德州市中長期降雨量變化特征初探

張洪亮，王 恒，李 楠

（1.德州市水資源管理辦公室，山東德州253014；2.德州市水利局河道工程管理處，山東德州253014）

德州市中長期降雨量變化特征初探

張洪亮1，王 恒2，李 楠1

（1.德州市水資源管理辦公室，山東德州253014；2.德州市水利局河道工程管理處，山東德州253014）

利用德州市水文局1950—2010年50年降水量資料，采用回歸分析、趨勢線分析、5點(diǎn)滑動平均等方法對德州市近50年來降雨量的變化特征進(jìn)行科學(xué)分析，得到了年降雨量、季節(jié)降雨量以及年代降雨量的變化特征，同時(shí)還得到了相應(yīng)擬合方程并確定了其變化趨勢。研究結(jié)果表明：德州市近50年來降水量變化存在下降趨勢，春季降雨量表現(xiàn)出不斷增加的趨勢，夏季、秋季和冬季降雨量則表現(xiàn)出不斷下降的趨勢，季節(jié)降雨量最大值出現(xiàn)在夏季，最小值出現(xiàn)在冬季，20世紀(jì)60年代是近50年中降雨量最多的10年、80年代是降雨量最少的10年、其余各年代降雨量變化穩(wěn)定（均在均值附近上下擺動）。

德州市；降雨量；變化特征

德州市位于山東省西北部、黃河下游北岸，處于東經(jīng)115°45′～117°36′、北緯36°24′～38°0′。德州市屬于溫帶季風(fēng)氣候，主要特點(diǎn)表現(xiàn)為：四季分明、冷熱干濕界限明顯，春季干旱多風(fēng)回暖快，夏季炎熱多雨，秋季涼爽多晴天，冬季寒冷少雪多干燥。年均降雨量560.1 mm，頻率20%、50%、75%、95%分別為693.8、547.4、446.0、323.9 mm。

近50年來，德州市年降水量顯著減少，并存在年際、年內(nèi)和區(qū)域降水分布不均等問題，加大了洪澇和干旱的經(jīng)濟(jì)損失。目前，國內(nèi)對多年降雨量變化特征分析較多，但對于德州市定位深入分析研究甚少。筆者根據(jù)德州市氣象部門提供的近50年來各月降水資料系列，對德州市降水量的變化特征和變化趨勢進(jìn)行分析。

1 研究方法

為了科學(xué)分析全年的降水變化特征，根據(jù)氣象學(xué)上的標(biāo)準(zhǔn)將全年劃分為4個(gè)季節(jié)，分別是春季（3—5月）、夏季（6—8月）、秋季（9—11月）、冬季（12月—次年2月）。研究過程主要采用回歸分析、趨勢線分析、5點(diǎn)滑動平均等方法。

2 降雨量變化特征分析

2.1 年降雨量變化特征

由圖1可以看出，德州市近50年的最大降雨量出現(xiàn)在1964年，為1 049.8 mm；最小降雨量出現(xiàn)在1968年，為302.4 mm；近50年平均年降雨量為560.1 mm。從年降水量來看，德州市的降水表現(xiàn)出一定的規(guī)律性，除1964年發(fā)生特大降雨外，其余各年份降雨量均在平均降雨量附近上下擺動。用5點(diǎn)滑動平均法對年降雨量擬合，得到一元線性遞減方程：

由式（1）可知，一元線性方程系數(shù)K=-2.287 2＜0，表明近50年來德州市年降雨量呈逐年下降的趨勢。

圖1 德州市近50年降雨量變化

2.2 季節(jié)降雨量變化特征

德州市春季平均降水量為75.2 mm，占全年降水量的13.4%；夏季平均降水量為378.9 mm，占全年降水量的67.6%；秋季平均降水量為90.7 mm，占全年降水量的16.2%；冬季平均降水量為15.4 mm，占全年降水量的2.7%。

采用5點(diǎn)滑動平均法對各季節(jié)降雨量進(jìn)行分析，分別得到擬合方程。

從圖2—5，可以得出以下結(jié)論：①春季降雨量表現(xiàn)出平穩(wěn)增加的趨勢，除1963年春季降雨量最大外，其余各年份均平穩(wěn)變化；②夏季降雨量表現(xiàn)出下降的趨勢，這與年降雨總量的變化趨勢保持一致，說明德州市的夏季降雨量對全年降雨量貢獻(xiàn)最大，其相關(guān)性最密切；③秋季降雨量表現(xiàn)出下降趨勢，與夏季降雨量相比較，其下降速率較為緩慢，對年降雨量影響不大；④冬季降雨量表現(xiàn)出下降趨勢，這也與當(dāng)?shù)貧夂蛎芮邢嚓P(guān)，冬季隨著氣溫的降低降雨量會逐漸下降，但在全球氣候的影響下，冬季降雨量和降水量也在不斷下降，這也是與實(shí)際情況相吻合的。

圖2 德州市近50年春季降雨量變化

2.3 不同年代降雨量變化特征

德州市20世紀(jì)50年代年平均降水量為586.41mm；60年代年平均降水量為620.54 mm；70年代年平均降水量為596.49 mm；80年代年平均降水量為459.74 mm；90年代年平均降水量為559.51 mm；21世紀(jì)初期平均降水量為540.20 mm。

圖3 德州市近50年夏季降雨量變化

圖4 德州市近50年秋季降雨量變化

圖5 德州市近50年冬季降雨量變化

由圖6可知，20世紀(jì)60年代是近50年中降雨量最多的10年，貢獻(xiàn)量最大的是1964年，這也是近50年中最大降雨量的年份；80年代是降雨量最少的10年，其平均降雨量低于平均降雨量560.1 mm；其余各年代降雨量變化穩(wěn)定，均在均值附近上下擺動。根據(jù)擬合年代平均降雨量數(shù)據(jù)，得到遞減線性方程：

由式（6）可知，一元線性方程系數(shù)K=-15.74＜0，表明各年代降雨量表現(xiàn)出一定的遞減趨勢，這與近50年來平均降雨量的變化趨勢也是一致的。

圖6 德州市近50年不同年代平均降雨量變化

3 結(jié)論

（1）德州市近50年來降水量變化存在下降趨勢，最大值和最小值全部出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代，分別是1964年的1 049.8 mm、1968年的302.4 mm，20世紀(jì)70年代—21世紀(jì)初期均沒有出現(xiàn)較大、特大降雨量，近50年降雨量變化較為穩(wěn)定。

（2）季節(jié)降雨量最大值出現(xiàn)在夏季，最小值出現(xiàn)在冬季，特別是夏季降雨量對全年降雨量貢獻(xiàn)量最大。近50年來春季降雨量表現(xiàn)出不斷增加的趨勢，夏季、秋季和冬季降雨量則表現(xiàn)出不斷下降的趨勢，夏季降雨量的減少是導(dǎo)致近些年年降雨總量減少的主要原因。

（3）不同年代降雨量變化趨勢同整個(gè)序列變化趨勢一樣，表現(xiàn)出逐漸減少的趨勢。20世紀(jì)60年代是近50年中降雨量最多的10年，貢獻(xiàn)量最大的是1964年，這也是近50年中最大降雨量的年份；80年代是降雨量最少的10年，其平均降雨量低于平均降雨量560.1 mm；其余各年代降雨量變化穩(wěn)定，均在均值附近上下擺動。

圖4 計(jì)算值與實(shí)測值對比

3 數(shù)值模擬結(jié)果與分析

對2012年全年的水庫水動力特性進(jìn)行了模擬，夏季水庫流速分布如圖5所示，冬季水庫流速分布如圖6所示。通過數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，夏季由于來水量較多，水庫內(nèi)流速較大，最大流速為0.34 m/s，位于水庫入口河道內(nèi)。水流進(jìn)入庫區(qū)后，水面開闊，過水?dāng)嗝婷娣e增加，流速減小，庫區(qū)中部流速約為1.3 cm/s。夏季庫區(qū)內(nèi)水流流態(tài)較好，無環(huán)流出現(xiàn)，水流較平順，這對增加水體交換能力提供了有利的水力條件。

冬季由于來水量較少，庫區(qū)內(nèi)整體流速較小，入口河道內(nèi)水流流速為1.7 cm/s，庫區(qū)內(nèi)流速約為0.8 cm/s。冬季庫區(qū)內(nèi)水流流態(tài)較好，無環(huán)流出現(xiàn)，水流較平順。但由于流速較小，對水體交換不利。

圖5 夏季流速分布

圖6 冬季流速分布

4 結(jié)論

筆者依據(jù)崗南水庫地形資料，建立了崗南水庫三維水動力數(shù)值模型，利用水庫水位實(shí)測資料對數(shù)值模型進(jìn)行了驗(yàn)證。利用驗(yàn)證后的模型對全年的水動力特性進(jìn)行了數(shù)值模擬。研究發(fā)現(xiàn)，夏季水庫內(nèi)水體流速較大，水流流態(tài)較好，有助于增加水體交換能力；冬季水庫內(nèi)流態(tài)較好，但流速較小，對水體交換能力不利。

TV125

B

1004-7328（2015）01-0055-03

10.3969/j.issn.1004-7328.2015.01.020

2014-10-11

張洪亮（1983-），男，助理工程師，主要從事水資源技術(shù)規(guī)劃研究工作。