1. 引言
气候变暖对全球和区域水循环产生了巨大影响 [1] [2]，主要表现为降水的时间变化和空间分布特征发生了显著改变，从而导致干旱、极端降水等自然灾害频发，对全球和区域水资源、生态环境和社会经济发展等诸多方面均产生了显著影响。
四川省位于我国西南地区，地貌较为复杂，兼具高原、盆地、丘陵地形，受复杂地貌地形和多个大型环流系统影响，导致该区域降水空间分布极不均匀，因此对四川省降水特征的研究历来受到诸多学者的关注。刘劲龙根据1956~2010年四川盆地逐日降水资料，研究发现盆地极端降水事件时间频数区域性差别大，且随时间呈波动趋势 [3]。次旺顿珠分析了四川省1980~2012年降水变化情况，结果表明四川省中部年降水量较多，西部年降水量较少 [4]。白莹莹利用四川盆地实测气象资料和NCEP/NCAR再分析资料，分析表明盆地降水空间异常分布主要呈东西振荡特征，盆西降水显著减少 [5]。陈超根据四川盆地1961~2007年月气象资料，研究表明四川盆地年降水量呈下降趋势，7~10月降水减少是主要原因 [6]。赵璇基于1961~2007年四川地区119个测站逐日降水资料，研究发现近47年来四川夏季降水呈减少趋势，且在1962、1982和21世纪初发生突变，存在22 a和6~8 a的周期 [7]。任小玢利用1960~2010年逐日降雨资料进行定量分析，结果表明四川盆地降雨发生日数总体呈减少趋势，盆地年均降雨日数总体呈现西部、南部偏多，东部、北部偏少，且盆地西部和北部降雨日数减少趋势较快 [8]。赵衍斌利用1966~2013年逐日降雨资料，统计表明四川盆地较其他地区强降雨事件次数偏多，强度偏强；且与夏季降雨相关性最好，与冬季降雨的相关性最差 [9]。毛冬艳利用近30年逐时降雨资料分析指出西南地区短时强降雨呈频次增多、强度增强的趋势 [10]。此外，一些学者还从四川省降水相态时空分布 [11]、降水日变化特征和成因 [12]、旱涝特征及趋势预测 [13] 以及夜雨特征 [14] 等方面进行了研究。
学者们对四川降水特征从各个方面进行了研究，但是有关近年来降水特征的研究比较少见。进入21世纪以来，四川省极端降水事件频发，那么近60年来气候变化特征如何，目前尚不清楚。因此本文根据四川省1961~2017年37个气象站的逐日降水观测数据，分析了该省近60年来年和四季降水量的时空变化特征以及不同等级降水日数及强度变化的空间分布特征，这不仅有助于阐明四川省降水时空变化基本特征，而且也为该地区的农业生产、旱涝预警以及减灾防灾等方面提供理论支撑。
2. 资料与方法
2.1. 研究区概况
四川地貌地形复杂多样，东西差异较大，位于中国大陆地势三大阶梯中的第一级青藏高原和第二级长江中下游平原的过渡地带，地势呈西高东低的特点。西部为高原、山地，海拔多在3000米以上；东部为盆地、丘陵，海拔多在500~2000米之间。全省可分为四川盆地，川西高山高原，西北丘陵高原山，四川西南山区和米仓山大巴山中山区。川西北高山气候，四川盆地属亚热带湿润气候，四川西南部属亚热带半湿润气候。
2.2. 资料和方法
本文所用数据来源于中国气象数据网(https://data.cma.cn)提供的中国地面气候资料日值数据集，选取了1961~2017年四川省37个气象站点的逐日降水数据，该通过了极值检验，时间一致性检验和均一化检验，严格控制数据质量。四川省地势概况以及37个气象站点的分布如图1所示。
Figure 1. Topography of Sichuan Province and distribution of 37 meteorological stations
图1. 四川省地形和气象台站分布图
本文基于37个气象站点实测降水数据，利用线性倾向估计法分析了四川省近60年年和四季降水量的变化趋势，并进一步基于NCL程序分析了降水量、不同等级降水日数和降水强度气候倾向率的空间分布特征。线性倾向估计法用
表示样本量为n的某一气象要素变量，用
表示
所对应的时间，建立
与
之间的一元线性回归方程：
(1)
式中a为回归常数，b为回归系数，回归系数b的符号表示变量的趋势倾向 [15]。b > 0说明随时间x增加y呈上升趋势；当b < 0时，说明随时间x增加y呈下降趋势。b × 10称为气候倾向率，表示气象要素每10 a的变化率。
四季划分标准为：春季时间为3~5月，夏季为6~8月，秋季为9~11月，冬季为当年12月至次年2月。不同等级降水日划分标准如下：日降水量在0.1~9.9 mm定为小雨日，日降水量在10~24.9 mm为中雨日，日降水量在25~49.9 mm为大雨日，日降水 ≥ 50 mm为暴雨日；降水强度定义为各量级降水总量与降水日数之比 [16]。
3. 研究结果
3.1. 年降水量时空分布特征
如图2(a)所示，四川省年降水量平均值为943.9 mm，最大值为1044.4 mm (1998年)，最小值为786.9 mm (2006年)，年际间降水量差异大，标准差为62.8 mm，变异系数为6.7%。近60年年降水量呈减小趋势，但没有达到0.1的显著性水平(p = 0.39)，说明1961~2017年四川省年降水量没有发生显著变化。四川省年降水量空间分布上基本呈“东多西少”的特征 [17]，但近60年来年降水量变化趋势空间差异明显。如图2(b)所示，甘孜州和阿坝州西部气候倾向率达到了8 mm/10a，且通过了90%的信度检验，说明该区域年降水量呈显著增加趋势。四川盆地大部分地区的年降水量却呈显著减少趋势，在宜宾、自贡和乐山附近气候倾向率甚至达到了−20 mm/10a。其余地区尽管明年降水量呈增加或减少趋势，但其信度均没有通过90%的显著性水平，说明这些地区年降水量没有发生显著变化。
Figure 2. Interannual variation of annual precipitation (a) and the distribution of linear trend coefficient field of the annual precipitation in Sichuan during 1961~2008 (shaded area is over 90% level significance) (mm/10a)
图2. 1961~2017年四川省年降水量变化(a)及其气候倾向率(mm/10a)空间分布(b) (阴影区通过90%的信度检验)
3.2. 季节降水量时空变化特征
四川省季节降水量变化趋势及其空间分布特征如图3所示。春季降水量年际波动幅度大，最大值为215.11 mm，最小值为117.37.9 mm，变异系数达到了13.0%。春季降水量呈增加趋势，但没有达到0.1的显著性水平(p = 0.27)，说明春季降水量没有发生明显变化(图3(a))。春季降水量变化趋势的空间分布特征为从西北到东南表现为由增加到减少的趋势，即川西高原和盆地西部春季降水量呈增加趋势，气候倾向率超了3 mm/10a，且通过90%的信度检验。其中甘孜州西北部气候倾向率更是超过6.5 mm/10a。盆地东部大部分地区春季降水量呈减少趋势，但这种变化趋势并不显著(图3(b))。
夏季降水量最大(平均值达到了511.21 mm)，年际间差异也较大，最大值为657.88 mm，最小值仅为354.5 mm，变异系数也达到了11.38%。尽管夏季降水呈微弱下降趋势，但远没有达到显著水平，说明夏季降水无明显变化(图3(c))。夏季降水从西到东气候倾向率总体呈增加趋势，但均没有通过90%的信度检验，说明四川省夏季降水量近70年均没有发生明显变化(图3(d))。
秋季降水量明显下降，平均降水量为225.57 mm，最大值为323.39 mm，最小值为161.78 mm，变异系数达到了14.9%。秋季降水量呈明显下降趋势，且达到了0.05的显著性水平(图3(e))。秋季降水量变化趋势，在西北地区呈增加趋势，向东南地区逐渐过渡减小趋势。但只有甘孜州西部和四川盆地大部分地区的气候倾向率通过90%的信度检验，其中阆中市、南充市、广安市最显著，气候倾向率达到了12 mm/10a (图3(f))。
冬季降水量最小，平均值仅为30.33 mm，最大值为42.19 mm，最小值为16.07 mm，但冬季降水量年际差异最大了，变异系数高达22.56%。冬季降水量呈增加趋势，但同样没有达到0.1的显著性水平(p = 0.95)，说明冬季降水量没有发生显著变化。冬季降水量变化趋势为北部地区为增加趋势，然后向南逐渐过渡为减小趋势。北部地区只有甘孜州和阿坝州靠北区域的气候倾向率通过了90%的信度检验，最大气候倾向率超过了1.6 mm/10a。四川南部冬季降水量有减少趋势，但是均没有通过90%的信度检验。
Figure 3. Spatial-temporal variation characteristics of precipitation in Sichuan Province from 1961 to 2017: interannual variation of precipitation (a) spring, (c) summer, (e) autumn, (g) winter and distribution of climate tendency rate of precipitation (b) spring, (d) summer, (f) autumn, (h) winter (Shaded area is over 90% level significance)
图3. 1961~2017年四川省降水量时空变化特征：降水量年际变化(a) 春季、(c) 夏季、(e) 秋季、(g) 冬季和降水量气候倾向率分布图(b) 春季、(d) 夏季、(f) 秋季、(h) 冬季(阴影区通过90%的信度检验)
3.3.不同等级降水日数和强度变化的空间分布特征
受地理位置和地形地势的影响，四川省降水不仅区域性差异性较大(图3)，而且不同等级降水的日数和强度也存在明显差异，如图4所示。全省范围内暴雨日数均呈弱增加趋势，气候倾向率最大值为1.5 d/10a，但只有甘孜州西部、达州和广安的气候倾向率通过了90%的信度检验(图4(a))。暴雨强度变化趋势以四川中部为中心负值区(气候倾向率为−0.1 mm.d−1/10a)，且通过了90%的信度检验，说明该区域暴雨强度呈显著下降趋势。由该中心向外气候倾向率逐渐由负值转变为正值，但大部分区域没有通过了90%的信度检验(图4(b))。
全省范围内大雨日数亦呈弱增加趋势，由东南到西北气候倾向率逐渐增大，最大达到0.9 d/10a，但是均没有达到显著性水平(图4(c))。大雨强度变化趋势与日数大体一致，气候倾向率由东向西呈增大趋势，但亦没有达到显著性水平(图4(d))。
四川省中雨日数几乎没有变化，仅在西南部分区域表现为显著下降趋势(气候倾向率最大为−0.06 d/10a) (图4(e))。从东南到西北，中雨强度变化趋势由减少趋势逐渐转变为增加趋势，其中甘孜州的巴塘县可达0.4 mm.d−1/10a，且通过了90%的信度检验。此外东南地区中雨强度的气候倾向率也超过0.4 mm.d−1/10a，且达到了显著性水平(图4(f))。
Figure 4. The distribution of linear trend coefficient field of different grades of precipitation days and their intensity in Sichuan Province from 1961 to 2017: (a) Rainstorm precipitation days; (b) Rainstorm precipitation intensity; (c) Heavy rain precipitation days; (d) Heavy rain precipitation intensity; (e) Moderate rain precipitation days; (f) Moderate rain precipitation intensity; (g) Light rain precipitation days; (h) Light rain precipitation intensity (Shaded area is over 90% level significance)
图4. 1961~2017年四川省不同等级降水日数及其强度的气候倾向率分布图：(a) 暴雨降水日数、(b) 暴雨降水强度、(c) 大雨降水日数、(d) 大雨降水强度、(e) 中雨降水日数、(f) 中雨降水强度、(g) 小雨降水日数和(h) 小雨降水强度(阴影区表示通过了90%的信度检验)
全省小雨日数均呈增加趋势，且都通过90%信度检验，气候倾向率最大达到了0.07 d/10a (图4(g))。小雨强度的变化趋势，除西北部甘孜州的石渠县表现为增加趋势外，其余地区小雨强度均呈减小趋势，且均通过90%的信度检验，气候倾向率为−2~−4 mm.d−1/10a (图4(h))。
4. 结论
本文利用1961~2017年实测降水数据分析了四川省降水量的时空变化特征，结果表明：
1) 四川省年降水量呈缓慢下降趋势，但没有达到0.1的显著性水平，其空间分布特征为东南地区降水呈下降趋势，然后向西北地区逐渐过渡为增加趋势。
2) 四季降水量的年际变化均较大，其中春季和冬季降水量呈增加趋势，夏季和秋季的降水量呈下降趋势，但是只有秋季降水量的变化趋势达到了0.05的显著性水平。四季降水量在东南地区呈下降趋势，然后向西北地区逐渐过渡为增加趋势，但夏季四川全省均没有通过90%的信度检验，其他季节仅部分地区通过了90%的信度检验。
3) 不同等级降水日数在全省绝大多数地区呈增加趋势，但只有小雨降水日数通过了90%的信度检验，暴雨仅在甘孜州西部、达州和广安通过了90%的信度检验，大雨和中雨降水日数在全省范围内均没有通过90%的信度检验。小雨降水强度的下降趋势在四川省绝大多数地区通过了90%的信度检验，大雨降水强度的变化趋势在全省范围内都没有通过90%的信度检验，暴雨和中雨降水强度的变化仅在部分区域通过了90%的信度检验。
基金项目
本研究得到成都信息工程大学本科教学工程项目(BKJX2019007, BKJX2019013)和大学生创新创业训练计划项目(202110621023)的支持。