康平地區(qū)云水資源的時(shí)間分布和演變特征

張軍 張瑋琦 金樹志

摘 要：利用中國(guó)地面測(cè)站1959—2016年逐日降水資料和EC再分析資料，對(duì)康平地區(qū)的年降水量、云水資源和降水量的相關(guān)性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：（1）康平地區(qū)1959—2016年的年平均降水量為516mm，存在“2年-2年半”的震蕩周期且呈逐年增加的趨勢(shì)，在1967年降水量突變?cè)黾?。其中夏季降水貢獻(xiàn)率為68%，秋季、春季和冬季的貢獻(xiàn)率分別為16%、15%和1%。7月降水最多，1月降水最少。（2）康平降水量和EC再分析資料的氣柱液態(tài)水含量在1981—2016年間的相關(guān)系數(shù)達(dá)0.6，在2005—2016年降水量和氣柱液態(tài)水含量、中云量以及低云量的相關(guān)系數(shù)分別達(dá)0.9、0.84和0.77。研究結(jié)果可為康平地區(qū)未來(lái)開展作業(yè)預(yù)報(bào)、防災(zāi)減災(zāi)和人工影響天氣等工作提供參考。

關(guān)鍵詞：康平地區(qū);降水量;云水資源;時(shí)間分布;演變特征

中圖分類號(hào) P426文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007-7731（2019）21-0152-03

康平縣位于遼寧省北部，全縣區(qū)域面積2175km2，地處北緯42°31′～43°02′，東經(jīng)122°45′～123°37′?？?cè)丝?7萬(wàn)人，其中農(nóng)村人口27.5萬(wàn)人，城市人口9.5萬(wàn)人。北與內(nèi)蒙古科左后旗毗鄰，東隔遼河與昌圖相望，南接法庫(kù)，西臨彰武，位于沈陽(yáng)“一小時(shí)經(jīng)濟(jì)圈”內(nèi)，是沈陽(yáng)經(jīng)濟(jì)區(qū)北部腹地的重要支撐點(diǎn)之一，是沈陽(yáng)城市發(fā)展四大空間戰(zhàn)略的向北門戶，是環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈及遼寧中部城市群上的重要節(jié)點(diǎn)，同時(shí)也是遼、吉、蒙“兩省一區(qū)”結(jié)合部的區(qū)域中心。

康平地區(qū)的萬(wàn)畝松地處遼蒙防風(fēng)阻沙帶南緣，是國(guó)家三北防護(hù)林重要工程。近年來(lái)，康平受干旱災(zāi)害影響較為嚴(yán)重，尤其是2019年7月以來(lái)的持續(xù)高溫，導(dǎo)致干旱加劇，農(nóng)林業(yè)受損。因此，研究康平地區(qū)的降水分布、云雨資源特征等，對(duì)于開展防災(zāi)減災(zāi)和人工影響天氣等工作，顯得尤為重要。以往的研究往往針對(duì)整個(gè)遼寧省，而單獨(dú)針對(duì)康平縣的相關(guān)研究較少。為此，筆者采用地面降水資料和再分析資料，研究了康平地區(qū)近60年來(lái)的降水特征，分析氣柱液態(tài)水含量云量和降水的相關(guān)性，并且從大氣環(huán)流的角度分析降水異常偏多和偏少背后的氣象學(xué)機(jī)理。

1 資料和方法

本研究采用中國(guó)地面測(cè)站逐日降水資料集和歐洲中心再分析資料（EC-Interim reanalysis data），計(jì)算康平地區(qū)當(dāng)?shù)氐慕邓拖嚓P(guān)云參量的演變特征;通過(guò)合成分析相關(guān)大氣參量的方法，分析造成降水異常的大氣環(huán)流原因。

1.1 降水資料 地面測(cè)站站號(hào)54244，時(shí)間跨度為1959—2016年，逐日時(shí)間分辨率。

1.2 再分析資料 時(shí)間跨度為1981—2016年，0.125～1°空間分辨率，逐月時(shí)間分辨率。

2 結(jié)果與分析

2.1 康平地區(qū)年降水量特征

2.1.1 降水逐月分布 由表1可知，康平地區(qū)降水量最大的3個(gè)月份為7、8、6月份，分別為146mm、124mm和83mm;降水量最小的3個(gè)月為1、12和2月份，分別為2mm、2mm和3mm?？灯降哪昶骄邓繛?16mm（僅指液態(tài)降水，下同），其中夏季（6、7、8月）平均降水量為353mm，占年總降水量的68%;春季（3、4、5月）平均降水量為74mm，占年降水量的15%;秋季（9、10、11月）降水量為82mm，占年降水量的16%;冬季（12、1、2月）平均降水量為7mm，僅占年降水量的1%。由此可見，康平地區(qū)夏季降水是其主要的降水來(lái)源，占年降水量超過(guò)2/3，其他3個(gè)季節(jié)降水量之和不及夏季降水量的50%。

2.1.2 年降水量總體變化趨勢(shì)和季節(jié)分布特征 通過(guò)最小二乘法建立年降水量對(duì)年份的一元回歸方程，可以得到y(tǒng)=0.8224x-1118（x：年份，y：年降水量），如圖1所示。由圖1可知，近57年來(lái)康平地區(qū)的年降水量保持增長(zhǎng)的趨勢(shì)。其中，年降水量最大的4個(gè)年份依次為：1998、2010、2005、1959;年降水量最少的4個(gè)年份依次為：1982、1996、2002、2006。

2.1.3 年降水量突變趨勢(shì) 對(duì)康平地區(qū)年降水量的時(shí)間序列進(jìn)行Mann-Kendall檢驗(yàn)（MK檢驗(yàn)），得到結(jié)果如圖2所示。由圖2UF曲線可知，康平地區(qū)在1961—2016年期間，年降水量均呈增加的趨勢(shì)（UF>0），其中，在1960年代末期至1970年代末期和1980年代中期至1990年代末期存在顯著增加的趨勢(shì)，這種趨勢(shì)超過(guò)顯著性水平0.05臨界線。根據(jù)UF和UB曲線的交點(diǎn)位置，確定康平地區(qū)年降水量在1960年代末期的增加是一種突變現(xiàn)象，具體是從1967年開始的。

2.1.4 年降水量的周期性變化 對(duì)康平地區(qū)年降水量的時(shí)間序列進(jìn)行功率譜分析，結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，在周期為2.375年時(shí)，功率譜處于峰值，且超過(guò)了顯著性水平為0.05的標(biāo)準(zhǔn)譜，所以可以認(rèn)為康平地區(qū)年降水量存在2年-2年半的周期振蕩特征。

2.2 EC云參量與降水關(guān)系 提取EC再分析資料（0.125°）的康平地區(qū)上空的tclw參量（氣柱液態(tài)水含量），和降水進(jìn)行對(duì)比分析，如圖4所示。由圖4可知，氣柱液態(tài)水含量和降水量的年際變化有一定的相關(guān)性，計(jì)算得到1981—2016年氣柱液態(tài)水含量和降水量的相關(guān)系數(shù)為0.6;在2000年后，兩者的相關(guān)性更顯著，2005—2016年這11年間的氣柱液態(tài)水含量和降水量的相關(guān)系數(shù)為0.9。

提取EC再分析資料的康平地區(qū)上空的tcc參量（總云量），與降水進(jìn)行對(duì)比分析，如圖5a所示。計(jì)算得到1981—2016年總云量和降水量的相關(guān)系數(shù)為0.35;在2000年后，兩者的相關(guān)性更顯著，2005—2016年這11年間的總云量和降水量的相關(guān)系數(shù)為0.58。

提取EC再分析資料的康平地區(qū)上空的lcc參量（低云量），與降水進(jìn)行對(duì)比分析，如圖5b所示。計(jì)算得到1981—2016年低云量和降水量的相關(guān)系數(shù)為0.46;在2000年后，兩者的相關(guān)性更顯著，2005—2016年這11年間的低云量和降水量的相關(guān)系數(shù)為0.77。

提取EC再分析資料的康平地區(qū)上空的mcc參量（中云量），與降水進(jìn)行對(duì)比分析，如圖5c所示。計(jì)算得到1981—2016年中云量和降水量的相關(guān)系數(shù)為0.43;在2000年后，兩者的相關(guān)性更顯著，2005—2016年這11年間的中云量和降水量的相關(guān)系數(shù)為0.84。

提取EC再分析資料的康平地區(qū)上空的hcc參量（高云量），與降水進(jìn)行對(duì)比分析，如圖5d所示。計(jì)算得到1981—2016年高云量和降水量的相關(guān)系數(shù)為0.08，2000年前和2000年后，高云量和降水量的相關(guān)系數(shù)分別為0.05、0.1。

通常情況下，相關(guān)系數(shù)處于0.8～1.0為極強(qiáng)相關(guān)，0.6～0.8為強(qiáng)相關(guān)，0.4～0.6為中等強(qiáng)度相關(guān)，0.2～0.4為弱相關(guān)，0.0～0.2為極弱相關(guān)或者無(wú)相關(guān)。由以上結(jié)論可知，康平地區(qū)的年降水量和EC再分析資料當(dāng)?shù)氐臍庵簯B(tài)水含量、總云量、低云量以及中云量均呈中等強(qiáng)度相關(guān)關(guān)系，與高云量不存在相關(guān)關(guān)系。其中，年降水量和氣柱液態(tài)水含量的相關(guān)關(guān)系最明顯，在所研究的時(shí)間序列1981—2016年間，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.6。此外，值得注意的是，年降水量和氣柱液態(tài)水含量、總云量、低云量以及中云量的相關(guān)關(guān)系隨著年代的推進(jìn)，更加顯著。在近10年（2005—2016年間），年降水量和氣柱液態(tài)水含量以及中云量的相關(guān)系數(shù)均增強(qiáng)為極強(qiáng)相關(guān)，年降水量和低云量的相關(guān)系數(shù)也增強(qiáng)、為強(qiáng)相關(guān)。

3 結(jié)論與討論

通過(guò)研究康平地區(qū)的年降水演變特征、年降水和EC再分析資料的云參量的相關(guān)關(guān)系，以及降水異常年份的天氣形勢(shì)背景，并選取若干和降水量相關(guān)性較好的再分析參量，從天氣尺度和中尺度對(duì)康平地區(qū)的降水異常的機(jī)理進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：

（1）康平地區(qū)1959—2016年，年平均降水量516mm。夏季降水占主要部分，貢獻(xiàn)率達(dá)68%，秋季、春季和冬季的貢獻(xiàn)率分別為16%、15%和1%。其中，7月降水最多，1月降水最少。

（2）年降水量呈逐年增加的趨勢(shì)，增長(zhǎng)曲線為y=0.8224x-1118（x：年份，y：年降水量），1967年降水量發(fā)生突變?cè)黾樱?960年代末期至1970年代末期和1980年代中期至1990年代末期，降水量的增加最為顯著。在1959—2016年，年降水量存在2年-2年半的振蕩周期。

（3）康平地區(qū)降水量和EC再分析資料的氣柱液態(tài)水含量以及云量均存在一定的相關(guān)關(guān)系，且在近10年間相關(guān)關(guān)系更明顯。降水量和氣柱液態(tài)水含量在1981—2016年間的相關(guān)系數(shù)達(dá)0.6。2005—2016年，降水量和氣柱液態(tài)水含量、中云量以及低云量的相關(guān)系數(shù)分別達(dá)0.9、0.84和0.77。

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