收稿日期:2018-04-04；修订日期:2018-05-16
作者简介：牛文瑜(1997-)，女，本科，专业方向：全球变化与区域响应。 基金项目：国家自然科学基金项目“鄱阳湖地区近地面层物理过程参数化研究”(编号:41765001)。 ∗
通讯作者：李晓峰，男，讲师，主要从事自然地理教学与研究工作,Email:。
第36卷 第3期2018年6月
江 西 科 学
JIANGXI SCIENCE
Vol.36No.3Jun.2018
doi :10.13990/j.issn1001-3679.2018.03.011
牛文瑜，李晓峰∗，刘春燕，曹向明，王雨晨
(江西师范大学地理与环境学院,330022，南昌)
摘要：依据1961-2016年鄱阳湖区11个站点实测降水数据，通过距平分析、线性回归、小波分析和功率谱分析等方法，分析了鄱阳湖区降水量的年内与年际特征。结果表明：鄱阳湖区多年平均降水量为1538.34mm ，其年内降水分配不均，主要集中在春夏两季，且湖东多于湖西，湖南多于湖北；鄱阳湖区旱涝出现频率相当，偏涝年份多于偏旱年份，其丰水期和少水期以20余年周期交替出现；鄱阳湖区年降水量以4-7a 、11-13a 和22a 的周期波动，这与厄尔尼诺和太阳黑子活动的周期一致；鄱阳湖区年降水量呈增加的趋势，幅度为31.71mm /10a ，其中湖南区增速最大。 关键词：降水特征；变化趋势；小波分析；功率谱分析；鄱阳湖区
中图分类号:P932 文献标识码:A 文章编号:1001-3679(2018)03-408-06Precipitation Variation Characteristics in Poyang Lake Region during 1961-2016NIU Wenyu,LI Xiaofeng ∗,LIU Chunyan,CAO Xiangming,WANG Yuchen
(School of Geography and Environment,Jiangxi Normal University,330022,Nanchang,PRC)
Abstract :Based on precipitation data of 11stations in Poyang Lake District in 1961-2016years,the an
nual and inter⁃annual characteristics of precipitation in Poyang Lake district were analyzed by means of anomaly analysis,linear regression,wavelet analysis and power spectrum analysis.The re⁃sults show that the average rainfall in Poyang Lake area for many years is 1538.34mm,which distri⁃bution unevenly,mainly concentrated in the spring and summer.The precipitation in the South and
east of the lake is more severe than in the north and west of the lake;The frequency of drought and flood in Poyang Lake district is roughly the same as that of partial flood more than years of drought,the wet period and dry period alternating over 20years;And the annual precipitation in Poyang Lake area waved by 4-7a,11-13a and 22a,which is consistent with El Nino and sunspot activity;An⁃nual precipitation in Poyang Lake area is increased and the amplitude of 31.71mm /10a,among which the largest growth rate in the south of lack.Key words :precipitation characteristics;change trend;wavelet analysis;power spectrum analysis;
Poyang Lake district
. All Rights Reserved.
0 引言
在全球变暖背景下，全球变化与区域响应已经成为学界研究的热点[1-2]。鄱阳湖位于长江中下游的南岸，属于亚热带季风气候；鄱阳湖作为我国最大的淡水湖泊，它汇集五河来水，调蓄后从湖口汇入长江，调节了长江中下游的水文状况[3]；因受季风气候及五河来水和长江水量的共同影响，鄱阳湖水位季节的变化大，具有“洪水一片，枯水一线”的特征[3]。鄱阳湖水资源丰富，环境独特，对区域的生态安全和经济发展意义重大。鄱阳湖区为鄱阳湖周边10余个县市[3]，如图1所示，总面积约为20000km2，占全省面积的12%左右，在江西省社会经济中占据重要的地位。鄱阳湖区降水特征的阐述对江西省的生态与经济协调发展具有重要的意义。
图1 鄱阳湖区概况
长江中下游地区极端气象灾害历来频发[4]，小冰期结束以来的全球变暖背景下，鄱阳湖流域及鄱阳湖区极端灾害发生的风险也逐渐加大[5], 20世纪末鄱阳湖区降水的年际变化较大，极端灾害的发生更加频繁。尹义星等借助STARDEX极端降水指数，采用MK(曼肯德)趋势、突变检验等方法，研究了鄱阳湖区极值降水指数变化特征，得出鄱阳湖流域各极值降水指数存在差异[6]；基于14个国家气象站点的日降水数据，高冰等采用阈值识别了降水事件，分析了极端降水强度和频率的变化特征，得出1961-2010年鄱阳湖流域降水变化趋势并不显著，而极端强降水存在变化明显[7]；谢毅文等通过Morlet(墨西哥小帽)小波分析和累计距平等方法，探讨了年降水量与年径流量在周期、趋势及突变的关系，得出在时间尺度上，鄱阳湖流域年降水量与年径流量的周期变化和趋势突变存在显著特征[8]；李荣昉等利用
小波分析研究了鄱阳湖地区降水时间序列的周期性变化规律，并对流域降水周期变化与厄尔尼诺的周期做了探讨[9]。综上可知，不同学者得出的鄱阳湖区和鄱阳湖流域降水的特征存在较大差异，且未对不同方法进行对比验证，本文采用平滑、小波、功率谱等多种分析方式，对鄱阳湖区年降水和周期等特征进行定性定量分析。研究将进一步明确鄱阳湖区的降水特征，以促进鄱阳湖地区水资源的开发和利用。
1 年内降水特征分析与探讨
基于1961-2016年鄱阳湖区的月降水数据可得：其多年平均年降水量为1538.34mm，其年降水量最大为2170.2mm。年降水量最小为983.8 mm，两者相差1186.4mm，极值比为2.2，变异系数为0.18。各月降水占年总量的比率及各月降水的相对变率，如图2所示：鄱阳湖区降水年内分配不均,4-6月份的降水总量占全年的45.6%，降水以4-6月为中心呈正态分布。3-8月的降水量占全年的73.3%，表明了该区域降水主要集中在春夏两季。1961-2016年56a间12个月的降水年际变化中,3-6月相对稳定少变,9-12月变化相对较大，其各月降水相对变率的变化趋势与各月降水百分率比重的变化趋势呈相反的趋势
兴国天气
。
图2 1961-2016年鄱阳湖区各月降水占年总量的比率及各月降水变率
依据东西和南北方向，分别对鄱阳湖湖区进行湖东与湖西、湖南与湖北分区，如表1所示，并对鄱阳湖各湖区年降水量统计，其年降水量的统计指标如表2所示：湖东区降水量大于湖西区，且相对稳定；湖南区降水量大于湖北区，且比湖北区稳定。
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第3期 牛文瑜等:1961-2016鄱阳湖区降水变化特征研究. All Rights Reserved.
表1 鄱阳湖区县市湖区划分
湖东区湖西区湖南区湖北区
湖口、都昌、鄱阳、余干、
进贤九江、德安、
星子、永修、
新建、南昌
永修、新建、
南昌、进贤、
余干、鄱阳
德安、九江、
星子、湖口、
都昌
表2 鄱阳湖分湖区降水指标统计
指标湖东湖西湖南湖北平均平均值
/mm1581.861502.071620.791439.391538.34最大值
/mm2182.42165.932333.732061.382170.21最小值
/mm1003.7967.221097.97846.8983.8极值比2.172.242.132.432.21标准差288.27282.34309.35269.54282.66
变异系数0.180.190.190.190.18
对比分析鄱阳湖各湖区各月降水百分率和降
水相对变率，如图3所示，湖东、湖西区各月降水
量占全年降水量百分率的差异并不明显，湖南、湖
北区的各月降水量占全年降水量的百分率差异较
大，湖南区的各月降水百分比重7-11月小于湖
太平洋海底世界门票预约北区，其余月份大于湖北区，这说明鄱阳湖区降水
量由西北向东南方向梯级增加。鄱阳湖区降水量
由南向北的递减的速度大于由东向西递减的速
度，表明鄱阳湖区降水的东西差异小于南北差异。
基于月相相对变率的分析发现：湖东区与湖西区
月相对降水变率特征的差异不显著，说明鄱阳湖
湖东区与湖西区的降水变率无显著差异。湖南区
的降水变率小于湖北区说明了湖南区降水更为稳
定。
图3 1961-2016年鄱阳湖各湖区各月降水量百分率及其变率
2 年际降水特征分析与探讨
2.1 丰枯变化
如果去云南首选去哪里玩最好文中依据姚晓蔚对徐州降水年份的分类，基于年降水量距平值，将56个年份划分为降水正常年份、偏多年份、偏涝年份、偏少年份和偏旱年份[10]。图4表明，鄱阳湖区年降水量偏多的年份有9a，占总年数的16.1%；偏少的年份有13a，占总数的23.2%；正常年份有23a，占总数的41.1%；异常年份所占比例为19.6%，其中7a为偏涝年份, 4a为偏旱年份，分别占总年数的12.5%和7.1%。56a来，鄱阳湖区降水量年际变化较大，偏涝年份和偏旱年份次数增多且偏涝年份多于偏旱年份
。图4 鄱阳湖区历年降水距平值及其五点滑动平均
对鄱阳湖区年降水量五点滑动可知,20世纪70年代、90年代和2010年之后，鄱阳湖区的降水
泰宁旅游攻略二日游自驾游·014·江 西 科 学2018年第36卷. All Rights Reserved.
量显著偏正,20世纪60年代、80年代和2000-2010年，鄱阳湖区的降水量显著偏负。研究认为，鄱阳湖区丰水期和少水期以20余年的周期交替出现，这说明太阳黑子活动可能对鄱阳湖区年降水的丰枯变化产生了影响[11]。
2.2 周期变化
小波分析和功率谱分析是信号分析中常见的分析方法，被广泛应用于水文、气候(气温、降水)的周期性分析中[6,8-9,12-16]。本文中采用Morlet 小波及简单周期图和多周期功率谱，对鄱阳湖区降水量进行多周期分析。
小波方差图中(如图5)，在5个周期下，其方差在时间轴上有规律地震荡，这4个周期分别为4-7a、11-13a、22a和36a，其中4-7a、11-13a和22a达到90%的置信水平，分析认为鄱阳湖区年降水存在上述3个周期。由4a、7a、12a 和22a这4个周期下方差随时间的振荡可以得出,12a和22a的方差波动较为明显，这表明鄱阳湖区年降雨量存在极为明显的12a和22a周期。4a和7a的波动较为明显，这说明该区域年降水存在4-7a这个周期。对同一时间的方差进行求和，并除以该时间尺度，得出的方差与尺度的
图谱，在这两种图谱中,4-7a、11-13a、22a 和36-40a上均出现峰值。小波分析的结果表明鄱阳湖区年降水存在4-7a、11-13a、22a这3个周期。
图5 小波分析与功率谱分析
年降水功率谱分析的简单周期图和多周期功率谱分析功率谱中，在f为0~0.3之间，简单周期图功率谱中存在0.042、0.077、0.094、0.136、0.214、0.243和0.2727个频率的峰值；多周期功率谱中为0.045、0.077、0.094、0.103、0.172和0.2756个频率的峰值。这些峰中，仅有0.042与0.045、0.077和0.272与0.275达到了80%的置信水平，其未能较好的指示降水的周期性变化。为得出更为可信的降水周期，文中采用鄱阳湖区11个站点月降水的距平值进行功率谱分析:f值在0~0.1之间，简单周期图中的0.00391、0.00586、0.0083、0.02246、0.03565、0.0542和0.07702这7个峰值通过了置信水平为95%的检验；在多周期功率谱图中的0.00375、0.006、0.02305、0.03355、0.04648、0.05641和0.07684这7个峰值通过了置信水平为95%的检验。这些峰值对应了1a、2a、4a、11-14a和21-22a 的周期。1a和2a周期的存在表明利用月降水距平值进行功率谱分析较为合理，得出的结果相对可信。综上所述，功率谱分析的结果表明鄱阳湖区年降水以4a、10-14a、21-22a的周期进行波动。
小波分析和功率谱分析说明了鄱阳湖年降水存在22a、11-13a、4-7a这3个周期。太阳黑子活动的周期为11a和22-23a[11]，这说明鄱阳湖区年降水的多少与太阳黑子活动可能存在密切关系。降水的4-7a周期对应了ENSO事件的周期[17]，表明鄱阳湖区降水量可能受南方涛动和厄尔尼诺的影响。
2.3 降水年代际变化趋势
本文采用一元线性回归方法，对1961-2016年鄱阳湖区的年降水量进行趋势拟合未通过了统计检验，如图6、图7所示，这表明鄱阳湖区年降水波动较大。同时，分析得出湖区56a的降水量
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第3期 牛文瑜等:1961-2016鄱阳湖区降水变化特征研究. All Rights Reserved.
随年份增长趋势显著[1]，增幅为31.71mm /10a。对各湖区年降水量进行线性拟合，各湖区年降水量随年份变化而递增。其拟合结果统计见表3，各湖区均未通过显著性水平的统计检验，降水趋势倾向率分别为32.16mm /10a、31.34mm /10a、
32.88mm /10a 和30.31mm /10a，这表明了鄱阳湖的不同湖区对全球变暖的响应强度有所不同
。图6 1961-2016鄱阳湖区年降水变化趋势
图7 1961-2016鄱阳湖区分湖区年降水变化趋
势
表3 鄱阳湖区分湖区降雨量线性回归方程斜率
和R 统计表
指标全湖区湖东区湖西区湖南区湖北区斜率3.1713.2163.1343.2883.031R
0.181
世界上最高的山峰0.180
0.180
0.172
0.182
3 结论
通过对1961-2016年鄱阳湖区11个站点的
月降水量的分析，得出了鄱阳湖区降水量的年内和年际特征与变化，其结果如下。
1)鄱阳湖区多年平均降水量为1538.34mm,
其降水量年内分配不均。降水量以4-6月为中心近似正态分布,3-8月的降水量占全年的73.3%，降水主要集中在春夏两季，且3-6月降水量较为稳定。湖南区和湖东区降水量多于湖北区和湖西区，湖南区降水量更稳定。
2)鄱阳湖区年降水量区间为983.8~2170.2
mm，极值比为2.2，降水正常年份仅41.1%。这
表明鄱阳湖区降水量年际变化大，旱涝出现频率高。其多水期与少水期交替出现，周期为20余年，与太阳黑子活动的22-23a 周期一致。
3)小波分析和功率谱分析表明：鄱阳湖区年
降水量以4-7a、11-13a 和22a 的周期波动。这3个周期与ENSO 事件和太阳黑子活动的周期相同，表明鄱阳湖区年降水量可能因ENSO 和太阳黑子活动而产生周期性波动。
4)近56a 的鄱阳湖区年降水量呈增加趋势,
幅度为31.7mm /10a。其中湖南区的幅度最大,
为32.9mm /10a；湖北区最小，为30.7mm/10a；湖东和湖西区分别为32.2mm/10a 和31.3mm/10a，这说明了鄱阳湖不同的湖区对全球变暖的响应强度有所不同。
参考文献院
[1] 叶许春，张奇，刘健，等.气候变化和人类活动对鄱阳湖流域径流变化的影响研究[J].冰川冻土,
2009,31(5):835-842.
[2]王绍武，赵宗慈.未来50年中国气候变化趋势的初步研究[J].应用气象学报,1995,6(3):333-342.[3]鄱阳湖研究编委会.鄱阳湖研究[M].上海：上海科学技术出版社,1988:10-76.
[4]
Gong D Y,Zhu J H,Wang S W.Flooding 1990s along the Yangtze River,has it concern of global warming
[J].Journal of Geographical Sciences,2001,11(1):43-52.
[5]王怀清，赵冠男，彭静，等.近50年鄱阳湖五大流域降水变化特征研究[J].长江流域资源与环境,
2009,18(7):615-619.
[6]尹义星，陈海山，赵君，等.鄱阳湖流域1951-2010
年极值降水指数变化趋势分析[J].中国农村水利水电,2015:1-9.
[7]高冰，任依清.鄱阳湖流域1961-2010年极端降水变化分析[J].水利水电科技进展,2016,36(1):31
-35.
[8]
谢毅文，张强，李越，等.鄱阳湖流域年降水量周期、
趋势及响应特征分析[J].西安理工大学学报,
附近小旅馆
2014,30(2):225-230.
[9]
李荣昉，王鹏，吴敦银.鄱阳湖流域年降水时间序列
的小波分析[J].水文,2012,32(1):29-31.
[10]姚晓蔚，唐晓丹，董静，等.徐州市降水特征及频率分析[J].赤峰学院学报,2011,27(10):103-105.
[11]Rind D.The sun′s role in climate variations[J].Scie⁃
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