近50年桐城市降水特征初步分析

摘要 基于桐城市氣象觀測(cè)站1961～2010年降水資料，探討了桐城市50年的降水變化特征，對(duì)其年際動(dòng)態(tài)變化、年內(nèi)分配以及年代距平分布和豐枯變化特征進(jìn)行了闡述，并采用皮爾遜Ⅲ型頻率曲線分析降水頻率。結(jié)果表明，桐城市多年平均年降水量為1 262.3 mm，多年平均降水量變差系數(shù)為0.239；降水量年際、年內(nèi)變化均極不均勻，汛期（5～8月）降水量大約占全年降水量的40%～80%，其中降水主要集中在6和7月；20世紀(jì)70年代中后期開始年降水量有緩慢下降趨勢(shì)，幅度在100 mm以內(nèi)；60年代中后期～90年代初期降水波動(dòng)較為劇烈，自2008年之后，處于一個(gè)上升階段。

關(guān)鍵詞 降水特征；頻率分析；桐城

中圖分類號(hào) S161.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2014）17-05590-02

桐城市位于安徽省中部偏西南、長(zhǎng)江北岸、大別山東麓，屬于暖溫帶向亞熱帶的過渡帶氣候型，為亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候。四季分明，“春暖”、“夏炎”、“秋爽”、“冬寒”感覺明顯。降水季節(jié)分配很不均勻，全年降水量的近70%集中在4～8月份，期間常有暴雨天氣。

桐城市現(xiàn)有國(guó)土面積1 472 km2，其中耕地面積達(dá)3.5萬hm2，主要農(nóng)作物有水稻、油菜、小麥、棉花等。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程離不開溫度、水分等各種氣象因子的影響，而一個(gè)地區(qū)水分的主要來源是自然降水[1-2]。降水通過對(duì)作物本身的供水以及對(duì)地下水的供給，對(duì)當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生重要影響[3]，但目前還沒有針對(duì)該地區(qū)降水特征的相關(guān)研究，因此，筆者試圖通過分析桐城市近50年來降水資源的變化特征，尋找其時(shí)間分布規(guī)律及周期頻率，為該地區(qū)農(nóng)作物生長(zhǎng)管理提供科學(xué)決策的依據(jù)，也為進(jìn)一步研究降水與地下水動(dòng)態(tài)、糧食產(chǎn)量關(guān)系等深入分析提供基礎(chǔ)。

1 資料與方法

1.1 資料來源

資料來源于安徽省桐城國(guó)家基準(zhǔn)站所測(cè)的1961～2010年的逐日降水量資料。根據(jù)氣象學(xué)上常規(guī)劃分，四季可劃分為春季（3～5月份）、夏季（6～8月）、秋季（9～11月）、冬季（12月～次年2月）。

1.2 分析方法

采用算術(shù)平均法和累計(jì)距平法對(duì)降水量的年際和年代際變化進(jìn)行分析，累計(jì)距平是一種常用的由曲線直接判斷變化趨勢(shì)的方法，當(dāng)累計(jì)距平曲線呈上升趨勢(shì)，表示距平增加，要素值也為上升趨勢(shì)，否則為下降趨勢(shì)。采用年降水量的模比差積曲線分析年降水量的變化趨勢(shì)；采用皮爾遜Ⅲ型[4-5]分析降水的頻率。

1.2.1 差積曲線。

依據(jù)每年的年降水量與多年平均年降水量，分別計(jì)算每年的模比系數(shù)[6]，再求其差值并逐年依次累加繪成的過程線，稱為差積曲線。差積曲線不同的形狀反映了不同的降水周期，其計(jì)算公式為：Ki=Hi/H0、C= n i=1 （Ki-1），式中，Ki為第i年年降水量的模比差積系數(shù)（i=1，2，3，…，n）；Hi為第i年年降水量；H0為多年平均年降水量；C為年降水量模比差積系數(shù)差值的代數(shù)和。年降水量的模比差積曲線能較好地反應(yīng)降水的年際間的豐枯變化情況。當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)差積曲線總的趨勢(shì)是下降的，說明此時(shí)期為枯水期；當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)差積曲線總的趨勢(shì)是上升的，說明此時(shí)期為豐水期。

1.2.2 降水的頻率分析。

根據(jù)降水資料，對(duì)參數(shù)進(jìn)行分析，用皮爾遜Ⅲ型[4-5]最佳適線法確定。其中變差系數(shù)（Cv）是衡量數(shù)據(jù)系列相對(duì)離散程度的一個(gè)參數(shù)，變差系數(shù)越大表明數(shù)據(jù)系列越離散。為進(jìn)一步反映數(shù)據(jù)系列在均值兩邊的對(duì)稱程度，計(jì)算了本站降水量數(shù)據(jù)系列的偏態(tài)系數(shù)（Cs），以考察系列的不對(duì)稱程度。

2 結(jié)果與分析

2.1 降水總體特征

由圖1可見，1961～2010年桐城市平均年降水量為1 262.3 mm，其中1991年為百年罕見的洪澇年，年降水量達(dá)2 137.1 mm，降水量貢獻(xiàn)主要來自當(dāng)年6～7月份，月降水量分別為342.8、642.5 mm；最旱年發(fā)生在1978年，年降水量?jī)H687.6 mm，最大值與最小值變幅達(dá)1 449.5 mm，極值比為3.11。從5年滑動(dòng)平均來看，從20世紀(jì)70年代中后期開始年降水量的總趨勢(shì)有所下降，但非常緩慢，減少不超過100 mm；1987～ 1991 年的平均降水量最大，為1 523.9 mm，1964～1968年的平均降水量最小，為974.8 mm，二者相差549.1 mm。

桐城市降水量年際變化較大，年際分配不均勻。50年中，年降水量超過1 800 mm的年份出現(xiàn)過3 次，年降水量<900 mm 的年份出現(xiàn)過5次，1993年以后震蕩趨于平緩。

2.2 降水量年內(nèi)分配

2.2.1 月變化。由表1可知，桐城市降水主要集中于4～8月份，達(dá)869.9 mm，占全年降水量的68.8%；6月份降水量最大，達(dá)221.4 mm，7月份次之，為214.8 mm，5和8月份相近，分別為149.5和157.0 mm，最小為12月份，降水量?jī)H26.8 mm；1～6 月份降水量逐月增加，6～12 月降水量逐月減少，為明顯的單峰型；5～6 月份的降水量明顯增加，8～9 月份的降水量明顯減少。

2.2.2 季變化。夏季（6～8月）多年平均總降水量為593.2 mm，占全年降水量的46.9%，秋季（9～11月）為186.8 mm，占14.8%，冬季（12月～次年2月）和春季（3～5月）分別為116.4和365.9 mm，分別占全年降水量的9.3%和29.0%。

2.2.3 汛期變化。

桐城地區(qū)汛期主要包括每年5～8月份，歷年汛期降水量大約占全年降水量的40%～80%，從占年降水量的程度來看，最高為1999年，汛期降水量為1 193.8 mm，占全年降水量的78%，最低為1992年，汛期降水量為349.6 mm，占全年降水量的39%。汛期降水通常集中在6和7月，這2個(gè)月的降水量占汛期水量的60%左右，占全年降水量的35%左右。

2.3 降水量距平分布

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，近50年桐城市降水量偏多占15年，偏少占17年，正常18年；降水偏少3 成以上的年份占5年，降水偏多3成以上的年份占6年，但大多發(fā)生在20世紀(jì)60年代中后期和70年代中后期～80年代前期。1961～ 2010年桐城市出現(xiàn)過1965～1968、1984～1986和2004～2008年3個(gè)枯水時(shí)段。

從表2可以看出，20世紀(jì)80～90年代降水量比多年均值偏多，60、70年代以及進(jìn)入21世紀(jì)以來降水量比多年均值偏少，但所統(tǒng)計(jì)的所有年代距平情況均在正常范圍內(nèi)。

2.4 年降水量變化趨勢(shì)分析

從圖2可以看出，1964～1968年差積曲線為下降段（枯水段），1969～1975年為不穩(wěn)定上升段（豐水段），1976～1978、1984～1986和1993～2008年為下降段，1979～1983和1987～1991年為上升段，在每一個(gè)上升段或下降段之間基本均會(huì)出現(xiàn)若干個(gè)下降或上升的波動(dòng)段出現(xiàn)，其中20世紀(jì)60年代中后期～90年代初期波動(dòng)較為劇烈，自2008年之后，處于一個(gè)上升階段。

2.5 降水的頻率分析

運(yùn)用頻率曲線軟件進(jìn)行選型配線，得出桐城市多年平均降水量變差系數(shù)Cv=0.239、偏態(tài)系數(shù)Cs=0.630、偏差系數(shù)和變差系數(shù)的倍率R=Cs/Cv=2.64，從而得到不同保證率下年降水量分布情況，保證率在2%、5%、10%、20%、50%、75%、90%、95%下的年降水量分別為2 032、1 843、1 691、1 515、1 224、1 035、896、820 mm。

可見，桐城市50年的降水量較為離散，其中Cs>0表明降水量大于均值（1 262.3 mm）比小于均值出現(xiàn)的機(jī)會(huì)小，即50%以上的年份不能保證降水量達(dá)到多年平均值，不過依然可以保證1 224 mm/a，滿足農(nóng)業(yè)的用水需求量。

3 結(jié)論

（1）桐城市多年平均年降水量為1 262.3 mm；最大年降水量（1991年的2 137.1 mm）與最小年降水量（1978年的687.6 mm）極值比達(dá)3.11；20世紀(jì)70年代中后期開始年降水量有緩慢下降趨勢(shì)，幅度在100 mm以內(nèi)；年際變化明顯，1993年以后震蕩趨于平緩。

（2）桐城市降水量年內(nèi)分配極不均勻，主要集中于4～8月份，達(dá)869.9 mm，占全年降水量的68.8%；每年的5～8月份為該地區(qū)的主汛期，歷年汛期降水量大約占全年降水量的40%～80%，其中汛期降水主要集中在6和7月，占汛期總降水量的60%左右，這2個(gè)月也是防汛防澇的關(guān)鍵。

（3）桐城市豐枯水時(shí)段變化頻繁，且有連續(xù)數(shù)年降水偏多或偏少的現(xiàn)象；20世紀(jì)60年代中后期～90年代初期波動(dòng)較為劇烈，自2008年之后，處于一個(gè)上升階段。

（4）在全球變暖的大背景和人類活動(dòng)的共同影響下，區(qū)域極端天氣發(fā)生越來越頻繁，降水量的變化趨勢(shì)及其與其他因素的關(guān)系有待進(jìn)一步的研究。

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