东至县气象局 章卫华
摘 要：本文回顾了对中国降水量及降水期的时空特征的研究。对于降水的时空分布研究中，接过表明近40 年来中国降水量的空间分布与相应时段的雨日数空间分布较一致；年降水量变化趋势主要呈现东北-西南分布，其中以西部地区和长江三角洲的增加和华北及川东地区的减少趋势更加显著。对于降水期的研究中，定量计算了全年降水的聚集度和最大降水对应的聚集期,并利用计算出的聚集度和聚集期分析了中国降水期时空变化的气候特征,挑选长江中下游作为关键区,对其降水期进行了区域平均的趋势分析和小波分析,结果发现,该区的降水期具有明显的年际变化,而年代际变化则表现得比较稳定。
关键词：空间分布；年际变化；降水聚集度；降水聚集期；小波分析
1 引言
我国地域广大,地形复杂多变,降水类型多样,其影响因子也较多,而且在全球气候变暖背景下,某些灾害性天气气候事件更加频繁【2-8】,气象灾害造成越来越大的经济损失[ 9 ] 。2007年夏季
中国极端强降水事件频发，6月,全国平均降水量较常年同期略偏少,其中辽宁、吉林降水异常偏少,其区域平均降水量均为历史同期最少。南方局部地区发生暴雨洪涝灾害,部分中小河流出现超警戒水位的洪水。7月,淮河发生仅次于1954年的流域性大洪水;重庆、四川、山东、新疆、云南等地遭受暴雨袭击,部分地区受灾严重;江南、华南以及黑龙江、内蒙古东部等地的部分地区出现了严重干旱。8月,黄淮南部、江淮大部、江汉及湖南西部和北部、重庆大部、四川东部和西部、贵州大部、广西南部、海南大部、河北西北部、内蒙古中部、新疆东部等地降水量偏多。湖北、安徽、天津月降水量为1951年以来历史同期次大值或最大值,局地暴雨洪涝灾害频繁。2007年8 月13—17 日,湖北、湖南、安徽、江苏等省(市)的部分地区出现大到暴雨、局部大暴雨
不同地区降水的变化规律和主要影响因子有很大差异,形成了各地的降水分布极不均匀、旱涝灾害频繁的特征,旱涝成为影响工农业和国民经济建设的主要灾害之一。为了摸清我国降水发生的规律、研究其形成原因和预测方法,以及对旱涝等自然综合分析降水的时空变化的气候特征是十分必要的。
2 中国不同地区降水量的时空特征：
2.1我国降水量的基本时空特征：
我国幅员辽阔，地形复杂，各地年雨量分布极不均匀，一般地讲，我国降水空间分布的主要类型是南北分布，从东南沿海向西北内陆减少。台湾省、海南岛和东南沿海的广东、广西、福建、浙江南部大致在2000mm左右，长江流域为1200mm左右，云贵高原为1000mm左右，黄河下游、陕甘南部、华北平原和东北平原为600mm左右，而西北内陆则在200mm一下；此外，青藏高原西北部还不足50mm，而沙漠地区仅有10mm。时间特征上，绝大多数地区雨量都集中在夏季，有明显的雨季、干季之分。各地雨季起讫时间不一，西部高原地区雨季和干季的相互转化比东部地区更加清楚。雨季中降水分部不均匀，不少地区仍有有相对干期出现，如西北高原相对干期在7月中旬，至八月中旬，长江流域东部相对干期在7月中旬至8月中旬。
2.2对降水时空特征研究的方法及进展：
目前，国内对降水量时空特征的研究涉及各个方面，主要有年际、年代际变化，时空变化特征，海温、海冰对降水的影响，其中包括ENSO 对降水的影响，季风变化与降水的相关分析、降水的气候区划以及近年来研究较多的极端降水变化分析等，都取得了丰硕成果当涉及
到单气象场分析时常常会用到EOF类的分析方法，例如，对降水场、温度场进行EOF 分析，提取出主要空间分布结构；当联系到两个气象场时常常运用奇异值分解（SVD）或者典型相关分析（CCA）方法，例如降水场和海温场，提取出成对的空间分布型。
王大钧，陈列等采用及其蒙特卡洛（Monte Carlo）显著性检验，用相似系数为定量地表示两幅图的相似程度，，并在研究中采用相对的概念来确定强降水的阈值[1]。
图 1 中国40年降水量分布(a)和年总雨日数分布(b)（引自文献[1]）
图1 是中国40 年平均的年总降水量及年总雨日的分布，关于降水量的研究很多，这里就不多赘述了，对比图1a 和1b，二者等值线的分布结构非常相似，相似系数为0.946，相似程度较高，这说明从平均状况来看降水量的多寡主要取决于雨日数的多少，即年总降水量的空间分布应该与年总雨日空间分布较一致。
图2 中国年降水量(a)和年总雨日数(b)40年来趋势系数的空间分布
图2对561 站的年总降水量及年总雨日的时间序列逐站地计算趋势系数，画出趋势系数的空间分布（图2），它可以表示196l～2000 年中国年总降水量及年总雨日的长期趋势变化的空间分布情况。从图2a 可以看出，近40 年来中国降水的变化趋势比较复杂，总体上表现为东北-西南向的“+、-、+”这与王绍武等(2002)[11]和陈隆勋等(1998)[12]的研究相类似。另外，王大钧[1,1]发现西北东部呈现变干的趋势，而西北西部（主要是新疆）气候明显变湿，同时新疆北部的各季节降水都在增加，就整个新疆来看，秋季南部降水呈现减少的趋势。对比图2a 和图1a 不难发现，降水量小于500mm 的地区40 年来降水趋势是增加的，1 000 mm 以上降水量的地方除了西南的部分地区外降水趋势大体上也是增加的，而降水量介于500～1000 mm 之间的地区，40 年来降水趋势总的来说是减少的。从图2b 可以清晰地看出，除了新疆、西藏、内蒙古中部、青海西部和四川西部地区以外，绝大部分地区雨日数的趋势系数是负值，就是说降水量总的趋势是减少的。
3 降水期的时空分布特征：
3.1我国降水期起止时间的时空分布特征：
我国东部地区降水期平均从6月中旬开始，10月下旬结束。华南沿海降水期在4月开始，10月中旬结束。长江流域在6月上旬开始，9月初结束，华北、东北降水期在7月中旬开始，8月底结束。华南（27°N以南）大约是在6月下旬开始，七月下旬结束云贵高原降水期平均是从5月下旬开始，10月下旬结束就整个高原而言，东北部比西南、西北部开始早、结束晚。
3.2对降水期时空分布的研究方法及进展：
研究在降水期内，尤其是汛期内最大或最小降水的变化特征，有助于我们研究某区域洪涝或和干旱等气候灾害，然而，现在国内大多采用年或月平均降水量探讨降水的长期变化趋势,或者用月降水量占全年总量的比率进行区划,分析降水时空分布的特征[1-2]
李少娟[10,1]等提出新的研究方法,以便定量地表征降水的聚集程度和聚集时期。以便提高对降水尤其是大型降水预报的精确度。他们分别用降水量序列法、降水量方差法及降水量离差法定量计算了全年降水的聚集程度(聚集度)和最大降水对应的聚集时间(聚集期)，降水聚集度的时空特征与降水期的时空特征紧密相关
。
图3 1951-2000年中国160站多年平均降水聚集度聚集期分布（引自文献[10]）
中国年降水聚集度和聚集期分布如图3所示，可看出降水期空间分布，从南到北, 110°E以东,长江以南至南岭之间降水聚集期在4月下旬至5月上旬,是华南前汛期雨季的反映;随着副高逐渐北跳,江淮流域降水聚集期主要在6月中旬至7月上旬,这正是长江中下游的梅雨季节; 7月时,黄淮地区进入降水集中时期,而华北大部分地区降水则主要集中于7月中下旬到8月中旬,两个极大值区出现在陕西省以及东北平原,表明这些区域降水聚集期为8月。110°E以西地区比较复杂,新疆、青海、西藏大部分地区降水聚集于6月下旬至7月;西南地区降水集中在6、7两月,滇西北和四川西部地区出现聚集期极大值( ≥714) ; 7月主要为川西到陕南一线区域的降水聚集期;而黄河河套地区降水则聚集于7月下旬至8月上旬,内蒙西部区域降水聚集期则为8月。
图5 1951-2000年关键区域降水聚集度和聚集期年际变化（引自文献[10]）
在考虑降水期年际变化时，由图5可以看出,关键区聚集度(期)的变化具有多时间尺度的特性,包含了多层次的变化,需要进一步进行年际和年代际的周期分析,以往的方法不能解决，而作者运用了Morlet小波分析，发现了关键区域年降水聚集度具有非常明显的年际和年代际变化特征,近50 a来存在准21
a、13 a、8 a、4 a以及2 a等多种尺度的演变周期。首先, 20 世纪50 年代初至90年代末, 21～22 a的周期一直稳定存在,这个振荡模态恰与太阳黑子周期相同,可见降水聚集度年代际演变与太阳能量的供应可能有关系,整个气候演变的大背景受到太阳变化的直接影响; 其次, 在1955年以后,出现了另外一个振荡模态,其周期为13～14 a,并稳定存在到现在;对于年际振荡而言,自1951 年至70 年代末, 振荡周期以8 a 为主; 1955—1968年存在一个5 a 周期,延续至1975 年时,周期略有下降,变为4 a,自1985年至今, 4 a振荡周期明显;而准2 a振荡模态主要存在于1953—1962年与1968—1975 年两段时期,在1980—1988年以及90年代末亦有所体现,但不再占据主要地位,这与文献[ 8-11 ]的研究结果是一致的欧亚积雪与我国夏季降水的主要正相关区在华北东部和东北地区以及西南地区，江淮流域和西北大部分地区
4 中国的气候结论
（1）从平均状况来看，降水量的多寡主要取决于雨日数的多少，即降水量的空间分布与相应时段的雨日数空间分布较一致，从年降水、季降水到月降水都符合这一规律，二者空间分布图的相似系数普遍在0.9 以上。
（2） 除了西部部分地区以外，绝大部分地区年雨日数总的趋势是减少的；秋季雨日的趋势除了新疆北部、西藏和内蒙古外，皆表现为相当显著的负趋势，可见全国范围内秋季雨日数明显呈现减少的趋势。
（3）我国夏季强降水日的频数最大值位于西南地区的西部，最小值位于地区
（4）降水聚集度和聚集期标准差均比较小的地区为我国降水期相对稳定少变的地区;而东北西部平原区聚集度和聚集期标准差普遍偏大,是中国降水期起止时间异常，旱涝发生可能性最大的地区
。
参考文献：
[1] 王大钧等. 近40 年来中国降水量、雨日变化趋势及与全球温度变化的关系. 热带气象学报, 2006,22(3): 283-289
[2] 鲍名, 黄荣辉. 近40年我国暴雨的年代际变化特征[J]. 大气科学, 2006, 30(6): 1057-1067.
[3] 黄荣辉, 蔡榕硕, 陈际龙, 等. 我国旱涝气候灾害的年代际变化及其与东亚气候系统变化的关系[J]. 大气科学, 2006, 30(5): 730-742.
[4] Sun Zhaobo, Li Chun, Chen Haishan. Inter-decadal variations of East Asian Monsoon and its relation with precipitations over North China[C]//SPIE Conference Proceeding.2003,4899:1-10
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[6] 潘敖大,孙照渤.长江中下游夏季雨带分型及其年代际变化Ⅰ:统计特征[J]. 南京气象学院学报, 2007, 30(4): 487-494.
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