大同市近三十年夏季不同等级降水日数变化特征分析

【摘要】本文采用气候倾向率、Mann－Kendall检验等方法，分析大同市地区8个国家站1994-2023夏季不同等级降水日数变化特征。结果表明，近30年来，大同地区夏季总降水量呈现不显著上升趋势，而总降水日数则呈现不显著下降趋势，其中小雨日数呈现出减少趋势，中雨和大雨日数虽然有所波动，但整体变化不显著，暴雨日数呈现出明显的增加趋势。这份研究成果是大同市在面对旱涝灾害时，进行防御决策的一个有力参考或支撑。

【关键词】降水量;降水日数;降水强度

引言

在全球气候变化与人类活动的影响下，水循环系统的动态变化日益显著，其中，大气降水作为驱动水循环的核心要素，其结构特性的深入理解对于揭示区域水循环变异规律至关重要。近年来，学术界对降水变化的研究兴趣浓厚，特别是聚焦于不同降水等级的分析，因其分类简便且应用广泛，成为研究热点[1-2]。已有研究覆盖了包括北京[3]、太湖流域[4]、海河流域及赣江流域在内的多个区域，揭示了不同等级降水在降水量、降水天数及降水强度上的时空分布显著差异。这些发现不仅丰富了我们对降水复杂性的认识，也为区域水资源管理和气候适应性策略的制定提供了重要参考。

降水类型多样，从对流性到非对流性，从固态到液态，各有其独特的形成机制和影响。然而，在实际应用中，可将降水分为暴雨、大雨、中雨、小雨、微量降水等。陆晨等发现，旱涝等极端降水事件的发生与不同等级降水及降水日数存在联系。通常状况下，对不同等级划分存在一定得差异，如陈晓燕等的研究中均按日降水量将降水分为小雨、中雨、大雨、暴雨四个等级，并分析了各等级降水日数的时空变化。艾卉等发现，全球变暖后，我国各地降水变化均伴随着小雨日数的减少、暴雨日数的增多。陈晓燕等的研究表明不同等级降水对年降水量的贡献存在很大差异。而钱维宏等按日降水量将我国夏季降水雨日分为7个等级（痕量、微雨、小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨），加入了痕量、微雨和大暴雨级别，并分析了各级降水雨日的气候特征及变化趋势]。

基于上述背景，本文聚焦于大同地区，利用1993至2023年间8个国家站点的逐日降水数据，对大同地区各个等级降水量和降水的日数的变化趋势进行了全面且深入的分析。这一研究旨在为大同市乃至更广泛区域的气候变化适应策略提供科学支撑，助力城市提升应对气候变化的能力。

1数据来源及研究方法

本研究选取了位于大同市及其周边地区的八个国家气象站点（包括大同市、云州区、天镇县、阳高站、浑源县、左云县、广灵县和灵丘县），时间跨度从1993年至2023年，利用这些站点的日降水数据进行深入分析。我们根据降水数据的特性，将每日8:00至次日8:00期间降水量达到或超过0.1mm的情况定义为一个降水日。参考国家标准《降水量等级》（GB/T28592—2012），将日降水量细分为四个等级：小雨(0．1~9．9mm)、中雨(10．0~24．9mm)、大雨(25．0~49．9mm)和暴雨(≥50．0mm)。在大同地区，降水量和降水天数的统计是基于这八个站点数据的平均值来计算的（鉴于各站点暴雨日数相对较少，故将暴雨日数总和作为研究对象）。

为了探究降水量、降水天数等降水指标的变化趋势，采用了气候倾向率法进行分析。同时，运用Mann-Kendall检验法来验证这些趋势变化的显著性，并识别不同等级降水指标的突变情况。在检验过程中，设定显著性水平α=0．05，对应的临界值为1.96。

2结果与分析

2.1不同等级降水年际变化

利用大同地区大同市、云州区、天镇县、阳高站、浑源县、左云县、广灵县和灵丘县共8个国家站点1993—2023年日降水数据，计算研究区年降水量、各等级降水日数和总降水日数，绘制出年降水量、各等级降水日数和总降水日数的年际变化曲线。

通过计算大同区域夏季多年平均总降水量为238.91mm，由图1可以看出，夏季总降水日数最多的年份为1995年（392.48mm），较常年偏多153.57mm，夏季总降水量最少年份为1999年（147.03mm），较常年偏少91.88mm。图1表明，夏季总降水量1994年到1996年为偏多时段，1997年到2011年为偏少时段，2016年之后夏季总降水量又逐渐增加。夏季总降水量倾向率为9.9mm/10a，表明大同地区夏季总降水量呈不显著上升趋势。

图1年降水量（mm）随年份变化

通过计算大同区域夏季多年平均总降水日数为35.66ｄ，由图2可以看出，夏季总降水日数最多的年份为1994年和1996年（42.13ｄ），较常年偏多6.47ｄ，夏季总雨日数最少年份为1999年（27.63ｄ），较常年偏少8.03ｄ。图2表明，夏季总雨日数1993年到1996年为偏多时段，1999年到2001年为偏少时段。夏季总降水日数降幅为-0.5d/10a，趋势不显著。

图2年总降水日数随年份变化

2.2不同等级降水突变分析

气候突变指从一种稳定态（或持续稳定的变化趋势）跳跃式地转变到另一种稳定态（或持续稳定的变化趋势）的现象。Mann-Kendall检验（以下简称M-K检验）能够分析序列的趋势变化，而且还能够明确突变开始的时间、突变区域，是一种常用的突变检测方法。图3~图4列出了不同等级降水日数与年降水量和总降水日数的M-K检验成果，分析1993～2023年大同区域总雨日数的M-K检验。

平均年降水量在1994年—1996年和2018年—2023年为上升趋势；在1997年—2017年为下降趋势，趋势变化均不显著。并且UF和UB在2008年相交，且交点在置信区间内，是突变点，突变前后的平均年降水量分别为201.66mm、159mm。

图3年降水量（mm）突变检验

平均总降水日数在1993年—2023年均为下降趋势，其中1999年和2000年下降趋势显著。并且UF和UB在2008年相交，且交点在置信区间内，是突变点，突变前后的平均年降水量分别为29.25d、34.375d。

图4总降水日数突变检验

3结论

近30年来，大同地区夏季总降水量呈现不显著上升趋势，而总降水日数则呈现不显著下降趋势。这种趋势表明，虽然降水总量有所增加，但降水事件的频率却在减少，可能意味着降水强度的增强或降水更加集中。小雨日数是大同地区夏季最常见的降水形式，但呈现出减少趋势。这表明轻微的降水事件在逐渐减少，可能影响了地区的湿润程度和生态环境。中雨和大雨日数虽然有所波动，但整体变化不显著。暴雨日数呈现出明显的增加趋势。通过Mann-Kendall检验，发现平均年降水量、平均总降水日数小雨、中雨、大雨及暴雨日数均在2008年发生了显著的突变。这表明2008年是大同地区降水特征变化的一个关键转折点。

参考文献：

[1]宋晓猛,张建云,刘九夫,等.北京地区降水结构时空演变特征[J].水利学报,2015(5):525-535.

[2]冶运涛,梁犁丽,龚家国,等.长江上游流域降水结构时空演变特性[J].水科学进展,2014,25(2):164-171.

[3]刘伟东,尤焕苓.1978—2010年北京地区不同等级降水空间特征[J].干旱区研究,2014,31(6):1053-1060.

[4]董满宇,田相佑,胡木兰,等.1960—2017年太湖流域不同等级降水时空特征[J].热带地理,2020,40(6):1063-1074.