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user: 3. 结果与分析 3.1. 四川省极端降水指数时间序列变化趋势 图2为四川省11个极端降水指数在1971~2018年间的变化过程和各个指数的变化趋势。只有降水强度SDII通过α = 0.05水平的显著性检验，说明SDII在48年间变化趋势显著。除了持续湿期CWD (图2(b))以0.054 d∙10a −1 速率，呈现出较缓慢的下降趋势，其余指数均呈现不同速率的上升趋势。持续干期CDD以1.056 d∙10a −1 的速率上升，CWD以0.054 d∙10a −1 速率下降，说明1971~2018年四川省整体持续干旱的日数增加，持续湿润的日数减少，全省气候变化有向干旱化发展趋势，与罗玉等对西南地区雨季极端降水指标分析结论保持一致 [ 15 ] 。 年总降水量PRCPTOT (图2(c))以5.276 mm·10a −1 速率上升，在1971~2018年间四川省总体降水量有所增加，在持续干旱日数增加的同时，侧面表现了单次降水过程的降水强度在增加，与SDII以0.126 mm·d −1 ·10a −1 的速率上升表现一致。中雨日数R10、大雨日数R20、暴雨日数R50分别以0.246d·10a −1 、0.132d·10a −1 、0.016d·10a −1 的速率上升，从绝对指数中的三个指数变化趋势可以看出，中雨日数的增长速率最大，暴雨无明显增长速率，在研究的时段内，四川省降雨类型以的中雨增长为主。 图2. 1971~2018年四川省极端降水指数的变化过程及其线性趋势 相对指数中的强降水量R95p和特强降水量R99p均保持上升的趋势，分别以4.173 mm·10a −1 和1.731 mm·10a −1 的速率增加，表征强度指数的1日最大降水量RX1day、5日最大降水量RX5day和SDII分别以5.898mm·10a −1 ，1.507mm·10a −1 和0.126mm·d −1 ·10a −1 的速率增加，其中SDII通过0.05显著性检验，以上极端降水指数的时间序列变化说明在1971~2018年四川省的整体降水量和强度在不断增加，随着全省平均持续干旱的日数增加，降水过程更加集中，干湿季更加明显，更容易由于极端降水事件而引发干旱、洪涝、泥石流、山体滑坡等自然灾害。 3.2. 四川省极端降水指数时间序列突变特征 为了检验在1971~2018年四川省气候状态是否稳定是否发生气候突变，本文通过运用1971~2018年四川省35个气象站点的平均极端降水指数，采用Mann-Kendall检验法和t检验的方法对四川省的极端降水指数时间变化序列进行非线性检验(如图3所示)，检验结果如下。 持续指数突变特征如下：图3(a) CDD可见，UF曲线从20世纪90年代初到21世纪初在0刻度线以下，指数呈现减少的趋势，自2010年后开始增长。UF曲线与UB曲线相交于1977、2008、2011，通过滑动t检验，不具有明显突变点。图3(b) CWD在1973~2005年在95%置信区间内大部分呈现增加趋势，个别年份有所减少，自2005后有减小趋势。结合UF、UB两条曲线交点和滑动t检验，无显著突变年份。图3(c) PRCPTOT自20世纪90年代末开始，UF曲线保持在95%置信区间内，在0刻度线附近波动，无明显的增加减少趋势。根据图像显示，UF和UB两条曲线交点较多，通过滑动t检验，在1979年和1991年发生突变。 绝对指数整体上呈现出不同程度的增加趋势。图3(d) R10在2007~2013年间呈现减少趋势，在1971~2018年其余时段内均呈现增加趋势，20世纪80~90年代个别年份增加趋势显著。经滑动t检验不具备明显突变年份。图3(e) R20在1979~1993年、2000~2006年呈现增加趋势，其余年份对应大雨日数有减小的趋势。通过滑动t检验，突变年份为1979年。由图3(f)可知，R50在1976~1979、2006~2012和2007年前后出现减少趋势，20世纪80~90年代和2009年后均为增加趋势，通过滑动t检验，突变的年份有1979、1991和2009年。 相对指数变化以增加趋势为主。图3(g) R95p在1971~2018年间，除了个别年份之外，整体呈现增加趋势。UF和UB曲线有多个交点，其中只有2009年通过滑动t检验，t值为−3.21，R95p在2009年发生了减小突变。图3(h) R99p的时间序列突变特征与R95p相似，除了2009年和1997年UFk为负值之外，其余年份UFk均为正值，大部分年份呈现增加的趋势。经过滑动t检验，R99p在2004年发生了增加突变。 强度指数变化特征如下：图3(i) RX1day从20世纪90年代起，UF曲线在95%置信区间内围绕0刻度线上下波动，波动范围不大，无明显的增减趋势。UF和UB曲线在两条0.05水平临界线之内有多个交点，但通过滑动t检验无明显突变点。图3(j) RX5day在20世纪90年代之前呈现增加趋势，在20世纪90年代之后呈现减小趋势。通过滑动t检验，在1985年发生增加突变。图3(k) SDII除个别年份之外，均表现出增加趋势，在2014、2015、2016年有明显增加趋势。通过滑动t检验，突变年份为1979年和1997年。滑动t检验结果如表2所示。 图3. Mann-Kendall方法检验1971~2018年四川省极端降水指数时间序列 Table 2 Mutation years of moving t-test technique of extreme precipitation indice 指数 持续干期 CDD 持续湿期 CWD 年总降水量PRCPTOT 中雨日数 R10 大雨日数 R20 暴雨日数 R50 突变年份 - - 1979、1991 - 1979 1979、1991、2009 指数 强降水量 R95p 特强降水量 R99p 1日最大降水量RX1day 5日最大降水量RX5day 降水强度 SDII 突变年份 2009 2004 - 1985 1979、1997 表2. 滑动t检验各极端指数突变年份 纵观所有极端降水指标的变化可以看出，PRCPTOT、R20、R50、RX5day和SDII的突变发生在20世纪80~90年代，其中R50和R95p和R99p突变年份集中在2004年和2009年。PRCPTOT突变年份之一为1991年，与次旺顿珠 [ 21 ] 等(2019)研究四川省强降水分布特征，检验突变结果相近。从图2四川省极端降水指数随时间变化趋势可以看出，除CWD呈现较弱的减小趋势以外，其余极端降水指数均呈现增加趋势。 结合以上指数的突变情况可以看出，自2008年起最近十年内，CWD呈现下降趋势，CDD、R50、R95p、R99p和SDII均呈现上升趋势，其中降水强度SDII上升趋势显著。结果表明1971~2018年四川省极端降水量和降水强度有增强的趋势，干旱化趋势增强，极端降水事件发生的频率有增高趋势。 3.3. 四川省极端降水指数空间分布 从图4极端降水指数的空间分布可以看出，除CWD和CDD外，其余9个指数(PRCPTOT、R10、R20、R50、R95p、R99p、RX1day、RX5day、SDII)在空间分布上基本一致，即从四川省西北至东南，上述9个极端降水指数逐渐增加，四川西北部的降水量、降水日数和降水强度要小于四川省东南部的降水量、降水日数和降水强度。CDD和CWD在空间分布上变化一致，即在四川省自东向西，CDD和CWD逐渐增加。表明自东向西，气候的干湿期分界更加明显，由于西部较东部地区的降水量、降水日数和降水强度较小，西部较东部更趋于干旱化。 图4. 1971~2018年四川省极端降水指数的空间分布 3.4. 四川省极端降水指数线性变化趋势空间分布 持续指数线性来看：CDD在四川盆地北部和川西高原北部呈现减小趋势，其余大部分区域呈增加趋势，最大上升幅度为6.221 d·10a −1 。CDD趋于增加的站点占68.57%，有11.43%的站点通过0.05显著性检验，在空间分布上变化趋势由南向北逐渐递减。CWD呈现增加趋势的地区集中在川西高原，四川盆地大部分地区持续湿润时间趋于减小，盆地南部和川西南山地和川北部分区域减幅较大。图5(c) PRCPTOT在川西高原趋于增加，主要分布在康定、理塘等地，最大增幅为32.63 mm·10a −1 。盆地南部PRCPTOT呈下降趋势，减幅较大。最大减幅为38.12 mm·10a −1 ，PRCPTOT趋于增加的站点占68.57%，14.29%站点通过0.05显著性检验。 图5. Mann-Kendall方法检验1971~2018年四川省极端降水指数时间序列 从绝对指数线性来看，R10在川西高原中雨日数趋于增加，增幅较大。川北和川东站点以及雷波站点附近呈现增加趋势，在四川盆地的中部、盆地南部和川西南山地中雨日数呈减小趋势，在空间分布上变化趋势由西向东依次递减。R20在川西高原南部、川西南地区和四川盆地西北部增幅较大，R20减少趋势集中在盆地东北部和盆地中部。R50在川西南山地和盆地东北部暴雨日数趋于增加，增幅较大，盆地中部暴雨日数呈减小趋势。 从相对指数线性来看，R95p在川西南山地和盆地东北、西北少部分地区强降水量趋于增加，盆地中部和南部呈减小趋势，R95p趋于增加的站点占74.29%，有11.43%站点通过0.05显著性检验。R99p在四川盆地、川西南山地和川西高原部分地区呈增加趋势，最大增幅为15.60 mm·10a −1 ，集中在万源、西昌等地。减小趋势集中在盆地南部和川南地区。最大减幅为30.83 mm·10a −1 ，集中在峨眉山、乐山一带。R99p趋于增加的站点占74.29%，17.14%站点通过0.05显著性检验。 从强度指数来看，RX1day和RX5day线性变化趋势相近，即在川西高原和四川盆地中部、东部呈增加趋势，集中在万源、西昌等地。在盆地南部、东北部部分区域呈减小趋势，集中在峨眉山、乐山一带，从整体趋势来看，自西向东趋势逐渐减小。RX1day有17.14%站点通过0.05显著性检验。SDII在全省绝大部分区域呈现增加趋势，只在温江和都江堰呈减少趋势，减幅较小。SDII趋于增加的站点占94.29%，17.14%站点通过0.05显著性检验。 综上，川西高原地区降水量、降水日数和降水强度较小，但表示极端降水事件的R20、R50、R95p、R99p、RX1day、RX5day以及SDII线性变化呈现上升趋势，干湿期界限更加分明和极端降水量和降水强度增强导致极端降水事件发生频率增加。在盆地的中部和南部PRCPTOT、R10、相对指数和强度指数有减小趋势，CDD呈现增加趋势，持续无雨日增多，盆地中部和南部趋于干旱化。在盆地东部降水较为充沛，CDD和CWD呈减少趋势，R50、R99p和SDII增幅较大，极端降水量增加。川西南地区CDD呈增加趋势，R95p、R99p、R20、R50、SDII增幅较大，极端降水事件发生频率增加。 3.5. 极端降水指数与经度、纬度和海拔之间的关系 从表3可以看出，大部分的指数相关系数较高。图中只有R10和R20两个指数与纬度的相关性分析中通过显著性检验，11个指数与经度和海拔相关性分析中均通过显著性检验，表明四川省极端降水指数与经度和海拔的相关程度高于纬度。其中有两个指数(CDD、CWD)与经度呈负相关，与海拔呈正相关。其余9个指数与经度呈正相关，与海拔呈负相关。随着经度自西向东增加，海拔自西向东降低，极端降水指数具有增加的趋势。 Table 3 Coefficient of correlation between extreme precipitation indices and longitude or latitude or altitude during 1971-201 CDD CWD PRCPTOT R10 R20 R50 经度 −0.68 ** −0.75 ** 0.66 ** 0.48 ** 0.71 ** 0.78 ** 纬度 −0.22 0.12 −0.29 −0.50 ** −0.41 * −0.08 海拔 0.56 ** 0.81 ** −0.58 ** −0.40 * −0.71 ** −0.76 ** R95p R99p RX1day RX5day SDII 经度 0.70 ** 0.67 ** 0.78 ** 0.75 ** 0.79 ** 纬度 −0.16 −0.14 −0.11 −0.12 −0.30 海拔 −0.68 ** −0.66 ** −0.80 ** −0.75 ** −0.80 ** 表3. 1971~2018年四川省极端降水指数与经度、纬度和海拔相关系数 注： * 代表通过α = 0.05显著性检验， ** 代表通过α = 0.01显著性检验。 3.6. 极端降水指数与年总降水量之间关系 表4为四川省极端降水指数与年总降水量之间的关系，从图中可以看出有9个极端指数与年总降水量呈正相关，其中有7个指标的正相关系数通过α = 0.01显著性检验，2个指标通过α = 0.05显著性检验，相关程度较高，通过本文研究选用的11个极端降水指数来对四川省降水总体情况做出判断，随着极端降水指标的增加或者减小对四川省降水量的增加或减少做出预估。其中R10、R20和R95p与PRCPTOT的相关程度较高，这三个指数对年总降水量影响较大。孙惠惠 [ 22 ] 等研究1963~2015年长江流域极端降水指数特征也指出，在四川中东部极端降水量对年总降水量贡献较大。 Table 4 Coefficient of correlation between extreme precipitation indices and annual precipitation during 1971-201 CDD CWD R10 R20 R50 PRCPTOT −0.04 0.33 * 0.93 ** 0.93 ** 0.69 ** R95p R99p RX1day RX5day SDII PRCPTOT 0.82 ** 0.65 ** 0.27 0.35* 0.76 ** 表4. 1971~2018年四川省极端降水指数与年降水量相关系数 注： * 代表通过α = 0.05显著性检验， ** 代表通过α = 0.01显著性检验。