建平老哈河流域大氣降水資源特征分析

龐愛(ài)平 谷慧剛

摘 要：為了使氣象為“三農(nóng)”服務(wù)，掌握大氣降水資源程度，采用建平氣象站1960-2012年各月降水量和降水日數(shù)資料，運(yùn)用氣候診斷分析方法，研究建平老哈河流域大氣降水資源的變化特征。結(jié)果表明：歷年降水量和降水日數(shù)的年際變化呈減少趨勢(shì)。其中，年降水量氣候傾向率為-4.872mm/10a，年降水日數(shù)氣候傾向率為-1.412d/10a，≥5.0mm降水日數(shù)氣候傾向率為-0.031d/10a。降水量和降水日數(shù)的年變化則是以7月份為最高值的正態(tài)分布。夏季降水減少明顯，氣候傾向率為-12.094mm/10a。分析大氣降水資源的特征變化可為“三農(nóng)”氣象使用技術(shù)服務(wù)提供依據(jù)和參考。

關(guān)鍵詞：降水量；降水日數(shù)；水資源；變化特征

中圖分類號(hào) P426 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2015）14-156-03

1 引言

大氣降水是水資源的重要組成部分[1-2]，是人類用水的重要補(bǔ)給源。在氣候變暖的情景下，大氣降水在不同區(qū)域上發(fā)生較大的變化，增加了水資源變化的復(fù)雜性。大氣降水與人類息息相關(guān)，所以分析降水資源、掌握變化特征具有重要的實(shí)際意義。大氣降水區(qū)域性分布十分明顯[3-4]，諸多學(xué)者對(duì)不同區(qū)域的降水狀況和特征變化進(jìn)行了分析，并對(duì)地方水資源建設(shè)及農(nóng)業(yè)用水起到了推動(dòng)作用，如袁應(yīng)澤等[5]研究了南鄭春玉米生產(chǎn)期歷年降水分布規(guī)律；王偉宏等[6]研究了皖東南地區(qū)的降水變化趨勢(shì)；左洪超等[7]研究了中國(guó)近50a氣溫及降水量的變化趨勢(shì)；高歌等[8]研究了華北地區(qū)氣候變化對(duì)水資源的影響。本文則以建平老哈河流域?yàn)檠芯繀^(qū)域，分析1960-2012年降水和降水日數(shù)變化特征。研究成果可對(duì)建平老哈河流域水資源可持續(xù)開(kāi)發(fā)、中長(zhǎng)期降水評(píng)估利用、“三農(nóng)”服務(wù)等提供依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 資料來(lái)源 采用1960-2012年建平氣象監(jiān)測(cè)站近53a降水資料，分別計(jì)算了各月、季節(jié)、年降水量、降水日數(shù)，降水日數(shù)包括：≥0.0mm/日和≥5.0mm/日。

2.2 分析方法 氣候傾向率[9] 用一元線性函數(shù)的一次項(xiàng)系數(shù)（a）表征氣象要素的趨勢(shì)變化特征。見(jiàn)公式（1）。

[y=ax+b] （1）

式中：y為氣象要素，x為年份序列號(hào)，b為常數(shù)項(xiàng)，a為線性傾向值，也稱氣候傾向率，一般用10a來(lái)表示。a值的大小反映了上升或下降的變化速率。a<0表示y隨時(shí)間呈下降趨勢(shì)，反之，a>0表示上升趨勢(shì)。

極端事件分析運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)偏差[10]衡量數(shù)據(jù)值偏離算術(shù)平均值的程度，分析降水分散程度，可確定極端事件發(fā)生幾率。見(jiàn)公式（1）：

[S=（yi-y）2N] （2）

式中，S為標(biāo)準(zhǔn)偏差，N樣本數(shù)，yi-y為歷年值減總體平均數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 年降水量及分布

3.1.1 年降水量年際變化 建平北部老哈河流域年降水量累年平均值為438.0mm，2009年最少為268.9mm，1962年最多為804.4mm，降水極差為535.5mm，極比為2.99倍。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)偏差分析，年降水正常值在345～445mm之間，異常偏多（>445mm）有6a，幾率為11.3%，分別是：

1962、1977、1990、1991和2010年；異常偏少（<345mm）有9a，幾率為17.0%，分別是：1968、1971、1980、1981、1982、2000、2001、2008和2009年。由圖1顯示，年降水量呈現(xiàn)出減少趨勢(shì)，氣候傾向率為-4.872mm/10a，近53a降水線性減少25.8mm。從各個(gè)年代減少平均值分析看，20世紀(jì)60年代最多為464.8mm，其次是90年代為453.9mm，70年代為433.6mm，80年代430.1mm，21世紀(jì)00年代降水量最少為416.1mm。年代最大相差48.7mm。

圖1 建平老哈河流域年降水量年際變化

圖2 建平老哈河流域降水量年變化

3.1.2 降水量月、季分布 圖2所示，建平老哈河流域降水量月變化呈單峰型，在1960-2012年的53a中統(tǒng)計(jì)，7月份最多占年降水量的29.4%，其次是6月和8月分別占年降水量的19.5%和18.1%，1月份最少僅占年降水量的0.3%。降水量主要出現(xiàn)5～9月，占年降水量的90.5%。

春季（3～5月）降水量累年平均為69.9mm，占年降水量的16.0%；其中1983年最多157.5mm，1965年最少18.6mm，極差為138.9mm，極比高達(dá)8.5倍。春季年際變化呈增加趨勢(shì)，線性變化趨勢(shì)方程為y=0.5378x-998.05，氣候傾向率為5.378mm/10a，線性增加降水量28.5mm。

夏季（6～8月）降水量累年平均為293.4mm，占年降水量的67.0%；其中1962年最多674.9mm，2009年最少140.1mm，極差為534.8mm，極比達(dá)4.8倍。夏季年際變化呈減少趨勢(shì)，線性變化趨勢(shì)方程為y=-1.2094x+2695.3，氣候傾向率為-12.094mm/10a，線性減少降水量64.1mm。

秋季（9～11月）降水量累年平均為68.4mm，占年降水量的15.6%；其中2010年最多193.9mm，1982年最少20.3mm，極差為173.6mm，極比高達(dá)9.6倍。秋季年際變化呈增加趨勢(shì)，線性變化趨勢(shì)方程為y=0.2036x-335.89，氣候傾向率為2.036mm/10a，線性增加降水量10.8mm。

冬季（12～翌年2月）降水量累年平均為6.2mm，占年降水量的1.4%；其中1979年最多23.1mm，1974年最少0.0mm。冬季年際變化呈減少趨勢(shì)，線性變化趨勢(shì)方程為y=-0.0191x+44.238，氣候傾向率為-0.191mm/10a，線性減少降水量1.0mm。

3.2 降水日數(shù)及分布

3.2.1 降水日數(shù)年際變化 建平老哈河流域≥0.0mm降水日數(shù)累年平均為71.2d。1964年最多為94d，降水量為523.6mm；1983年最少為54d，降水量為403.9mm。圖3所示，≥0.0mm降水日數(shù)年際變化呈減少趨勢(shì)，氣候傾向率為-1.412d/10a，線性減少7.5d。從年代際變化看，20世紀(jì)60年代最多為76.3d，其次為70年代為73.2d，80年代最少為66.6d，90年代為71.7d，21世紀(jì)00年代為68.5d。

≥5.0mm降水日數(shù)累年平均為23.6d。1978年最多為36d，降水量為523.0mm；1980年最少為13d，降水量為305.3mm。圖3所示，≥5.0mm降水日數(shù)年際變化趨勢(shì)平穩(wěn)，氣候傾向率為-0.031d/10a。從年代際變化看，各個(gè)年代平均降水日數(shù)較為接近，期變化依次為：20世紀(jì)70年代最多25.4d，其次21世紀(jì)00年代為24.1d，60年代為23.4d，90年代為23.1d，80年代最少為22.0d。

圖3 降水日數(shù)年際變化

圖4 降水日數(shù)年變化

3.2.2 降水日數(shù)月、季分布 圖4所示，建平老哈河流域降水日數(shù)（≥0.0mm、≥5.0mm）月變化呈單峰型。在1960—2012年的53a中統(tǒng)計(jì)，≥0.0mm降水日數(shù)，7月份最多平均為13.0d，占年降水日數(shù)的18.3%；其次是6月和8月分別為12.1d和10.1d，分別占年降水日數(shù)的17.0%和14.2%，1月份最少為1.7d，占年降水日數(shù)的2.4%?！?.0mm降水日數(shù)，7月份最多平均為6.4d，占年降水日數(shù)的27.1%；其次是6月和8月分別為4.5d和4.1d，分別占年降水日數(shù)的19.1%和17.4%，在1960-2012年中1月份沒(méi)有≥5.0mm降水日數(shù)，12月也僅有0.1d，占年降水日數(shù)的0.4%?！?.0mm降水日數(shù)主要分別在3月至11月間。

春季（3～5月）≥0.0mm降水日數(shù)累年平均為16.4d，占年降水日數(shù)的23.0%；2010年最多為29d，1963、1994年最少為10d，極差為19d。依據(jù)線性分析，春季≥0.0mm降水日數(shù)年際變化平穩(wěn)，氣候傾向率0.074d/10a?！?.0mm 降水日數(shù)累年平均為4.1d，占年降水日數(shù)的17.4%；1978、1982年最多為9d，1965、2006年最少僅有1d。依據(jù)線性分析，春季≥5.0mm降水日數(shù)年際變化呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，氣候傾向率0.26d/10a。從年代際平均值變化看，20世紀(jì)60年代最少為3.2d，70年代4.3d，80年代4.7d，90年代最多為4.8d，21世紀(jì)00年代為4.5d，最大平均相差1.6d。

夏季（6～8月）≥0.0mm降水日數(shù)累年平均為35.2d，占年降水日數(shù)的49.4%；1962年最多為47d，1982年最少為22d，極差為25d。依據(jù)線性分析，夏季≥0.0mm降水日數(shù)年際變化呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，氣候傾向率-1.366d/10a，線性減少7.2d?！?.0mm降水日數(shù)累年平均為15.1d，占年降水日數(shù)的63.9%；1964、1994年最多為23d，1980、2000、2009年最少為8d。依據(jù)線性分析，夏季≥5.0mm降水日數(shù)年際變化呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，氣候傾向率-0.409d/10a。從年代際平均值變化看，20世紀(jì)60年代最多為16.3d，70年代16.1d，80年代最少為13.8d，90年代為14.3d，21世紀(jì)00年代為15.2d，最大平均相差2.5d。

秋季（9～11月）≥0.0mm降水日數(shù)累年平均為14.1d，占年降水日數(shù)的19.8%；1976年最多為27d，1966年最少為5d，極差為22d。依據(jù)線性分析，秋季≥0.0mm降水日數(shù)年際變化趨勢(shì)平穩(wěn)，氣候傾向率-0.075d/10a。≥5.0mm降水日數(shù)累年平均為4.1d，占年降水日數(shù)的17.8%；2010年最多為11d，1966、1975、1982、1983年最少僅有1d。依據(jù)線性分析，秋季≥5.0mm降水日數(shù)年際變化呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，氣候傾向率0.165d/10a。從年代際平均值變化看，20世紀(jì)60年代為3.7d，70年代最多為4.6d，80年代最少為3.4d，90年代為4.0d，21世紀(jì)00年代為4.3d，最大平均相差1.2d。

冬季（9～11月）≥0.0mm降水日數(shù)累年平均為5.5d，占年降水日數(shù)的7.7%；1974、1990、2000年最多為13d，1974年冬季無(wú)降水，極差為13d。依據(jù)線性分析，冬季≥0.0mm降水日數(shù)年際變化略顯減少趨勢(shì)，氣候傾向率-0.045d/10a。

≥5.0mm降水日數(shù)累年平均為0.2d，占年降水日數(shù)的0.6%；在1960-2012年中，日降水量≥5.0mm日數(shù)1979年出現(xiàn)2次，1962、1968、1971、1977、1984、和2009年各出現(xiàn)1次，其它各年冬季均無(wú)≥5.0mm日數(shù)。

4 結(jié)論與討論

（1）建平老哈河流域降水量存在減少趨勢(shì)，分析結(jié)果與遼寧大部分地區(qū)相同[9-10]，但減少的趨勢(shì)性并不明顯。1960-2012年降水量氣候傾向率為-4.872mm/10a，近53a降水線性減少25.8mm。春季、秋季降水呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，夏季呈減少趨勢(shì)，氣候傾向率為-12.094mm/10a。降水年變化則以七月為峰值呈正態(tài)分布。春夏秋冬四季以夏季降水量最多，占全年的67.0%，春季和秋季降水量接近，分別占16.0%和15.6%，冬季最少僅占1.4%。這種分布特點(diǎn)與作物需水規(guī)律相吻合，但在春季和秋季容易出現(xiàn)因大氣降水不足而導(dǎo)致大田作物干旱等災(zāi)害，從而影響作物產(chǎn)量。

（2）降水日數(shù)是衡量降水頻次和降水量時(shí)間分布的指標(biāo)，降水日數(shù)多并不代表降水量就多，當(dāng)降水量在降水日數(shù)上分配合理，對(duì)大田作物生長(zhǎng)和產(chǎn)量形成是十分有利的。建平老哈河流域≥0.0mm降水日數(shù)變化在54～94d之間（1960—2012年），并呈現(xiàn)出減少趨勢(shì)，每10a減少約1.4d。有效降水≥5.0mm日數(shù)，平均占≥0.0mm降水日數(shù)的33.1%，說(shuō)明建平老哈河流域降水日數(shù)的降水有效性僅占全年的1/3，這對(duì)大氣降水資源達(dá)到充分利用是道難題。作為≥5.0mm有效降水日數(shù)1960-2012年在13～36d之間變化，而變化趨勢(shì)表現(xiàn)平穩(wěn)。

（3）年降水量總趨勢(shì)的減少，并不代表降水量真正意義上的減少，1962年極端降水量（804.4mm）直接影響了降水年際變化趨勢(shì)，當(dāng)剔除1962年這個(gè)特殊年份之后，年降水氣候傾向率則為2.218mm/10a，整個(gè)降水變化則略顯增加趨勢(shì)。

此外，降水日數(shù)作為大氣降水資源特征值的存在，是對(duì)大氣降水量有效程度的一個(gè)度量。運(yùn)用有效降水量和有效降水日數(shù)的比值進(jìn)一步研究降水資源的真實(shí)性，應(yīng)該是較接近實(shí)際的方法，有待于進(jìn)一步探索。

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