1957-2012年宿州市降水時間變化特征研究

何愛霞，蘇海民

（宿州學(xué)院資源與土木工程學(xué)院，安徽宿州234000）

1957-2012年宿州市降水時間變化特征研究

何愛霞，蘇海民

（宿州學(xué)院資源與土木工程學(xué)院，安徽宿州234000）

利用宿州市氣象站1957-2012年逐月降水資料，運(yùn)用線性趨勢分析、小波分析和Mann-Kendall法對該區(qū)年降水量和季節(jié)降水量進(jìn)行年際和年代際分析，揭示該區(qū)降水量時間尺度變化特征，并分析其降水序列的周期變化和突變點(diǎn).結(jié)果表明：（1）57年來宿州市年降水量、季節(jié)降水量均呈微弱的增長趨勢，降水傾向率最大為0.015 8/10 a，但降水年代、年際變化明顯.（2）經(jīng)滑動t檢驗(yàn)，宿州市年降水量和季節(jié)降水量除春季外均存在突變點(diǎn)，分別出現(xiàn)在1968、1994、1998、2003年，但上述突變均不明顯.（3）小波功率譜結(jié)果表明宿州市年降水量和季節(jié)降水量均存在著2-8年的準(zhǔn)周期.年降水量和夏季降水量存在2年，春季存在3年和6年，秋季存在4年，冬季存在2-4年和10年的震蕩周期.

宿州市；降水趨勢分析；Mann-Kendall法；小波分析

0 引言

在全球氣候變暖的大背景下，降水的時序變化直接關(guān)系到區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全[1].降水作為氣候的重要因素對人類活動具有重要影響，會直接引起區(qū)域水資源的變化、控制著生態(tài)環(huán)境建設(shè)并導(dǎo)致旱澇災(zāi)害發(fā)生及對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和水生生態(tài)系統(tǒng)造成威脅[2].研究區(qū)域降水變化規(guī)律對于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和自然災(zāi)害防治具有重要意義，也引起了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注[3,4].宿州市位于安徽北部平原地區(qū)，是重要糧食產(chǎn)區(qū)，其糧食產(chǎn)量對于穩(wěn)定安徽糧食生產(chǎn)具有重要作用.在季風(fēng)氣候影響下，降水多集中在夏季，旱澇頻繁發(fā)生，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響顯著.研究宿州市降水多時間尺度變化趨勢，揭示該市降水演變規(guī)律對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、防洪抗旱具有重要指導(dǎo)作用，所以，一些學(xué)者針對宿州市氣候變化和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)開展了大量研究.陳立婷[5]研究了宿州典型旱情并針對具體旱情提出相應(yīng)對策；徐國偉等[6]針對宿州市近50 a氣候變化特征進(jìn)行研究；高飛翔等[7]通過研究宿州氣候變化分析了其對冬小麥產(chǎn)量帶來的影響.但針對宿州市降水多時間尺度分析尚未見報道，筆者以宿州市氣象站點(diǎn)57年月降水?dāng)?shù)據(jù)為對象，利用數(shù)理統(tǒng)計方法研究宿州市降水年內(nèi)配置及變化規(guī)律，以期為區(qū)域糧食安全生產(chǎn)提供參考.

1 數(shù)據(jù)與方法

選取宿州市國家站點(diǎn)1957-2012年逐月降水量資料為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，按月份計算測出年、季度降水資料，并對其中不足數(shù)據(jù)進(jìn)行插補(bǔ)和檢驗(yàn)得到宿州市近57年降水量的時間序列.為了反映降水量的季節(jié)變化，計算出春（3，4，5）、夏（6，7，8）、秋（9，10，11）和冬（12，1，2）的平均降水量作為宿州市四季降水量.

文章通過最小二乘法進(jìn)行線性趨勢[8]分析，明確宿州市近57年降水變化趨勢，利用10倍傾向率表示線性趨勢變化的程度；利用Mann-Kendall[9-10]趨勢檢驗(yàn)進(jìn)行降水量的突變分析；并對降水量時間序列進(jìn)行連續(xù)小波變換[11-13]周期分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 降水量年際、年代際變化趨勢分析

57年來宿州市降水量變化趨勢平緩（圖1），10 a降水傾向率僅0.000 6.但年際間變化明顯，1996年降水量最多為1 460.20 mm，為多年平均數(shù)的170%，最少降水量出現(xiàn)在1968年只有560.20 mm，只有多年平均數(shù)的65%.從年代際看，1960-1970年、1990-2010年降水量變化波動幅度較大，1970-1990年降水量變化幅度較小.表1顯示，50年代后期和1980年代降水距平為負(fù)值，表明降水量偏少，尤其是在1980年代距平達(dá)-58.28 mm，1960、1970、1990和2000年代降水距平為正值，為多雨期，其中1970年代降水平緩，多年距平僅1.73 mm，2011和2012年降水明顯少于多年平均數(shù)，降水距平達(dá)-93.17 mm.

圖11957 -2012年宿州市年降水量變化

表1 宿州市年代際平均降水距平（單位：mm）

限于篇幅，宿州市降水量季節(jié)變化圖均未列出.1957-2012年宿州市四季降水量變化都有一定的增長趨勢，降水傾向率以春季最大，為0.015 8/10 a.春季降水年際變化起伏明顯，1963年降水量最多為414.70 mm，1978年最少為34.40 mm，二者相差380.30 mm.其中70年代以前、80-90年代中期降水變化波動大.年代際變化中1980年代和2001年以后降水距平為負(fù)值，為少雨期；其余年代降水距平為正，降水偏多.夏季降水和年降水變化趨勢近似相同，降水量1970年代前和1990年后變化幅度大，1970-1990年降水量多在平均值附近波動.最大降水量出現(xiàn)在1965年，為1 033.10 mm，最少出現(xiàn)在1999年，僅有187 mm，1990年以后降水呈穩(wěn)定增長趨勢，降水進(jìn)入豐雨期.降水量年代際變化中，1980年代減少趨勢最大，降水距平為-72.56 mm，2000年代降水距平最大為68.38 mm，其余年代降水量接近多年平均數(shù).秋季降水較平穩(wěn)，不同年份差距較小，只有個別年份差別較大.降水年代際變化中，1960、1980和1990年代降水距平為正，其余年代為負(fù)，而1980年代降水偏多與年降水量、春季和夏季降水量變化趨勢相反.而冬季降水量也比較穩(wěn)定，大部分年份降水量接近多年平均降水量60.80 mm，只有1960、1995年和2001年降水距平較大，而且皖北地區(qū)冬季降水總體也呈緩慢增長趨勢，冬季降水不斷增多，這與全球氣候變暖可能有一定關(guān)系.從年代際看，降水距平大都接近多年平均數(shù)，最大距平百分率不超過14.6%.

2.2 降水量M-K突變分析

針對宿州市年降水量數(shù)據(jù)進(jìn)行突變分析，繪制M-K曲線圖（圖2）.圖2顯示，宿州市UF曲線在1965年以前呈波動上升趨勢，之后在波動在下降1969-1975年基本在零線附近波動，之后下降到零線以下，1995年以后又緩慢上升，2003年以后上升到零線以上，表明宿州市年降水量期間經(jīng)歷了增加→減少→增加的發(fā)展趨勢.UF和UB曲線存在多個交點(diǎn)，但只有在1994年附近通過了0.05顯著性水平檢驗(yàn)，說明宿州市年降水量在此出現(xiàn)突變，但UF曲線沒有超過信度線，表明變化不明顯.

宿州市春季降水量UF曲線在1957-1968年除1963年在零點(diǎn)以下外，均在零線以上，其余年份基本在零線附近波動，說明宿州市春季降水趨勢沒有明顯的變化.UF和UB曲線存在多個交點(diǎn)，但均沒有通過0.05的信度檢驗(yàn)，表明春季降水量不存在突變點(diǎn).夏季降水量UF曲線在1966年以前除1958年和1961年低于零值，其余都在零線以上，自1967-2006年UF曲線在零線以下，之后又回至零線以上，表明宿州市年降水量期間經(jīng)歷了增加→減少→增加的發(fā)展趨勢.UF和UB曲線在0.05信度區(qū)間內(nèi)交于2003年附近，為突變時間的開始，沒有超過信度線，表明宿州市降水量突變不明顯.秋季降水量UF曲線除1972-1978年和2002年之后在零線以下外，其余均在零線以上，表明降水量發(fā)展歷程增加→減少→增加→減少的變化趨勢.UF和UB曲線在1998年之后存在多個交點(diǎn)，但只有1998年通過信度檢驗(yàn)，說明宿州市秋季降水量在1998年開始突變，且變化不明顯.冬季降水量UF曲線在1969年前低于零線，之后均高于零線，表明宿州市冬季降水量自1969年不斷增長.UF和UB曲線在1968年存在突變交點(diǎn).

2.3 降水量周期分析

宿州市年降水量小波功率譜結(jié)果表明（圖3），年降水量1962-1978年和1988-2006年存在著2-8年的準(zhǔn)周期.從整體看，宿州市年降水量存在著大致為2年、6年和8年的震蕩周期，但只有2年的周期通過了95%置信水平的檢驗(yàn)，并存在微弱的6年震蕩周期.就季節(jié)來看（圖略），春季降水量在1960-1968年、1975-1980年和1990-2005年存在3年和6年的準(zhǔn)周期，并且通過了95%置信水平的檢驗(yàn)，即春季存在著3年和6年的震蕩周期，同時在1970-1985年存在6-8年的準(zhǔn)周期，但沒有通過檢驗(yàn).夏季周期變化與年降水量變化大致相同，這是因?yàn)樗拗菔袨榇箨懶约撅L(fēng)氣候，降水主要集中在夏季導(dǎo)致.秋季降水量在1962-1965年、1979-1990年和1993-2002年存在2年、4年和8-10年的準(zhǔn)周期，只有4年的周期通過了95%置信水平的檢驗(yàn).57年來宿州市冬季降水量存在約為2年、4年和10年的準(zhǔn)周期，1983-1998年10年周期和1991-2002年的2-4年周期通過了信度檢驗(yàn)，即冬季存在2-4年和10年的震蕩周期.

3 結(jié)論

1）1957年來宿州市年降水量、季節(jié)降水量均呈微弱的增長趨勢，降水傾向率最大為0.015 8/10 a.但降水年代、年際變化明顯.

2）宿州市年降水量1957年經(jīng)歷了增加→減少→增加的發(fā)展趨勢，并在1994年附近存在突變，但突變不明顯.宿州市春季降水量趨勢沒有明顯的變化且不存在突變點(diǎn)；夏秋兩季降水量經(jīng)歷了增加→減少→增加的發(fā)展趨勢，并分別在2003年和1998年附近開始突變；冬季降水量自1969年不斷增長，在1968年存在突變交點(diǎn)，上述突變均不明顯.

3）小波功率譜結(jié)果表明宿州市年降水量和季節(jié)降水量均存在著2-8年的準(zhǔn)周期.年降水量和夏季降水量在2年，春季在3年和6年，秋季在4年，冬季在2-4年和10年通過信度檢驗(yàn)，即存在上述震蕩周期.

圖31957 -2012年宿州市年降水量小波功率譜

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（責(zé)任編輯 李健飛）

Variation Characteristics of Precipitation in Suzhou of Anhui Province during 1957～2012

HE Ai-xia，SU Hai-min
（School of Resources&Civil Engineering，Suzhou University，Suzhou，Anhui 234000，China）

Based on the precipitation data during 1957-2012 in Suzhou，northern Anhui Province，this paper analyzes the characteristics of precipitation，including precipitation trend，non-uniformity coefficient，concentration degree.The results show that：（1）The annual and seasonal precipitation all showed a slow upward trend，but interdecadal and decadal variation of precipitation was larger.（2）After the sliding test，except for spring，the other seasonal precipitation existed mutations points，respectively，in 1994，2003，1998 and 1968，but these mutations were not obvious.（3）Wavelet analysis indicated annual and seasonal precipitation series existed quasi periodic 2-8 years in Suzhou，Anhui Province in the past 57 years，the annual and summer precipitation in existence for 2 years，3 years and 6yearsinspring，4yearsinautumnand2-4yearsand10yearsinwinter oscillationcycle.

Suzhou City；precipitation trend analysis；Mann-Kendall method；wavelet analysis

S161.6

：A

：1673-1972（2015）06-0077-04

2015-07-26

安徽省煤礦勘探工程技術(shù)中心開放課題（2014YKF01）；宿州學(xué)院自然科學(xué)研究（2014yyb06）；宿州學(xué)院學(xué)術(shù)技術(shù)骨干項目（2014XJGG06）；安徽省高校自然科學(xué)研究（KJ2013Z322）

何愛霞（1979-），女，山東菏澤人，講師，主要從事國土資源開發(fā)與整治研究.