摘要: 本文基于CRU降水数据，采用线性趋势法、Mann-Kendall突变检验法，分析了1990~2023年黑龙江省年际以及四季降水时空变化特征。结果表明：1990~2023年，黑龙江省地区除春季外，年际、夏、秋、冬降水量均呈不显著增加趋势。从空间上看，黑龙江省年降水呈中部多、东西少的空间分布格局，其中降水集中区主要分布在伊春–绥化–哈尔滨一带。黑龙江省夏季大部分地区平均雨量超过1000 mm；冬季大部分地区平均雨量在73 mm左右；秋季降水与年平均降水的空间分布较为一致，降水量由中部向东西两侧不断递减。
Abstract: Based on CRU precipitation data, this paper analyzes the spatio-temporal changes of inter-annual and four-season precipitation in Heilongjiang Province from 1990 to 2023 by using linear trend method and Mann-Kendall mutation test method. The results showed that the interannual, summer, autumn and winter precipitation showed no significant increase trend during 1990~2023, except spring. From the spatial perspective, the annual precipitation in Heilongjiang Province is more in the middle and less in the east and the west, and the precipitation concentration area is mainly distributed in the Yichun-Suihua-Harbin area. The average rainfall in most areas of Heilongjiang Province in summer is more than 1000 mm. The average rainfall in most areas in winter is about 73 mm; The spatial distribution of autumn precipitation is consistent with the annual average precipitation, and the precipitation decreases from the middle to the east and west sides.
1. 引言
目前，全球对降水时空变化特征的研究很多，但不同地区降水对增暖的响应是不同的，这一差异说明，开展降水对变暖区域的响应研究更加重要，不但要从全球尺度探讨这一问题，还应加强区域尺度对比研究，从而能够全面地理解全球变暖的影响[1]。中国气候变化蓝皮书指出，中国气候系统变暖趋势进一步持续，而且是全球气候变化敏感区和影响显著区，中国极端强降水事件呈增多趋势，极端低温事件显著减少，极端高温事件在20世纪90年代中期以来明显增多[2]。降水量的长期变化对我国社会经济生活具有重要影响[3]。随全球气候变暖，降水量作为气候变化响应最为敏感的因素之一，其时空分布特征也随之发生了改变，导致洪涝、干旱等自然灾害频发[4] [5]。这些灾害警示人们，必须投入更多的研究，深入了解气候的长期变化趋势和短期变化规律，对可能的水旱灾害作出尽可能准确的预测和评估。东北地区是我国重要的粮食产区，近些年干旱与洪涝频繁发生，严重影响了粮食生产[6]。降水量是衡量一个地区干湿程度的重要指标之一，也是对农业生产起决定性作用的气象要素。本研究选取黑龙江省1990~2023年降水数据，分析1990~2023年黑龙江省年际及四季降水空间分布，揭示了气候变暖背景下黑龙江省的降水变化规律，对黑龙江省地区如何响应气候变暖以及区域研究有着重要的意义。
2. 数据与方法
2.1. 降水数据
降水数据采用1901~2023年CRU数据集，来源于英国国家大气科学中心，空间分辨率为0.5˚ × 0.5˚。本文选择1990~2023年为时间尺度，选取年际(7~次年6月)、春季(3~5月)、夏季(6~8月)、秋季(9~11月)、冬季(1~次年2月)降水数据。
2.2. 线性趋势法
时间序列存在某种长期趋势[7]，分析这种长期趋势就是拟合一条适当的趋势线，用以概括地反映长期趋势的变化态势。建立各要素与对应时间的一元线性回归方程：y = ax + b。式中，a为线性回归系数，表示数据要素变化速率，a值为正表示数据变化为上升趋势，a值为负表示数据变化为下降趋势。
2.3. Mann-Kendall突变检验法
Mann-Kendall法，又称曼–肯德尔法，是一种气候诊断与预测技术，具有不需要待测序列服从同一概率分布的优点[8]。应用Mann-Kendall检验法可以判断气候序列中是否存在气候突变，如果存在，可确定出突变发生的时间。Mann-Kendall检验法也经常用于气候变化影响下的降水、干旱频次趋势检测。
3. 结果与分析
3.1. 降水量线性趋势分析
黑龙江省1990~2023年不同时间尺度的降水线性趋势见图1。从图中可以发现1990~2023年黑龙江省地区年降水量呈不显著增加趋势，平均每10a增加15.90 mm，最大年降水量708.53 mm (2020年)，最小年降水量448.67 mm (2008年)。黑龙江省季节降水中春季通过了0.05显著检验，呈显著增加趋势，增加速率为30.32 mm/10a；夏季、秋季、冬季降水均未通过0.05显著检验，呈不显著增加趋势，增加速率分别为30.19 mm/10a、4.59 mm/10a和0.43 mm/10a。
(a) 年际 (b) 春季
(c) 夏季 (d) 秋季
(e) 冬季
Figure 1. Temporal variation characteristics of interannual and four-season precipitation in Heilongjiang Province
图1. 黑龙江省年际及四季降水时间变化特征
3.2. 年降水量Mann-Kendall突变检验
黑龙江省年降水呈现波动的变化过程见图2，根据UF、UB曲线交点可知，黑龙江年降水、春季降水在1990~2023年均存在一个突变点，突变年份分别为2016年、1996年；夏季、秋季、冬季降水均存在多个突变点，夏季降水共出现3个突变点，秋季降水共出现2个突变点，冬季夏季降水共出现4个突变点。但交点过多不能直接判定是否为真实突变点，进一步分析可得，夏季未发生明显突变，秋季、冬季降水可能存在的突变年份分别为1993年、1997年。
(a) 年际 (b) 春季
(c) 夏季 (d) 秋季
(e) 冬季
Figure 2. Mann-Kendall mutation test of interannual and four-season precipitation in Heilongjiang Province
图2. 黑龙江省年际及四季降水Mann-Kendall突变检验
3.3. 年降水量空间分布
1990~2023年黑龙江省年际及四季降水空间分布图，结果见图3。从图3(a)中可以发现，黑龙江省年降水呈中部多，东西少的空间分布格局，其中降水集中区主要分布在伊春–绥化–哈尔滨一带。由图3可知，黑龙江省夏季大部地区的面平均雨量超过1000 mm；冬季大部分地区平均雨量在73 mm左右；秋季降水与年平均降水的空间分布较为一致，降水量由中部向东西两侧不断递减，大值区均集中在伊春–绥化–哈尔滨一带。
(a) 年际 (b) 春季 (c) 夏季
(d) 秋季 (e) 冬季
Figure 3. Spatial variation characteristics of interannual and four-season precipitation in Heilongjiang Province
图3. 黑龙江省年际及四季降水空间变化特征
4. 结论
(1) 黑龙江省地区年平均降水量为560.20 mm，年降水量呈不显著增加趋势，平均每10a增加15.90 mm，最大年降水量708.53 mm (2020年)，最小年降水量448.67 mm (2008年)。
(2) 黑龙江省地区夏季大部分地区平均雨量超过1000 mm，冬季大部分地区平均雨量在73 mm左右。季节降水中春季呈显著增加趋势，增加速率为30.32 mm/10a；夏季、秋季、冬季降水呈不显著增加趋势，增加速率分别为30.19 mm/10a、4.59 mm/10a和0.43 mm/10a。
(3) 黑龙江省年降水呈中部多，东西少的空间分布格局，其中降水集中区主要分布在伊春–绥化–哈尔滨一带。