1971-2016 年黑龍江省作物生長季降水量時(shí)空演變特征

王曉明，呂佳佳，季生太 ，吳 瓊，何 鋒，閆 平，韓俊杰，姜麗霞

（1.黑龍江省氣象數(shù)據(jù)中心，黑龍江 哈爾濱150030；2.黑龍江省氣象科學(xué)研究所，黑龍江 哈爾濱150030；3.黑龍江省生態(tài)氣象中心，黑龍江 哈爾濱150030）

1 引言

黑龍江省是我國秋糧生產(chǎn)的最大省份， 糧食產(chǎn)量已連續(xù)多年居全國首位， 是保障國家糧食安全的壓艙石。 而糧食生產(chǎn)與氣候條件密切相關(guān)，氣候條件的優(yōu)劣直接影響糧食產(chǎn)量的高低。 降水是影響糧食生產(chǎn)的主要?dú)夂蛞蜃又?，在一定區(qū)域、一定時(shí)間里降水量多或少往往會(huì)引發(fā)洪澇或干旱， 使糧食生產(chǎn)受到威脅[1]，并常常導(dǎo)致糧食產(chǎn)量出現(xiàn)一定程度的損失[2]。 因此研究黑龍江省糧食作物生長季節(jié)降水量的變化規(guī)律和特點(diǎn)， 可一定程度為研究該省旱澇變化趨勢(shì)提供參考， 這在充分合理利用水分資源及農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)中具有重要意義。

多年來， 國內(nèi)外許多專家學(xué)者在氣候變化及其影響方面進(jìn)行了深入探索和研究， 其中在降水方面積累了大量研究成果，研究內(nèi)容不斷更新，賀偉等[3]對(duì)1961-2005 年東北地區(qū)降水的研究表明， 年降水量變化趨勢(shì)不明顯，春冬季降水為增多趨勢(shì)，夏秋季則相反， 降水量增多較明顯的地區(qū)為大興安嶺北部和松嫩平原； 王秀芬等[4]經(jīng)過研究， 得到了1980-2009 年黑龍江省年降水量明顯減少且夏秋季降水減少顯著的結(jié)論；有研究指出，降水的局地性、突發(fā)性、復(fù)雜性和多變性也較強(qiáng)[5]，而黑龍江省恰處于中高緯度地區(qū)， 受西風(fēng)帶環(huán)流系統(tǒng)和副熱帶環(huán)流系統(tǒng)交替影響[6-7]，該區(qū)降水的季節(jié)、年際變化以及空間差異均較大，王曉雪等[8]研究發(fā)現(xiàn)，該區(qū)季風(fēng)年際變化特點(diǎn)也決定了干旱和洪澇的高發(fā)，1982 年、2000 年、2007年、2016 年黑龍江省在作物生長季出現(xiàn)了不同程度的干旱，對(duì)糧食生產(chǎn)造成了一定影響[9-10]。

在氣候變化影響下， 黑龍江省氣候資源發(fā)生變化，其中水分資源時(shí)空特征也隨之發(fā)生變化，作物種植布局要隨之進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整， 以最大限度避免資源浪費(fèi)或資源不足而影響糧食生產(chǎn)，因此，黑龍江省作物生長季降水的時(shí)空分布特征值得研究。 基于此，本文利用黑龍江省1971-2016 年作物生長季日降水資料，詳細(xì)分析各月降水量演變特征，以期明確黑龍江省降水資源時(shí)空分布狀態(tài)。

2 資料與方法

2.1 資料及定義

本文所用資料包括黑龍江省78 個(gè)氣象站1971-2016 年作物生長季（5-9 月）逐日降水?dāng)?shù)據(jù)，氣象資料來源于黑龍江省氣象局整編資料。 為了更好分析降水變化特征， 根據(jù)研究站點(diǎn)的地理位置和氣候特點(diǎn)，將其劃分出4 個(gè)區(qū)域，分別為大小興安嶺、松嫩平原、三江平原和牡丹江半山區(qū)。

一般情況下， 黑龍江省5-9 月為氣象定義上的作物生長季，也是黑龍江省作物生長關(guān)鍵時(shí)期，其中6-8 為夏季，7 月為盛夏。 本文研究時(shí)間段為月尺度，即5 月、6 月、7 月、8 月、9 月。 常年指具有氣候意義的1981-2010 年共30 a 的平均狀況。

2.2 研究方法

利用氣候統(tǒng)計(jì)方法， 首先將研究區(qū)各研究站點(diǎn)1971-2016 年每年5-9 月的日降水量進(jìn)行逐日累積得到月降水量， 再根據(jù)研究需求對(duì)研究區(qū)或單站的降水量進(jìn)行相關(guān)統(tǒng)計(jì)，采用線性氣候傾向率、氣候變率[11]、Mann-Kendall 趨勢(shì)檢驗(yàn)法[12]等方法研究降水的演變特征。

3 結(jié)果與分析

3.1 降水量長期變化趨勢(shì)

由圖1(a-e)可見，1971-2016 年間，黑龍江省作物生長季各月降水量年際間呈波動(dòng)式變化， 不同月份變化形勢(shì)存在差異，5 月降水量呈顯著增加趨勢(shì)（P＜0.05），6-7 月降水量呈上升變化（P＞0.05），8-9 月降水量呈下降趨勢(shì)（P＞0.05）。 利用Mann-Kendall 趨勢(shì)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)（圖略），全研究區(qū)、松嫩平原、三江平原5月降水量在2013 年均發(fā)生1 次突變、大小興安嶺地區(qū)在2010 年發(fā)生1 次突變，其它區(qū)域的其余月份在研究期間未發(fā)生突變。

分區(qū)域細(xì)致分析每個(gè)單站各月降水量演變趨勢(shì)， 結(jié)果表明：5 月降水以增加為主，78 站中僅海倫站降水為減少趨勢(shì)。6 月份降水呈增加趨勢(shì)的區(qū)域偏北偏西， 大小興安嶺地區(qū)有10 站降水量為增加趨勢(shì)，6 站減少；松嫩平原降水增加的站數(shù)較多，為31站，僅慶安、依蘭、通河、方正、五常等5 站降水減少；三江平原恰與松嫩平原相反， 其降水增加的站數(shù)較少，僅4 站，包括鶴崗、湯原、樺南、勃利，其它15 站減少；牡丹江半山區(qū)7 個(gè)站降水量均呈減少趨勢(shì)。 7月份降水仍呈增加趨勢(shì)，大小興安嶺地區(qū)有14 站降水增加，僅嫩江、孫吳降水減少；松嫩平原降水增加與減少的站數(shù)相當(dāng)，19 站增加，17 站減少，減少區(qū)域主要位于綏化北部、大慶南部和哈爾濱地區(qū)；三江平原7 月降水量以增加趨勢(shì)為主導(dǎo)，19 站中17 站增加，僅雞西、雞東減少；牡丹江半山區(qū)5 站增加，2 站減少。 8 月份降水與7 月相比發(fā)生逆轉(zhuǎn)，降水呈減少趨勢(shì)的站數(shù)居多，總計(jì)52 個(gè)站。 大小興安嶺地區(qū)有12 站降水為減少趨勢(shì)，黑河地區(qū)孫吳、遜克和伊春地區(qū)五營、鐵力降水增加；松嫩平原降水減少的站數(shù)較多，為27 站，9 站降水增加，且零散分布在松嫩平原；三江平原7 站降水增加，12 站降水減少；牡丹江半山區(qū)僅海林站降水呈減少趨勢(shì)， 其他各站降水均表現(xiàn)為增加趨勢(shì)。9 月份共有62 站降水呈減少趨勢(shì)，大小興安嶺、松嫩平原、三江平原、牡丹江半山區(qū)降水減少的站數(shù)分別占75%、78%、84%、86%； 降水量呈增加趨勢(shì)的站點(diǎn)總計(jì)16 站， 其中松嫩平原站點(diǎn)占50%， 主要位于齊齊哈爾地區(qū)， 其它8 站為漠河、新林、嫩江、北安、撫遠(yuǎn)、富錦、佳木斯和海林。

圖1 1971-2016 年黑龍江省作物生長季（a）5 月、（b）6 月、（c）7 月、（d）8 月、（e）9 月降水量變化

年代際尺度上，1971-2016 年大部區(qū)域生長季內(nèi)大部時(shí)間降水量年代際間呈小幅變化，5 月總體表現(xiàn)為減少—增多趨勢(shì)，1970s 降水量較1980s 微弱偏少， 之后呈持續(xù)增加態(tài)勢(shì)，2011-2016 年增加較多，4個(gè)區(qū)域降水量均為研究時(shí)期內(nèi)的最高值。6 月4 個(gè)區(qū)域降水變化無規(guī)律， 但2011-2016 年降水量均較2000s 有所增加。 7 月各區(qū)域1970s 至1980s 降水量為增加趨勢(shì)，1990s 后降水變化規(guī)律性不明顯。8 月降水量呈增多—減少—增多趨勢(shì)，1980s 較1970s 降水量增多幅度較大， 增量在29 mm 以上， 且4 個(gè)區(qū)域1980s 降水量為研究時(shí)期內(nèi)的最高值，1990s 至2000s維持下降態(tài)勢(shì)，進(jìn)入2010s，大部區(qū)域降水量出現(xiàn)小幅增加。 9 月降水量21 世紀(jì)前不同區(qū)域變化趨勢(shì)不同，2000s 全研究區(qū)降水量均表現(xiàn)為下降趨勢(shì)， 下降幅度為17-36 mm， 2011-2016 年出現(xiàn)一個(gè)升高變化，除牡丹江半山區(qū)外，其它3 個(gè)區(qū)域降水量均達(dá)到研究時(shí)期內(nèi)的最高值。

3.2 降水量空間演變特征

1971-2016 年間，研究區(qū)作物生長季5 月降水量呈西少東多的分布態(tài)勢(shì)， 大小興安嶺及松嫩平原大部降水量不足50 mm，其中松嫩平原西部較少，不足40 mm，最低值出現(xiàn)于泰來站，降水量為29 mm，高值區(qū)位于中部以東區(qū)域，降水量在50 mm 以上，最高值出現(xiàn)于綏芬河站，為64 mm。

6 月降水量空間分布特征為東西少、 中部多，高值區(qū)處于中部地區(qū)， 以伊春地區(qū)的鐵力站為中心向四周擴(kuò)展，降水量在90 mm 以上，其中鐵力站降水量最多，為114 mm，木蘭、巴彥、綏棱、海倫、五常、伊春、鶴崗等7 站降水量在100 mm 以上，其它區(qū)域降水量不足90 mm， 漠河站出現(xiàn)降水量最低值， 為66 mm。

7 月各站降水量均在105 mm 以上，總體呈西多東少趨勢(shì)， 高值區(qū)處于松嫩平原東部、 小興安嶺南部，降水量在140 mm 以上，最高值出現(xiàn)于哈爾濱地區(qū)的巴彥站，降水量高達(dá)170 mm，低值區(qū)位于三江平原中部、牡丹江南部和大興安嶺北部，降水量不足120 mm， 其中佳木斯的富錦站降水量最少， 為105 mm，其它區(qū)域處于中間狀態(tài)，降水量在120-140 mm之間。

8 月降水量的空間分布與6 月相似， 呈東西少、中部多態(tài)勢(shì)，高值區(qū)包括伊春地區(qū)、哈爾濱大部、綏化部分地區(qū)及鶴崗西部等地， 降水量在120 mm 以上，降水中心位于伊春地區(qū)，伊春站降水量最多，為142 mm， 而低值區(qū)位于松嫩平原西部， 降水量不足100 mm，其中泰來站降水量最少，為78 mm。

9 月降水量總體上表現(xiàn)出由西南至東北逐漸增多態(tài)勢(shì)，高值區(qū)位于小興安嶺、三江平原，降水量在60 mm 以上， 最高值出現(xiàn)于撫遠(yuǎn)站， 降水量達(dá)78 mm，而松嫩平原西南部為低值區(qū)，最低值出現(xiàn)于泰來站，降水量為38 mm。

3.3 降水變率特征分析

氣候變率能夠很好描述變量圍繞平均值變化的離散程度。 研究期間，黑龍江省作物生長季各月降水量的離散程度不同， 總體表現(xiàn)為7 月＞8 月＞6 月＞9月＞5 月，可見盛夏7 月各站降水量大小變化最離散，而春季5 月相對(duì)穩(wěn)定。5 月降水離散程度牡丹江半山區(qū)最大，其次是三江平原、松嫩平原，大小興安嶺最小；6 月、7 月降水變率則表現(xiàn)為松嫩平原＞大小興安嶺＞三江平原＞牡丹江半山區(qū)；8 月松嫩平原＞三江平原＞大小興安嶺＞牡丹江半山區(qū)；9 月三江平原＞牡丹江半山區(qū)＞大小興安嶺＞松嫩平原。

從空間分布看，研究期間，5 月降水變率西部小、東部大，訥河站降水離散程度最小，降水變率的高值區(qū)處于三江平原西部小部分地區(qū)， 最大值出現(xiàn)于鶴崗站。6 月降水變率呈由中部向四周發(fā)散減小的變化態(tài)勢(shì)，不存在明顯的經(jīng)向或緯向特征，最大值出現(xiàn)于鶴崗站，最小值出現(xiàn)于遜克站。 7 月降水變率空間分布與5 月相反，表現(xiàn)為西部大、東部小，高值中心處于齊齊哈爾地區(qū)北部，大興安嶺部分市（縣）及三江平原中部降水變率相對(duì)較小，明水站降水變率最大，漠河站最小。8 月降水變率由西北向東南呈逐漸變大又減小的趨勢(shì)，松嫩平原東部、伊春大部、三江平原北部降水變率較大，最大值出現(xiàn)于鶴崗站，最小值出現(xiàn)于海林站。 9 月降水變率總體表現(xiàn)為西部小、東部大，但高值中心位于三江平原東部，大興安嶺、松嫩平原西南部降水變率相對(duì)較小， 密山站降水變率最大，呼瑪站最小。

4 結(jié)論與討論

（1）1971-2016 年間，研究區(qū)作物生長季5-7 月降水量呈上升變化（P＞0.05），8-9 月降水呈下降趨勢(shì)（P＞0.05），大部分單站各月降水量演變趨勢(shì)與研究區(qū)各月呈一致變化。

（2）1971-2016 年間，研究區(qū)作物生長季各月降水量總體存在中部多的趨勢(shì)， 空間分布略有差異，6月、8 月降水量的空間分布較為一致， 基本表現(xiàn)為東西少、中部多的分布態(tài)勢(shì)，5 月、7 月降水量空間分布相反，5 月為西少、中東部多，7 月則為西多東少，9 月降水量表現(xiàn)為由西南向東北逐漸增多的趨勢(shì)。

（3）從降水變率來看，夏季6-8 月研究區(qū)各站降水量圍繞平均值變化的離散程度大于5 月和9 月，其中盛夏7 月離散程度最大， 這在一定程度上能夠反映黑龍江省夏季降水震蕩較強(qiáng)， 表現(xiàn)出非連續(xù)性和分散性， 另外， 研究區(qū)各月平均降水量表現(xiàn)為7月＞8 月＞6 月＞9 月＞5 月， 可見降水量表現(xiàn)為夏季多且7 月最多，這均與姜麗霞等[1，13]的研究結(jié)論一致。

黑龍江省為一季作物種植區(qū)， 生長季5-9 月是該區(qū)糧食生產(chǎn)重要時(shí)期， 而夏季作物恰處于營養(yǎng)生長向生殖生長過渡時(shí)期， 是作物生長發(fā)育和產(chǎn)量形成最關(guān)鍵的時(shí)期。 目前該區(qū)域的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)仍處于“靠天吃飯”的階段，各地降水資源的分布是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)劃的主要參考。 從本文分析結(jié)果來看，松嫩平原地區(qū)夏季6-8 月降水變率均為最大， 尤其7 月降水量最多且離散程度最大，較易發(fā)生異常降水事件，可考慮在部分區(qū)域尤其低洼區(qū)域增加種植玉米等高稈作物，而三江平原、牡丹江半山區(qū)大部時(shí)間降水量的離散程度不大，異常降水相對(duì)發(fā)生少，且其境內(nèi)水系條件較好，則可考慮一定程度地增加水稻種植面積。 這種綜合考慮作物對(duì)氣象條件的需求以及區(qū)域農(nóng)業(yè)氣候資源狀況進(jìn)行的種植布局的優(yōu)化， 可最大限度地合理利用氣候資源，從而趨利避害，達(dá)到穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。