菏澤市降水特征及其空間差異研究

霍東亞 王建國(guó) 王鑫 楊麗春 史魯豪

菏澤市降水特征及其空間差異研究

霍東亞 王建國(guó) 王鑫 楊麗春 史魯豪

近百年來(lái)，以全球變暖為主要特征的全球氣候與環(huán)境發(fā)生了重大變化，氣候變化問(wèn)題目前已成為人類(lèi)共同面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。降水是區(qū)域氣候的基本要素之一，也是水資源主要的補(bǔ)給來(lái)源。菏澤市地處魯西南，系黃河沖積平原，屬半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，旱澇表現(xiàn)出明顯的季節(jié)性。1～5月時(shí)間段內(nèi)降雨偏少，蒸發(fā)較強(qiáng)。這時(shí)正是小麥拔節(jié)成熟期和春夏播種的關(guān)鍵時(shí)候，往往出現(xiàn)春旱，影響作物生長(zhǎng)。7、8月份常出現(xiàn)高強(qiáng)度的降雨，產(chǎn)生較大徑流；加上菏澤市屬于平原區(qū)，坡地匯流慢，河網(wǎng)匯流能力較低，因此容易引起內(nèi)澇。隨著旱季的到來(lái)，9～10月又常出現(xiàn)秋旱，影響小麥播種。本文旨在研究菏澤市降水時(shí)空分布特征及其變化趨勢(shì)，探討影響降水的主要原因，為防汛抗旱提供決策依據(jù)，并且對(duì)認(rèn)識(shí)菏澤市的水資源變化也有重要意義。

一、資料與方法

1.資料來(lái)源

本研究所需的基礎(chǔ)資料來(lái)源于菏澤市水文局。菏澤市域現(xiàn)有雨量觀測(cè)站49處，本文選用資料系列長(zhǎng)、代表性好的21處站點(diǎn)1954～2015年的逐月降水?dāng)?shù)據(jù)，用算術(shù)平均法計(jì)算出菏澤市8縣1區(qū)1954～2015年的逐月降水量。數(shù)據(jù)來(lái)源權(quán)威，其可靠性、時(shí)間分辨率和連續(xù)性均能滿(mǎn)足本文的要求。

2.研究方法

對(duì)長(zhǎng)時(shí)間、廣地域降水序列的研究，為凸顯其特征，本研究運(yùn)用水文統(tǒng)計(jì)方法，利用EXCEL、SPSS及GIS軟件對(duì)近62年來(lái)的降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行處理。主要的統(tǒng)計(jì)變量包括：

式中：Mε為樣本值；M為樣本均值。

二、菏澤市1954年以來(lái)降水年際變化特征

表1 菏澤市1954～2015年實(shí)測(cè)降水資料統(tǒng)計(jì)表

1.菏澤市1954年以來(lái)降水年際變化特征

根據(jù)菏澤市8縣1區(qū)1954～2015年的資料統(tǒng)計(jì)（見(jiàn)表1），菏澤市多年平均降水量661mm，樣本標(biāo)準(zhǔn)差為156.3mm，Cv值為0.25，Cs值為0.50。Cv是衡量數(shù)據(jù)系列相對(duì)離散度的一個(gè)參數(shù)，Cv越大表明數(shù)據(jù)系列越離散。據(jù)對(duì)8縣1區(qū)年度Cv值分析，其值在0.25～0.27之間波動(dòng)。Cs是反映數(shù)據(jù)系列的分布在均值兩邊的對(duì)稱(chēng)程度的參數(shù)。Cs＞0，表明50%以上的年份降水量達(dá)不到均值（661mm），亦即均值所對(duì)應(yīng)的頻率小于50%。據(jù)分析8縣1區(qū)年度Cs值在0.28～1.19之間波動(dòng)，其中東明縣Cs值最小，鄆城縣Cs值最大。菏澤市降水年際變化大，最大年均降水量為1048mm，出現(xiàn)在1964年；最小年均降水量為372mm，出現(xiàn)在1988年，倍比為2.82。

表2 菏澤市降水量的年內(nèi)分配統(tǒng)計(jì)表

圖1 菏澤市1954～2015年降水累積距平百分比圖

圖2 菏澤市1954～2015年月平均雨量分配圖

據(jù)菏澤市1954～2015年降水距平百分比（見(jiàn)圖1）分析，近62年來(lái)，研究區(qū)域降水偏多的年數(shù)有27年，偏少的年數(shù)有35年。（1）1954～1971年，降水距平百分比曲線稀疏，降水波動(dòng)?。?972～2002年降水距平百分比曲線稠密，降水波動(dòng)大。（2）以1972年為界，1954～1971年降水量偏多，累積降水距平百分比為8.5%；1972～2002年降水量偏少，累積降水距平百分比為-9.1%。（3）以2003年為界，2003～2011年降水量偏多，累積降水距平百分比為20.7%。（4）2012～2015年降水量偏少，累積降水距平百分比為15.6%。

根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，R≥50%為澇，50%＞R＞25%為偏澇，25%≥R≥-25%為正常，-25%＞R＞-50%為偏旱，R≤-50%為旱。由圖1可見(jiàn)，菏澤市近62年來(lái)，有2年為澇，1964年、2003年；有7年偏澇，1957年、1963年、1967年、1993年、2004年、2005年、2009年；有44年正常年份；有9年偏旱，1966年、1981年、1986年、1988年、1997年、2001年、2002年、2012年、2013年；旱年沒(méi)有。這62年中降水災(zāi)害年總數(shù)15年，災(zāi)害年降水概率29.0%；正常年降水概率71.0%。單就降水指標(biāo)而言，菏澤市有超過(guò)四分之一的年份屬旱澇年，旱澇發(fā)生的概率比較大。

2.菏澤市1954年以來(lái)降水年內(nèi)變化特征

據(jù)1954～2015年菏澤市降水資料分析，全市降水在年內(nèi)時(shí)程分布上很不均勻。如圖2所示，各月份之間降水差異甚大。7月份降水量最多，為177mm，1月份降水量最少，僅為9mm，倍比為19.7。

菏澤市降水不僅各月分配不均，集中在春夏季，而且汛期、非汛期差異明顯，汛期集中了全年降水量的70.2%（見(jiàn)表2），所以很有必要區(qū)分。

圖3在降水距平百分比上同時(shí)將菏澤市年度與汛期、非汛期作比較?？梢钥闯?，絕大多數(shù)年份里，汛期距平百分比曲線與年度曲線在演變上有很好的一致性，而非汛期曲線與年度曲線相比則波動(dòng)較大，這與汛期集中了全年大部分降水有關(guān)。如2004年、2005年均為偏澇年份，非汛期降水少，距平百分比分別為-23%、-36%；而汛期降水分別占全年降水的83%、86%，距平百分比分別為-59%、-64%。系列中1964年年度降水和非汛期降水均為最大，該年度汛期、非汛期降水都是正距平，汛期降水618mm，距平為0.33；非汛期降水430mm，距平為1.18。

四、菏澤地區(qū)降水差異性分析

圖3 1954～2015年菏澤市年度、汛期、非汛期降水距平百分比曲線圖

圖4 1954～2015年菏澤市9縣區(qū)降水距平百分比圖

降水的時(shí)空分布直接影響水資源的時(shí)空分布，因此降水分析除了要關(guān)注時(shí)程分配外，還要研究其空間差異。以下分別從距平百分比、等降水量線的角度，具體探討菏澤市8縣1區(qū)降水量分布規(guī)律。

1.菏澤市8縣1區(qū)降水距平區(qū)域差異

菏澤市8縣1區(qū)降水變化的在時(shí)間和數(shù)量上基本一致，特別是取峰值的時(shí)間能完全吻合。在峰值之間，處在正距平時(shí)相對(duì)變化較大，表現(xiàn)在各自曲線的離散程度大（見(jiàn)圖4）。

2.多年平均降水量空間差異

為了對(duì)全市域的降水分布特點(diǎn)有比較直觀的認(rèn)識(shí)，根據(jù)菏澤市1954～2015年降水觀測(cè)數(shù)據(jù)，在地理信息系統(tǒng)軟件中采用IDW（InverseDistanceWeighted）內(nèi)插法，繪制出圖5所示的多年平均降水量線等值線圖。從圖中可以看出，降水量變化范圍在地區(qū)上的分布總體是南部大于北部，東部大于西部。由于受地理位置、大氣環(huán)流等因素影響，菏澤市的降水區(qū)域分布不均，其中單縣降水量最大，為694mm，鄄城降水量最小，為604mm，降水量總體呈現(xiàn)自東南向西北遞減的差異規(guī)律。就多年平均降水量的年內(nèi)分配而言，10～12月份各區(qū)比較均勻。3～5月份是南部和西部略大，東部略小，北部偏小。6～9月份的降水量分布與年分布基本相似，南部大于北部，東部大于西部。

圖5 菏澤市多年平均降水量等值線圖

四、結(jié)論

縱觀近62年來(lái)菏澤市的降水變化，可以得出以下結(jié)論：

（1）據(jù)菏澤市1954～2015年降水距平百分比曲線及趨勢(shì)線分析，菏澤市近62年來(lái)降水變化趨勢(shì)：以1972年為界，1954～1971年降水量偏多，1972～ 2002年降水量偏少；以2003年為界，2003～2011年降水量偏多，2012～2015年降水量偏少，多為偏旱或平水年份。

（2）據(jù)1954～2015年降水?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，菏澤全市降水在年內(nèi)時(shí)程分布上很不均勻，7月份降水量最多，為176mm，1月份降水量最少，僅為10mm，倍比為17.6。汛期集中了全年降水量的69.6%。

（3）由于受地理位置、大氣環(huán)流等因素影響，從菏澤全市范圍看，降水區(qū)域分布不均，其中單縣降水量最大，為694mm，鄄城降水量最小，為604mm，降水量總體呈現(xiàn)自東南向西北遞減的差異規(guī)律■

（作者單位：山東省菏澤市水文局274000）

（專(zhuān)欄編輯：張婷）