賀州市近54年降水變化特征分析

2023年12月31日發(作者：春夜洛城聞笛李白)

賀州市近54年降水變化特征分析

孫小龍;廖銘超

【摘 要】Bad on the time ries precipitation data from 1957 to 2010 in

Hezhou, linear regression, curve fitting and wavelet transform were ud to

analyze the variation trend and periodic law of precipitation. In recent 54

years, the precipitation in Hezhou changed in volatility. The change within

the year and inter year was obvious, and its amplitude was large. The

precipitation incread in recent 54 years, and its trend rate was 7.266

mm/10a. There were two significant periodic variations of the precipitation.

One was the inter-decadal periodic variation about 16 -18 a, the other was

the inter-annual periodic variation about 8 -9 a. And the periodic shock of

about 17 a was the strongest.%通過線性回歸、曲線擬合及小波變換,對1957 ～2010年賀州市的降水時間序列進行分析,揭示了降水變化趨勢及周期變化規律.結果表明,近54年來賀州市降水呈波動性變化,降水年內變化、年際變化均很明顯,變化幅度較大,近54年的年降雨量呈增加趨勢,降水傾向率為7.266 mm/10a；賀州市年降水存在2個明顯的全域性變化周期,分別是16～18年的年代際尺度周期性變化和8～9年的年際尺度周期性變化,其中17年左右的周期震蕩最強.

【期刊名稱】《安徽農業科學》

【年(卷),期】2012(040)032

【總頁數】2頁(P15804,15863)

【關鍵詞】賀州;降水;變化特征;小波分析

【作 者】孫小龍;廖銘超

【作者單位】廣西賀州市氣象局,廣西賀州 542800;廣西賀州市氣象局,廣西賀州

542800

【正文語種】中 文

【中圖分類】S161.6

賀州市地處廣西東北部，位于都龐嶺以南和大桂山以北，自然地理條件較為特殊，氣候環境復雜。賀州市作為廣西現代農業示范區，經濟發展以農業為主，降水的變化對當地的生產生活有重大影響。利用賀州站1957～2010年降水資料，采用線性回歸、曲線擬合和小波變換，對近54年來賀州市的降水變化特征進行研究，揭示降水變化趨勢和周期變化規律，有助于了解氣候的階段性變化，為短期氣候預測、有效利用水資源等關鍵問題的研究提供一定的理論依據。

1 資料與方法

1.1 資料來源 資料采用賀州國家基本站1957～2010年的年降水時間序列。

1.2 分析方法

1.2.1 線性回歸及曲線擬合。用線性回歸及曲線擬合的方法研究賀州市近54年來的降水變化趨勢。其中，線性回歸方程表示為:P=At+B，式中，P為年降水量;A=dP/dt，為線性趨勢;t為時間;B為常數。當A＞0時，表示降雨量隨時間t呈增加趨勢;A＜0時，表示降雨量隨時間t呈減少趨勢［1］。曲線擬合基于最小二乘法原理，通過最小化誤差的平方尋找數據的最佳函數匹配，實現擬合曲線的目的。擬合曲線的殘差越大，表示資料變化愈不穩定，變幅愈大［2-3］。

1.2.2 小波分析。小波分析是近些年發展比較迅速的時頻分析方法，它在時間域和

頻率域同時具有良好的局部性質，可以分析出時間序列周期變化的局部特征，具有多分辨分析功能，在研究氣候變化的多尺度結構和突變特征等方面有很好的效果［1，4-6］。小波函數的定義如下:若 ψ(t)∈L2(R)滿足容許性條件，則ψ(t)稱為一個基本小波或小波母函數。其中，^ψ(ω)是ψ(ω)的傅里葉變換。式中，f(t)是信號;為ψ(t)的復共軛函數;W(a，b)為小波變換系數;a為尺度因子;b為平移因子。W(a，b)等值線圖把原始信號分解到時間一尺度平面上，得到關于時間序列的小波特征，可以清楚地研究其在時一頻域中的局部特征［5，7］。筆者采用Morlet小波對降水時間序列進行小波變換。同時，用小波方差判斷時間序列的主要周期。將時間域上關于a的所有小波系數的平方進行積分，得到小波方差:db，式中，Wp(a)為小波方差;W(a，b)為小波系數。小波方差圖反映了波動能量隨尺度的分布情況，可以確定一個時間序列中各種尺度擾動的相對強度，對應峰值處的尺度稱為該序列的主要時間尺度［5］。

為了減小資料序列的起始點和結束點附近的邊界效應影響，對資料序列兩端進行周期延伸，在序列的頭尾兩端分別增加了54個資料，由此得到的序列總長為162。其方法如下:設原資料序列為f(1)、f(2)、…、f(54)，其中 f(1)對應于1957年資料、…、f(54)對應于2010年資料。向前延伸54點:f(-i)=f(i+1)(i=0，1，2…，53)，向后延伸 54 點:f(i+54)=f(55-i)(i=1，2，3，…，54)，對新得到的資料序列進行小波變換，變換結束后去掉兩端延伸資料的小波變換系數，保留原有序列時段內的小波系數。

2 結果與分析

2.1 降水變化趨勢分析 賀州市降水量年內變化很明顯，主要降水集中在3～8月份，占全年降水量的75%左右。最大的月平均降水量出現在5月份，降水量為266.4

mm;最小的月平均降水量出現在12月份，降水量僅為43.1 mm。月平均降水量的最小值與最大值之比約為1.0∶6.2。賀州市降水量年際變化也比較明顯，年變幅

較大。1957～2010年賀州市平均年降水將小波函數ψ(t)進行伸縮和平移，得到連續小波的變換:W為1 549.7 mm，年降水最小值為1 053.7 mm，出現在1958年;最大值為2 327.1 mm，出現在1973年(圖1)。賀州市1957～2010年年降雨量線性回歸方程為P=0.726 6x+108.4(R2=0.001 3)，總體上，近54年賀州市年降水量呈緩慢增加趨勢，降水傾向率為7.266 mm/10a。其曲線擬合方程為:P=8.749×106t6-0.104 2t5+516.8t4-1.367×106t3+2.035×109t2-1.615×1012t+5.341×1014，擬合曲線的殘差為2 205.1，可見賀州市近54年交替出現3個降水偏多時期和3個降水偏少時期，其中1957～1959、1968～1976、1992～2004年降水偏多，1960～1967、1977～1991、2005～2010年降水偏少。此外，擬合方程的殘差數值很高，表明賀州市降水變幅大、不穩定的特征。

圖1 1957～2010年賀州市降水量變化

圖2 1957～2010年賀州市年降水Morlet小波變換系數等值線注:正值為實線，代表降水偏多，負值為虛線，代表降水偏少，小波系數為零則對應著突變點。

2.2 降水的小波分析 由圖2可見，近54年賀州市年降水存在2個明顯的變化周期，分別是16～18年的年代際尺度周期性變化和8～9年的年際尺度周期性變化，且振蕩周期均具有全域性，周期規律處于較穩定狀態。在16～18年的時間尺度上，年降水經歷了多→少→多→少→多→少6個循環交替，這與圖1有較好的對應關系;而且直到2010年等值線也未閉合，表明未來一段時期內年降水將繼續偏少。1980年之前，主要表現為17年左右的變化周期;1980年之后，主要表現為18年左右的變化周期。在8～9年時間尺度上，年降水經歷了6個降水偏少期和5個降水偏多期;1957～1992年主要表現為8年左右的變化周期。此外，還有一些更小的時間尺度在某一段時期內表現也較為明顯。

年降水小波方差圖中有2個峰值，分別對應時間尺度8～9和16～18年(圖3)。其中年降水17年左右的周期震蕩最強，為年平均降水變化的第1主周期。

圖3 1957～2010年賀州市年降水小波方差

3 結論

(1)近54年來賀州市降水呈波動性變化。降水量年內變化很明顯，主要降水集中在3～8月份，占全年降水量的75%左右;降水量年際變化也比較明顯，年變幅較大。總體上，賀州市近54年年降雨量呈增加趨勢，降水傾向率為7.266 mm/10a。

(2)賀州市年降水存在2個明顯的變化周期，分別是16～18年的年代際尺度周期性變化和8～9年的年際尺度周期性變化，且振蕩周期均具有全域性，周期規律處于較穩定狀態。其中17年左右的周期震蕩最強。

參考文獻

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