汾河流域58年降水量變化特征分析

李文紅

（山西省水文水資源勘測局 山西太原 030001）

0 引言

汾河為山西省內第一大河流，發(fā)源于寧武縣東寨鎮(zhèn)管涔山，自北向南縱貫6市45個縣、市、區(qū)，匯聚呂梁、太行山區(qū)的支流，穿越太原、臨汾兩大盆地，至運城新絳縣境急轉西行，于禹門口下游萬榮縣榮河鎮(zhèn)廟前村附近匯入黃河。南北長412.5 km，東西寬188 km，干流長716 km，呈帶狀分布，面積39 471 km2[1]。

在氣候變化和人類活動的共同影響下，汾河流域水資源狀況日趨惡化。自然降水是汾河流域水資源的主要來源，其時空分布與變化直接關系到水資源的合理開發(fā)與利用，在很大程度上影響著工農業(yè)生產的發(fā)展和人民生活水平的提高。汾河是山西省開發(fā)程度最高的河流，因此降水量的變化趨勢和特點的研究具有十分重要的意義。

關于汾河流域降水量變化的相關分析，趙學敏等[2]利用汾河流域39個測站近45年（1956-2000年）的月年降水量資料分析得出：汾河流域年、汛期（6-9月）降水量呈逐年減少趨勢，且在全流域具有普遍性，降水傾向系數-26.1%、-22.2%，流域趨于干旱化。楊萍果等[3]運用線性傾向估計的方法，利用汾河流域1957-2006年，逐月觀測的降水資料，分析了汾河流域降水量的時空分布規(guī)律和長期變化趨勢，結果表明：近50年來，汾河流域降水量總趨勢以21.9 mm/a的變化率減少。2000年后，在全球氣候變暖的大背景下，汾河流域氣候同樣也發(fā)生了變化，為研究相應降水量的變化，探討是否一直趨于干旱化，本文將資料系列延長至2013年，選用水文、氣象站具有完整的1956-2013年的月、年降水資料的45站進行分析，進一步研究流域降水量的空間分布特征，以及年、季、月的降水量變化趨勢和特征。

1 降水量空間分布特征

汾河流域內地形起伏大，山脈多呈東北向或北北東方向排列，水汽自南或東南方向入境后，受到層層阻隔，由圖1汾河流域多年平均降水量圖可以看出，年降水量總體上自南向北梯減、山地大于盆地、迎風坡大于背風坡。降水量隨著山地高度的增加而增加，尤其蘆芽山、關帝山的降水量隨高程增加較快；隨緯度增高同高程降水量漸趨減?。徊煌孪蚪邓扛叱剃P系因水汽來源、山脈走向不同而存在差異。年降水量變化梯度大，存在眾多交替出現(xiàn)的高低值中心，低值區(qū)主要分布于盆地，太原、運城、臨汾盆地低值中心年降水量分別在450、500、550 mm以下，均小于盆地周圍山區(qū)；高值區(qū)幾乎全分布在高山地區(qū)，最高值平均降水量在700 mm以上。

以1956～2013年系列降水量資料，應用計算機網格法得到流域不同分區(qū)的面平均雨量系列。研究表明，汾河流域多年平均降水量507.0 mm，其中汾河上游多年平均值494.5 mm，中游多年平均值493.7 mm，下游多年平均值539.0 mm，呈現(xiàn)明顯南多北少的分布特征，其原因與地勢及夏季暖濕氣流有關。分析上下游各年降水量豐枯出現(xiàn)的頻率可以看出，流域同豐同枯出現(xiàn)頻率在60%以上，其中同豐出現(xiàn)頻率為29.3%，同枯出現(xiàn)的頻率為32.8%。

分區(qū)降水量中，上游年際降水量變化最大，極值比為3.06，中游降水量變化最小，極值比為2.49。單站最大、最小年降水量比值介于2.5～3.5之間，部分站點高達4倍以上。

圖1 汾河流域多年平均降水量

2 降水量的時間變化特征

2.1 年降水量變化特征

表1列出了汾河流域各時段與多年平均降水量的比較成果及豐枯出現(xiàn)的頻率?？梢钥闯觯?0世紀50、60年代降水量充沛，平均降水量比多年平均值偏多43 mm，偏多8.5%，豐水年、偏豐水年出現(xiàn)較多；進入70年代以后降水量呈現(xiàn)逐漸衰減的趨勢，豐水年很少出現(xiàn)，枯水年、偏枯水年增多，20世紀90年代達到最甚，僅1年為偏豐水年，平均降水量比多年平均值減少了44 mm，偏少8.7%；進入21世紀降水量呈現(xiàn)回升態(tài)勢，出現(xiàn)了1年豐水年和4年偏豐水年，平均降水量略多于多年平均值，高出20世紀90年代47.1 mm，尤其是近5年以來除2010年外，其余4年降水量均高于多年平均值，5年平均降水量為551.8 mm，高出多年平均值44.8 mm，與降水量豐沛的20世紀50、60年代相當，流域進入多雨期。

從汾河流域各年降水量變化曲線（圖2）可以看出，降水量年際變化較大，豐枯水年交替出現(xiàn)，連續(xù)豐水年或枯水年較少出現(xiàn)，連續(xù)偏豐水年或偏枯水年較常出現(xiàn)，如：1966—1967年、1975—1977年連續(xù)偏豐水年，1979—1981年、1991—1992年、2004—2005連續(xù)偏枯水年。

表1 汾河流域各時段降水量比較

圖2 1956-2013年汾河流域年降水量變化曲線圖

2.2 季降水量變化特征

流域內45個雨量站具有58年（1956-2013年）完整的月、年降水量資料，各年各季降水量采用46站算術平均值。表2列出各時段分季降水量及與多年平均值相比的情況，季降水量變化特征分析如下。

2.2.1 春季

汾河流域春季（3～5月）降水量相對較少，春季多年平均降水量81.3 mm，占全年降水量的16.4%。由表2和圖3可以看出：春季降水量最多為185.7 mm（1963年），最少24.9 mm（2001年）。春季降水量整體呈下降的趨勢，20世紀50、60年代春季雨量充沛；70年代進入少雨期，多數降雨量低于多年平均值；80、90年代又進入多雨期，多數降水量高于多年平均值；21世紀初降水量又進入少雨量，多數降水量在平均值之下。

2.2.2 夏季

汾河流域夏季（6～8月）是全年降水量最多的季節(jié)，季平均降水量284.9 mm，占全年降水量的57.4%。由表2和圖4可以看出：夏季最多的降水量為489.6 mm（1988年），最少降水量為132.9 mm（1997年）。各年代夏季降水量順時序遞減。20世紀50、60年代豐水期較多，較少出現(xiàn)連續(xù)干早年，60年代后期開始連續(xù)干早年出現(xiàn)幾率增加，如1968～1970年、1983～1987年、1997～2002年等出現(xiàn)了嚴重的伏旱。夏季降水量減少是導致年降水量減少的直接原因。

表2 汾河流域各時段分季降水量比較 單位：m m

圖3 1956-2013年汾河流域春季降水量變化曲線

圖4 1956～2013年汾河流域夏季降水量變化曲線

圖5 1956～2013年汾河流域秋季降水量變化曲線

圖6 1956～2013年汾河流域冬季降水量變化曲線

2.2.3 秋季

由表2和圖5可見，汾河流域秋季（9～11月）是全年降水量次多的季節(jié)，季平均降水量117.8 mm，占全年降水總量的23.7%，秋季降水量最多為233.3 mm（1964年），最少為39.6 mm（1957年）。各時段秋季降水量呈現(xiàn)由多到少又到多的波動態(tài)勢，20世紀50、60年較豐，70、80、90年代較枯，其中80年代后期到90年代末達到最甚，連續(xù)14年低于多年平均，到21世紀初又轉豐。2000～2013年秋季降水量較多年平均值偏多18.5%，是該時段年降水量較多年均值偏多的主要原因。

2.2.4 冬季

汾河流域冬季（12月～次年2月）是全年降水量最少的季節(jié)，季平均降水量12.5 mm，僅占全年降水總量的2.5%。由表2和圖6可見，冬季降水量最多的是1975年12月至1976年2月，平均降水量40.3 mm，最少的是1998年12月至1999年2月，整個冬季只有零星降水，平均降水量不足0.1 mm。20世紀70年代和21世紀初各時段冬季降水量較豐，其余年代較枯，其中20世紀90年代最枯，連續(xù)10年低于多年平均值。進入21世紀，冬季雨量則相對較豐，2002～2007年連續(xù)6年高于多年平均值。冬季整體呈現(xiàn)增加的趨勢。2000～2013年冬季降水量較多年平均值偏多2.2%，是該時段年降水量較多年均值偏多的另一個原因。

2.3 月降水量變化特征

汾河流域主汛期為6～9月，四個月降水量占全年降水量的71.3%，其中以7月份降水量為最多，占全年降水量的24.2%，8月份次之，占全年降水量的21.2%。年際間變化幅度最大的是5～9月各月，最大降水量與最小降水量相差100 mm以上，其中7月份相差最大在200 mm以上；1、12月份由于降水量偏小，年際變化較小，最大降水量與最小降水量相差20 mm左右；其他各月變幅在50～100 mm之間。

表3列出了各年代月平均降水量及占年降水量比例，可以看出，各年代降水量月分配變化較大，各月降水量呈現(xiàn)不同的增減趨勢。與多年平均相比，21世紀初呈現(xiàn)明顯增加態(tài)勢的有：1、2、9、12月等4個月，呈現(xiàn)明顯減少態(tài)勢的有：3、4、7、8月等4個月，變化幅度較小的有：5、6、10、11月等4個月。

4 結論

1）汾河流域降水量由南向北遞減，上下游降水量同豐同枯出現(xiàn)的頻率較高，其中同豐出現(xiàn)頻率為29.3%，同枯出現(xiàn)的頻率為32.8%。

2）年降水量整體呈現(xiàn)下降的趨勢，但進入21世紀降水量呈現(xiàn)回升態(tài)勢，尤其是近5年來降水量均值高于多年平均值44.8 mm，流域進入多雨期。

表3 各年代月平均降水量及占年降水量比例 單位：m m

3）降水量的年內分配發(fā)生了明顯的改變。表現(xiàn)為，春季、夏季呈現(xiàn)減少的趨勢，秋季、冬季呈現(xiàn)增加的趨勢；各年代各月降水量呈現(xiàn)不同的增減趨勢，其中1、2、9、12月等4個月呈現(xiàn)明顯的增加態(tài)勢，3、4、7、8月等4個月呈現(xiàn)明顯的減少態(tài)勢。

[1]李英明,潘軍峰.山西河流[M].北京：科學出版社,2004.

[2]趙學敏，胡彩虹，等.汾河流域降水量變化趨勢的氣候分析[J].干旱區(qū)地理,2007（1）:53-59.

[3]楊萍果，鄭峰燕.汾河流域降水量時空變化特征[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2008（12）:108-111.