, 均通过0.05信度的显著性水平检验, 分别以-48.27 (10a)-1, -18.47 (10a)-1和-3.11 mm·(10a)-1的速率减少, 减少率分别为-4.71%, -5.25%和-5.75%, 冬季降水减少最为明显。虽然减少强度夏季＜秋季＜冬季, 但由于冬季降水量占全年降水量的比例最小(3%), 夏季降水量占全年降水量的比例最大(58%), 故夏季降水量减少是年降水量减少的主要原因, 其次是秋季。对季节降水量M-K检验(图略)表明, 峨眉山春季降水量在20世纪70年代以前降水波动较大, 变化趋势不明显, 70年代以后呈减少趋势, 2000年以后有10年左右的增多趋势, 之后又开始减少, 整个时段内变化趋势不明显, 波动较大。而夏季、秋季和冬季降水量变化趋势较为明显, 均在20世纪80年代末及90年代初发生突变, 突变后降水明显减少, 与其年降水量在20世纪90年代后减少非常明显相一致, 表明峨眉山夏季、秋季和冬季, 尤其是夏季和秋季降水量减少对其年降水量减少起到了重要作用。
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图 14 峨眉山各季节降水量变化 Fig. 14 Variations of precipitation in Emei Mountain during the four seasons |
由图 15可见, 峨眉山周边地区各季节降水量的变化具有一定差异, 春季、夏季、秋季和冬季降水量的平均值分别为228.6, 795.7, 260.2和51.2 mm。春季降水量呈略为增多趋势, 以0.879 mm·(10a)-1的速率增多, 增多率0.39%, 而夏季、秋季和冬季均呈减少趋势, 分别以37.645, 11.263和0.743 mm·(10a)-1的速率减少, 减少率分别为-4.73%, -4.33%和-1.45%, 但只有夏季相关系数通过0.05信度的显著性水平检验。夏季减少最为明显, 故夏季降水量减少是其年降水量减少的主要原因, 其次是秋季。M-K检验(图略)表明, 峨眉山周边地区春季和冬季降水量变化频繁, 长期变化趋势不明显。而夏季和秋季降水量在20世纪90年代发生突变, 突变后降水量减少明显, 与年降水量在20世纪90年代后减少相一致。
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图 15 峨眉山周边地区各季节降水量变化 Fig. 15 Variations of precipitation in the Emei Mountain surrounding area during the four seasons |
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表 7 峨眉山及其周边地区不同季节降水量变化 Table 7 Characteristics of precipitation in Emei Mountain and its surrounding area during the four seasons |
通过以上对比分析可知:高海拔峨眉山春季、夏季和秋季降水量的平均值均比低海拔周边地区显著偏多, 而冬季略偏多。峨眉山降水量以冬季减少最为明显, 但其周边地区夏季降水量减少最为明显。这种随高度变化区域气候响应的时间和季节差异性, 即气候响应的垂直差异性可能与区域温度响应差异和区域水汽状况有关, 值得进一步研究。
6.2 雨日从峨眉山季节雨日变化(图 16)可见, 一年四个季节其雨日均呈现出减少的趋势。春季、夏季、秋季和冬季多年平均的雨日分别为67, 68, 67和49天; 春季、夏季、秋季和冬季四季雨日分别以-2.065, -0.952, -1.881和-1.899 d·(10a)-1速率减少, 递减率分别为3.08%, 1.4%, 3.18%和5.09%, 冬季减少最明显。M-K检验(图略)表明, 春季、夏季和秋季雨日在20世纪90年代后明显减少, 而冬季雨日从20世纪80年代初开始减少。
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图 16 峨眉山各季节雨日变化 Fig. 16 Variations of rain days in Emei Mountain during the four seasons |
从峨眉山周边地区各季节雨日变化(图 17)可见, 四个季节雨日均呈现出减少的趋势。春季、夏季、秋季和冬季四季多年平均的雨日分别为45, 50, 46和31天, 且分别以0.622, 0.937, 1.256和0.12 d·(10a)-1的速率减少, 递减率分别为1.38%, 1.87%, 2.73%和0.38%, 以秋季减少最为明显。M-K检验(图略)表明, 峨眉山周边地区春季和冬季雨日变化波动大, 长期趋势不明显, 而夏季和秋季雨日分别在1993年和1987年发生突变, 之后进入偏少阶段, 秋季雨日突变后减少更明显。夏季和秋季雨日减少是导致峨眉山周边地区年雨日减少的主要原因。
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图 17 峨眉山周边地区各季节雨日变化 Fig. 17 Variations of rain days in the Emei Mountain surrounding area during the four seasons |
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表 8 峨眉山及其周边地区季节雨日变化 Table 8 Characteristics of precipitation day in Emei Mountain and its surrounding area during the four seasons |
通过以上对比分析可知:高海拔峨眉山春季、夏季、秋季和冬季四季雨日均比山下低海拔其周边地区显著偏多, 虽然都为减少趋势, 但峨眉山比其周边地区减少程度更显著。峨眉山一年四季雨日减少均很明显, 冬季最显著, 而其周边地区秋季减少最明显。另外, 两地四季雨日都呈现减少趋势, 但峨眉山季节雨日减少程度比周边地区更为显著, 说明高海拔高山地区比低海拔平原地区的区域气候响应更加显著。
7 各月降水量和雨日的变化特征 7.1 降水量从表 9可知, 峨眉山1—8月降水量逐步增加, 8月达到最大值428.4 mm, 9—12月逐步减少, 最少降水量出现在1月。峨眉山降水主要集中在盛夏7—8月(月降水量超过350 mm), 6—9月降水量占全年降水量的69.8%。除3、4月降水量呈略增多的趋势外(未通过0.1信度的显著性水平检验), 其余月份降水量均呈减少的趋势, 其中, 12月减少最明显, 递减率7.96%。
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表 9 峨眉山及其周边地区各月降水量变化 Table 9 Characteristics of monthly precipitation in Emei Mountain and its surrounding area |
峨眉山周边地区1—8月降水量逐步增加, 8月达到最大值336.2 mm, 12月达到最低(14.0 mm)。峨眉山周边地区降水主要集中在盛夏7—8月(月降水量超过300 mm), 6—9月降水量占全年降水量的71.1%。除1月降水量呈略增多的趋势外(未通过0.1信度的显著性水平检验), 其余月份降水量均呈减少的趋势, 其中, 10月减少最明显, 递减率6.74%。
由表 9和图 18可以看出, 峨眉山和其周边地区1—12月降水量呈单峰单谷变化, 1月开始一直到3月缓慢递增, 4—6月急剧增多, 7月突变式增多, 比6月增加了约150 mm, 8月达到最高值, 9月突变式减少, 比8月减少了160~210 mm, 之后急剧减少, 10月开始到12月逐步减少。峨眉山各月降水量均比其周边地区偏多。峨眉山降水量变化1—2月呈减少趋势, 3—4月呈微弱增多趋势, 5—12月又呈减少趋势。但其周边地区1月呈增多趋势, 其余月份均为减少, 尤其是5月、8月和10月减少显著。峨眉山周边地区月降水量减少趋势弱于峨眉山。
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图 18 峨眉山及其周边地区月降水量气候平均值 Fig. 18 Climatological mean of monthly precipitation in Emei Mountain and its surrounding area |
由表 10和图 19可知, 峨眉山各月雨日变化相对于降水量比较平缓, 1月开始逐步增多, 5—6月达到一次高值, 7—9月基本维持, 10月达到最大值, 11月开始减少, 一直到12月。其周边地区各月雨日1—8月逐步增多, 9月达到最大值, 然后开始减少, 11月开始减少, 一直到12月。峨眉山1月、2月、3月、5月、11月、12月降水日数比山下周边地区偏多50%以上, 平均每月多6~8天, 尤以冬半年11月至次年3月雨日偏多最明显。峨眉山月雨日减少趋势比其周边地区更为明显。
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表 10 峨眉山及其周边地区各月雨日变化 Table 10 Characteristics of monthly precipitation day in Emei Mountain and its surrounding area |
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图 19 峨眉山及其周边地区月雨日气候平均值 Fig. 19 Climatological mean of monthly rain days in Emei Mountain and its surrounding area |
图 20是峨眉山与峨眉市1964—2016年53年累计每小时降水量日变化曲线。从图 20中可见, 峨眉山与峨眉市降水的日变化特征明显, 峨眉山降水量的日变化呈单峰单谷结构, 峨眉市则在07:00出现次峰值, 但两地小时降水量均在01:00达最大值(峨眉山4816.8 mm, 峨眉市4837.5 mm), 之后随着时间逐渐减少, 分别于17:00和16:00达最小值(峨眉山17:00达最小值1140.1 mm, 峨眉市16:00达最小值543.7 mm), 然后又逐渐增加, 午夜时分降水又回到最大值。两地夜间降水量明显大于白天, 夜雨特征突出。
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图 20 峨眉山和峨眉市多年平均6—9月累计降水量日变化 Fig. 20 The diurnal variation of climatological mean of precipitation during June-September in Emei Mountain and Emei City |
图 21是峨眉山与峨眉市逐年6—9月累计小时降水量最大值出现时间分布。从图 21可以看出, 峨眉山6—9月累计小时降水量最大值出现时间集中在23:00至次日04:00, 峨眉市则集中在23:00至次日07:00, 相对来说, 峨眉山最大值出现时间更为集中。此外, 峨眉山和峨眉市累计小时降水量出现时间都存在提前的变化特征。
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表 11 峨眉山和峨眉市小时降水量分时段变化 Table 11 Characteristics of hourly precipitation in Emei Mountain and Emei City |
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图 21 峨眉山和峨眉市逐年6—9月累计小时降水量最大值出现时间 Fig. 21 The interannual variation of peak time of hourly precipitation in Emei Mountain and Emei City during June-September |
图 22是峨眉山与峨眉市1964—2016年53年累计的每小时降水频次日变化曲线。从图 22可见, 峨眉山与峨眉市降水频次的日变化特征明显, 两地小时降水频次均在02:00达最大值(峨眉山2 525次, 峨眉市1 478次), 16:00达最小值(峨眉山1 036次, 峨眉市405次)。两地降水多发生在夜间, 尤其是峨眉山。
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图 22 峨眉山和峨眉市多年6—9月累计小时降水频次日变化 Fig. 22 The diurnal variation of climatological mean of hourly precipitation frequency in Emei Mountain and Emei City during June-September |
图 23是峨眉山与峨眉市逐年6—9月小时累计降水频次最大值出现时间分布。由图 23可以看出, 峨眉山最大值出现时间集中在00:00—04:00, 峨眉市集中在00:00—04:00和06:00—07:00。此外, 峨眉山小时降水频次最大值出现时间有显著提前的变化特征, 通过了0.05信度的显著性水平, 而峨眉市则相反, 具有延后的趋势。由图 24可知, 峨眉山小时降水量大于20 mm的累计降水频次最大值出现时间主要集中在23:00至次日04:00, 而峨眉市最大值出现时间集中在23:00至次日08:00。
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表 12 峨眉山和峨眉市小时降水频次分时段变化 Table 12 Characteristics of hourly precipitation frequency in Emei Mountain and Emei City |
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图 23 峨眉山和峨眉市逐年6—9月累计小时降水频次最大值出现时间 Fig. 23 The interannual variation of peak time of hourly precipitation frequency in Emei Mountain and Emei City during June-September |
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图 24 峨眉山和峨眉市多年6—9月小时降水量大于20 mm的累计降水频次日变化 Fig. 24 The diurnal variation of climatological mean of more than 20mm precipitation frequency in Emei Mountain and Emei City during June-September |
通过对峨眉山及其周边地区降水变化特征的多时间尺度分析, 得到如下主要结论:
(1) 高海拔峨眉山年代降水量和雨日大于低海拔周边地区, 其减少的趋势也明显大于周边地区。同时, 两地年降水量和雨日均在20世纪90年代后明显减少, 且峨眉山比其周边地区年雨日减少得更明显, 其区域气候响应更加突出。
(2) 峨眉山及其周边地区汛期降水量和雨日的变化趋势均强于其年代和年降水量和雨日的变化趋势。峨眉山冬季、秋季和夏季降水量减少显著, 而峨眉山周边地区夏季和秋季降水量减少明显。峨眉山及其周边地区四季雨日都呈减少趋势, 但峨眉山比周边地区更为显著。峨眉山月降水量和月雨日减少趋势比其周边地区更为明显。这种随海拔变化区域气候响应具有的时间不一致性和季节差异性, 可能与区域温度响应与水汽状况差异有关。
(3) 峨眉山降水量日变化呈单峰单谷结构, 而峨眉市则在清晨出现次峰值, 两地夜雨特征都突出, 夜间降水量远大于白天, 峨眉山与峨眉市小时累计降水量均在01:00达最大值, 之后随着时间逐渐减少, 分别于17:00和16:00达最小值, 易于夜间形成强降水。
(4) 峨眉山6—9月小时累计降水频次最大值出现时间集中在00:00—04:00, 峨眉市集中在00:00—04:00和06:00—07:00。峨眉山小时降水频次最大值出现时间有显著提前的变化特征, 而峨眉市则相反, 具有延后的变化特征。
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DOI:10.3321/j.issn:1000-0534.2004.02.017 |
2. Leshan Meteorological Bureau, Leshan 614000, Sichuan, China;
3. Institute of Plateau Meteorology, China Meteorological Administration, Chengdu/Heavy Rain and Drought Flood Disasters in Plateau and Basin Key Laboratory of Sichuan Province, Chengdu 610072, Sichuan, China