1951年-2019年延安市安塞区降水时序变化特征分析

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气候变化是世界研究的热点问题,对研究区域内气候趋势变化、突变特征进行准确的估计能够对该区域的发展起到作用。黄土高原是我国生态环境脆弱的地区,其最近几十年发生的自然灾害对区域内人民的生活和财产安全、经济的发展产生了重大影响。当前在全球变暖的背景下,分析该地区气候变化可以预测和防止自然灾害的发生,并对当地生态环境的改善和经济的发展提供一定的科学依据。降水作为一种普遍的自然现象,也是该区域内气候的基本特征,本文选取延安市安塞区作为研究区域,选取该区域1951年—2020年的月降水资料以及1980年—2020年的日降水资料,运用EEMD分解分析、Mann-Kendall非参数检验、Morlet小波分析、Rclimdex模型和R/S分析法等研究区域内1951年—2019年这段时间的降水时序变化特征,得出以下主要结论:(1)由EEMD分解法得出的各分量以及趋势分量表示不同时间尺度降水量的变化状况。年降水量各IMF分量的震荡周期分别为2.8a、5.1a、22a、33a和69a;其中周期为2.8a和5.1a的降水分量的累计方差率达到了80.5%,表明年降水量变化状况主要是由年际变化主导的;由趋势分量可以得出年降水量总体为下降的趋势。春季降水量的各分量的周期分别为3.8a、8.6a、17.3a、34.5a和66a;其中周期为3.8a的分量波动幅度大;周期为8.6a的分量在上世纪80年代之前震荡幅度较小,在80年代之后震荡幅度增加;其降水量总体为下降的趋势。夏季降水量的各分量周期为2.9a、11.5a、17.3a、34.5a和69a,其中周期为2.9a、11.5a、17.3a的分量在最近几十年里波动状况相对稳定;由趋势分量可以看出,其存在下降趋势。秋季降水量中周期为2a、6.9a、11.5a的IMF分量其累计方差率达到了39.3%,这说明其降水量主要是由短周期决定的,最后的趋势分量表明秋季降水量存在一个下降的趋势。冬季降水量IMF分量中周期为2.2a、6.3a、17.3a的分量的累计方差率达到了27.9%;由最后的RES分量可以看出冬季降水量整体呈下降趋势。(2)安塞区年降水量发生过两次突变。经过M-K突变检验得出在1952年曲线第一次相交后降水量整体呈上升趋势并在1960年上升趋势显著,并通过了显著性检验。在1992年发生第二次曲线相交之后总体趋势是下降的,通过检验得出其突变时间点为1992年和2000年;春季降水量M-K突变检验得出UF曲线每一次相交降水量都会发生波动,20世纪90年代UF曲线存在一个交点,随之降水量总体呈现下降的趋势,经滑动t检验得出春季降水量突变时间点为1962年;安塞区夏季降水量在1995年发生突变,突变后降水量呈现下降的趋势;秋季降水量M-K突变检验有多个交点,经验证秋季降水量突变时间点为1958年和1998年;冬季降水量经验证得出突变时间点为1975年。(3)安塞区年降水量在3—5a、8—15a时间尺度上年降水量经历了较多的变化;由小波方差得出,年降水量存在四个主周期,分别为30a、25a、10a、4a。春季降水量存在四个主周期,分别为29a、18a、10a、5a,围绕主周期春季降水量存在多次交替变化;夏季降水量在3—5a、12—15a以及21—28a的时间尺度上经历了多次趋势变化,目前仍处在降雨偏少的时期,其主周期分别为25a、14a、4a;秋季降水量在3—4a、9—12a、14—18a和25—31a的时间尺度经历了多次降水量变化,其主周期分别为29a、16a、10a、3a。冬季降水量在6—10a的时间尺度中周期震荡频繁,而在19—29a冬季降雨经历了多次变化,其主周期为24a、8a。(4)安塞区过去40a的极端降水指标表明,极端降水大多数指标都呈减少的趋势,但各有不同的变化,其中持续干燥日数持续天数最多的是1998年,持续干燥日数趋势线的斜率为0.85 d·(10a)-1。持续湿润日数最多的年份为2014年,其趋势线的斜率为0.39 d·(10a)-1说明其有微弱的上升趋势。中雨以上日数的最大值为21天,最小值为6天,其趋势线的斜率为-0.86d·(10a)-1。大雨以上日数整体来说下降趋势比较明显,其斜率为-0.65d·(10a)-1,通过了显著性检验。暴雨以上日数最高达到了8天,其倾向斜率为-0.46 d·(10a)-1。异常降水总量最高的年份为2013年,其异常降水总量达到了400mm。1日最大降水量和5日最大降水量的气候倾向斜率分别为-0.16 d·(10a)-1和-0.37 mm·d-1·(10a)-1。普通日降水强度总体有一个下降的趋势,其气候倾向斜率为-0.32 mm·d-1·(10a)-1。(5)由极端降水各指标的相关性得出,除持续干燥日数以外极端降水指标均与年降水量呈显著正相关,并且持续干燥日数与其他指标的相关性较低,同时与年降水、持续湿润日数、中雨以上日数、极端降水总量这四个极端降水指标呈负相关关系。极端降水指数的H值多数大于0.5,这表明在随后的一段时间个指标的变化状况将继续维持当前的趋势。
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