摘要: 为了分析格尔木地区的降水变化特征，本文采用格尔木气象站1960~2019年的数据资料，利用线性回归法和小波分析法对该地的降水量和年降水日数进行分析，结果表明：近60a该地降水处于缓慢上升的趋势，但并不显著。年降水日数呈现显著增加的趋势。年降水量表现出了三个明显的周期，分别为3~7a，13~16a，23~29a，能量峰值按强度分别为15a，27a，6a。年降水日数的变化表现出三个明显周期4~6a，7~10a，14~21a，能量峰值按强度分别为17a，8a，5a。
Abstract:
In order to analyze the characteristics of precipitation change in Golmud region, this paper used the data from the Golmud Meteorological Station from 1960 to 2019, and used the linear regression method and the wavelet analysis method to analyze precipitation and rainy days in this area. The results showed that in recent 60 years, the precipitation in this area had been rising slowly, but not significantly. The number of rainy days showed a significant increase trend. The precipitation showed three distinct cycles, 3~7a, 13~16a, and 23~29a, respectively. The energy peaks were 15a, 27a, and 6a according to the intensity. The variation of rainy days showed three distinct periods of 4~6a, 7~10a, 14~21a, and the energy peaks were 17a, 8a and 5a respectively according to the intensity.
1. 引言
近年来，全球变暖形势更加严峻，全球水汽循环也发生剧变，气候异常事件逐年增多 [1] [2]，中国的气候变化越来越引起相关专家和学者的关注 [3] [4]，研究由气候变化表现出的气温和降水的时空变化趋势、特征及应对已经成为21世纪全球各个国家政界、学界和公众持续关注的热点问题。青海省地处内陆腹地、青藏高原东北部，大部分地区处于干旱、半干旱带。干旱灾害发生频繁、影响范围较大、持续时间长，对农牧业的影响较大。对于干旱区来说，水资源制约其社会经济发展、影响了该地区的生态安全。随着该地区的发展，水资源的需求开始变得迫切，而降水作为水资源的主要来源，其时空分布与变化将对水资源的合理开发与利用产生直接影响 [5]。格尔木位于青海西部、青藏高原腹地，分析格尔木降水变化特征，合理开发、利用水资源，对格尔木生产有着积极的作用。所以本文利用格尔木地区的1960~2019年的降水数据资料，针对其季降水，年降水，年代际降水进行趋势分析，周期分析，以期能了解格尔木地区的降水变化特征及规律，为格尔木气候预测提供参考，为当地的农牧业生产、生态发展提供科学依据。
2. 研究资料和研究方法
2.1. 资料来源
本研究主要对格尔木地区1960~2019年的降水进行分析，采用的是格尔木气象站1960~2019年共计60a的逐日降水资料。
2.2. 研究方法
通过对原始逐日降水数据整理和统计，使用气候倾向率分析年降水量和年降水日数的变化趋势，同时利用小波分析法分析其周期性变化特征 [6] [7]。
3. 结果与分析
3.1. 降水量年际变化特征
通过统计格尔木气象站1960~2019年的逐日降水数据，可以看出格尔木近60a的年降水量呈现出缓慢波动上升的趋势，如图1所示，其气候倾向率为2.42 mm/10a，利用相关检验法检验该降水量序列，计算得出相关系数r = 0.235，未通过α = 0.05的显著性检验，表明格尔木地区年降水量升高趋势并不显著。降水量的最小值出现在1965年，为11.4 mm，降水量的最大值出现在1967年，为101.8 mm。其年代降水整体表现为升–降–升的特点，且在最近10年平均年降水量最大。
Figure 1. Annual precipitation in Golmud from 1960 to 2019
图1. 格尔木1960~2019年的年降水量
3.2. 降水日数年际变化特征
通过对格尔木近60a的年降水日数进行统计，如图2所示，可以看出格尔木近60a年降水日数呈现增加的趋势，年降水日数的气候倾向率为1.3 d/10a，相关系数r = 0.332，通过了ɑ = 0.01的显著性检验，可见这60a的年降水日数的增加趋势是显著的。最大的年降水日数出现在1967年，仅为45 d；最小的降水日数则是在1965年，只有12 d。
Figure 2. Variation of annual rainy days in Golmud from 1960 to 2019
图2. 格尔木1960~2019年年降水日数变化
3.3. 年降水量的周期分析
通过运用小波分析方法，得出年降水的周期性变化特征，如图3所示：图中蓝色代表负值，表明降水偏少。黄色代表正值，表明降水偏多。从图3可以看出，格尔木地区近60a以来年降水存在不同时间尺度上的周期振荡特征。其降水量存在3~7a，13~16a，23~29a的周期振荡，并且三个时间上的周期振荡都比较显著。从图中可以看出13~16a和23~29a这两个时间尺度的周期变化在整个时段都有较强信号，在13~16a这个尺度上1960年到2019年出现了：多–少–多–少–多–少–多–少–多–少的准5次周期振荡。在23~29a这个尺度上出现了：多–少–多–少–多–少的准3次周期振荡。3~7a这个尺度周期变化特征在1960~1993年和2010年后这两个时间段表现的较为明显。
Figure 3. Real part diagram of annual precipitation wavelet coefficients in Golmud
图3. 格尔木年降水量小波系数实部图
格尔木近60a年降水量的小波方差如图4所示，可以看出格尔木的小波方差图中存在3个明显的峰值，它们依次对应着6a，15a和27a三个时间尺度。其中最大峰值对应着15a的时间尺度，表明15a左右的周期振荡最强，为格尔木降水变化的第一主周期；其次第二峰值对应着27a的时间尺度，说明该时间尺度为第二主周期；第三峰值对应这6a的时间尺度，为降水变化的第三主周期。同时，综合两张图来看，在实部图15a左右的时间尺度上2019年附近降水量增加的等值线并没有闭合，说明在未来格尔木的年降水量将会持续呈现出增加的趋势。
Figure 4. Wavelet square difference of annual precipitation in Golmud
图4. 格尔木年降水量小波方差图
3.4. 年降水日数的周期分析
利用小波分析法得出格尔木近60a年降水日数的周期性变化特征，如图5所示。可以看出格尔木近60a的年降水日数周期性变化明显，在不同时间尺度上表现为多个周期振荡特征，其主要的振荡周期表现为3个：4~6a，7~10a，14~21a。这三个周期在其分别对应的时间尺度上表现明显。在1963~1969年这个时间尺度上，4~6a这个周期表现较为明显，出现了多–少–多–少的准两次周期振荡。在1977~1998年这个时间尺度上，7~10a这个周期表现最为明显，出现了多–少–多–少–多–少–多–少的准4次周期振荡。在1995~2019年这个时间尺度上，14~21a这个周期表现最为明显，表现为多–少–多–少的准两次周期振荡，且2019年的增加的振荡周期等值线并未闭合，说明在未来一段时间内，年降水日数将持续处于一个上升状态。
图6为降水日数的小波方差图，从图中可以直观的看出年降水日数的周期振荡强度。可以看出在不同的时间尺度上存在三个峰值，分别是5a，8a，17a。其中最大峰值对应着17a这个时间尺度，说明17a的周期振荡最强，故17a为第一主周期，第二峰值对应着8a左右的时间尺度，故8a为第二主周期，第三峰值对应着5a这个时间尺度，故5a为第三主周期。这三个主振荡周期决定着格尔木年降水日数变化序列在整个研究时域内的变化特征。
Figure 5. Real part diagram of annual rainy days wavelet coefficients in Golmud
图5. 格尔木年降水日数小波系数实部图
Figure 6. Wavelet square difference of annual rainy days in Golmud
图6. 格尔木年降水日数小波方差图
4. 结论
1) 近60a格尔木年降水量呈不显著的缓慢上升趋势。其年代降水整体表现为升–降–升的特点，且在最近10年平均年降水量最大。
2) 格尔木年降水日数呈现出一种显著增加的趋势，其年代变化除20世纪80~90年代之外均呈现上升趋势。
3) 格尔木年降水量在时间序列上呈现出3~7a，13~16a，23~29a的周期振荡，其小波方差图中存在3个明显的峰值，它们依次对应着6a，15a和27a三个时间尺度。其中15a为第一主周期，27a为第二主周期，6a为第三主周期。从实部图来看，未来的一段时间内格尔木的年降水量将会呈现出增加的趋势。
4) 年降水日数表现出三个周期振荡：4~6a，7~10a，14~21a，且在小波方差图上出现三个峰值分别为5a，8a，17a，其中第一主周期为17a。格尔木未来一段时间年降水日数将持续处于上升趋势。
基金项目
成都信息工程大学2022年大学生创新创业训练计划项目(202210621038)和入库项目(202210621001k)共同资助。
参考文献
NOTES
*第一作者。
#通讯作者。