黄河源头降水特征分析

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　　摘要    为了研究黄河源头降水的特点及其规律，利用黄河源头玛多站1970—2019年的逐日降水资料，采用线性倾向估计法、Marm-Kendall（M-K）法、Hurst指数，根据世界气候组织对气候异常的判别标准等方法，分析了该地区降水的变化特征。結果表明，近50年间，黄河源头年降水量总体呈显著增加趋势，增加速度为16.2 mm/10 a;四季降水量也呈逐年增加趋势，其中春季降水量的增加趋势最为显著，夏季降水对年总降水量的贡献最大，为59.8%;冬季最小，为3.1%;源区降水量的月变化呈明显的单峰型，降水量年内分配不均，降水主要集中在5—9月，7月降水量最大，12月降水量最小;黄河源头近50年降水量变化从2003—2004年开始发生突变。根据世界气候组织对气候异常的判别标准判别，黄河源头出现4次正异常年份降水;春季出现1次正异常;夏季出现3次正异常，秋季分别出现1次正异常和1次负异常;冬季出现3次正异常。用Hurst指数分析黄河源头未来的降水变化趋势，未来该地区降水量变化趋势将与过去的变化趋势一致，呈“较强”的增加趋势。四季中，春季持续性强度较弱，夏季持续性强度为“强”，秋季持续性强度为“较强”，冬季持续性强度为“很强”。
　　关键词    降水;变化趋势;Marm-Kendall法;Hurst指数;异常年份;黄河源头
　　中图分类号    P426        文献标识码    A
　　文章编号   1007-5739（2020）17-0181-03                                                                                     开放科学（资源服务）标识码（OSID）
　　大自然降水是水资源的主要来源，降水量是衡量一个地区降水多少的依据，自然降水的丰歉在很大程度上影响着当地的农业生产、经济建设和人民生活水平的提高，同时也是描述一个地区气候变化的重要指标。在大气温室效应加剧、气候变暖趋势明显的大背景下，自然降水变化的趋势和特点，是人们普遍关心的话题[1-6]。
　　黄河源头位于青海省果洛州玛多县境内，是三江源生态保护区的重要核心区，地处青藏高原腹地，平均海拔4 200 m，该地河流密集、湖泊众多，全县共有大小湖泊4 077个，被誉为“中华水塔”，是重要的水源涵养地，也是我国最主要的水源地和全国生态安全的重要屏障之一。对黄河源头降水量的变化趋势的研究，可以为评估未来降水变化的影响提供基础资料，为该地区今后更好地趋利避害、合理利用降水资源、保护和恢复生态环境提供科学依据，同时对防灾减灾有着预警作用，对减少人民群众的经济损失有着重要的现实意义。
　　1    资料与方法
　　气象资料来自青海省气象信息中心。选用玛多县气象站1970—2019年的降水量日数据资料，季节划分按12月至次年2月为冬季，3—5月为春季，6—8月为夏季，9—11月为秋季，建立降水序列资料并进行处理分析。
　　采用线性倾向估计法[7]模拟降水变化趋势;Marm-Kendall（M-K）法[7]检验降水的突变特征;利用Hurst指数[8]分析黄河源头未来的降水趋势变化;根据世界气候组织对气候异常的判别标准分析异常降水的年份。
　　2    结果与分析
　　2.1    年际变化特征
　　由图1可知，近50年中，黄河源头地区年平均降水量为334.7 mm，降水量变化呈增加趋势，增加速度为16.2 mm/10 a，通过了0.01信度的显著性检验。20世纪90年代以前，该地区的年降水变化不大，总体降水量低于平均值;20世纪90年代以后，降水量明显趋多，高于平均水平。50年中最大降水出现在1989年，降水量为485.6 mm，最小降水出现在1988年，降水量为204.9 mm。
　　2.2    季节变化特征
　　由图2可知，近50年间，四季平均降水量呈逐年增加趋势，速率分别是4.17、7.83、4.31、0.40 mm/10 a，其中春季降水量的增长趋势通过了0.05信度的显著性检验，增加趋势明显。该地区春、夏、秋、冬的平均降水量分别为52.7、200.0、71.7、10.3 mm，约占年平均总降水量的15.7%、59.8%、21.4%、3.1%，其中，夏季降水对年总降水量的贡献最大，即年降水量的大小取决于夏季降水量的影响，秋季次之，冬季最小。
　　2.3    月变化特征
　　由图3可知，降水量的月变化呈明显的单峰型，7月降水量最大，其次是8月、6月，12月降水量则最小。降水量年内分配不均，主要集中在5—9月，此季节亦是黄河源的雨季（夏季），这期间是年内气温较高时期，也是雨水相对丰沛时期[9]。11月至翌年3月是黄河源区的冬季，受行星西风带过高原引起的扰动以及高原本身的热力环流系统的共同作用[9]，本地区降水量相对最少。
　　2.4    突变特征
　　由图4可知，20世纪70年代降水量变化幅度较大;20世纪80年代降水量变化幅度不大，趋势变缓;20世纪90年代的降水量较20世纪80年代有所增加，但增加趋势不明显;进入21世纪后，00年代初期，降水量有所下降，但下降趋势较小，00年代2004—2019年，黄河源头的降水增多明显，在10年代这种增加趋势大大超过显著性水平0.05临界线，表明黄河源头年降水量的增加趋势是十分明显的。根据UF和UB曲线的交点的位置，确定黄河源区年平均降水量21世纪00年代初的增加是一种突变现象，具体时间是从2003—2004年开始的。 　　2.5    异常年份分析
　　世界气候组织对气候异常提出2种判别标准：一是距平超过标准差的2 倍 以上，二是其出现的概率为25年以上一遇。本文采用距平大于标准差的2倍作为异常来分析黄河源头降水量的异常特征。
　　由表1可知，1970—2019年黃河源头降水量的异常年份出现4次，分别为1975年、1989年、2009年、2018年，均为正异常，即降水量偏多。在春季，黄河源头的降水在1989年出现了1次正异常;夏季出现3次异常，分别为1975年、2009年、2018年，均为正异常;秋季分别在1981年出现1次正异常和1970年1次负异常;冬季则在1993年、1994年、2018年出现3次正异常。
　　2.6    降水量变化趋势持续性分析
　　Hurst指数（R/S法）能很好地揭示时间序列中趋势性成分的持续性（反持续性）强度的大小[10-13]。对于不同的Hurst指数H（0<H<1），存在以下几种情况[14]：①H=0.5时，表示各气候要素完全独立，相互没有依赖，气候变化是随机的;②0.5<H<1.0时，表明未来的气候总体变化将与过去的变化趋势一致，H值越接近1，持续性就越强。③0<H<0.5时，表明时间序列具有长期相关性，但将来的总体趋势与过去截然相反，H越接近0，反持续性越强。持续性（反持续性）强度由弱到强都分为5级，其中持续性强度用0.5～1.0表示，反持续性强度则用-1.0～-0.5表示[8]（表2）。
　　运用R/S法对黄河源头降水序列的变化趋势进行持续性分析，结果如表3所示。可以看出，黄河源头降水量的H值为0.70，持续性强度为“较强”，从该地区降水量的年际变化分析知，近50年来降水量以16.2 mm/10 a的速率增加，根据R/S法计算的H值，可以判断未来该地区降水量变化趋势将与过去的变化趋势一致，呈较强的增加趋势。从四季Hurst指数H值看，冬季H值最大，为0.84，持续性强度为“很强”;其次是夏季，H值为0.76，持续性强度为“强”;再次是秋季，H值为0.74，持续性强度为“较强”;春季H值最小，为0.65，持续性强度“较弱”。综合来看，四季降水量的变化趋势将与过去的变化趋势一致，其中冬季降水量的变化趋势在未来会呈现很强的增加趋势。
　　3    结论
　　（1）黄河源头地区年降水量变化趋势呈显著增加趋势，增加速度为16.2 mm/10 a;四季降水量也呈逐年增加趋势，其中春季降水量的增加趋势最为显著明显，夏季降水对年总降水量的贡献最大，为59.8%，冬季最小，为3.1%;黄河源头降水量的月变化呈明显的单峰型，并且降水量年内分配不均，降水主要集中在5—9月，其中7月降水量最大，12月降水量最小。
　　（2）黄河源头近50年降水量变化从2003—2004年开始发生突变。
　　（3）根据世界气候组织对气候异常的判别标准判别，黄河源头出现4次正异常年份降水;春季出现1次正异常;夏季出现3次正异常，秋季分别出现1次正异常和1次负异常;冬季出现3次正异常。
　　（4）用Hurst指数分析黄河源头未来的降水变化趋势，未来该地区降水量变化趋势将与过去的变化趋势一致，呈“较强”的增加趋势。四季中，春季持续性强度“较弱”，夏季持续性强度为“强”，秋季持续性强度为“较强”，冬季持续性强度为“很强”。
　　4    参考文献
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