淮河片區(qū)面降水量演變趨勢診斷研究

路加明++姚望瀛+姚惠明+黃俊+江惠芳

摘 要：根據(jù)淮河片區(qū)及其周邊氣象站1951—2006年的逐日降水量資料，構(gòu)建動態(tài)泰森多邊形模型，分析評價(jià)了淮河片區(qū)及其南部和北部3種區(qū)域尺度的月、季、汛期、年等時(shí)段的面降水量特征及其時(shí)空變化規(guī)律；分析診斷了季、汛期、年等時(shí)段的面降水量演變趨勢、突變趨勢特性。研究表明，3種區(qū)域尺度的面降水量集中分布在汛期，北部比南部更為集中，片區(qū)、南部和北部7～8月的降水量占年降水量的42%、38%、49%；3種區(qū)域尺度的年降水量總體上呈現(xiàn)不顯著的增減變化趨勢，南部略增、北部略減，但山東半島東部呈現(xiàn)顯著減少趨勢；夏季、汛期、連續(xù)4個(gè)月最大、年降水量序列時(shí)間總體上也不存在顯著突變。

關(guān)鍵詞：動態(tài)泰森多邊形模型 面降水量 演變趨勢診斷 時(shí)空變化特征 淮河片區(qū)

中圖分類號：P33 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）12（c）-0098-02

淮河片區(qū)地處我國南北氣候過渡地帶，淮北屬暖溫帶區(qū)，淮南屬北亞熱帶區(qū)，片區(qū)內(nèi)降水量分布由南向北遞減，年內(nèi)降水主要集中在6～8月，尤其是6月中旬至7月上旬，年際降水多雨年與少雨年降水量比值可達(dá)3～5倍，且洪澇、干旱時(shí)常交替發(fā)生。受全球氣候變暖的影響，亞洲南部部分地區(qū)的降水量在1900—2005年間存在減少的趨勢，國內(nèi)外學(xué)者采用不同的方法對中國及其各地降水量的時(shí)空分布特征及其演變趨勢進(jìn)行了多角度分析研究。該文以淮河片區(qū)及其周邊氣象站1951—2006年的逐日實(shí)測降水資料，采用動態(tài)式的泰森多邊形模型，評價(jià)計(jì)算淮河片區(qū)及其南部、北部3種區(qū)域尺度不同時(shí)段的面降水量和時(shí)空分布特征，研究3種片區(qū)面降水量的年內(nèi)年際變化及其演變趨勢、突變趨勢，為區(qū)域水利、鐵路、城市建設(shè)等工程的規(guī)劃與設(shè)計(jì)和防汛與抗旱提供技術(shù)分析支撐。

1 數(shù)據(jù)來源和研究方法

1.1 分析數(shù)據(jù)來源

降水量資料來源于中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)（http：//cdc.cma.gov.cn/），包括淮河片區(qū)及其周邊基本、基準(zhǔn)面氣象觀測站及自動站1951—2006年的逐日降水量。

1.2 研究評價(jià)方法

淮河片區(qū)面平均降水量的評價(jià)計(jì)算面積約329 371 km2，其中南部約191 653 km2、北部約137 718 km2。區(qū)域面平均降水量采用泰森多邊形法計(jì)算，其精度較高，尤其適合于測站分布不均勻的區(qū)域。由于各計(jì)算區(qū)域在不同年份使用的雨量站點(diǎn)是動態(tài)式的，其泰森多邊形根據(jù)實(shí)際采用站點(diǎn)進(jìn)行構(gòu)建。

區(qū)域面平均降水量的演變趨勢、突變趨勢診斷分別采用時(shí)間序列線性傾向率估計(jì)法（最小二乘法）、Mann-Kendall法和滑動t檢驗(yàn)法進(jìn)行分析和評價(jià)。

2 面降水量特征

2.1 面降水量分布特征

淮河片區(qū)1951—2006年多年平均年降水量為844.9 mm，其中夏季為463.6 mm，連續(xù)4個(gè)月最大563.4 mm，汛期為545.2 mm，非汛期為299.8 mm，分別占多年平均的54.9%、66.7%、64.5%、35.5%，說明淮河片區(qū)的降水量高度集中在汛期（或夏季）。歷年年最大降水量為1 208.6 mm（2003年），年最小降水量為572.8 mm（1966年），極值比為2.1，變化幅度不大。

淮河片區(qū)北部和南部的多年平均年降水量分別為744.2 mm和917.3 mm，淮河片區(qū)南部7～9月、夏季、汛期、連續(xù)4個(gè)月最大的降水量與淮河片區(qū)北部基本持平或略偏多，其他時(shí)段南部明顯比北部偏多，尤其是非汛期南部比北部多約148 mm，其中春季南部多約81 mm。

2.2 面降水量年內(nèi)變化

淮河片區(qū)多年平均降水量介于550～1300 mm，低值區(qū)分布在山東北部地區(qū)，高值區(qū)分布在淮河上游的大別山區(qū)和蘇北灌溉總渠以南。其中汛期降水量占年降水量的百分比介于55%～75%，夏季降水量占年降水量的百分比介于45%～65%，百分比高值區(qū)分布在山東地區(qū)。

淮河片區(qū)面降水量的年內(nèi)分布極不均勻，主要集中分布在汛期（或夏季），尤其是7月和8月，其次為6月和9月，其月降水量的多年平均值分別占年降水量多年平均值的24.3%和17.5%，13.0%和9.7%。

淮河片區(qū)南部的月、季降水量與淮河片區(qū)北部的相比，除7月基本持平、8月北部多于南部（約10%）外，其他不同歷時(shí)均為南部明顯偏多，尤其是冬季及1、2、3月偏多1倍以上。

3 面降水量演變趨勢診斷分析

3.1 面降水量變化趨勢診斷

1951—2006年淮河片區(qū)冬季、非汛期的多年降水量線性變化過程均呈上升趨勢，其降水變率分別為1.8、2.2 mm/10a，春季、夏季、秋季、汛期、年的則均呈下降趨勢，其降水變率分別為-0.6、-0.8、-1.0、-2.8、-2.0、 -0.5 mm/10a，但均未通過置信水平α=0.05的顯著性檢驗(yàn)，說明其升降趨勢均不顯著。

淮河片區(qū)南部春季的降水量呈現(xiàn)線性下降的趨勢，降水變率為-1.5 mm/10a，夏季、秋季、冬季、非汛期、汛期、連續(xù)4個(gè)月最大、年的降水量均呈上升的趨勢，降水變率分別為7.4、1.5、2.5、3.7、6.1、4.9、9.8 mm/10a，但其升降趨勢均不顯著?；春悠瑓^(qū)北部夏季、秋季、汛期、連續(xù)4個(gè)月最大、年的降水量均呈現(xiàn)線性下降的趨勢，春季、冬季、非汛期的降水量均呈上升的趨勢，其升降趨勢也均不顯著。

淮河片區(qū)1961—2006年35個(gè)測站中有18個(gè)測站的年降水量線性傾向率為正，占統(tǒng)計(jì)站數(shù)的51.4%，主要分布在淮河水系，且均未通過顯著性檢驗(yàn)；17個(gè)測站為負(fù)線性傾向率，主要分布在沂沭泗水系和山東半島，其中山東半島沿海有6個(gè)站通過了顯著性檢驗(yàn)?；春悠瑓^(qū)的年降水量變化趨勢，南部淮河水系以上升為主，北部沂沭泗水系和山東半島則以下降為主，其中山東半島沿海下降趨勢顯著。

3.2 面降水量突變趨勢診斷

經(jīng)Mann-Kendall法分析，淮河片區(qū)及其南部、北部1951—2006年夏季、汛期、連續(xù)4個(gè)月最大、年4種時(shí)段降水，其正序列UF曲線，淮河片區(qū)前3種序列在信度線以內(nèi)，不存在突變點(diǎn)。年降水序列超過了信度線，再經(jīng)滑動t檢驗(yàn)法檢測，也不存在顯著性的突變年。

同樣經(jīng)KM法和滑動t檢驗(yàn)法檢測，淮河片區(qū)南部和北部4種降水序列均不存在顯著的突變年。

4 結(jié)論

（1）降水量是水文循環(huán)的重要組成部分，其變化對水文水資源過程變化具有直接的重要影響，研究降水量的客觀變化規(guī)律，可為水文循環(huán)變化及其未來趨勢演變提供技術(shù)支撐，為防汛與抗旱提供技術(shù)依據(jù)。

（2）淮河片區(qū)1951—2006年多年平均年降水量為844.9 mm（南部917.3 mm、北部744.2 mm），年降水總量約為2 783億m3（南部約占片區(qū)63%，北部約占37%）。3種區(qū)域尺度年降水量的年內(nèi)分布（月、季）變化均較大，年降水量高度集中在汛期（或夏季）；連續(xù)2個(gè)月降水量更集中（7～8月占40%～50%）。

（3）3種區(qū)域尺度的年降水量總體上呈現(xiàn)不顯著的增減變化趨勢（片區(qū)、南部、北部的降水變率分別為-0.5、9.8、-14.9 mm/10a），南部略增、北部略減，但山東半島東部呈現(xiàn)顯著減少趨勢。四季、汛期、非汛期、連續(xù)4個(gè)月最大降水量總體上均呈現(xiàn)不顯著的增減變化趨勢。夏季、汛期、連續(xù)4個(gè)月最大、年降水量序列時(shí)間總體上也不存在顯著突變。

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