无锡市年降水量小波周期分析

摘 要：水文时间序列往往在时域中存在多层次时间尺度结构和局部化特征。本文运用小波分析的多分辨率功能，对无锡地区1951-2011年年降水量时间序列资料进行了多时间尺度分析。研究结果表明：无锡地区年降水量8年一次的周期性变化规律最为明显,未来1～5年内很可能出现丰水年份。

关键词：小波分析； 年降水量； 周期分析

中图分类号：4802 文献标识码：A 文章编号：1006-3315（2012）03-178-001

一、区域概况

无锡别名梁溪，江苏省省辖市，长江三角洲的中心城市之一，国家历史文化名城，重要的风景旅游城市，太湖流域交通中枢，位于江苏省东南部，北枕长江，南倚太湖，西境滆湖，地处长江三角洲江湖间走廊。北与泰州市所辖的靖江市隔江相望，东与苏州相接，距上海128km，西与常州交界，离南京183km。无锡历史悠久、物产丰富、经济发达，是我国民族工业的发源地，自古就是我国著名的鱼米之乡，面积4787平方公里。近年来，随着无锡城市大包围建成、沿江引排能力的提高、流域引江济太实施、区域水资源调度开展，该区域水文情势发生了一定变化。在雨量、水位、流量、泥沙、水质等诸水文要素中，降水受人类活动影响较小。因此，通过对该区域年降水量的变化规律分析，可以进一步弄清该区域水文情势变化规律，为防洪、水资源调度提供重要技术支撑。

二、小波分析

1.小波函数的选取

降水主要受大气环流和人类活动的影响，而大气环流主要受太阳黑子活动的影响，具有一定的规律性，可以用小波分析法对无锡地区年降水量进行周期性分析。

20世纪80年代初Morlet提出的小波分析(Wavelet analysis) 是一种有效的信号分析工具。小波变换作为一种新的多分辨分析方法，可同时进行时域和频域分析，具有时频局部化和多分辨特性，因此特别适合于处理非平稳信号，被誉为“数学显微镜”，近年来，在水文周期性分析中得到广泛应用。

常用的小波函数有Morlet小波、MexHat小波、Hear小波等，由于Morlet小波能较好地拟合水文过程周期性，故用Morlet小波对无锡地区年降水量系列作周期性分析。

2.分析方法、步骤和成果

首先，选取资料系列长、测验精度高的无锡、江阴雨量站作为无锡地区雨量代表站，以无锡、江阴年雨量（1951~2011年）的算术平均值代表无锡地区面年雨量，将无锡地区年面雨量系列进行标准化处理，处理方法为：

从图中可以直观地看到，尺度25~35a的小波系数反映出明显的周期性，尺度7-13a的小波系数反映出的周期性其次。由于用来分析的原始数据只有61年（1951~2011年），故25~35a的周期只出现2次，这种周期很可能是伪周期，需要有更长的资料系列来验证，目前不能完全肯定。而尺度7-13a的周期61年里出现了6次，故可以肯定无锡地区年雨量存在以7-13年为周期的丰枯变化。

绘制尺度7-13a各种尺度的小波变换系数过程线，可以发现尺度为8a的小波系数变化周期性最为明显。无锡地区年雨量小波变化系数过程线见下图。

目前无锡地区处于枯水年份向丰水年份的过渡阶段，一般平水年份偏多，未来1-5年内很可能出现下一个丰水年份。

三、结论

研究结果表明：无锡地区年降水量存在明显的年际变化特征，主要存在25～35年、7～13年2类尺度的周期变化规律，其中8年的周期变化规律最为明显；目前无锡地区处于平水年份向丰水年份的过渡阶段，未来1～5年内很可能出现下一个类似于1991、1999年这样的丰水年份，各级水行政主管部门应未雨绸缪，做好充分准备。