近年溪洛渡电站气候变化的多尺度特征分析

三、近46年溪洛渡电站气候变化的多尺度特征分析

利用墨西哥帽（mexh）小波分析，对溪洛渡电站春、夏、秋、冬四季的降水和气温变化的多时间尺度特征进行分析，以了解溪洛渡电站的气候变化特征。

1.资　料

溪洛渡水电站由于建立气象自动站时间不长，观测资料的气候系列不够长，电站距永善气象站仅为3千米左右，由此利用永善气象站的观测资料来代替溪洛渡水电站的资料，研究溪洛渡电站的气候变化特征。用到的资料为昭通地区永善气象站1961年1月～2007年2月的月降水与月平均气温。本文所指的春季是3～5月，夏季是6～8月，秋季是9～11月，冬季是12月至次年2月，干季是11月至次年4月，雨季是5～10月。

2.溪洛渡电站气温、降水特征

（1）温度变化特征

由图9.6我们可以看出，在不同时间尺度上，永善春季平均温度的变化特征是不同的。对于16年时间尺度的温度演变来说，永善春季温度变化主要有三个阶段，它们分别是：1961～1973年以前的偏暖期，1974～2000年的偏冷期以及2001～2006年的偏暖期。对应于这种时间尺度的冷暖交替，永善春季温度表现出了明显的突变特征，突变点分别发生在1974年和2001年。对应于较小时间尺度的演变特征来说，温度变化特征增加了更多的冷暖交替和突变点。我们把2年、4年、8年3个时间尺度的演变做一个合成，就得到春季平均温度2～8年的年际变化（图略），由此可以看出，在2～8年这个时间尺度上，春季平均温度大致经历了3个阶段的变化：1962～1974年、1998～2006年为偏暖期，1975～1997年为偏冷期。对应于这种时间尺度的冷暖交替，春季温度在1975年和1998年发生了突变。但是，在年际和年代际时间尺度上，永善春季温度在70年代中期发生了冷暖交替。最近几年，在32年长周期尺度上，永善春季平均温度处于一个偏冷时期，而在更小的时间尺度上则处于一个偏暖时期。

由图9.7我们可以看出，在不同时间尺度上，永善夏季平均温度的变化特征也是不同的。对于16年时间尺度的温度演变来说，永善夏季温度变化主要有2个阶段，它们分别是：1961～1978年的偏暖期、1979～2006年的偏冷期。对应于这种时间尺度的冷暖交替，永善夏季温度表现出了明显的突变特征，突变点发生在1979年。对应于较小时间尺度的演变特征来说，温度变化特征增加了更多的冷暖交替和突变点。在较小的时间尺度上我们可以看出，2至4年的变化也明显。同样的，我们把2年、4年这两个时间尺度的演变做一个合成，就得到春季平均温度2～4年的年际变化（图略），由此可以看出，对2～4年时间尺度的演变来说，夏季温度演变主要有10个阶段，其冷暖交替的突变点也增加了。其中1964年以前的偏暖期，1965～1970年的偏冷期，1971～1973年的偏暖期，1974～1977年的偏冷期和1978～1983年的偏暖期、1984～1988年的偏冷期、1989～1991年的偏暖期、1993～1996年的偏暖期、1997～2006年的偏冷期和2005年后的偏暖期。最近几年，永善夏季温度的变化在较大时间尺度上表现出降低的趋势，而在较小时间尺度上则表现为升温的趋势。

图9.6　永善春季温度的mexh小波分析

图9.7　永善夏季温度的mexh小波分析

由图9.8可以看出，不同时间尺度秋季温度的变化是不同的，其冷暖交替和突变点也存在差别。如从16年时间尺度的年代际变化看，1961～1991年为偏冷期，1992～2006年为偏暖期，秋季平均温度在1992年发生了从冷到暖的转折。从8年左右的年际变化看，1961～1966年以及1995～2006年为偏暖期，1967～1994年为偏冷期，在这个时间尺度上，秋季温度在1967年和1995年发生了冷暖交替。另外，无论从长周期还是短周期看，最近几年，永善秋季温度均处于偏暖期。

图9.8　永善秋季温度的mexh小波分析

图9.9　永善冬季温度的mexh小波分析

由图9.9可以看出，冬季温度的多层次变化特征是很明显的。对应于16年时间尺度的冬季温度演变，1961～1988年为偏冷期，1989～2005年为偏冷期，在这个时间尺度上，1989年为冷暖交替的突变点，冬季温度由暖转冷。在较小的时间尺度上我们可以看出，2～4年的变化也明显。同样的，我们把2年、4年2个时间尺度的演变做一个合成，就得到冬季平均温度2～4年的年际变化（图略），由此可以看出，对于2～4年的周期变化来说，增加了更多的冷暖交替和突变点，1961～1965年、1970～1973年、1978～1981年、1993～1998年为偏暖期，1966～1969年、1974～1977年、1982～1985年、1986～1992年、1999～2005年为偏冷期。冬季气温在1966年、1974年、1982年、1986年和1999年发生了转折。最近几年，无论是长周期变化还是短周期变化，永善冬季温度均处于偏暖期。这与秋季温度的变化比较相似。

通过以上的分析，我们可以看出，对于不同的季节，永善平均温度的时间变化特征是不同的，即使在同一时间尺度上，其冷暖交替的突变点也是不同的。但是，对于不同的季节，就其气温变化的能量分布情况来说，其年际和年代际变化的能量相对于气候态或长周期变化的能量来说是比较大的，也就是说，四个季节气温都存在明显的年代际和年际变化特征。

（2）降水变化特征

由图9.10可以看出，对应于不同的时间尺度，永善春季降水的时间变化特征存在明显的差别。对应于16年时间尺度的变化，1961～1976年为降水的偏少时期，1977～2006年为降水的偏多时期，在这个时间尺度上，春季降水在1977年发生了由少到多的转变；对应于较小时间尺度的演变特征来说，春季降水变化特征增加了更多的冷暖交替和突变点。我们把2年、4年2个时间尺度的演变做一个合成，就得到春季降水2～4年的年际变化（图略），对应于2～4年的变化，经历了7个阶段的变化，其中1961～1967年、1977～1981年、1986～1989年、1999～2006年为降水偏少时期，1968～1976年、1982～1985年、1990～1998年为降水偏多时期。在这个时间尺度上，春季降水在1968年、1977年、1982年、1986年、1990年、1999年发生了干湿交替。比较年际变化和年代际变化可知，春季降水在1977年都发生了干湿交替。最近几年，无论对应于哪个时间尺度，春季降水都处在一个降水的偏多时期。另外，我们把春季降水的小波分析和春季温度的小波分析结果进行比较可以发现，二者都在70年代中期发生了冷暖、干湿交替。而且，春季降水变化特征与气温有一定的对应关系，在年际和年代际时间尺度上，最近几年气温高降水多，呈暖湿趋势。

图9.10　永善春季降水的mexh小波分析

图9.11　永善夏季降水的mexh小波分析

对应于不同的时间尺度，永善夏季降水的时间变化特征不同（图9.11）。对于16年左右的演变，1961～1962年、1991～2006年为降水偏多年，1963～1990年为偏少年。在这个时间尺度上，夏季降水在1963年、1991年发生了降水多少的交替。对于更小时间尺度上的变化，其不同时间尺度的多少交替和突变点也可以分辨出来，如对8年时间尺度的演变来说，1961～1971年、1988～2006年为偏多期，1972～1987年为偏少期，在这个时间尺度上，夏季降水在1972年、1988年发生了干湿交替。从最近几年永善夏季降水的变化看，其较大时间尺度的变化处于一个降水的偏多期，但其较小时间尺度的变化已处于一个降水的偏少期，将降水分析结果与同时期的温度分布比较，可以看出，最近几年，在较大时间尺度上，温度高降水多，呈暖湿趋势；较小时间尺度上，温度高，降水少，呈干暖趋势。

由图9.12可以看出，对秋季降水而言，不同的周期变化特征是不同的。对应于16年时间尺度的变化，秋季降水经历了2个阶段的变化：1961～1983年为偏多期，1984～2006年为降水的偏少期，秋季降水在1984年发生了由多到少的转折。而对应于8年时间尺度的变化，大致经历了4个阶段的变化，其中1961～1968年、1984～2000年为偏少期，1969～1983年、2001～2006年为偏多期，在这个时间尺度上，秋季降水在1969年、1984年、2001年发生的干湿交替。对比年际和年代际变化可知，秋季降水在80年代中期发生了干湿交替。从最近几年永善秋季降水的变化看，其较大时间尺度的变化处于一个降水的偏少期，但其较小时间尺度的变化已处于一个降水的偏多期。将降水分析结果与同时期的温度分布比较，可以看出，最近几年，在较大时间尺度上，温度高降水少，呈干暖趋势；较小时间尺度上，温度高，降水多，呈暖湿趋势。

图9.12　永善秋季降水的mexh小波分析

图9.13　永善冬季降水的mexh小波分析

由图9.13可以看出，对冬季降水而言，不同的周期变化特征是不同的。冬季降水存在明显的16年左右的年代际变化和2～8年左右的年际变化特征。对应于16年时间尺度的演变，冬季降水经历了2个阶段的变化：1961～1982年为偏少期，1983～2005年为偏多期，冬季降水在1983年发生了干湿交替。对于8年时间尺度的降水演变来说，经历了4个阶段的多少交替变化，其中1962年前、1980～2003年为偏多期，1963～1979年、2004～2005年为偏少期，冬季降水在1963年、1980年、2004年发生了干湿交替。我们把2年、4年2个时间尺度的演变做一个合成，就得到冬季降水2～4年的年际变化（图略），对于2～4年的演变，1961～1967年、1977～1984年、1991～2000年为偏多时期，1968～1976年、1985～1990年、2001～2005年为偏少时期，这个时间尺度上，冬季降水在1968、1977、1985、1991和2001年发生了干湿交替。比较不同时间尺度的变化可以看到，冬季降水大致在80年代中期发生了干湿交替。最近几年，冬季降水在2年左右和8年以上的年代际和长周期变化中表现为偏多期，而在4～8年的变化中则表现为偏少期。比较冬季温度的分布，可看出在8年以上的大时间尺度上，最近几年冬季温度和降水对应较好，温度高降水多，呈暖湿趋势；在4～8年的时间尺度上，温度高降水少，呈干暖趋势。

通过以上的分析，我们可以看出，对于不同的季节，永善降水的时间变化特征是不同的，即使在同一时间尺度上，其干湿交替的突变点也是不同的。但是，对于不同的季节，就其降水变化的能量分布情况来说，其年际和年代际变化的能量相对于气候态或长周期变化的能量来说是比较大的，也就是说，四个季节降水都存在明显的年代际和年际变化特征。