中國降水多尺度時(shí)空變率特征及其對區(qū)域性旱澇的影響機(jī)制探究一、引言1.1研究背景與意義中國地域遼闊，氣候類型豐富多樣，降水作為氣候系統(tǒng)的關(guān)鍵要素，其時(shí)空變化不僅深刻影響著區(qū)域氣候的穩(wěn)定性，還在水資源的形成與分配、生態(tài)系統(tǒng)的維持與發(fā)展以及人類社會(huì)的生產(chǎn)生活等諸多方面發(fā)揮著舉足輕重的作用。降水在時(shí)間上的異常波動(dòng)，如降水的季節(jié)性集中或長期干旱少雨，以及在空間上的不均衡分布，如某些地區(qū)降水豐沛而另一些地區(qū)干旱缺水，往往是導(dǎo)致區(qū)域性旱澇災(zāi)害頻發(fā)的直接原因。旱澇災(zāi)害作為中國最為常見且危害嚴(yán)重的自然災(zāi)害類型之一，給國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人民的生命財(cái)產(chǎn)安全以及生態(tài)環(huán)境的平衡穩(wěn)定帶來了巨大的威脅與挑戰(zhàn)。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，過去幾十年間，中國每年因旱澇災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)數(shù)百億元甚至上千億元，受災(zāi)人口眾多，受災(zāi)農(nóng)田面積廣泛。例如，1998年的長江流域特大洪水災(zāi)害，受災(zāi)面積覆蓋多個(gè)省份，直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)數(shù)千億元，大量人員被迫轉(zhuǎn)移安置，對當(dāng)?shù)氐幕A(chǔ)設(shè)施、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境造成了毀滅性的打擊；2010年西南地區(qū)的特大旱災(zāi)，導(dǎo)致當(dāng)?shù)厮Y源極度短缺，農(nóng)作物大面積絕收，人畜飲水困難，嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)鼐用竦恼Ｉ詈徒?jīng)濟(jì)發(fā)展。這些災(zāi)害事件不僅給當(dāng)時(shí)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)帶來了沉重的打擊，也對生態(tài)環(huán)境造成了長期的負(fù)面影響，如水土流失加劇、土地沙化、生物多樣性減少等。深入研究中國降水的多尺度時(shí)空變率，對于準(zhǔn)確揭示區(qū)域性旱澇災(zāi)害的形成機(jī)制具有至關(guān)重要的意義。通過對降水在不同時(shí)間尺度（如年際、年代際、季節(jié)內(nèi)等）和空間尺度（如區(qū)域、流域、站點(diǎn)等）上的變化規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng)分析，可以更全面、深入地了解降水異常的演變過程和影響因素，從而為預(yù)測旱澇災(zāi)害的發(fā)生發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。這有助于相關(guān)部門提前制定科學(xué)合理的防災(zāi)減災(zāi)措施，有效降低災(zāi)害損失，保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全。降水的時(shí)空變化對水資源管理也具有重要的指導(dǎo)價(jià)值。水資源是人類社會(huì)賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)性自然資源，而降水是水資源的主要補(bǔ)給來源。準(zhǔn)確把握降水的時(shí)空分布特征，能夠?yàn)樗Y源的合理開發(fā)、優(yōu)化配置、高效利用以及科學(xué)保護(hù)提供關(guān)鍵依據(jù)。例如，在降水豐富的地區(qū)，可以合理規(guī)劃水利設(shè)施，充分利用水資源進(jìn)行灌溉、發(fā)電等；而在降水稀少的地區(qū)，則需要加強(qiáng)水資源的節(jié)約和保護(hù)，推廣節(jié)水技術(shù)和措施，提高水資源利用效率。通過科學(xué)的水資源管理，可以實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用，保障社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，促進(jìn)人與自然的和諧共生。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在降水時(shí)空變率研究方面，國外學(xué)者起步較早，運(yùn)用了多種先進(jìn)技術(shù)與方法對全球降水時(shí)空變化進(jìn)行分析。如[國外文獻(xiàn)1]利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，結(jié)合復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，對全球降水的長期趨勢和年際變化進(jìn)行研究，揭示了不同區(qū)域降水在時(shí)間序列上的變化特征；[國外文獻(xiàn)2]運(yùn)用空間插值技術(shù)，將離散的降水觀測站點(diǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為連續(xù)的空間分布，直觀地展示了降水在空間上的分布格局。國內(nèi)學(xué)者針對中國降水時(shí)空變率也展開了大量研究。王紹武等研究指出中國20世紀(jì)40年代和50-70年代的多雨特征與全球具有一定的一致性，但20世紀(jì)初全球少雨時(shí)期中國降水卻略偏高。張先恭等利用氣溫和降水等級(jí)分析了20世紀(jì)80年代以前中國氣溫和降水等級(jí)變化，發(fā)現(xiàn)20世紀(jì)50年代以來中國漸趨干旱。陳隆勛等研究近45年中國氣溫和降水變化，指出中國氣溫以20世紀(jì)40年代最暖，降水以50年代最多。張強(qiáng)等通過對中國不同區(qū)域降水資料的統(tǒng)計(jì)分析，揭示了中國降水在空間上呈現(xiàn)出從東南沿海向西北內(nèi)陸遞減的總體趨勢，同時(shí)不同區(qū)域的降水年際和年代際變化也存在顯著差異。在時(shí)間尺度上，研究發(fā)現(xiàn)中國降水存在明顯的年際、年代際變化，如20世紀(jì)70年代末發(fā)生了一次顯著的氣候突變，此后中國降水的分布格局和變化趨勢發(fā)生了明顯改變。區(qū)域性旱澇成因的研究同樣受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。國外研究中，[國外文獻(xiàn)3]通過對大氣環(huán)流模式的模擬和分析，探討了大氣環(huán)流異常對區(qū)域旱澇的影響機(jī)制；[國外文獻(xiàn)4]研究了海洋溫度異常與區(qū)域旱澇的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)海洋熱狀況的變化能夠通過海氣相互作用影響大氣環(huán)流，進(jìn)而導(dǎo)致區(qū)域降水異常，引發(fā)旱澇災(zāi)害。國內(nèi)對于區(qū)域性旱澇成因的研究也取得了豐碩成果。黃榮輝等研究了長江黃河兩流域旱澇發(fā)生的歷史、年代際、年際以及季節(jié)內(nèi)變化規(guī)律和環(huán)流條件，指出東亞北美型大氣環(huán)流異常型以及中高緯度地區(qū)的阻塞型與低渦型環(huán)流異常對我國夏季旱澇形成具有重要作用。研究表明，中國區(qū)域性旱澇的形成與多種因素密切相關(guān)，如東亞夏季風(fēng)的強(qiáng)弱變化、西太平洋副熱帶高壓的位置和強(qiáng)度異常、ENSO事件的發(fā)生等。東亞夏季風(fēng)偏強(qiáng)時(shí)，降水帶位置偏北，北方地區(qū)易出現(xiàn)洪澇，南方地區(qū)易干旱；反之，東亞夏季風(fēng)偏弱時(shí)，降水帶位置偏南，南方地區(qū)易洪澇，北方地區(qū)易干旱。西太平洋副熱帶高壓的異常變動(dòng)會(huì)影響水汽輸送和大氣環(huán)流，進(jìn)而導(dǎo)致降水異常，引發(fā)旱澇災(zāi)害。ENSO事件對中國區(qū)域性旱澇也有顯著影響，在厄爾尼諾年，中國南方地區(qū)降水偏多，北方地區(qū)降水偏少，易出現(xiàn)“南澇北旱”的格局；而在拉尼娜年，情況則相反。在降水時(shí)空變率與區(qū)域性旱澇關(guān)系的研究上，國外[國外文獻(xiàn)5]通過建立復(fù)雜的氣候模型，模擬了不同降水時(shí)空變化情景下區(qū)域性旱澇的發(fā)生發(fā)展過程，定量分析了兩者之間的關(guān)聯(lián)。國內(nèi)學(xué)者也進(jìn)行了深入探討，如[國內(nèi)文獻(xiàn)5]通過對歷史降水?dāng)?shù)據(jù)和旱澇災(zāi)害記錄的對比分析，揭示了降水在時(shí)間和空間上的異常變化是導(dǎo)致區(qū)域性旱澇災(zāi)害的直接原因，降水的異常增多或減少在空間上的不均衡分布，會(huì)引發(fā)不同區(qū)域的旱澇災(zāi)害。盡管國內(nèi)外在上述研究方面取得了顯著進(jìn)展，但仍存在一定的不足。在降水時(shí)空變率研究中，不同研究方法和數(shù)據(jù)來源導(dǎo)致結(jié)果存在一定差異，缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和方法來綜合分析不同時(shí)間尺度和空間尺度的降水變化。對于區(qū)域性旱澇成因的研究，雖然已經(jīng)認(rèn)識(shí)到多種因素的影響，但各因素之間的相互作用機(jī)制仍不夠清晰，尤其是在全球氣候變化背景下，新的影響因素和作用機(jī)制有待進(jìn)一步探索。在降水時(shí)空變率與區(qū)域性旱澇關(guān)系的研究中，目前的研究多側(cè)重于定性分析，定量研究相對較少，缺乏能夠準(zhǔn)確預(yù)測區(qū)域性旱澇災(zāi)害發(fā)生的模型和方法。1.3研究目標(biāo)與內(nèi)容本研究旨在深入剖析中國降水的多尺度時(shí)空變率特征，揭示區(qū)域性旱澇災(zāi)害的形成原因，并探究兩者之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，為提高旱澇災(zāi)害預(yù)測能力和水資源合理管理提供科學(xué)依據(jù)。具體研究內(nèi)容如下：中國降水多尺度時(shí)空變率特征分析：收集并整理中國長時(shí)間序列的降水觀測數(shù)據(jù)，涵蓋地面氣象站點(diǎn)、衛(wèi)星遙感以及再分析資料等多源數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析方法，如小波分析、經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（EMD）、集合經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（EEMD）等，對降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行多尺度分解，獲取不同時(shí)間尺度（年際、年代際、季節(jié)內(nèi)等）和空間尺度（區(qū)域、流域、站點(diǎn)等）的降水變化特征。分析不同時(shí)間尺度下降水的周期變化、趨勢演變以及突變點(diǎn)，探討降水在不同時(shí)間尺度上的變化規(guī)律及其相互關(guān)系。研究降水在空間上的分布格局，包括降水的高值區(qū)和低值區(qū)的分布范圍、強(qiáng)度變化以及空間相關(guān)性，揭示降水空間分布的異常特征和變化趨勢。區(qū)域性旱澇成因分析：綜合考慮大氣環(huán)流、海洋狀況、地形地貌、人類活動(dòng)等多種因素，深入研究區(qū)域性旱澇災(zāi)害的形成機(jī)制。利用大氣環(huán)流模式、海洋模式以及陸面過程模式等數(shù)值模擬手段，結(jié)合歷史觀測數(shù)據(jù)，分析不同因素對區(qū)域性旱澇的影響過程和作用機(jī)制。探討東亞夏季風(fēng)、西太平洋副熱帶高壓、ENSO事件、印度洋偶極子（IOD）、青藏高原積雪等關(guān)鍵氣候因子與區(qū)域性旱澇的關(guān)系，研究它們?nèi)绾瓮ㄟ^影響水汽輸送、大氣環(huán)流和能量平衡等過程，導(dǎo)致區(qū)域降水異常，進(jìn)而引發(fā)旱澇災(zāi)害。分析地形地貌對降水的影響，如山脈的阻擋作用、地形的抬升效應(yīng)等，以及這些因素如何影響區(qū)域性旱澇的發(fā)生發(fā)展。研究人類活動(dòng)，如城市化、土地利用變化、水資源開發(fā)利用等，對區(qū)域性旱澇的影響，評估人類活動(dòng)在旱澇災(zāi)害形成中的作用。降水時(shí)空變率與區(qū)域性旱澇關(guān)系研究：建立降水時(shí)空變率與區(qū)域性旱澇災(zāi)害的定量關(guān)系模型，通過統(tǒng)計(jì)分析和數(shù)值模擬等方法，探討降水在時(shí)間和空間上的異常變化對區(qū)域性旱澇災(zāi)害發(fā)生的影響程度和規(guī)律。分析不同時(shí)間尺度和空間尺度的降水異常與區(qū)域性旱澇災(zāi)害的對應(yīng)關(guān)系，研究降水異常的持續(xù)時(shí)間、強(qiáng)度和空間范圍與旱澇災(zāi)害的嚴(yán)重程度之間的定量關(guān)系。利用歷史降水?dāng)?shù)據(jù)和旱澇災(zāi)害記錄，驗(yàn)證所建立的關(guān)系模型的準(zhǔn)確性和可靠性，并對模型進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)?；诮邓畷r(shí)空變率與區(qū)域性旱澇關(guān)系的研究成果，提出區(qū)域性旱澇災(zāi)害的預(yù)測方法和指標(biāo)體系，為旱澇災(zāi)害的早期預(yù)警和防范提供科學(xué)依據(jù)。1.4研究方法與技術(shù)路線本研究的數(shù)據(jù)來源廣泛且多元，涵蓋了地面氣象站點(diǎn)觀測數(shù)據(jù)、衛(wèi)星遙感降水?dāng)?shù)據(jù)以及再分析資料。地面氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)來源于中國氣象局國家氣象信息中心，這些站點(diǎn)分布廣泛，能夠較為全面地反映中國陸地表面的降水情況，其數(shù)據(jù)具有較高的準(zhǔn)確性和可靠性，為研究提供了基礎(chǔ)的地面觀測依據(jù)。衛(wèi)星遙感降水?dāng)?shù)據(jù)主要采用TRMM（熱帶降雨測量任務(wù)）和GPM（全球降水測量計(jì)劃）等衛(wèi)星產(chǎn)品，這些數(shù)據(jù)具有高時(shí)空分辨率的特點(diǎn)，可以彌補(bǔ)地面站點(diǎn)在空間分布上的不足，提供更廣泛區(qū)域的降水信息，尤其對于一些地面觀測站點(diǎn)稀少的地區(qū)，如偏遠(yuǎn)山區(qū)、荒漠地帶等，衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)能夠提供重要的降水資料。再分析資料選用ERA-Interim和NCEP/NCAR等，這些資料融合了多種觀測數(shù)據(jù)和數(shù)值模式，通過同化技術(shù)生成了全球范圍內(nèi)的氣象要素?cái)?shù)據(jù)集，具有長時(shí)間序列和全球覆蓋的優(yōu)勢，能夠?yàn)檠芯刻峁┤娴拇髿猸h(huán)流和氣象背景信息，有助于深入分析降水的形成機(jī)制和影響因素。在統(tǒng)計(jì)分析方法方面，運(yùn)用了趨勢分析來研究降水和旱澇在時(shí)間序列上的變化趨勢，通過計(jì)算線性趨勢斜率來定量評估降水的增減趨勢以及旱澇災(zāi)害的發(fā)展態(tài)勢。相關(guān)分析則用于探究降水與各影響因素之間的關(guān)聯(lián)程度，如降水與大氣環(huán)流指數(shù)、海洋溫度等因素之間的相關(guān)性，從而找出對降水變化具有重要影響的關(guān)鍵因素。小波分析被用于多尺度分解降水時(shí)間序列，它能夠在時(shí)域和頻域同時(shí)對信號(hào)進(jìn)行分析，將降水序列分解為不同時(shí)間尺度的分量，從而揭示降水在不同時(shí)間尺度上的周期變化特征，如年際、年代際等周期變化。經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（EMD）及其改進(jìn)方法集合經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（EEMD）也被應(yīng)用于降水?dāng)?shù)據(jù)處理，EMD方法能夠?qū)?fù)雜的時(shí)間序列分解為一系列具有不同特征尺度的本征模態(tài)函數(shù)（IMF），EEMD則在一定程度上克服了EMD方法中存在的模態(tài)混疊問題，使分解結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠，有助于深入分析降水的多尺度變化特征。在模型模擬方面，利用大氣環(huán)流模式（如CAM5、CESM等）來模擬大氣環(huán)流的變化，通過設(shè)置不同的初始條件和參數(shù)，模擬不同氣候情景下的大氣環(huán)流狀況，進(jìn)而分析大氣環(huán)流對降水的影響機(jī)制。海洋模式（如HYCOM、MITgcm等）用于模擬海洋溫度、海流等海洋要素的變化，研究海洋狀況對降水的影響，特別是海氣相互作用在降水形成和變化中的作用。陸面過程模式（如Noah、CLM等）則用于模擬陸地表面的能量平衡、水分循環(huán)等過程，考慮地形地貌、土地利用等因素對降水的影響，分析陸地表面狀況如何通過影響陸氣相互作用來影響降水的時(shí)空分布。本研究的技術(shù)路線如下：首先，收集和整理多源降水?dāng)?shù)據(jù)以及相關(guān)的氣象、海洋、地形等數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制和預(yù)處理，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。然后，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析方法對降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行多尺度時(shí)空變率分析，獲取降水在不同時(shí)間尺度和空間尺度上的變化特征。同時(shí)，利用模型模擬方法，結(jié)合觀測數(shù)據(jù)，分析大氣環(huán)流、海洋狀況、地形地貌等因素對區(qū)域性旱澇的影響機(jī)制。在此基礎(chǔ)上，建立降水時(shí)空變率與區(qū)域性旱澇關(guān)系的模型，通過統(tǒng)計(jì)分析和數(shù)值模擬等方法，定量研究兩者之間的關(guān)系。最后，根據(jù)研究成果，提出區(qū)域性旱澇災(zāi)害的預(yù)測方法和指標(biāo)體系，并對研究結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證和評估，為實(shí)際應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。具體技術(shù)路線流程如圖1所示。[此處插入技術(shù)路線圖，圖中應(yīng)清晰展示數(shù)據(jù)收集、分析方法、模型模擬、關(guān)系研究以及結(jié)果應(yīng)用等各個(gè)環(huán)節(jié)的流程和相互關(guān)系]二、中國降水多尺度時(shí)空變率分析方法2.1數(shù)據(jù)來源與處理本研究使用的數(shù)據(jù)來源廣泛，包括地面氣象站點(diǎn)觀測數(shù)據(jù)、衛(wèi)星遙感降水?dāng)?shù)據(jù)以及再分析資料。地面氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)來自中國氣象局國家氣象信息中心，涵蓋了全國范圍內(nèi)多個(gè)站點(diǎn)長時(shí)間序列的降水觀測記錄，這些站點(diǎn)分布在不同的氣候區(qū)域和地形地貌條件下，能夠較為全面地反映中國陸地表面的降水情況。衛(wèi)星遙感降水?dāng)?shù)據(jù)主要采用TRMM（熱帶降雨測量任務(wù)）和GPM（全球降水測量計(jì)劃）等衛(wèi)星產(chǎn)品。TRMM衛(wèi)星于1997年發(fā)射，提供了高時(shí)空分辨率的熱帶和亞熱帶地區(qū)降水?dāng)?shù)據(jù)，其降水產(chǎn)品融合了多種傳感器的觀測信息，能夠有效監(jiān)測該區(qū)域的降水變化。GPM衛(wèi)星于2014年發(fā)射，作為TRMM的后續(xù)任務(wù)，其觀測范圍覆蓋全球，進(jìn)一步提高了降水測量的精度和分辨率。再分析資料選用ERA-Interim和NCEP/NCAR等。ERA-Interim是歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心（ECMWF）發(fā)布的再分析資料，它融合了衛(wèi)星觀測、地面觀測等多種數(shù)據(jù)，并通過先進(jìn)的數(shù)值模式和同化技術(shù)生成，具有較高的時(shí)空分辨率和數(shù)據(jù)質(zhì)量。NCEP/NCAR再分析資料由美國國家環(huán)境預(yù)報(bào)中心（NCEP）和國家大氣研究中心（NCAR）聯(lián)合制作，是全球范圍內(nèi)廣泛使用的再分析數(shù)據(jù)集，在氣象和氣候研究中發(fā)揮著重要作用。在數(shù)據(jù)處理過程中，對各類數(shù)據(jù)進(jìn)行了嚴(yán)格的質(zhì)量控制和預(yù)處理。對于地面氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)，運(yùn)用了氣候?qū)W界限值檢查，根據(jù)不同地區(qū)的氣候特點(diǎn)和歷史數(shù)據(jù)，設(shè)定降水的合理取值范圍，檢查數(shù)據(jù)是否超出該范圍，若超出則標(biāo)記為異常數(shù)據(jù)。進(jìn)行臺(tái)站或區(qū)域極值檢查，對比同一區(qū)域內(nèi)不同站點(diǎn)的降水?dāng)?shù)據(jù)，判斷是否存在與周邊站點(diǎn)差異過大的數(shù)據(jù)。還開展了要素間內(nèi)部一致性檢查，例如檢查降水與氣溫、濕度等其他氣象要素之間的關(guān)系是否符合物理規(guī)律，若出現(xiàn)異常則進(jìn)行核實(shí)和修正。時(shí)間一致性檢查用于分析同一站點(diǎn)不同時(shí)間的降水?dāng)?shù)據(jù)變化趨勢，判斷是否存在不合理的突變或異常波動(dòng)。空間一致性檢查則是基于地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)，利用克里金插值等方法將離散的站點(diǎn)數(shù)據(jù)插值為連續(xù)的空間分布，對比插值后的空間分布與周邊區(qū)域的降水特征，檢查是否存在不合理的空間異常值。對于衛(wèi)星遙感降水?dāng)?shù)據(jù)，采用多源數(shù)據(jù)對比驗(yàn)證的方法，將TRMM和GPM等不同衛(wèi)星產(chǎn)品的降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，同時(shí)與地面氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，檢查數(shù)據(jù)的一致性和準(zhǔn)確性。利用質(zhì)量標(biāo)識(shí)信息，衛(wèi)星產(chǎn)品通常會(huì)提供數(shù)據(jù)質(zhì)量標(biāo)識(shí)，通過分析這些標(biāo)識(shí)信息，篩選出質(zhì)量可靠的數(shù)據(jù)。對于存在質(zhì)量問題的數(shù)據(jù)，根據(jù)其質(zhì)量標(biāo)識(shí)的提示，采用相應(yīng)的處理方法，如進(jìn)行數(shù)據(jù)修正、插值或剔除。再分析資料的處理主要是進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和時(shí)空匹配，使其與其他數(shù)據(jù)在時(shí)間和空間上具有一致性，便于后續(xù)的綜合分析。在數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換方面，根據(jù)研究需要，將再分析資料的原始格式轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的NetCDF格式，方便數(shù)據(jù)的讀取和處理。時(shí)空匹配則是通過重采樣和插值等方法，使再分析資料的時(shí)間分辨率和空間分辨率與地面氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)和衛(wèi)星遙感降水?dāng)?shù)據(jù)相匹配。例如，對于時(shí)間分辨率不一致的情況，采用線性插值或平均等方法將再分析資料的時(shí)間步長調(diào)整為與其他數(shù)據(jù)一致；對于空間分辨率不一致的情況，利用雙線性插值等方法將再分析資料的網(wǎng)格分辨率調(diào)整為與其他數(shù)據(jù)相適應(yīng)。2.2多尺度分析方法2.2.1小波分析小波分析是一種時(shí)頻分析方法，其基本原理基于小波函數(shù)的伸縮和平移特性。與傳統(tǒng)的傅里葉分析不同，小波分析在時(shí)域和頻域都具有良好的局部化性質(zhì)，能夠?qū)π盘?hào)進(jìn)行多尺度的細(xì)致分析。小波分析的核心在于小波函數(shù)的選擇和構(gòu)造。小波函數(shù)是滿足一定條件的函數(shù)，通過對其進(jìn)行伸縮和平移操作，可以得到一系列不同尺度和位置的小波基函數(shù)。對于給定的信號(hào)f(t)，其連續(xù)小波變換定義為：W_f(a,b)=\int_{-\infty}^{\infty}f(t)\psi_{a,b}^*(t)dt其中，a為尺度因子，反映小波的伸縮程度，不同的a值對應(yīng)不同的頻率尺度，a越大，對應(yīng)頻率越低，分析的時(shí)間尺度越長；b為平移因子，決定小波在時(shí)間軸上的位置；\psi_{a,b}(t)=\frac{1}{\sqrt{a}}\psi(\frac{t-b}{a})是由基本小波函數(shù)\psi(t)經(jīng)過伸縮和平移得到的小波基函數(shù)；\psi_{a,b}^*(t)表示\psi_{a,b}(t)的共軛復(fù)數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，通常使用離散小波變換。離散小波變換通過對尺度因子a和平移因子b進(jìn)行離散化處理，將連續(xù)小波變換轉(zhuǎn)化為離散形式，便于計(jì)算機(jī)計(jì)算和處理。常見的離散化方式是將a和b按照一定的規(guī)律進(jìn)行采樣，例如a=a_0^j，b=kb_0a_0^j，其中a_0\gt1，b_0\gt0，j和k為整數(shù)。在降水時(shí)間序列多尺度特征提取中，小波分析具有重要應(yīng)用。通過對降水時(shí)間序列進(jìn)行小波變換，可以得到不同時(shí)間尺度下的小波系數(shù)，這些系數(shù)反映了降水序列在不同頻率成分上的變化特征。以黃河流域降水序列分析為例，采用墨西哥帽小波函數(shù)對1961-2000年黃河流域97個(gè)氣象站點(diǎn)的降水時(shí)間序列進(jìn)行小波分析，結(jié)果揭示了黃河流域降水變化的多時(shí)間尺度復(fù)雜結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，黃河流域年降水和各季節(jié)降水均存在8-12年左右時(shí)間尺度的多少交替，表現(xiàn)出明顯的周期特征，其次4-6年左右時(shí)間尺度的周期特征也較明顯，且夏季降水和年降水變化趨勢具有較大相似性，不同時(shí)間尺度的周期特征之間有不同程度的吻合，說明夏季降水較大程度地控制著年降水。通過繪制小波變換系數(shù)圖、小波方差圖等，可以直觀地展示降水序列的多時(shí)間尺度特征。在小波變換系數(shù)圖中，橫坐標(biāo)表示時(shí)間，縱坐標(biāo)表示尺度，圖中的等值線表示小波系數(shù)的大小。通過分析小波變換系數(shù)的正負(fù)和大小，可以判斷降水在不同時(shí)間尺度上的變化趨勢和強(qiáng)弱程度。正的小波變換系數(shù)對應(yīng)于降水偏多期，負(fù)的小波變換系數(shù)對應(yīng)于降水偏少期，小波變換系數(shù)絕對值越大，表明該時(shí)間尺度下的降水變化越顯著。小波方差圖則反映了波動(dòng)的能量隨尺度的分布，通過小波方差圖可以確定降水序列中存在的主要時(shí)間尺度，即主周期。在對某地區(qū)降水序列的分析中，從小波方差圖中可以清晰地看出，該地區(qū)降水存在20年左右的主周期，這對于深入理解該地區(qū)降水的長期變化規(guī)律具有重要意義。2.2.2經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（EMD）經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（EMD）是一種適用于處理非平穩(wěn)、非線性信號(hào)的自適應(yīng)數(shù)據(jù)分析方法，由N.E.Huang等人于1998年提出。其基本原理是基于信號(hào)的局部特征時(shí)間尺度，將復(fù)雜的時(shí)間序列分解為一系列具有不同特征尺度的本征模態(tài)函數(shù)（IntrinsicModeFunction，IMF）和一個(gè)殘余函數(shù)。EMD方法的分解過程基于以下假設(shè)：一是信號(hào)至少存在兩個(gè)極值點(diǎn)，即一個(gè)最大值和一個(gè)最小值；二是信號(hào)的局部時(shí)域特性由極值點(diǎn)間的時(shí)間尺度唯一確定；三是如果數(shù)據(jù)沒有極值點(diǎn)但有拐點(diǎn)，則可以通過對數(shù)據(jù)微分一次或多次求得極值，然后再通過積分來獲得分解結(jié)果。具體分解步驟如下：首先，找出原始信號(hào)x(t)的所有極值點(diǎn)，包括極大值點(diǎn)和極小值點(diǎn)。然后，用三次樣條曲線分別擬合出這些極值點(diǎn)的上包絡(luò)線e_{max}(t)和下包絡(luò)線e_{min}(t)，并計(jì)算上下包絡(luò)線的平均值m(t)，即m(t)=\frac{e_{max}(t)+e_{min}(t)}{2}。接著，將原始信號(hào)x(t)減去平均包絡(luò)線m(t)，得到一個(gè)新的信號(hào)h(t)，即h(t)=x(t)-m(t)。判斷h(t)是否滿足IMF的兩個(gè)條件：在整個(gè)時(shí)間范圍內(nèi)，局部極值點(diǎn)和過零點(diǎn)的數(shù)目必須相等，或最多相差一個(gè)；在任意時(shí)刻點(diǎn)，局部最大值的包絡(luò)（上包絡(luò)線）和局部最小值的包絡(luò)（下包絡(luò)線）平均必須為零。如果h(t)不滿足這兩個(gè)條件，則將h(t)作為新的原始信號(hào)，重復(fù)上述步驟，直到h(t)滿足IMF條件，此時(shí)得到的h(t)即為第一個(gè)IMF分量c_1(t)。從原始信號(hào)x(t)中減去第一個(gè)IMF分量c_1(t)，得到殘余信號(hào)r_1(t)，即r_1(t)=x(t)-c_1(t)。將r_1(t)作為新的原始信號(hào)，重復(fù)上述分解過程，依次得到第二個(gè)IMF分量c_2(t)、第三個(gè)IMF分量c_3(t)……直到殘余信號(hào)r_n(t)成為一個(gè)單調(diào)函數(shù)或常值序列，此時(shí)分解結(jié)束。經(jīng)過EMD方法分解，原始信號(hào)x(t)被分解成一系列IMF分量c_1(t),c_2(t),\cdots,c_n(t)以及殘余部分r_n(t)的線性疊加，即x(t)=\sum_{i=1}^{n}c_i(t)+r_n(t)。在降水信號(hào)分解和不同尺度波動(dòng)特征分析中，EMD方法具有獨(dú)特的優(yōu)勢。以某地區(qū)降水時(shí)間序列分析為例，通過EMD方法將該地區(qū)降水序列分解為多個(gè)IMF分量，每個(gè)IMF分量代表了不同時(shí)間尺度的波動(dòng)特征。其中，高頻IMF分量反映了降水的短期波動(dòng)，如日、周尺度的變化；低頻IMF分量則反映了降水的長期趨勢和年代際變化。通過對這些IMF分量的分析，可以深入了解降水在不同時(shí)間尺度上的變化規(guī)律及其相互作用。研究發(fā)現(xiàn)，在該地區(qū)，高頻IMF分量的變化與短期的天氣系統(tǒng)活動(dòng)密切相關(guān)，而低頻IMF分量的變化則與大氣環(huán)流的長期演變以及海洋-大氣相互作用等因素有關(guān)。這表明EMD方法能夠有效地將降水信號(hào)中的不同時(shí)間尺度波動(dòng)特征分離出來，為進(jìn)一步分析降水變化的原因和機(jī)制提供了有力的工具。2.2.3其他方法集合經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（EEMD）是EMD的一種改進(jìn)方法，旨在解決EMD分解過程中存在的模態(tài)混疊問題。模態(tài)混疊是指在EMD分解中，一個(gè)IMF分量包含了不同時(shí)間尺度的信號(hào)成分，或者同一時(shí)間尺度的信號(hào)成分被分解到多個(gè)IMF分量中，這會(huì)導(dǎo)致分解結(jié)果難以準(zhǔn)確反映信號(hào)的真實(shí)特征。EEMD的基本原理是通過多次添加白噪聲到原始信號(hào)中，然后對這些添加噪聲后的信號(hào)進(jìn)行EMD分解，最后將多次分解得到的IMF分量進(jìn)行平均，作為最終的分解結(jié)果。由于白噪聲具有均勻分布的頻率特性，添加白噪聲可以使原始信號(hào)在不同尺度上的特征更加突出，從而減少模態(tài)混疊的影響。具體步驟如下：首先，生成一組白噪聲序列n_i(t)，i=1,2,\cdots,N，N為添加白噪聲的次數(shù)。然后，將每個(gè)白噪聲序列分別與原始信號(hào)x(t)相加，得到N個(gè)加噪信號(hào)x_i(t)=x(t)+n_i(t)。對每個(gè)加噪信號(hào)x_i(t)進(jìn)行EMD分解，得到相應(yīng)的IMF分量c_{ij}(t)，j=1,2,\cdots,M，M為分解得到的IMF分量個(gè)數(shù)。最后，將所有加噪信號(hào)分解得到的同一階IMF分量進(jìn)行平均，得到最終的IMF分量C_j(t)=\frac{1}{N}\sum_{i=1}^{N}c_{ij}(t)。通過這種方式，EEMD能夠有效提高分解結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。在對某河流流域降水?dāng)?shù)據(jù)的分析中，EEMD方法相較于EMD方法，能夠更清晰地分離出不同時(shí)間尺度的降水變化特征，減少了模態(tài)混疊現(xiàn)象，使得對降水多尺度變化的分析更加準(zhǔn)確。變分模態(tài)分解（VMD）是一種新的時(shí)頻分析方法，由KonstantinDragomiretskiy于2014年提出。它基于變分原理，將信號(hào)分解為一組有限的、具有特定帶寬和中心頻率的子信號(hào)分量。VMD的基本假設(shè)是任何信號(hào)都可以由一系列具有不同中心頻率和有限帶寬的子信號(hào)組成，即IMF。VMD的分解過程是一個(gè)變分問題的求解過程。首先，定義每個(gè)模態(tài)分量的帶寬和中心頻率，通過希爾伯特變換將每個(gè)模態(tài)分量的單邊頻譜移動(dòng)到其對應(yīng)的中心頻率上，然后計(jì)算每個(gè)模態(tài)分量的帶寬。接著，構(gòu)造一個(gè)受約束的變分模型，該模型的約束條件為：每個(gè)模態(tài)分量中心頻率的帶寬之和最?。凰心B(tài)分量之和等于原始信號(hào)。為了求解這個(gè)變分問題，引入拉格朗日算子和二次懲罰因子，將不等式約束變換為等式約束，通過交替方向乘子法對各模態(tài)的中心頻率和帶寬進(jìn)行迭代更新，直到滿足收斂條件。在對某地區(qū)降水?dāng)?shù)據(jù)的分析中，VMD方法能夠?qū)⒔邓盘?hào)準(zhǔn)確地分解為不同頻率的子分量，每個(gè)子分量對應(yīng)著不同的時(shí)間尺度和物理過程。通過對這些子分量的分析，可以深入了解降水變化的多尺度特征以及不同尺度之間的相互關(guān)系。與其他方法相比，VMD方法在處理具有復(fù)雜頻率成分的降水信號(hào)時(shí)，能夠更好地保持信號(hào)的局部特征和連續(xù)性，提供更加準(zhǔn)確和穩(wěn)定的分解結(jié)果。三、中國降水多尺度時(shí)空變率特征3.1時(shí)間尺度變率3.1.1年際變化中國降水的年際變化在不同地區(qū)呈現(xiàn)出顯著的差異。在東北地區(qū)，降水的年際變化較為明顯，其年降水量的變異系數(shù)相對較大。研究表明，東北地區(qū)的降水年際變化與大氣環(huán)流的異常密切相關(guān)。當(dāng)東亞夏季風(fēng)偏強(qiáng)時(shí)，大量的暖濕氣流能夠深入東北地區(qū)，使得該地區(qū)降水增多；反之，當(dāng)東亞夏季風(fēng)偏弱時(shí)，降水則會(huì)減少。此外，北極濤動(dòng)（AO）和北大西洋濤動(dòng)（NAO）等大氣環(huán)流系統(tǒng)也會(huì)通過影響東亞地區(qū)的大氣環(huán)流，進(jìn)而對東北地區(qū)的降水年際變化產(chǎn)生影響。在某些年份，AO處于正位相時(shí)，極地冷空氣南下受到抑制，東亞地區(qū)的大氣環(huán)流形勢有利于暖濕氣流向北輸送，從而使得東北地區(qū)降水增加；而當(dāng)AO處于負(fù)位相時(shí)，極地冷空氣活動(dòng)頻繁，東亞地區(qū)的大氣環(huán)流形勢不利于暖濕氣流的輸送，東北地區(qū)降水則可能減少。華北地區(qū)降水的年際變化同樣顯著，且近年來呈現(xiàn)出降水減少的趨勢。分析表明，華北地區(qū)降水的年際變化與西太平洋副熱帶高壓（副高）的位置和強(qiáng)度密切相關(guān)。當(dāng)副高位置偏南、強(qiáng)度偏弱時(shí)，水汽輸送難以到達(dá)華北地區(qū)，導(dǎo)致該地區(qū)降水偏少。此外，ENSO事件對華北地區(qū)降水的年際變化也有重要影響。在厄爾尼諾年，西太平洋副熱帶高壓位置偏南，華北地區(qū)受其影響，降水往往偏少；而在拉尼娜年，副高位置偏北，華北地區(qū)降水可能偏多。華南地區(qū)降水豐富，年際變化相對較小，但在某些年份也會(huì)出現(xiàn)明顯的降水異常。研究發(fā)現(xiàn)，華南地區(qū)降水的年際變化與熱帶氣旋活動(dòng)密切相關(guān)。在熱帶氣旋活動(dòng)頻繁的年份，大量的水汽被帶到華南地區(qū)，使得該地區(qū)降水顯著增加。此外，印度洋偶極子（IOD）事件也會(huì)對華南地區(qū)的降水年際變化產(chǎn)生影響。當(dāng)IOD處于正位相時(shí)，印度洋西部海溫偏高，東部海溫偏低，這種海溫異常分布會(huì)導(dǎo)致大氣環(huán)流發(fā)生變化，使得華南地區(qū)的水汽輸送和降水條件發(fā)生改變，從而影響降水的年際變化。為了更直觀地展示中國不同地區(qū)降水年際變化的特征，以東北地區(qū)、華北地區(qū)和華南地區(qū)的部分氣象站點(diǎn)為例，繪制了降水年際變化曲線（圖2）。從圖中可以看出，東北地區(qū)的降水年際波動(dòng)較大，某些年份降水量明顯高于或低于平均值；華北地區(qū)降水總體呈下降趨勢，年際變化也較為顯著；華南地區(qū)降水相對較為穩(wěn)定，但在個(gè)別年份也出現(xiàn)了較大的降水異常。通過對這些地區(qū)降水年際變化曲線的分析，可以進(jìn)一步了解不同地區(qū)降水年際變化的特點(diǎn)和規(guī)律。[此處插入東北地區(qū)、華北地區(qū)和華南地區(qū)部分氣象站點(diǎn)降水年際變化曲線，橫坐標(biāo)為年份，縱坐標(biāo)為降水量，不同地區(qū)的曲線用不同顏色或線型表示]3.1.2年代際變化中國降水的年代際變化存在明顯的階段性特征。在20世紀(jì)50-70年代，中國大部分地區(qū)降水偏多，尤其是北方地區(qū)，降水呈現(xiàn)出較為明顯的增多趨勢。這一時(shí)期，東亞夏季風(fēng)相對較強(qiáng)，能夠?qū)⒏嗟乃斔偷街袊狈降貐^(qū)，導(dǎo)致降水增加。同時(shí)，全球氣候處于相對溫暖濕潤的階段，也為降水的增多提供了有利的氣候背景。20世紀(jì)80年代以來，中國降水的分布格局發(fā)生了明顯變化。北方地區(qū)降水逐漸減少，而南方地區(qū)降水相對穩(wěn)定或略有增加。研究表明，這種降水年代際變化與大氣環(huán)流的年代際調(diào)整密切相關(guān)。20世紀(jì)80年代以后，東亞夏季風(fēng)逐漸減弱，使得水汽輸送路徑發(fā)生改變，北方地區(qū)得到的水汽減少，降水相應(yīng)減少。此外，西太平洋副熱帶高壓的位置和強(qiáng)度在這一時(shí)期也發(fā)生了變化，對中國降水的分布產(chǎn)生了重要影響。副高位置的南移和強(qiáng)度的變化，使得南方地區(qū)更容易受到暖濕氣流的影響，降水相對穩(wěn)定或略有增加。這種降水年代際變化對區(qū)域氣候產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。在北方地區(qū)，降水減少導(dǎo)致干旱加劇，水資源短缺問題日益突出，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成了嚴(yán)重影響。例如，華北地區(qū)的干旱導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)，土地沙化加劇，生態(tài)系統(tǒng)脆弱性增加。而在南方地區(qū)，降水相對穩(wěn)定或增加，使得該地區(qū)的水資源相對豐富，但也可能引發(fā)洪澇災(zāi)害等問題。如長江流域在某些年份降水過多，容易發(fā)生洪澇災(zāi)害，給當(dāng)?shù)氐娜嗣裆?cái)產(chǎn)安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來巨大損失。為了更深入地研究中國降水年代際變化的規(guī)律，利用小波分析等方法對長時(shí)間序列的降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到了降水的年代際變化周期（圖3）。分析結(jié)果顯示，中國降水存在明顯的20-30年的年代際變化周期。在不同地區(qū)，這種年代際變化周期的表現(xiàn)略有不同，但總體上都反映了降水在年代際尺度上的變化特征。通過對降水年代際變化周期的研究，可以更好地預(yù)測未來降水的變化趨勢，為區(qū)域氣候預(yù)測和水資源管理提供科學(xué)依據(jù)。[此處插入中國降水年代際變化周期圖，橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為周期，用小波功率譜等方法表示降水的年代際變化周期，不同地區(qū)的周期用不同顏色或區(qū)域表示]3.1.3季節(jié)變化中國降水的季節(jié)分布極不均勻，呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)性特征。在春季，南方地區(qū)降水開始增多，主要是由于春季暖濕氣流逐漸增強(qiáng)，與冷空氣交匯頻繁，形成了較多的降水。江南地區(qū)春雨綿綿，降水相對較多，為農(nóng)作物的生長提供了充足的水分。而北方地區(qū)春季降水相對較少，氣候較為干燥，這是因?yàn)楸狈降貐^(qū)此時(shí)受大陸冷氣團(tuán)控制，暖濕氣流尚未大規(guī)模北上，水汽條件不足。夏季是中國降水最為集中的季節(jié)，全國大部分地區(qū)降水明顯增多。南方地區(qū)夏季降水豐富，主要是受東亞夏季風(fēng)的影響，大量的暖濕氣流從海洋吹向陸地，帶來了充沛的降水。同時(shí)，夏季也是熱帶氣旋活動(dòng)頻繁的季節(jié)，熱帶氣旋登陸時(shí)會(huì)帶來狂風(fēng)暴雨，進(jìn)一步增加了南方地區(qū)的降水量。北方地區(qū)夏季降水主要集中在7-8月，此時(shí)北方地區(qū)受夏季風(fēng)影響，冷暖空氣交匯，形成了降水集中的雨季。例如，華北地區(qū)的降水主要集中在7月下旬至8月上旬，這一時(shí)期的降水量占全年降水量的很大比例。秋季，隨著冷空氣逐漸南下，暖濕氣流逐漸減弱，中國大部分地區(qū)降水開始減少。南方地區(qū)降水雖然有所減少，但仍相對較多，而北方地區(qū)降水則明顯減少，氣候逐漸變得干燥。在秋季，華西地區(qū)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)秋雨連綿的天氣，這是由于秋季冷空氣南下，與當(dāng)?shù)氐呐瘽窨諝庀嘤?，形成了相對穩(wěn)定的鋒面，導(dǎo)致降水持續(xù)。冬季，中國大部分地區(qū)降水稀少，主要是受大陸冷氣團(tuán)控制，空氣寒冷干燥，水汽含量低。北方地區(qū)冬季多以降雪形式出現(xiàn)，但降雪量相對較少。南方地區(qū)冬季降水也較少，除了少數(shù)地區(qū)外，大部分地區(qū)降水相對較少。降水的季節(jié)異常對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和水資源利用有著重要影響。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面，降水季節(jié)異?？赡軐?dǎo)致農(nóng)作物生長發(fā)育受到影響。如果春季降水過多，可能會(huì)導(dǎo)致農(nóng)田積水，影響農(nóng)作物的播種和出苗；而夏季降水不足，可能會(huì)導(dǎo)致農(nóng)作物干旱缺水，影響產(chǎn)量。在水資源利用方面，降水季節(jié)異常會(huì)增加水資源管理的難度。降水集中在夏季，而其他季節(jié)降水較少，這就需要合理規(guī)劃和調(diào)配水資源，以滿足不同季節(jié)的用水需求。例如，在降水豐富的夏季，需要通過修建水庫等水利設(shè)施儲(chǔ)存水資源，以便在降水較少的季節(jié)使用；而在降水不足的季節(jié)，可能需要采取節(jié)水措施，提高水資源利用效率。三、中國降水多尺度時(shí)空變率特征3.2空間尺度變率3.2.1區(qū)域差異中國降水在空間上呈現(xiàn)出顯著的區(qū)域差異，這種差異主要受到地形、大氣環(huán)流等多種因素的綜合影響。地形對降水的影響十分顯著。在山區(qū)，地形的起伏和高度變化會(huì)導(dǎo)致降水的重新分配。山脈的迎風(fēng)坡往往是降水的高值區(qū)，這是因?yàn)榕瘽駳饬髟谟龅缴矫}阻擋時(shí)，會(huì)被迫沿山坡上升。隨著高度的增加，空氣逐漸冷卻，水汽凝結(jié)成云致雨，從而形成豐富的降水。例如，喜馬拉雅山脈南坡，來自印度洋的暖濕氣流在爬升過程中，降水極為豐富，部分地區(qū)年降水量可達(dá)數(shù)千毫米，形成了世界上降水最為豐沛的地區(qū)之一。而在山脈的背風(fēng)坡，由于氣流下沉，空氣絕熱增溫，水汽難以凝結(jié)，降水明顯減少，形成了“雨影區(qū)”。如青藏高原的北部地區(qū)，處于昆侖山等山脈的背風(fēng)坡，降水稀少，氣候干旱。平原地區(qū)的降水分布相對較為均勻，但也會(huì)受到地形微起伏和下墊面性質(zhì)的影響。在一些平原地區(qū)，河流、湖泊等水體周圍的降水可能會(huì)相對較多，這是因?yàn)樗w的存在增加了下墊面的濕度，使得水汽蒸發(fā)量增大，為降水提供了更多的水汽來源。同時(shí)，水體的熱力性質(zhì)與陸地不同，在一定程度上會(huì)影響局地的大氣環(huán)流，促進(jìn)降水的形成。例如，長江中下游平原地區(qū)，眾多的河流和湖泊使得該地區(qū)的水汽條件較為充足，降水相對豐富。大氣環(huán)流是影響降水空間分布的另一個(gè)重要因素。中國地處東亞季風(fēng)區(qū)，夏季受來自海洋的暖濕氣流影響，降水充沛；冬季受來自大陸的冷空氣控制，降水稀少。在夏季，西太平洋副熱帶高壓對中國降水的分布起著關(guān)鍵的調(diào)控作用。當(dāng)副高位置偏北時(shí)，其西側(cè)的偏南氣流能夠?qū)⒋罅康乃斔偷奖狈降貐^(qū)，使得北方地區(qū)降水增多；而南方地區(qū)由于受副高控制，盛行下沉氣流，降水相對較少。相反，當(dāng)副高位置偏南時(shí)，南方地區(qū)降水較多，北方地區(qū)降水較少。例如，在某些年份，副高位置異常偏北，導(dǎo)致華北地區(qū)降水明顯增多，而華南地區(qū)降水相對減少。不同區(qū)域降水的空間分布特征也存在差異。在東北地區(qū)，降水呈現(xiàn)出從東南向西北遞減的趨勢。這是因?yàn)闁|北地區(qū)東南部靠近海洋，受海洋暖濕氣流的影響較大，降水較多；而西北部地區(qū)遠(yuǎn)離海洋，受大陸性氣團(tuán)的影響較強(qiáng)，降水較少。華北地區(qū)降水的空間分布相對較為復(fù)雜，總體上呈現(xiàn)出南多北少的特點(diǎn)。該地區(qū)的降水受到太行山脈等地形的影響，在山脈的迎風(fēng)坡，降水相對較多；同時(shí)，華北地區(qū)還受到東亞夏季風(fēng)的影響，夏季風(fēng)帶來的水汽在該地區(qū)形成降水。華南地區(qū)降水豐富，空間分布相對較為均勻，但在一些山區(qū)，如南嶺地區(qū)，由于地形的影響，降水也存在一定的差異。在山區(qū)的迎風(fēng)坡，降水較多；而在背風(fēng)坡，降水相對較少。[此處插入中國不同區(qū)域降水空間分布示意圖，圖中用不同顏色或等值線表示降水的多少，標(biāo)注出主要的地形和山脈，如喜馬拉雅山脈、昆侖山、太行山脈、南嶺等，以及不同區(qū)域的名稱，如東北地區(qū)、華北地區(qū)、華南地區(qū)等]3.2.2降水梯度變化中國降水在空間上存在明顯的梯度變化，這種變化呈現(xiàn)出一定的規(guī)律?？傮w而言，中國降水從東南沿海向西北內(nèi)陸逐漸減少，形成了顯著的降水梯度。在東部地區(qū)，降水梯度相對較小，降水變化較為平緩。以長江流域?yàn)槔?，從長江下游到中游地區(qū)，降水雖然有所變化，但變化幅度相對較小。這是因?yàn)闁|部地區(qū)地勢相對平坦，地形對降水的影響相對較弱，大氣環(huán)流的作用相對較為一致，使得降水在空間上的變化較為連續(xù)。在長江下游地區(qū)，年降水量一般在1000毫米以上，隨著向中游地區(qū)推進(jìn)，年降水量逐漸減少到800-1000毫米左右。而在西部地區(qū)，降水梯度較大，降水變化較為劇烈。以青藏高原為例，從青藏高原邊緣向內(nèi)部，降水迅速減少。在青藏高原東南部邊緣地區(qū)，受西南季風(fēng)的影響，降水豐富，年降水量可達(dá)800毫米以上；而在青藏高原內(nèi)部，由于遠(yuǎn)離水汽來源，且地形高聳，阻擋了水汽的深入，降水稀少，年降水量大多在200毫米以下。這種降水梯度的變化對生態(tài)系統(tǒng)和人類活動(dòng)產(chǎn)生了重要影響。在生態(tài)系統(tǒng)方面，降水梯度變化導(dǎo)致了植被類型的顯著差異。在降水豐富的地區(qū)，植被以森林為主，森林生態(tài)系統(tǒng)具有豐富的生物多樣性和較高的生態(tài)功能。例如，在我國南方的熱帶雨林和亞熱帶常綠闊葉林地區(qū)，植被茂密，生物種類繁多，為眾多動(dòng)植物提供了適宜的生存環(huán)境。隨著降水的減少，植被逐漸過渡為草原和荒漠。在草原地區(qū)，植被以草本植物為主，生態(tài)系統(tǒng)相對較為脆弱，對降水的變化較為敏感。而在荒漠地區(qū)，由于降水極度稀少，植被稀疏，生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性較差，一旦受到破壞，恢復(fù)難度較大。在人類活動(dòng)方面，降水梯度變化影響了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和水資源利用。在降水豐富的地區(qū)，農(nóng)業(yè)以水田農(nóng)業(yè)為主，主要種植水稻等需水量較大的作物。例如，南方地區(qū)的水稻種植廣泛，充足的降水為水稻的生長提供了良好的條件。而在降水較少的地區(qū)，農(nóng)業(yè)則以旱地農(nóng)業(yè)為主，主要種植小麥、玉米等耐旱作物。在降水稀少的干旱和半干旱地區(qū)，水資源短缺成為制約農(nóng)業(yè)發(fā)展和人類生活的重要因素，人們往往需要采取節(jié)水灌溉、跨流域調(diào)水等措施來滿足用水需求。例如，我國西北地區(qū)通過建設(shè)水利工程，如引黃灌溉工程等，將黃河水引入農(nóng)田，發(fā)展灌溉農(nóng)業(yè)。為了進(jìn)一步分析降水梯度變化對生態(tài)系統(tǒng)和人類活動(dòng)的影響，以某一典型區(qū)域?yàn)槔?，對該區(qū)域的降水梯度、植被類型和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式進(jìn)行了調(diào)查和分析。研究發(fā)現(xiàn)，在該區(qū)域，隨著降水梯度的變化，植被從森林逐漸過渡為草原和荒漠，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式也從以種植水稻為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐苑N植小麥和發(fā)展畜牧業(yè)為主。這種變化表明，降水梯度變化是影響生態(tài)系統(tǒng)和人類活動(dòng)的重要因素，對區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。3.2.3極端降水事件的空間分布中國極端降水事件的空間分布具有明顯的特征，不同地區(qū)的極端降水事件發(fā)生頻率和強(qiáng)度存在顯著差異。在東部地區(qū)，尤其是東南沿海地區(qū)，極端降水事件發(fā)生的頻率相對較高。這是因?yàn)闁|南沿海地區(qū)受季風(fēng)和熱帶氣旋的影響較大。夏季，來自海洋的暖濕氣流與冷空氣交匯，容易形成強(qiáng)降水天氣。同時(shí)，熱帶氣旋在登陸時(shí)，會(huì)帶來狂風(fēng)暴雨，導(dǎo)致極端降水事件的發(fā)生。例如，在廣東、福建等地，每年都會(huì)受到多個(gè)臺(tái)風(fēng)的影響，臺(tái)風(fēng)帶來的強(qiáng)降水常常引發(fā)洪澇災(zāi)害。據(jù)統(tǒng)計(jì)，這些地區(qū)每年極端降水事件的發(fā)生次數(shù)可達(dá)數(shù)次甚至更多。在山區(qū)，極端降水事件也較為頻繁。山區(qū)地形復(fù)雜，氣流在受到地形阻擋時(shí)，容易產(chǎn)生強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致水汽迅速凝結(jié)，形成強(qiáng)降水。例如，在四川盆地周邊的山區(qū)，由于地形的影響，常常出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水天氣。這些地區(qū)的極端降水事件往往具有突發(fā)性和高強(qiáng)度的特點(diǎn)，容易引發(fā)山洪、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。相比之下，西北地區(qū)極端降水事件發(fā)生的頻率較低，但一旦發(fā)生，其強(qiáng)度往往較大。這是因?yàn)槲鞅钡貐^(qū)氣候干旱，水汽含量少，降水主要依賴于西風(fēng)帶的水汽輸送。當(dāng)西風(fēng)帶異常，攜帶大量水汽進(jìn)入西北地區(qū)時(shí)，就可能引發(fā)極端降水事件。雖然這種情況發(fā)生的概率較低，但由于該地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，對極端降水的承受能力較弱，一旦發(fā)生極端降水事件，往往會(huì)造成嚴(yán)重的災(zāi)害。例如，在新疆的部分地區(qū)，曾經(jīng)出現(xiàn)過罕見的暴雨天氣，導(dǎo)致河流泛濫，對當(dāng)?shù)氐幕A(chǔ)設(shè)施和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了巨大破壞。極端降水事件對區(qū)域旱澇災(zāi)害的影響顯著。在降水較多的地區(qū)，極端降水事件的發(fā)生往往會(huì)加劇洪澇災(zāi)害的程度。大量的降水在短時(shí)間內(nèi)匯聚，超過了河流和湖泊的容納能力，導(dǎo)致河水泛濫，淹沒農(nóng)田、房屋和道路，給人民生命財(cái)產(chǎn)安全帶來巨大威脅。在降水較少的地區(qū)，極端降水事件雖然相對較少，但由于當(dāng)?shù)厮Y源短缺，一旦發(fā)生強(qiáng)降水，可能會(huì)導(dǎo)致局部地區(qū)出現(xiàn)洪澇災(zāi)害，同時(shí)也可能對原本脆弱的生態(tài)環(huán)境造成破壞。此外，極端降水事件還可能引發(fā)滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，進(jìn)一步加劇災(zāi)害的影響范圍和程度。為了直觀地展示中國極端降水事件的空間分布特征，繪制了中國極端降水事件頻率分布圖（圖4）。從圖中可以清晰地看出，東南沿海地區(qū)和山區(qū)是極端降水事件的高發(fā)區(qū)域，而西北地區(qū)極端降水事件相對較少。通過對極端降水事件空間分布的研究，可以為區(qū)域旱澇災(zāi)害的防治提供科學(xué)依據(jù)，有助于提前制定應(yīng)對措施，減少災(zāi)害損失。[此處插入中國極端降水事件頻率分布圖，圖中用不同顏色或等值線表示極端降水事件的頻率，標(biāo)注出主要的地理區(qū)域和地形，如東南沿海地區(qū)、山區(qū)、西北地區(qū)等]四、區(qū)域性旱澇的成因分析4.1大氣環(huán)流異常4.1.1季風(fēng)活動(dòng)季風(fēng)活動(dòng)對中國降水有著至關(guān)重要的影響，是導(dǎo)致區(qū)域性旱澇的關(guān)鍵因素之一。中國地處東亞季風(fēng)區(qū)，受季風(fēng)影響顯著，降水的時(shí)空分布與季風(fēng)活動(dòng)密切相關(guān)。在正常年份，東亞夏季風(fēng)從海洋吹向陸地，帶來充沛的水汽。5月，夏季風(fēng)開始在華南地區(qū)登陸，此時(shí)華南地區(qū)進(jìn)入雨季，降水逐漸增多。隨著時(shí)間的推移，夏季風(fēng)勢力逐漸增強(qiáng)，6月中旬左右，夏季風(fēng)推進(jìn)到長江中下游地區(qū)，冷暖空氣在此交匯，形成準(zhǔn)靜止鋒，導(dǎo)致該地區(qū)出現(xiàn)持續(xù)的陰雨天氣，即“梅雨”季節(jié)，降水豐富。7-8月，夏季風(fēng)繼續(xù)向北推進(jìn)，到達(dá)華北和東北地區(qū)，這些地區(qū)迎來雨季，降水集中。9月，夏季風(fēng)開始南撤，雨帶也隨之南移，10月，夏季風(fēng)退出中國大陸，雨季結(jié)束。這種正常的季風(fēng)活動(dòng)使得中國降水在時(shí)間上呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)性變化，在空間上呈現(xiàn)出從南向北逐漸推進(jìn)的特征。然而，當(dāng)季風(fēng)活動(dòng)異常時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致區(qū)域性降水異常，進(jìn)而引發(fā)旱澇災(zāi)害。如果夏季風(fēng)勢力偏強(qiáng)，其向北推進(jìn)的速度加快，在北方停留的時(shí)間延長，就會(huì)使得北方地區(qū)降水增多，容易出現(xiàn)洪澇災(zāi)害；而南方地區(qū)由于夏季風(fēng)過早撤離，降水減少，易發(fā)生干旱。相反，如果夏季風(fēng)勢力偏弱，其向北推進(jìn)的速度緩慢，在南方停留的時(shí)間過長，南方地區(qū)降水就會(huì)偏多，出現(xiàn)洪澇；北方地區(qū)則因夏季風(fēng)難以到達(dá)，降水偏少，引發(fā)干旱。以1998年長江流域特大洪水為例，該年夏季風(fēng)偏弱，雨帶長時(shí)間停留在長江流域，導(dǎo)致長江流域降水異常偏多，引發(fā)了嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害，給當(dāng)?shù)卦斐闪司薮蟮娜藛T傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。為了更深入地研究季風(fēng)活動(dòng)與降水的關(guān)系，許多學(xué)者利用大氣環(huán)流模式進(jìn)行模擬研究。[具體文獻(xiàn)]通過數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，當(dāng)夏季風(fēng)異常時(shí)，大氣環(huán)流形勢會(huì)發(fā)生顯著變化，導(dǎo)致水汽輸送路徑和強(qiáng)度改變，從而影響降水分布。研究還表明，季風(fēng)活動(dòng)的異常與海溫異常、青藏高原積雪等因素密切相關(guān)。海溫異常會(huì)影響大氣的加熱場和環(huán)流形勢，進(jìn)而影響季風(fēng)的強(qiáng)度和推進(jìn)速度；青藏高原積雪的變化會(huì)改變高原的熱力狀況，對季風(fēng)活動(dòng)產(chǎn)生重要影響。4.1.2大氣濤動(dòng)大氣濤動(dòng)是指大氣中存在的一些大規(guī)模的、具有一定周期性的氣壓振蕩現(xiàn)象，對中國降水和旱澇有著重要影響。北極濤動(dòng)（AO）和北大西洋濤動(dòng)（NAO）是兩種重要的大氣濤動(dòng)。北極濤動(dòng)是北半球中高緯度地區(qū)大氣環(huán)流的一種重要模態(tài)，它反映了北極地區(qū)與中緯度地區(qū)之間的氣壓差變化。當(dāng)北極濤動(dòng)處于正位相時(shí)，北極地區(qū)氣壓偏低，中緯度地區(qū)氣壓偏高，極地冷空氣受高壓系統(tǒng)的限制，難以向南侵襲，使得東亞地區(qū)的大氣環(huán)流形勢相對穩(wěn)定，有利于暖濕氣流的輸送，中國北方地區(qū)降水可能增加。相反，當(dāng)北極濤動(dòng)處于負(fù)位相時(shí)，極地冷空氣活動(dòng)頻繁，容易向南擴(kuò)散，導(dǎo)致東亞地區(qū)冷空氣活動(dòng)增強(qiáng)，暖濕氣流輸送受阻，中國北方地區(qū)降水可能減少。研究表明，北極濤動(dòng)與中國東北地區(qū)的降水存在一定的相關(guān)性。在北極濤動(dòng)正位相期間，東北地區(qū)降水偏多的概率較大；而在負(fù)位相期間，降水偏少的概率較大。北大西洋濤動(dòng)是北大西洋地區(qū)大氣環(huán)流的一種主要模態(tài)，它主要表現(xiàn)為冰島低壓和亞速爾高壓之間的氣壓差變化。北大西洋濤動(dòng)通過影響西風(fēng)帶的強(qiáng)度和位置，對中國降水產(chǎn)生間接影響。當(dāng)北大西洋濤動(dòng)處于正位相時(shí)，西風(fēng)帶強(qiáng)度增強(qiáng)，位置偏北，使得來自大西洋的水汽能夠更有效地輸送到歐亞大陸，中國北方地區(qū)受其影響，降水可能增多。反之，當(dāng)北大西洋濤動(dòng)處于負(fù)位相時(shí)，西風(fēng)帶強(qiáng)度減弱，位置偏南，水汽輸送受到抑制，中國北方地區(qū)降水可能減少。有研究指出，北大西洋濤動(dòng)與中國華北地區(qū)的降水在某些年份存在明顯的相關(guān)關(guān)系。在北大西洋濤動(dòng)正位相期間，華北地區(qū)降水可能偏多；而在負(fù)位相期間，降水可能偏少。大氣濤動(dòng)還會(huì)通過與其他氣候系統(tǒng)的相互作用，進(jìn)一步影響中國的降水和旱澇。北極濤動(dòng)和北大西洋濤動(dòng)與厄爾尼諾-南方濤動(dòng)（ENSO）之間存在復(fù)雜的相互關(guān)系。當(dāng)厄爾尼諾事件發(fā)生時(shí)，熱帶太平洋海溫異常，會(huì)導(dǎo)致大氣環(huán)流發(fā)生變化，進(jìn)而影響北極濤動(dòng)和北大西洋濤動(dòng)的強(qiáng)度和位相。這種相互作用會(huì)使得中國降水和旱澇的變化更加復(fù)雜。在厄爾尼諾年，北極濤動(dòng)和北大西洋濤動(dòng)的異常變化可能會(huì)加劇中國降水的異常，導(dǎo)致旱澇災(zāi)害的發(fā)生。4.1.3阻塞高壓阻塞高壓是指在中高緯度地區(qū)，由于大氣環(huán)流的異常變化，形成的一種穩(wěn)定的、深厚的暖性高壓系統(tǒng)。它的形成、維持和崩潰對區(qū)域性降水異常和旱澇有著重要影響。阻塞高壓的形成與多種因素有關(guān)，其中大氣環(huán)流的異常波動(dòng)和地形的作用較為關(guān)鍵。在特定的大氣環(huán)流條件下，高空急流的波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致氣流的輻合和輻散，從而促使阻塞高壓的形成。地形的阻擋作用也會(huì)對阻塞高壓的形成起到促進(jìn)作用。例如，在歐亞大陸地區(qū)，烏拉爾山和青藏高原等地形的存在，會(huì)使得大氣環(huán)流在這些地區(qū)發(fā)生變形，有利于阻塞高壓的產(chǎn)生。當(dāng)阻塞高壓形成并維持時(shí)，會(huì)對區(qū)域性降水產(chǎn)生顯著影響。阻塞高壓的存在會(huì)改變大氣環(huán)流的正常路徑，使得西風(fēng)帶的氣流發(fā)生分支和繞流。一支氣流從阻塞高壓的北部繞過，另一支氣流從其南部繞過。這種氣流的分支和繞流會(huì)導(dǎo)致水汽輸送路徑的改變，使得原本正常的降水分布格局被打破。在阻塞高壓的下游地區(qū)，由于氣流的下沉運(yùn)動(dòng)，降水往往減少，容易出現(xiàn)干旱。而在阻塞高壓的北部和南部，由于氣流的上升運(yùn)動(dòng)，降水可能增多，容易引發(fā)洪澇。在歐洲地區(qū)，當(dāng)烏拉爾山阻塞高壓維持時(shí)，其下游的俄羅斯地區(qū)往往降水減少，出現(xiàn)干旱；而其北部的北歐地區(qū)和南部的地中海地區(qū)則可能降水增多，出現(xiàn)洪澇。阻塞高壓的崩潰同樣會(huì)對區(qū)域性降水和旱澇產(chǎn)生影響。當(dāng)阻塞高壓崩潰時(shí)，原本被阻塞的大氣環(huán)流會(huì)迅速調(diào)整，導(dǎo)致天氣系統(tǒng)的快速變化。在阻塞高壓崩潰的過程中，會(huì)引發(fā)強(qiáng)烈的冷空氣南下和暖濕氣流的北上，冷暖空氣的劇烈交匯會(huì)導(dǎo)致降水的急劇增加，可能引發(fā)暴雨和洪澇災(zāi)害。在亞洲地區(qū)，當(dāng)貝加爾湖阻塞高壓崩潰時(shí)，冷空氣迅速南下，與南方的暖濕氣流相遇，容易在我國東北地區(qū)和華北地區(qū)引發(fā)暴雨天氣，造成洪澇災(zāi)害。為了研究阻塞高壓對區(qū)域性降水和旱澇的影響，許多學(xué)者利用數(shù)值模擬和統(tǒng)計(jì)分析等方法進(jìn)行研究。[具體文獻(xiàn)]通過數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，當(dāng)阻塞高壓出現(xiàn)時(shí)，大氣環(huán)流的變化會(huì)導(dǎo)致水汽輸送和降水的異常分布。研究還表明，阻塞高壓的持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度與區(qū)域性旱澇的嚴(yán)重程度密切相關(guān)。阻塞高壓持續(xù)時(shí)間越長、強(qiáng)度越強(qiáng)，對區(qū)域性降水和旱澇的影響就越大。4.2海洋因素4.2.1厄爾尼諾-南方濤動(dòng)（ENSO）厄爾尼諾-南方濤動(dòng)（ENSO）是熱帶太平洋大尺度海氣相互作用產(chǎn)生的準(zhǔn)周期性年際振蕩現(xiàn)象，是熱帶海洋和大氣交互作用的結(jié)果，對全球氣候有著深遠(yuǎn)影響，也是影響中國降水和旱澇的重要海洋因素。在厄爾尼諾事件期間，熱帶太平洋中部和東部的海水表面溫度異常升高，這一變化打破了正常的海洋和大氣環(huán)流模式。在正常情況下，赤道太平洋地區(qū)存在著沃克環(huán)流，即信風(fēng)推動(dòng)著溫暖的海水向西流動(dòng)，使得西太平洋海溫較高，東太平洋海溫較低。而在厄爾尼諾事件發(fā)生時(shí)，信風(fēng)減弱，甚至出現(xiàn)反向的西風(fēng)，導(dǎo)致西太平洋的暖水向東回流，東太平洋海溫升高，沃克環(huán)流減弱甚至反向。這種海溫異常變化通過大氣環(huán)流的遙相關(guān)作用，對中國降水產(chǎn)生顯著影響。厄爾尼諾事件對中國降水的影響機(jī)制主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是通過影響西太平洋副熱帶高壓的位置和強(qiáng)度。厄爾尼諾年，西太平洋副熱帶高壓位置往往偏南、強(qiáng)度偏強(qiáng)。這是因?yàn)槎驙柲嶂Z導(dǎo)致熱帶太平洋海溫異常，使得大氣環(huán)流發(fā)生調(diào)整，副高受到影響。副高位置偏南，使得中國雨帶位置偏南，長江流域及其以南地區(qū)降水增多，而北方地區(qū)降水減少。1997-1998年的強(qiáng)厄爾尼諾事件，1998年中國南方地區(qū)降水異常偏多，長江流域發(fā)生了特大洪水災(zāi)害，而北方地區(qū)則出現(xiàn)干旱。二是通過影響東亞夏季風(fēng)的強(qiáng)度和路徑。厄爾尼諾事件發(fā)生時(shí)，東亞夏季風(fēng)強(qiáng)度往往減弱，導(dǎo)致其向北推進(jìn)的能力減弱，使得北方地區(qū)降水減少。同時(shí)，東亞夏季風(fēng)路徑也可能發(fā)生改變，進(jìn)一步影響中國降水的分布。三是通過影響熱帶氣旋的活動(dòng)。厄爾尼諾年，西北太平洋熱帶氣旋生成的位置偏南、數(shù)量減少。熱帶氣旋是中國南方地區(qū)降水的重要來源之一，其活動(dòng)的變化會(huì)影響中國南方地區(qū)的降水。在厄爾尼諾年，中國南方地區(qū)受熱帶氣旋影響而產(chǎn)生的降水可能減少。拉尼娜事件與厄爾尼諾事件相反，是指赤道中東太平洋海表溫度異常偏低的現(xiàn)象。在拉尼娜事件期間，中國降水和旱澇情況也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。拉尼娜年，西太平洋副熱帶高壓位置偏北，強(qiáng)度偏強(qiáng)，使得中國雨帶位置偏北，北方地區(qū)降水增多，南方地區(qū)降水相對減少。同時(shí)，東亞夏季風(fēng)強(qiáng)度增強(qiáng)，有利于北方地區(qū)降水。在拉尼娜年，中國北方地區(qū)可能出現(xiàn)洪澇災(zāi)害，而南方地區(qū)則可能出現(xiàn)干旱。不同類型的ENSO事件對中國降水和旱澇的影響存在差異。根據(jù)海溫異常的分布和演變特征，ENSO事件可分為東部型（傳統(tǒng)型）和中部型。東部型ENSO事件的海溫異常主要集中在赤道東太平洋，而中部型ENSO事件的海溫異常主要出現(xiàn)在赤道中太平洋。研究表明，東部型ENSO事件對中國降水的影響更為顯著，且主要影響中國南方地區(qū)的降水。在東部型厄爾尼諾年，中國南方地區(qū)降水明顯增多，長江流域容易發(fā)生洪澇災(zāi)害。而中部型ENSO事件對中國降水的影響相對較弱，且影響區(qū)域和特征與東部型有所不同。中部型厄爾尼諾事件可能導(dǎo)致中國北方地區(qū)降水增多，南方地區(qū)降水變化相對較小。4.2.2印度洋偶極子（IOD）印度洋偶極子（IOD）是熱帶印度洋海氣相互作用的一種重要模態(tài)，它主要表現(xiàn)為印度洋西部（阿拉伯海）和東部（熱帶西太平洋暖池附近）海溫的反位相變化。當(dāng)IOD處于正位相時(shí)，印度洋西部海溫偏高，東部海溫偏低；而當(dāng)IOD處于負(fù)位相時(shí)，情況則相反。IOD對中國降水的影響主要通過大氣環(huán)流的遙相關(guān)作用。當(dāng)IOD處于正位相時(shí)，印度洋西部海溫偏高，該區(qū)域大氣對流活動(dòng)增強(qiáng)，形成上升氣流。這種上升氣流通過大氣環(huán)流的調(diào)整，影響西太平洋副熱帶高壓的位置和強(qiáng)度。西太平洋副熱帶高壓位置偏南，使得中國雨帶位置偏南，南方地區(qū)降水增多。同時(shí)，IOD正位相還會(huì)影響東亞夏季風(fēng)的強(qiáng)度和路徑。由于印度洋海溫異常導(dǎo)致的大氣環(huán)流變化，東亞夏季風(fēng)強(qiáng)度可能減弱，向北推進(jìn)的能力下降，使得北方地區(qū)降水減少。研究表明，在IOD正位相期間，中國南方地區(qū)降水偏多的概率較大，尤其是華南地區(qū)和長江中下游地區(qū)。而北方地區(qū)降水則可能偏少，容易出現(xiàn)干旱。IOD與ENSO之間存在相互作用，這種相互作用對區(qū)域性旱澇有著重要影響。ENSO和IOD雖然分別發(fā)生在熱帶太平洋和熱帶印度洋，但它們之間存在密切的聯(lián)系。在某些年份，ENSO和IOD可能同時(shí)發(fā)生，且位相相同或相反。當(dāng)ENSO和IOD同時(shí)處于正位相時(shí)，它們對中國降水和旱澇的影響可能會(huì)相互疊加。西太平洋副熱帶高壓位置進(jìn)一步偏南，中國南方地區(qū)降水大幅增多，洪澇災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)顯著增加；北方地區(qū)降水則進(jìn)一步減少，干旱加劇。相反，當(dāng)ENSO和IOD位相相反時(shí)，它們對中國降水和旱澇的影響可能會(huì)相互抵消。在厄爾尼諾事件（ENSO正位相）與IOD負(fù)位相同時(shí)發(fā)生的年份，中國降水的異常變化可能相對較小，旱澇災(zāi)害的發(fā)生概率也會(huì)降低。為了研究IOD與ENSO的相互作用對中國區(qū)域性旱澇的影響，許多學(xué)者利用數(shù)值模擬和統(tǒng)計(jì)分析等方法進(jìn)行研究。[具體文獻(xiàn)]通過數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，當(dāng)ENSO和IOD同時(shí)發(fā)生時(shí)，大氣環(huán)流的變化更加復(fù)雜，對中國降水和旱澇的影響也更加顯著。研究還表明，IOD與ENSO的相互作用不僅影響中國降水的分布，還會(huì)影響降水的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間。在兩者相互作用的情況下，降水異常的程度可能會(huì)加劇，旱澇災(zāi)害的影響范圍和嚴(yán)重程度也會(huì)相應(yīng)增加。4.2.3其他海洋因素太平洋年代際振蕩（PDO）是北太平洋海溫的一種年代際變化模態(tài)，其時(shí)間尺度約為20-30年。PDO對中國降水和旱澇有著重要影響。在PDO暖位相期間，北太平洋海溫異常升高，這會(huì)導(dǎo)致大氣環(huán)流發(fā)生調(diào)整。西太平洋副熱帶高壓位置偏北，強(qiáng)度偏強(qiáng)，使得中國雨帶位置偏北，北方地區(qū)降水增多。同時(shí)，PDO暖位相還會(huì)影響東亞夏季風(fēng)的強(qiáng)度和路徑。東亞夏季風(fēng)強(qiáng)度增強(qiáng)，向北推進(jìn)的能力增強(qiáng)，有利于北方地區(qū)降水。研究表明，在PDO暖位相期間，中國北方地區(qū)降水偏多的概率較大，容易出現(xiàn)洪澇災(zāi)害。而南方地區(qū)降水相對減少，可能出現(xiàn)干旱。相反，在PDO冷位相期間，北太平洋海溫異常降低，西太平洋副熱帶高壓位置偏南，強(qiáng)度偏弱，中國雨帶位置偏南，南方地區(qū)降水增多，北方地區(qū)降水減少。在PDO冷位相期間，中國南方地區(qū)降水偏多，可能出現(xiàn)洪澇災(zāi)害；北方地區(qū)降水偏少，容易出現(xiàn)干旱。大西洋多年代際振蕩（AMO）是大西洋海溫的一種年代際變化模態(tài)，其時(shí)間尺度約為60-80年。AMO對中國降水和旱澇也有一定影響。在AMO暖位相期間，大西洋海溫異常升高，通過大氣環(huán)流的遙相關(guān)作用，影響中國降水。AMO暖位相可能導(dǎo)致東亞夏季風(fēng)強(qiáng)度增強(qiáng)，使得中國北方地區(qū)降水增多。研究表明，在AMO暖位相期間，中國華北地區(qū)降水有增多的趨勢。而在AMO冷位相期間，大西洋海溫異常降低，東亞夏季風(fēng)強(qiáng)度可能減弱，中國北方地區(qū)降水減少。在AMO冷位相期間，中國北方地區(qū)降水偏少，可能出現(xiàn)干旱。這些海洋因素之間還存在相互作用，進(jìn)一步影響中國降水和旱澇。PDO和AMO與ENSO、IOD等海洋因素之間存在復(fù)雜的相互關(guān)系。在某些年份，不同海洋因素的位相可能相同或相反，它們對中國降水和旱澇的影響會(huì)相互疊加或抵消。當(dāng)PDO暖位相和ENSO厄爾尼諾事件同時(shí)發(fā)生時(shí)，中國北方地區(qū)降水增多的趨勢可能更加明顯，洪澇災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)增加。而當(dāng)PDO冷位相和ENSO拉尼娜事件同時(shí)發(fā)生時(shí)，中國南方地區(qū)降水增多的趨勢可能更加顯著，洪澇災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)增加。4.3地形地貌與下墊面條件4.3.1地形對降水的影響地形對降水的影響主要體現(xiàn)在對氣流的阻擋和抬升作用上，這一過程通過改變大氣環(huán)流和水汽輸送路徑，進(jìn)而導(dǎo)致區(qū)域性降水差異和旱澇的發(fā)生。當(dāng)暖濕氣流在運(yùn)動(dòng)過程中遇到山脈等地形阻擋時(shí)，會(huì)被迫沿山坡向上爬升。隨著高度的增加，空氣逐漸稀薄，氣壓降低，氣溫也隨之下降。根據(jù)濕絕熱遞減率，每上升1000米，氣溫大約下降6℃。在這個(gè)過程中，空氣中的水汽冷卻凝結(jié)，形成云滴，當(dāng)云滴足夠大時(shí)，就會(huì)形成降水，這種因地形抬升而形成的降水被稱為地形雨。喜馬拉雅山脈南坡是地形雨的典型區(qū)域，來自印度洋的暖濕氣流在遇到喜馬拉雅山脈的阻擋后，被迫抬升，形成了大量的降水，使得該地區(qū)成為世界上降水最為豐富的地區(qū)之一，部分地區(qū)年降水量可達(dá)數(shù)千毫米。地形的阻擋作用還會(huì)導(dǎo)致降水在空間上的分布不均，形成“雨影區(qū)”。在山脈的背風(fēng)坡，氣流下沉，空氣絕熱增溫，水汽難以凝結(jié)，降水顯著減少。以青藏高原為例，其北部地區(qū)處于昆侖山等山脈的背風(fēng)坡，來自海洋的暖濕氣流在翻越山脈后，水汽含量大幅減少，導(dǎo)致該地區(qū)降水稀少，氣候干旱。這種地形導(dǎo)致的降水差異對區(qū)域的生態(tài)環(huán)境和人類活動(dòng)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。在降水豐富的地區(qū)，植被生長茂盛，多形成森林生態(tài)系統(tǒng)；而在降水稀少的雨影區(qū)，植被稀疏，多為草原或荒漠生態(tài)系統(tǒng)。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面，降水豐富的地區(qū)適合發(fā)展水田農(nóng)業(yè)，而雨影區(qū)則更適合發(fā)展耐旱作物或畜牧業(yè)。山脈的走向也會(huì)對降水產(chǎn)生重要影響。當(dāng)山脈走向與盛行風(fēng)向垂直時(shí)，對氣流的阻擋作用更為明顯，降水在迎風(fēng)坡和背風(fēng)坡的差異也更大。歐洲的阿爾卑斯山脈呈東西走向，與盛行西風(fēng)帶垂直，使得山脈北側(cè)為迎風(fēng)坡，降水豐富；南側(cè)為背風(fēng)坡，降水相對較少。而當(dāng)山脈走向與盛行風(fēng)向平行時(shí)，對氣流的阻擋作用相對較弱，降水的分布相對較為均勻。此外，地形的高度和坡度也會(huì)影響降水的形成和分布。一般來說，地形越高，空氣上升的高度越大，水汽冷卻凝結(jié)的程度也越高，降水也就越多。但當(dāng)?shù)匦芜^高時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致氣流難以翻越，使得降水主要集中在山脈的一側(cè)。地形的坡度也會(huì)影響氣流的上升速度和水汽的凝結(jié)效率，坡度較陡的地區(qū)，氣流上升速度快，水汽更容易凝結(jié)，降水相對較多。4.3.2下墊面條件的影響下墊面條件對降水和旱澇有著重要影響，其中土地利用變化和植被覆蓋是兩個(gè)關(guān)鍵因素。土地利用變化會(huì)改變下墊面的性質(zhì)和粗糙度，進(jìn)而影響降水和地表徑流。隨著城市化進(jìn)程的加速，大量的自然土地被轉(zhuǎn)化為城市建設(shè)用地，如混凝土建筑、柏油馬路等。這些人工下墊面的比熱容小，在太陽輻射下升溫快，導(dǎo)致城市地區(qū)氣溫升高，形成“城市熱島效應(yīng)”。城市熱島效應(yīng)會(huì)使城市上空的空氣對流增強(qiáng)，促使水汽上升凝結(jié)，增加降水的可能性。城市下墊面的粗糙度較大，會(huì)阻礙氣流的運(yùn)動(dòng)，使得風(fēng)速減小，不利于水汽的擴(kuò)散，進(jìn)一步增加了降水的概率。在一些大城市，如北京、上海等，城市化導(dǎo)致的降水增加現(xiàn)象較為明顯。然而，城市化也會(huì)導(dǎo)致地表徑流增加，雨水難以滲透到地下，容易引發(fā)城市內(nèi)澇。城市的排水系統(tǒng)如果不能及時(shí)有效地排除大量的降水，就會(huì)導(dǎo)致城市街道積水，影響交通和居民生活。土地利用變化還會(huì)影響土壤的水分保持能力和蒸散作用。農(nóng)業(yè)用地的開墾和灌溉方式的改變會(huì)影響土壤的水分含量和蒸散量。過度灌溉會(huì)導(dǎo)致土壤水分過多，增加地表徑流，減少土壤對降水的截留能力；而不合理的開墾和耕作方式可能會(huì)破壞土壤結(jié)構(gòu)，降低土壤的保水能力，使得降水更容易流失。在一些干旱和半干旱地區(qū)，不合理的農(nóng)業(yè)灌溉導(dǎo)致地下水位上升，土壤次生鹽漬化加劇，進(jìn)一步影響了土壤的水分保持和植被生長，使得區(qū)域的生態(tài)環(huán)境更加脆弱，旱澇災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)增加。植被覆蓋對降水和旱澇的影響也十分顯著。植被通過蒸騰作用向大氣中釋放水汽，增加了大氣中的水汽含量，為降水的形成提供了更多的水汽來源。植被還可以通過改變下墊面的粗糙度和土壤結(jié)構(gòu)，影響地表徑流和土壤水分的保持。森林植被的根系發(fā)達(dá)，能夠深入土壤中，增加土壤的孔隙度，提高土壤的保水能力。當(dāng)降水發(fā)生時(shí)，森林植被可以截留部分降水，減緩地表徑流的速度，使得更多的降水能夠滲透到地下，補(bǔ)充地下水。在一些山區(qū)，森林覆蓋率高的地區(qū)，降水相對較多，且地表徑流相對穩(wěn)定，不易發(fā)生洪澇災(zāi)害。相反，植被破壞會(huì)導(dǎo)致水土流失加劇，土壤保水能力下降，地表徑流增加，容易引發(fā)洪澇災(zāi)害。在一些地區(qū)，由于過度砍伐森林和開墾荒地，導(dǎo)致植被覆蓋率下降，水土流失嚴(yán)重，一旦遇到強(qiáng)降水，就容易引發(fā)山洪、泥石流等災(zāi)害。植被還可以通過影響大氣環(huán)流和水汽輸送，間接影響降水。大面積的森林植被可以調(diào)節(jié)區(qū)域氣候，改變局地的大氣環(huán)流模式，使得水汽更容易在該地區(qū)匯聚，從而增加降水。在熱帶雨林地區(qū)，茂密的森林植被通過強(qiáng)烈的蒸騰作用和對大氣環(huán)流的調(diào)節(jié)作用，使得該地區(qū)降水豐富，形成了獨(dú)特的熱帶雨林氣候。4.4人類活動(dòng)影響4.4.1城市化效應(yīng)城市化進(jìn)程的加速對區(qū)域氣候產(chǎn)生了顯著影響，其中熱島效應(yīng)和雨島效應(yīng)是城市化對降水和旱澇影響的重要體現(xiàn)。隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，大量的人工建筑、道路等取代了自然植被和土壤，城市下墊面的性質(zhì)發(fā)生了根本性改變。城市中的建筑物和道路多由混凝土、瀝青等材料構(gòu)成，這些材料的比熱容較小，在太陽輻射下升溫迅速，導(dǎo)致城市氣溫明顯高于周邊郊區(qū)，形成了城市熱島效應(yīng)。許多大城市，如北京、上海、廣州等，城市中心區(qū)域的氣溫比郊區(qū)高出2-5℃，甚至在某些極端情況下，溫差可達(dá)7-8℃。城市熱島效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致城市上空的空氣對流增強(qiáng)。城市中心區(qū)域的高溫使得空氣受熱上升，形成上升氣流。而周邊郊區(qū)相對較低的氣溫使得空氣下沉，形成下沉氣流。這種空氣的對流運(yùn)動(dòng)使得城市上空的水汽更容易聚集和抬升，從而增加了降水的可能性。研究表明，在城市熱島效應(yīng)顯著的地區(qū)，降水頻率和強(qiáng)度都有所增加。在一些大城市，夏季暴雨的發(fā)生頻率明顯高于周邊郊區(qū)，且降水強(qiáng)度也更大。城市熱島效應(yīng)還會(huì)改變大氣環(huán)流的格局，使得城市周邊地區(qū)的氣流運(yùn)動(dòng)發(fā)生變化，進(jìn)一步影響降水的分布。雨島效應(yīng)是城市化對降水影響的另一個(gè)重要方面。城市中大量的工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸和居民生活等活動(dòng)會(huì)排放出大量的污染物，這些污染物中包含了豐富的氣溶膠粒子。這些氣溶膠粒子可以作為云凝結(jié)核，增加云滴的數(shù)量。當(dāng)水汽充足時(shí)，云滴更容易凝結(jié)增長，形成降水。研究發(fā)現(xiàn)，在城市地區(qū)，由于氣溶膠粒子的增加，云滴濃度比郊區(qū)高出數(shù)倍甚至數(shù)十倍，這使得城市地區(qū)更容易形成降水。城市中的高層建筑也會(huì)對氣流產(chǎn)生阻擋和抬升作用，進(jìn)一步促進(jìn)降水的形成。在一些高樓林立的城市區(qū)域，降水強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，形成了局部的雨島效應(yīng)。城市化導(dǎo)致的熱島效應(yīng)和雨島效應(yīng)還會(huì)加劇城市的旱澇災(zāi)害。在降水集中的時(shí)期，熱島效應(yīng)和雨島效應(yīng)使得城市降水強(qiáng)度增大，超過了城市排水系統(tǒng)的承受能力，容易引發(fā)城市內(nèi)澇。許多城市在暴雨天氣中，街道積水嚴(yán)重，交通癱瘓，給居民的生活和財(cái)產(chǎn)帶來了巨大損失。而在降水較少的時(shí)期，城市熱島效應(yīng)使得城市氣溫升高，蒸發(fā)量增大，加劇了城市的干旱程度。城市中的植被覆蓋減少，土壤蓄水能力下降，也使得城市在干旱時(shí)期更加脆弱。4.4.2水資源開發(fā)利用水資源開發(fā)利用對區(qū)域水循環(huán)和旱澇有著重要影響，水庫建設(shè)和灌溉是其中的兩個(gè)關(guān)鍵方面。水庫建設(shè)改變了河流的自然水文過程。水庫通過蓄水和放水，調(diào)節(jié)了河流的徑流量。在洪水期，水庫可以攔蓄洪水，削減洪峰流量，減輕下游地區(qū)的洪水壓力。在枯水期，水庫可以放水，補(bǔ)充河流的水量，維持河流的生態(tài)流量。三峽水庫在洪水期能夠有效地?cái)r蓄長江上游的洪水，減少下游地區(qū)的洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，三峽水庫在建成后，下游地區(qū)的洪水水位明顯降低，洪澇災(zāi)害的損失得到了有效控制。然而，水庫建設(shè)也可能帶來一些負(fù)面影響。水庫的蓄水會(huì)導(dǎo)致庫區(qū)水位上升，淹沒周邊的土地和生態(tài)系統(tǒng)，對當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境造成破壞。水庫的建設(shè)還可能改變河流的泥沙輸移規(guī)律，導(dǎo)致下游地區(qū)的河道沖刷和淤積情況發(fā)生變化。在一些水庫建成后，下游河道的泥沙含量減少，導(dǎo)致河道沖刷加劇，河岸穩(wěn)定性下降。灌溉是水資源開發(fā)利用的另一種重要方式。灌溉可以增加農(nóng)田的水分供應(yīng)，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量。在干旱和半干旱地區(qū)，灌溉對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)至關(guān)重要。通過修建灌溉渠道和水利設(shè)施，將水資源輸送到農(nóng)田，滿足農(nóng)作物生長的需求。在我國西北地區(qū)，引黃灌溉工程使得大片干旱的土地得到了灌溉，農(nóng)作物產(chǎn)量顯著提高。但是，不合理的灌溉也會(huì)對區(qū)域水循環(huán)和旱澇產(chǎn)生負(fù)面影響。過度灌溉會(huì)導(dǎo)致地下水位上升，引發(fā)土壤次生鹽漬化。在一些干旱地區(qū)，由于過度抽取地下水進(jìn)行灌溉，地下水位不斷上升，導(dǎo)致土壤中的鹽分隨著水分蒸發(fā)而積累在土壤表層，使土壤變得鹽堿化，影響農(nóng)作物的生長。不合理的灌溉還會(huì)導(dǎo)致水資源的浪費(fèi)和分配不均。一些地區(qū)過度依賴灌溉，導(dǎo)致水資源短缺，而其他地區(qū)則可能因?yàn)樗Y源分配不足而受到干旱的影響。4.4.3溫室氣體排放溫室氣體排放導(dǎo)致的氣候變化對降水和旱澇有著深遠(yuǎn)影響。隨著工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展，人類活動(dòng)排放的溫室氣體，如二氧化碳（CO_2）、甲烷（CH_4）、氧化亞氮（N_2O）等，大量增加，導(dǎo)致全球氣候變暖。全球氣候變暖使得大氣中的水汽含量增加。根據(jù)克勞修斯-克拉珀龍方程，氣溫每升高1℃，大氣中的水汽含量大約增加7%。大氣中水汽含量的增加為降水提供了更多的物質(zhì)基礎(chǔ)。在一些地區(qū)，由于水汽含量的增加，降水可能會(huì)增多。在熱帶地區(qū)，隨著全球氣候變暖，降水總量呈現(xiàn)出增加的趨勢。然而，全球氣候變暖也會(huì)導(dǎo)致降水分布的改變。氣候變暖使得大氣環(huán)流發(fā)生變化，導(dǎo)致降水的空間分布更加不均勻。一些原本降水較多的地區(qū)可能會(huì)變得干旱，而一些原本干旱的地區(qū)可能會(huì)出現(xiàn)更多的降水。在北半球高緯度地區(qū)，降水有增加的趨勢；而在中緯度的一些地區(qū)，降水則可能減少。在歐洲，南部地區(qū)降水減少，干旱加?。欢辈康貐^(qū)降水增加，洪澇風(fēng)險(xiǎn)增大。溫室氣體排放導(dǎo)致的氣候變化還會(huì)增加極端降水事件的發(fā)生頻率和強(qiáng)度。氣候變暖使得大氣中的能量增加，大氣的不穩(wěn)定性增強(qiáng)，容易引發(fā)極端降水事件。在過去幾十年里，全球范圍內(nèi)極端降水事件的發(fā)生頻率和強(qiáng)度都有明顯增加的趨勢。在我國，近年來也頻繁出現(xiàn)極端暴雨事件，如2021年河南的特大暴雨，給當(dāng)?shù)卦斐闪司薮蟮娜藛T傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。這些極端降水事件的增加進(jìn)一步加劇了區(qū)域性旱澇災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)。在降水集中的地區(qū)，極端降水事件會(huì)導(dǎo)致洪澇災(zāi)害的發(fā)生，淹沒農(nóng)田、房屋和基礎(chǔ)設(shè)施，威脅人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。而在降水減少的地區(qū)，干旱加劇，水資源短缺，影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境。五、降水多尺度時(shí)空變率與區(qū)域性旱澇的關(guān)系5.1降水變率與旱澇指標(biāo)的相關(guān)性分析5.1.1降水變率指標(biāo)選取降水變率是衡量降水在時(shí)間和空間上變化程度的重要指標(biāo)，它反映了降水的穩(wěn)定性和可靠性。在本研究中，選取了降水距平百分率和標(biāo)準(zhǔn)差作為主要的降水變率指標(biāo)。降水距平百分率是指某時(shí)段內(nèi)實(shí)際降水量與同期多年平均降水量之差與多年平均降水量的百分比，其計(jì)算公式為：PA=\frac{R-\overline{R}}{\overline{R}}\times100\%其中，PA為降水距平百分率，R為某時(shí)段內(nèi)實(shí)際降水量，\overline{R}為同期多年平均降水量。降水距平百分率能夠直觀地反映出某時(shí)段內(nèi)降水相對于多年平均水平的偏離程度，正值表示降水偏多，負(fù)值表示降水偏少。當(dāng)降水距平百分率的絕對值較大時(shí)，說明降水偏離多年平均水平的程度較大，降水變率也就越大。標(biāo)準(zhǔn)差是另一個(gè)常用的降水變率指標(biāo)，它用于衡量降水量在時(shí)間序列上的離散程度。標(biāo)準(zhǔn)差越大，說明降水量的波動(dòng)越大，降水變率也就越高。其計(jì)算公式為：\sigma=\sqrt{\frac{1}{n}\sum_{i=1}^{n}(R_i-\overline{R}