西安地區(qū)近44年降水時空變化特征

袁方 翟園 洪超 趙榮 鞏在武

摘要

利用西安地區(qū)7個國家一般氣象站1970～2013年逐日基本觀測資料，結合Golden software Surfer 8 和vb編制西安地區(qū)降水分布圖自動繪制軟件，利用DPS、SPSS、MATLAB和Excel分析了近44年降水的年際、季節(jié)、月變化特征以及突變和頻域特征。結果表明，西安地區(qū)降水多雨年占主導，1992年出現(xiàn)由多變少的突變，2002年出現(xiàn)由少變多的突變，有2、4和12年的變化周期震蕩，近年來雨日逐漸減少;夏季降水等值線空間分布比較稀薄，冬季較密集，春季比秋季偏干趨勢明顯，夏季比冬季偏濕趨勢明顯;降水量月份之間存在很大差異。

關鍵詞 西安;時空特征;降水

中圖分類號 S161.1 ?文獻標識碼 A ?文章編號 0517-6611（2014）34-12195-04

在全球變暖的背景下，降水也是增多的。氣候增溫使整個水循環(huán)過程改變，蒸發(fā)加大，降水分布格局和區(qū)域改變，旱澇災害的降水極端異常事件增加[1-6]。陳隆勛等研究指出江淮流域、江南、華北為降水主要減少地區(qū)[7]，西北地區(qū)第一氣候特征表現(xiàn)為全區(qū)一致多雨或少雨型[8]。高蓓等分析發(fā)現(xiàn)陜西降水略有減少[9]，西安各季節(jié)和年降水量下降趨勢明顯[10-11]。筆者在此對西安地區(qū)7個站點降水因子的變化規(guī)律和特征進行了統(tǒng)計分析，為今后進一步研究西安不同地區(qū)降水的變化特性對其生態(tài)環(huán)境建設、水源地涵養(yǎng)、水資源利用開發(fā)提供依據(jù)。

1 ?資料與方法

選取具有代表性的7個區(qū)縣（臨潼、高陵、周至、長安、藍田、城區(qū)、戶縣）基本站氣象數(shù)據(jù)，為保障臺站同步性和較長的觀測以及資料的統(tǒng)一性，剔除1970年之前以及2013年之后的資料，選取1970～2013年的逐日、月降水資料進行分析。降水可以從時間與強度2個方面的變化進行分析，分析年降水量可以看出總體變化趨勢，而年份中分配狀況可通過分析月、季降水量看出。文中定義多雨年為年降水量大于歷史平均值一個標準差，少雨年為年降水量小于歷史平均值一個標準差。利用DPS系統(tǒng)、SPSS Statistics和Excel進行數(shù)據(jù)分析和處理。文中空間分布圖均來自西安地區(qū)降水分布圖自動繪制軟件。

2 ? 結果與分析

2.1 降水量空間分布特征

由圖1可見，近44年來西安地區(qū)年降水量空間分布不均，具有地域差異，自東南向西北地區(qū)遞減，與年平均氣溫空間分布[10]大體一致，可見西安地區(qū)南部低溫多雨、北部高溫寡雨。7個區(qū)縣平均年降水量時間序列與全市大體一致，同時有其地域特殊性。各個區(qū)縣多雨年與少雨年不相一致，北部的臨潼、高陵和西部的周至多雨年占主導，東南部的藍田、中南部的長安、中部的城區(qū)少雨年占主導，戶縣持平。

圖1 1970～2013年西安地區(qū)7個區(qū)縣平均年降水量空間分布

2.2 降水量時間變化特征

2.2.1

年際變化。近44年來全市平均年降水量標準差為129.92 mm，隨時間波動比較平穩(wěn)，呈周期性振蕩，基本在平均值612.19 mm上下波動，能看出明顯的振幅，1995年之前，波動稍有下降，1995年之后上升。19年偏多，25年偏少，最大年降水量989.09 mm，出現(xiàn)在1983年，最小年降水量333.55 mm出現(xiàn)在1995年。6年多雨年份， 5年少雨年。全市平均年降水量距平時間變化也比較平穩(wěn)，20世紀90年代后比90年代之前變化平穩(wěn)。

2.2.2

季變化。近44年西安地區(qū)

季平均降水量隨時間變化存在季節(jié)分布不均勻性，跨幅最小在冬季，跨幅最大在秋季。春末至秋初為降水集中季，與溫度變化[10]相似，大體趨勢是自東南向西北遞減，四季空間分布一致，東南部的藍田降水最多，北部高陵降水最少。夏季空間分布比較稀薄，冬季空間分布比較密集。全年最多降水量集中在夏季，同時夏季降水量空間變化最大;全年最少降水量集中在冬季，同時冬季降水量空間變化最小。

春季全市平均降水量相關系數(shù)為-0.271，呈弱負相關，通過置信度0.05的顯著性檢驗，線性擬合增長率為-0.950 mm/a，20世紀70年代中期～80年代中期呈現(xiàn)緩慢下降趨勢，之后至今呈現(xiàn)波動下降趨勢;夏季相關系數(shù)為0.185，呈極弱正相關，通過0.01的顯著性檢驗，擬合增長率為1.010 mm/a，20世紀70年代開始直線上升達波峰，又波動下降至波谷，從21世紀初期緩慢上升至今有下降趨勢;秋季相關系數(shù)為-0.072，呈極弱負相關，通過0.05的顯著性檢驗，擬合增長率為-0.585 mm/a，20世紀70年代～90年代波動較大，之后變化趨于平穩(wěn);冬季相關系數(shù)為0.075，為極弱正相關，通過置信度0.05的顯著性檢驗， 線性擬合增長率為0.090 mm/a，20世紀70年代至今變化一直趨于平穩(wěn)。

分析表明，春季和秋季為偏干趨勢，夏季和冬季為偏濕趨勢，春季比秋季偏干趨勢明顯，夏季比冬季偏濕趨勢明顯。

圖2 1970～2013年西安地區(qū)月降水量空間分布

2.2.3

月變化。近44年來全市月降水量分布特點為時間不均勻，月份之間存在很大差異，整體呈正態(tài)分布，范圍在5.97 mm（12月）～106.82 mm（9月），幅度為100.85 mm。各站全年月降水量變化趨勢與全市平均基本一致。全年降水變化比較快，6月迅速增多，7月達頂峰，10月迅速減少。各區(qū)縣最少月降水量出現(xiàn)在1月份的高陵（5.85 mm），各區(qū)縣最多月降水量出現(xiàn)7月份的藍田（129.15 mm）。各區(qū)縣最多、最少降水量不集中在一個月，但大體最多降水量集中在7和9月，均在80.00 mm以上，占全年35.5%;最少降水量集中在1和12月，僅占全年的2.1%。從1970～2013年西安地

區(qū)各區(qū)縣月降水量分布圖（圖2）可以看出，除3月外，大體

圖3 ?1970～2013年全市年降水量累積距平變化

趨勢是東部降水多、西部少，南部降水多、北部少;3月降水趨勢異常為戶縣站最多，其余月份均為藍田站最多。

2.3 降水量的突變分析

由圖3可見，1992、2002年為近44年全市降水量的主要突變點，分別為“增加-減少”、“減少-增加”交替突變點，近年來波動不明顯。從降水量10年滑動t突變檢驗（圖4a）可看出，1970～1982、1995、1997～2003年降水量處于負趨勢，1983～1994、1996年降水量處于正趨勢;1992、2002年通過α= 0.05的顯著水平檢驗，為年降水量時間變化的突變年， 其中1992年的t分布統(tǒng)計值達最大，為2.25，2002年的t分布統(tǒng)計值達最小，為-2.35。M-K突變檢驗結果（圖4b）顯示，近44年來西安地區(qū)年降水量沒有明顯的突變點。各區(qū)縣同樣沒有明顯的突變點。由于M-K突變檢驗方法的局限性，年降水量M-K突變檢驗結果不能說明問題。而累積距平法與滑動t檢驗計算出的突變年份一致，說明存在1992年由多變少、2002年由少變多的突變年。

圖4 1970～2013年全市年降水量滑動t（a）和Mann-Kendall突變檢驗（b）結果

2.4 降水量的頻域特征

當功率譜估計值大于紅噪音檢驗標準譜時，說明所對應的周期是顯著的。由圖5可見，1970～2013年西安年降水量存在顯著的2、4和12年的變化周期震蕩，且通過α=0.05的顯著性檢驗，其中滑動平均長度取5年。

圖5 1970～2013年全市年降水量功譜率

2.5 全市月降水日數(shù)變化特征

西安地區(qū)雨日空間分布較一致，戶縣、藍田雨日稍多，西安地區(qū)雨日時間分布不一，1～5月雨日緩慢上升，5～10月波動上升，到9月達頂峰后至12月突然急劇下降，說明西安地區(qū)屬于大陸氣候，水汽不是很充沛。5～10月溫度較其他月高，降水日數(shù)也同樣高于其他月，但6月雨日有所下降，可能與季節(jié)轉(zhuǎn)換有關。雨日上升與下降的月數(shù)比為7/5，可見西安地區(qū)雨日是以上升為主。平均雨日最少的1月年上升速率最快，平均雨日最多的9月年上升速率最慢，5月平均雨日下降最快，3月平均雨日下降最慢。平均雨日下降的月份主要集中在春季，平均雨日上升的月份主要集中在冬季（圖6）。1970～2013年最多的雨日出現(xiàn)在1985年9月的藍田。

42卷34期

袁 方等 西安地區(qū)近44年降水時空變化特征

3 結論

（1）近44年西安地區(qū)降水量隨時間波動比較平穩(wěn)，基本在612 ?mm上下波動，多雨年/少雨年為6/5，各個區(qū)縣多雨年與少雨年不相一致，沿秦嶺山麓的測站降水量較全市增加。降水量在1992年出現(xiàn)由多變少的突變年，在2002年出現(xiàn)由少變多的突變年，具有2、4和12年的變化周期震蕩。近年來雨日越來越少。

（2）近44年西安地區(qū)降水量四季空間分布情況比較一致，夏季空間分布比較稀薄，冬季空間分布比較密集，春季和秋季為偏干趨勢，夏季和冬季為偏濕趨勢，春季比秋季偏干趨勢明顯，夏季比冬季偏濕趨勢明顯。

（3）近44年西安地區(qū)降水量月際變化存在很大差異，幅度達101 mm，最多降水量是最少的17.9倍。各站全年月降水量變化趨勢與全市平均基本一致。全年降水變化比較快，6月迅速增多，7月達頂峰，10月迅速減少。各區(qū)縣降水分布大體趨勢是東部降水多、西部少，南部降水多、北部少，3

月降水趨勢異常為戶縣站最多，其余月份均為藍田站最多。

圖6 1970～2013年西安地區(qū)各月平均降水日數(shù)時間分布

西安地區(qū)雨日空間分布較一致，時間分布不一，以上升為主。

參考文獻

[1]

周幸超.新疆河流水文水資源[M].烏魯木齊：新疆科技衛(wèi)生出版社，1999：1-555.

[2] 劉星.新疆災荒史[M].烏魯木齊：新疆人民出版社，1999：11-681，169-238.

[3] 新疆減災四十年編委會.新疆減災四十年[M].北京：地震出版社，1993：61-78，219-229.

[4] 新疆自然災害研究課題組.新疆自然災害研究[M].北京：地震出版社，1995：3-152.