Climate Change Research Letters 气候变化研究快报, 2020, 9(5), 576-587
Published Online September 2020 in Hans. http://www.hanspub.org/journal/ccrl https://doi.org/10.12677/ccrl.2020.95063
气候变暖背景下的果洛地区汛期强降水变化特征分析
韩有香1，陈海莲2
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收稿日期：2020年9月6日；录用日期：2020年9月21日；发布日期：2020年9月28日
青海省果洛州久治县气象局，青海 智青松多
青海省黄南州河南县气象局，青海 黄南藏族自治州
摘 要
为了解果洛地区汛期强降水的变化情况，本研究利用1976~2018年果洛6站和2010~2018年14个区域站的日降水序列，用百分位法定义果洛各站的强降水阈值，用线性倾向估计法和小波分析法对洛地区的强降水量、强降水日数和强度进行变化趋势分析和周期分析，结果表明：果洛地区强降水的降水量和日数以?0.88 mm/10a和?0.03 d/10a的速率呈减少的趋势，强度以0.17 mm/(d·10a)呈增强趋势；自1998年以来果洛地区强降水的降水量、日数和强度以14.96 mm/10a、0.63 d/10和0.68 mm/(d·10a)的速率呈增加趋势。近10年强降水量和日数的中心在玛沁大武乡铜矿，强度中心在久治索乎日麻乡；近5年强降水的中心在久治索乎日麻乡，日数中心在玛沁当洛乡当项，强度中心在久治索乎日麻乡。通过小波分析发现，强降水量9年的振荡周期、强降水日数10年的振荡周期和强降水强度6年和12年的振荡周期较为明显。强降水量由西北向东南方呈增加的分布格局，其中玛多、玛多三叉路口和玛沁雪山乡减少明显；强降水强度从西北向东南方呈增多加强的分布格局，久治索乎日麻乡、达日满掌乡和班玛赛莱唐镇班脑河村强降水强度增强明显；强降水日数从玛沁大武乡铜矿向西北和东南方呈减少的分布格局。
关键词
气候变暖，果洛地区，汛期，强降水，百分位法
Analysis on the Characteristics of Heavy Precipitation in Flood Season over Golog Tibetan Autonomous Prefecture under the Background of Climate Warming
Youxiang Han1, Hailian Chen2
文章引用: 韩有香, 陈海莲. 气候变暖背景下的果洛地区汛期强降水变化特征分析[J]. 气候变化研究快报, 2020, 9(5): 576-587. DOI: 10.12677/ccrl.2020.95063
韩有香,陈海莲
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Jiuzhi County Meteorological Bureau, Golog Tibetan Autonomous Prefecture, Chugqênsumdo Qinghai
Qinghai Province Huangnanzhou Henan County Meteorological Bureau, Tibetan Autonomous Prefecture of Huangnan Qinghai
Received: Sep. 6th, 2020; accepted: Sep. 21st, 2020; published: Sep. 28th, 2020
Abstract
In order to understand the change of heavy precipitation in flood season in Golog Tibetan Auto-nomous Prefecture, the daily precipitation series of 6 stations in Guoluo from 1976 to 2018 and 14 regional stations from 2010 to 2018 were used in this study. The threshold of heavy precipitation at each station in Golog Tibetan Autonomous Prefecture was defined by percentile method. By us-ing the linear trend estimation method, Mann-Kendall method and wavelet analysis method, the trend analysis, mutation test and periodic analysis of the heavy precipitation, the number of days and intensity of the heavy precipitation in the Golog Tibetan Autonomous Prefecture area are car-ried out. The results showed that the precipitation amount and the number of days of heavy preci-pitation in the Golog Tibetan Autonomous Prefecture area decreased at the rate of ?0.88 mm/10a and ?0.03 d/10a, and the intensity increased at the rate of 0.17 mm/(d·10a). Since 1998, the pre-cipitation, the number of days and the intensity of the heavy precipitation in Golog Tibetan Auto-nomous Prefecture area have been increased at the rates of 14.96 mm/10a, 0.63 d/10a and 0.68 mm/(d·10a). The center of the heavy rainfall and the number of days in the past 10 years was at Maqên County Dawu Mine, and the center of the heavy rainfall in the past 5 years was at Jiuzhi Su-ohuima Township, and the center of the number of days in the past 5 years was at Jiuzhi Suohuima Township, and the center of the heavy rainfall in the past 5 years was at Maqên County Dangluo township, the center of strength was in Jiuzhi Suohuima township. Wavelet analysis reveals that: The 9-year oscillation period of heavy precipitation, the 10-year Oscillation period of heavy preci-pitation days and the 6-year and 12-year Oscillation period of heavy precipitation intensity are obvious. The distribution pattern of heavy precipitation increased from northwest to southeast, among which the decrease of Madoi County, Madoi County, the intersection and Maqin Xueshan was obvious, and the distribution pattern of heavy precipitation intensity increased from north-west to southeast, in Jiuzhi Suohuima Township, Dari Manzhang and Bannao River village of Ba-masai Laitang, the intensity of heavy precipitation increased obviously, and the distribution pat-tern of heavy precipitation days decreased from Maqên County copper mine in Dawu to the northwest and southeast.
Keywords
Climate Warming, Goluo Region, Flood Season, Heavy Precipitation, Percentile Method
Copyright ? 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc.
This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Open Access 1. 引言
IPCC第五次评估报告(AR5)第一工作组报告指出，在未来变暖的背景下，极端事件将进一步增多，中纬度大部分陆地区域强降水强度可能加大、发生频率可能增加[1] [2] [3]。近年来，在全球气候变暖的
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背景下，各地洪涝灾害严重。最近几十年强降水事件的发生频率明显上升，并且这种趋势会进一步发展[4] [5]。彭芳等[6]曾利用贵州区域84站1991~2009年汛期(4~9月)逐小时降水量，分别定义各站点的小时降水量的强降水阈值，分析出贵州各区域阈值分布的高低。韩廷芳等[7]利用格尔木市1961~2015年汛期(5~9月)逐日降水资料，分析极端强降水事件的变化特征以及对未来趋势的预测。肖莲桂等[8]利用天峻县1961~2015年逐日降水量资料，分析了夏半年和冬半年极端降水变化情况。陈炯等[9]从气候角度统计分析了中国暖季不同量级短时强降水时空分布，并得出短时强降水和中尺度对流系统的频率特征。多位气象工作者[10]-[17]也针对各个区域的不同形势以及不同角度研究分析了短时强降水天气的特征。
近年来，国内许多学者从降水量、降水日数和降水强度等方向对降水的气候特征和变化规律等方面进行了大量的研究。王小玲等[18]研究发现，年降水量在不同区域有不同的趋势变化，但不同强度级别降水量的趋势变化表现出较为一致的特征，强降水量的变化趋势最为显著，降水量的变化主要由强降水量的变化引起。各级别降水频率变化对降水量趋势的贡献远远大于强度变化，趋势变化主要由降水频率变化产生。
果洛州位于青海省东南部，地处青藏高原腹地的巴颜喀拉山和阿尼玛卿山之间。东临甘肃省甘南藏族自治州和青海省黄南藏族自治州，南接四川省阿坝藏族羌族自治州和甘孜藏族自治州，西与青海省玉树藏族自治州毗连，北和青海省海西蒙古族藏族自治州、海南藏族自治州接壤。在全球气候变暖的背景下，果洛地区的降水发生了明显的变化，未见果洛地区强降水变化情况的报道。因此，深入探讨果洛地区强降水的变化规律，在果洛地区生态恢复和社会经济可持续发展中具有举足轻重的地位，对当地农牧业稳定发展、生态环境保护、防洪减灾措施的实施和应对极端气候变化具有重要意义。为果洛地区防灾减灾、生态环境保护、地方气象服务提供参考依据。
2. 资料与方法
2.1. 资料
为保证资料的统一性和连续性，利用果洛地区玛沁、达日、玛多、班玛、甘德和久治6个国家气象站1976~2018年5~9月的日降水序列。由于区域站的建站时间和启用时间不一致，至2018年果洛州共建成68个区域站(包括天气站、区域站、交通站和农业设施站) (详见图1)，因此文中选用时间序列最长的2009年建成的14个区域站自2010~2018年5~9月的逐日降水序列。文中站点分布图用果洛地区的所有的站点，强降水量、强降水日数和强降水强度的空间分布用6个国家站和14个序列最长的区域站的资料。
Figure 1. Distribution of weather stations in Golog Tibetan Autonomous Prefecture 图1. 果洛地区气象站点分布图
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2.2. 方法
本研究采用国内外通用的百分位算法，定义果洛地区强降水事件的阈值。具体做法是，将果洛地区6站1976~2018年5~9月汛期日降水序列由小到大排列，取第95个百分位值定义为强降水阈值。某日降水量达到或超过这一阈值时，称之为强降水事件。通过百分位值求得的果洛地区6站的阈值见表1，区域站的强降水阈值用区域站所属国家站的阈值。用6站的平均值代表果洛地区的强降水量、强降水日数和强降水强度。
采用线性倾向估计法[19]和小波分析[19]对果洛地区的强降水量、强降水日数和强度进行变化趋势分析和周期分析。
Table 1. Heavy rainfall thresholds at individual stations over the Golog Tibetan Autonomous Prefecture region, 1976-2018 (mm) 表1. 果洛地区1976~2018年各站强降水阈值(mm)
站名 阈值
久治 17.8
达日 17.4
玛多 12.0
甘德 14.7
玛沁 15.3
班玛 16.9
3. 结果分析
3.1. 强降水量
3.1.1. 强降水量的变化趋势
由表1可知，6个国家站强降水的阈值，6站的阈值各不相同，久治得阈值最大，玛多的阈值最小。1976~2018年果洛地区强降水量出现于2007年，降水量为169.6 mm，最小值出现于1991年，降水量为51.7 mm，两者相差117.9 mm。由图2(a)可知，果洛地区的强降水量呈减少的趋势，其速率为?0.88 mm/10a，未通过显著性检验。6个国家站的强降水量变化不同，最大值出现于1979年的久治，降水量为330.3 mm；最小值出现于1988年的玛多，降水量仅为13.7 mm；久治、班玛和达日的强降水的降水量分别以?12.74、?1.17和?1.64 mm/10的速率呈减少的趋势，甘德的强降水量以3.14 mm/10的速率呈增多的趋势。由于玛多和玛沁分别于1983年和1984年未出现强降水，但从1984年和1985年起，玛沁和的玛多强降水量以12.44 mm/10a和5.04 mm/10a的速度呈增加趋势。6个国家站的强降水量均未通过显著性检验。
自1998年气温变暖以来[20]，果洛地区的强降水量呈增多的趋势，其速率为14.96 mm/10a；久治、班玛、达日、甘德、玛沁和玛多的强降水分别以12.30、5.39、4.61、22.57、18.67和26.25 mm/10a的速度呈增多的趋势。
Table 2. Trend rates of precipitation, number of days and intensity of heavy rainfall at various stations in Golog Tibetan Auto-nomous Prefecture (mm/10a, d/10a, mm/(d·10a))
表2. 果洛各站强降水降水量、日数和强度的倾向率(mm/10a, d/10a, mm/(d·10a))
项目 降水量
1998~2018 1976~2018
日数
1998~2018 1976~2018
强度
1998~2018
0.37
0.82
0.79
?0.45
1.72
0.82
0.68
0.49 ?0.002
0.16 0.46
0.10 ?0.17
1.26 0.18
1.26 0.45
0.62 0.20
0.63 0.17
12.30 ?0.49
5.39 ?0.13
4.61 ?0.03
22.57 0.12
26.25 0.18
18.67 0.73
14.96 ?0.03
年代 1976~2018
久治 ?12.74
班玛 ?1.17
达日 ?1.64
甘德 3.14
玛多 12.44
玛沁 5.04
果洛 ?0.88
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区域站强降水量最大值出现于2014年的是X6008 (玛沁县当洛乡当项)，降水量达470.3 mm，强降水最小值出现于2014年的是X6011 (玛沁县雪山乡)，降水量仅为15.8 mm，两者相差454.5 mm。由于区域站的强降水量序列较短，因此不作趋势分析。
Figure 2. Heavy rainfall (a), number of days (b) and intensity (c) over Golog Tibetan Autonomous Prefecture from 1976 to 2018 图2. 果洛地区1976~2018年强降水量(a)、日数(b)和强度(c)变化曲线图
由此可见，果洛地区的强降水量呈减少的趋势，久治、班玛和达日的强降水的降水量减少，甘德、玛多和玛沁的强降水量增加；1998年以来果洛的强降水量呈增加的趋势，6个国家站的强降水量均呈增加趋势。
3.1.2. 强降水量的年际变化
由表3和图3(a)可知，70年代末，是果洛地区以及久治、班玛、达日和玛多强降水量相对较多的时期，较平均值分别偏多20、92、18和12%，玛多偏少16%；从80年代起强降水量逐渐减少，至90年代减少至最少，较平均值偏少15、26、17、16和16%；21世纪强降水量增加，呈多–少–多的分布格局。而甘德在70年代末强降水量较少，从80年代起强降水量逐渐增多，90年代又减少至最少，21世纪逐渐增多；玛沁在70年代末强降水量较少，从80年代起强降水量逐渐增加，至2010~2018年强降水量增加至最多。
Table 3. Inter-decadal variability of heavy rainfall over Golog Tibetan Autonomous Prefecture from 1976 to 2018 (mm) 表3. 果洛地区1976~2018年强降水量年代际变化(mm)
年代际 1976~1979 1980~1989 1990~1999 2000~2009
久治 250.0 129.5 95.5 117.9
班玛 136.6 128.6 96.4 99.4
达日 83.7 77.6 62.7 85.0
甘德 96.0 110.3 101.5 94.7
玛沁 86.2 106.2 87.5 97.1
玛多 56.9 59.3 56.8 74.9
果洛 118.2 103.0 83.4 94.9
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