摘要:为对西南地区近60年夏季降水的空间分布特征以及时间变化特征进行研究，利用西南地区75个气象站点1961年1月1日-2017年12月31日的逐日降水资料，采用旋转经验正交函数分解方法、线性趋势估计法、Morlet小波分析以及Mann-Kendall突变检验等分析方法。结果表明:西南地区近60a的夏季降水总体呈下降趋势，年代际变率为-2.893mm/10a，其夏季降水在空间分布上表现出明显的地域性。据此对西南地区夏季降水进行REOF分区，可分为4个区域:Ⅰ区为贵州以及重庆南部地区;Ⅱ区为四川中东部地区以及重庆北部地区;Ⅲ区为川西高原地区以及四川南部地区;Ⅳ区主要是云南地区。4个区域中Ⅰ区以及Ⅲ区夏季降水呈上升趋势，Ⅱ区和Ⅳ区夏季降水有下降趋势。4个区域的夏季降水突变集中在20世纪70年代。西南地区的降水周期特征为大周期中包含小周期，并且该4个区域夏季降水以25～30a、准15a以及5～10a周期最为普遍。
关键词:气象学;夏季降水;西南地区;REOF;变化趋势
0引言
根据IPCC第五次评估报告所示，从20世纪50年代以来，气候系统有明显变暖的现象，并且预计这种全球气候系统变暖的趋势将持续到2100年之后[1]。气候系统的持续变暖必将导致海平面的上升、积雪和海冰面积的减少以及大面积的冻土退化，这些变化势必对气候系统、生态系统产生重要影响。西南地区的地貌主要由青藏高原、云贵高原、横断山区和四川盆地等构成，是世界上地形最复杂的区域之一[2]。这种多样性的地形对全球变暖导致的气候系统异常的响应必定有区别，再加上该地区受多个不同大气环流系统的影响，导致了西南地区降水分布的不均匀性。1961年以来，西南地区干旱、高温等严重危害作物生长的气象灾害呈频发增强趋势，90年代后，更是频繁出现了干旱极端气候事件，对农业、自然生态环境以及人民的生命财产安全造成了严重危害[3]。干旱与降水直接相关，而夏季降水占全年降水很大的比重，所以夏季降水起着至关重要的作用。因此对西南地区夏季降水的空间分布特征以及时间变化特征的研究有重要的意义。
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目前国内对西南地区降水展开了一些研究，董谢琼等[4]研究了西南地区降水量的气候特征，指出西南地区降水的空间分布受地形地貌的影响较大，空间分布不均，降水量的变化趋势，除冬季外，春，夏，秋的降水量都表现出负趋势强于正趋势。刘晓冉等[5]研究了西南地区降水资源的时空特征，指出近40a西南地区的西部高原地区降水资源呈增加趋势，而东部除重庆地区外，大部分地区降水资源减少，四川盆地西部和整个西南地区东南部的降水量整体呈下降趋势。李永华等[6]研究西南地区东部夏季降水的时空特征，指出西南地区东部夏季降水略有增加的趋势，并且年际以及年代际变化特征较为明显存在2～3a，15a左右的显著周期。徐静等[7]研究了西南地区夏季降水的气候特征，指出西南地区降水具有一定的空间区别，存在东西、南北向空间特征的降水差异;50年间滇东、滇南大部、滇中东部区域、滇西局部区域降水呈现减少趋势。晏红明等[8]研究了西太副高与西南地区降水的关系，指出副高偏西时，6月四川西部和南部、云南中北部地区降水偏少，贵州大部降水偏多;7月四川北部和东部、贵州东北部降水偏多，而云南中部和西北部降水偏少，反之亦然。王颖等[9]研究了全球变暖背景下青藏高原季风对西南地区降水的影响，指出夏季，高原季风偏强时，降水偏多，川渝地区气象要素变化非常显著。当高原季风位置偏东时，西南地区出现较强的异常下沉运动，温度偏高，湿度减小。上述研究中要么是对西南地区年际降水进行研究，要么是对该地区局部降水进行分析，没有详细地对西南地区夏季降水进行分区域分析。为了能更好地了解西南地区干旱的发生原因以及进一步了解该地区夏季降水的最新变化，采用西南地区75个气象站点近60a的逐日降水资料，首先分析了西南地区夏季降水的空间分布特征，再利用旋转经验正交函数分解，将西南地区合理分区，进一步详细谈论各个分区夏季降水的时间变化特征。
1资料和方法
采用西南地区75个气象台站1961年1月1日-2017年12月31日逐日降水数据，站点分布如图1。首先，通过每个站点6-8月的逐日降水数据来计算获得每个站点的夏季总降水量，再计算降水数据的距平矩阵，通过旋转经验正交函数分解(REOF)[10]得出高载荷区并分析得到空间分区结果;其次，根据分区结果分别计算1961-2017年各个区域夏季降水的空间平均值;最后，通过线性趋势分析[11]、MK突变分析[12]以及Morlet小波分析法[13]分析各区降水的周期变化以及突变年份。
2夏季降水的空间分布特征以及空间分区
2.1夏季降水的空间分布特征
要详细了解西南地区夏季降水的区域特征，应先对西南地区夏季降水的整体空间分布和时间变化特征有所了解。图2(a)是西南地区夏季降水的年际变化特征，如图2(a)所示整个西南地区夏季降水有减小的趋势，年代际变率为-2.893mm/10a，这与刘晓冉等[5]所研究的结果一致;从图2(b)可以得到以下几个结论:(1)60a以来，西南地区夏季有3个降水高值区，分别位于云南南部，四川东部以及贵州西南部，这与张新主[14]研究西南地区水汽输送特征时，分析西南地区夏季降水的空间分结论一致，并且在高值区降水梯度也较大。(2)降水量自东、南向西、北逐渐降低，明显可以看到，海拔高的地方降水偏少。这与西南季风，复杂的地形地貌以及影响这片区域的环流系统密切相关。从图2(c)可以看出在西南地区降水的年际变率自西南向东北逐渐递增;西、南地区年际变率基本为负值，而东、北部地区大都为正值。这说明西南地区夏季降水的时空变化特征具有区域不一致性，所以不能笼统的研究整块区域，而应该细化分区。
2.2夏季降水的空间分区
为了能更好地分析西南地区不同地域夏季降水的空间特征，利用夏季降水的矩平数据作旋转经验正交函数分解，选取前3个特征向量场作为西南地区的前3个模态，前3个模态的累计方差贡献率达到64%，能够很好地反映西南地区的空间分布特征。根据图3(a)、(b)、(c)图(即前3个模态)的高载荷区(特征值绝对值>0.3)以及西南地区地形、海拔等因素，将西南地区分为4个区域(图3(d)):Ⅰ区主要为贵州以及重庆南部地区，该地区主要受西太副高和东亚季风的影响，降水随着副高北抬而增加，反之亦然。晏红明等[8]详细地研究验证了这种副高位置与西南地区降水的关系，指出副高偏西时，四川北部和东部、贵州东北部降水偏多。同时李永华等[15]在研究西太副高与西南地区的旱涝关系中，指出当副高脊线偏北时，西南地区东部夏季容易出现干旱，反之，则出现洪涝的可能性大;Ⅱ区为四川东北部以及重庆东北部地区;Ⅲ区主要是四川中部平原地区以及川西高原地区，该地区主要受西南涡和高原季风影响，王颖等[9]详细讨论了高原季风对西南地区降水的影响，高原季风偏强时，降水也偏多;Ⅳ区主要为云南地区，该地区主要受西南季风影响，西南季风从孟加拉湾带来充沛的水汽，使得该地区降水偏多，但越往北输送，海拔越高，水汽也逐渐减小，因此降水也逐渐减小，同时张新主[14]研究西南地区水汽输送时，指出西南地区整层大气水汽含量和净获得水汽在夏季最大，而夏季水汽主要来自孟加拉湾。
3各区域夏季降水的时间变化特征
3.1Ⅰ区
根据分区结果，利用各区域夏季降水的空间平均值，研究各个区域夏季降水的时间变化特征。Ⅰ区(贵州以及重庆南部地区)降水特征如图4所示，该区域的夏季降水有略微增加的趋势，年代际变率为2.5mm/10a，这与李永华等[6]研究西南地区东部降水特征的结果一致。20世纪90年代初夏季降水量有增加的趋势，21世纪初期夏季降水量有减小的趋势，20世纪60年代到80年代，降水量呈波动变化。夏季降水量的最小值出现在70年代初，最大值出现在90年代中期。该地区夏季降水在1990年左右发生突变，突变后呈上升趋势;在2003年左右发生突变，突变后呈下降趋势，两次突变的变化趋势始终未超过0.05的置信区间，所以变化趋势不是十分显著。该地区分别存在15～20a、准10a、5～10a以及准5a的变化周期，20世纪60年代到80年代这种准10a和准5a周期最为明显，90年代到21世纪初15～20a周期最为明显，而5～10a周期在本世纪初最为明显。
3.2Ⅱ区
Ⅱ区(四川中东部地区以及重庆北部地区)降水特征如图5(a)所示，该区域夏季降水有减小的趋势，年代际变率为-2.1mm/10a。20世纪70年代末期到90年代初期夏季降水量增加的趋势比较明显，60年代到70年代中期以及90年代中期到21世纪初，降水量都呈现出波动变化的特点，并且夏季降水的最小值出现在21世纪初。该地区夏季降水在1978年左右发生突变，突变后呈增加的趋势，但并未超过了0.05的置信区间，说明夏季降水的增加趋势不显著。该地区主要存在25～30a以及5～10a的变化周期，并且25～30a以及5～10a周期从20世纪60代到21世纪初一直存在。
3.3Ⅲ区
Ⅲ区主要是四川南部地区以及川西高原地区，该地区的降水特征如图6所示，整个地区的夏季降水有增加的趋势，其年代际变率为0.413mm/10a。20世纪80年代初期到90年代后期该地区夏季降水有增加的的趋势;60年代初期到70年代后期以及21世纪初到2017年降水则呈波动型变化。该区域夏季降水的最小值出现在70年代初期，最大值出现在90年代末。该地区降水在1968年左右发生突变，突变后降水呈减小的趋势;在1982年左右有一个突变，突变后降水呈增加的趋势，突变后的变化趋势都没有超过0.05的置信度，所以变化均不是很显著。该区域降水周期以25～30a、准15a周期以及准5a周期最为明显，并且从上世纪60年代到本世纪初25～30a、准15a周期以及准5a周期一直存在。
3.4Ⅳ区
Ⅳ区(云南地区)的降水特征如图7所示，该区域夏季降水具有减小的趋势，年代际变率为-9.58mm/10a，徐静等[7]研究云南地区夏季降水的气候特征时指出50年间，滇东、滇南大部、滇中东部区域、滇西局部区域呈现降水减少趋势，这与文中分析的结果一致。20世纪70年代到90年代初降水量减小的趋势比较明显，90年代初到21世纪20年代降水有先增大后减小的趋势，而在20世纪60年代到70年代间降水呈波动变化。该区域夏季降水的最大值出现在60年代初期，最小值出现在上世纪90年代初期。Ⅳ区夏季降水在1973年左右发生突变，而且突变后的减小趋势超过了0.05的置信区间，说明70年代到90年代初降水的减小趋势显著;同时在1998年左右也发生突变，突变后呈减小的趋势，但变化趋势未超过0.05的置信区间，说明变化不显著。同时，该地区主要存在准30a、准15a、5～10a以及5a以下的降水周期，60年代开始到21世纪初准30a、准15a周期最为明显，5～10a的降水周期主要存在于20世纪70年代末到90年代初，而60年代开始到70年代初以及80年代伊始到21世纪初存在5a以下的周期。——论文作者：粟运1，毛文书1，师春香2，张禄英1，陈妙霖1
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