左權(quán)縣1961—2015年降水變化特征及對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響

胡桃花，楊星星，焦 磊，朱彩芬，楊紅雁

（1山西省朔州市氣象局，山西朔州 036002；2山西省左權(quán)縣氣象局，山西左權(quán) 032600；3山西省晉中市氣象局，山西晉中 030600）

0 引言

研究全球氣候變化規(guī)律及影響已成為當(dāng)今的熱點(diǎn)問題，降水量作為衡量氣候變化的重要指標(biāo)之一，近年來，國(guó)內(nèi)諸多學(xué)者對(duì)中國(guó)總體和區(qū)域降水量變化狀況進(jìn)行了研究[1-3]。有關(guān)省區(qū)域研究中，邢軼蘭等[4]、王友賀等[5]、蘇曉丹等[6]、王濤等[7]分別對(duì)甘肅、河南、黑龍江、陜西省降水量進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，甘肅、河南省呈微弱上升趨勢(shì)，黑龍江呈弱減少趨勢(shì)，陜西省呈顯著減少趨勢(shì)；針對(duì)山西省降水量變化的研究中，張煒瑋等[8]認(rèn)為，山西省1958—2013年降水量以-12.6 mm/10 a的速率下降，四季降水除冬季小幅增加外，春夏秋季均有不同程度的下降；李效珍等[9]指出，山西北部大同市1955—2009 年降水量以-8.4 mm/10 a 速率下降，四季中春夏冬季總體上呈減少趨勢(shì)，秋季呈增加趨勢(shì)；任兆龍等[10]認(rèn)為，山西中部太原市1961—2011年降水量以-13.9 mm/10 a 變化率減少，四季降水量均呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，夏、秋季減少最明顯；藏曦[11]認(rèn)為，山西南部運(yùn)城市1960—2014年降水量以-7.94 mm/10 a速率下降，年際變化顯著；張紅英等[12]研究了山西東南部長(zhǎng)治市1961—2015 年極端降水變化趨勢(shì)，結(jié)果表明，降水日（日降水量≥0.1 mm）呈減少趨勢(shì)，同時(shí)大暴雨、大雪和暴雪日數(shù)呈不同程度的增加。由此可見，山西省不同區(qū)域年及季節(jié)降水趨勢(shì)反應(yīng)出不同的結(jié)果。

左權(quán)縣位于山西省東南部，境內(nèi)山巒起伏，溝壑縱橫，屬暖溫帶大陸性半干旱季風(fēng)氣候，四季分明，雨熱同季，是典型的山區(qū)農(nóng)業(yè)縣。年降水量主要集中于6—9月，且分布極不均勻，有的年份降水奇少，形成大旱年，而有的年份卻降水特多，又形成洪澇災(zāi)，降水量年際、季節(jié)變化不穩(wěn)定性，對(duì)當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)極為不利。因此，筆者利用左權(quán)縣1961—2015 年的降水資料，對(duì)其規(guī)律及變化趨勢(shì)進(jìn)行分析和研究，以期為當(dāng)?shù)睾侠砝媒邓Y源，發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，開展防災(zāi)減災(zāi)工作，生態(tài)文明建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料來源

本研究利用1961—2015 年左權(quán)縣氣象局逐月降水量氣象資料，按12 月至翌年2 月為冬季、3—5 月為春季、6—8 月為夏季和9—11 月為秋季的劃分生成逐季序列。計(jì)算出年際、年代際、季節(jié)降水量平均及距平值，降水量距平基于1961—2015年55年氣候平均值。

1.2 研究方法

采用線性傾向估計(jì)、5 年滑動(dòng)平均、距平分析、滑動(dòng)t檢驗(yàn)和Mann Kendall（簡(jiǎn)稱M-K）非參數(shù)檢驗(yàn)法[13-15]分析1961—2015年左權(quán)縣降水量變化特征及趨勢(shì)，采用Word、Excel 內(nèi)部函數(shù)及DPS 等數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 年降水變化特征

2.1.1 年降水年際變化 從左權(quán)縣年降水量距平隨時(shí)間變化曲線可以看出（見圖1）：左權(quán)縣1961—2015 年降水量總體以-12.6 mm/10 a速率減少，平均降水量減少了69.3 mm。降水量年際變化幅度非常大，55 年來降水量極大值出現(xiàn)在1971 年，為863.4 mm，極小值出現(xiàn)在1986 年，為311.2 mm，極差達(dá)552.2 mm。采用5 年滑動(dòng)平均曲線分析可知，年降水量整體呈波動(dòng)式下降趨勢(shì)，1961—1977年位于距平0線以上波動(dòng)，為偏多時(shí)期，1978—2011 年基本在0 線以下波動(dòng)，為偏少時(shí)期，2011年以來回到0線以上，出現(xiàn)偏多趨勢(shì)，年降水量總體經(jīng)歷了“多—少—多”變化過程。

2.1.2 年降水年代際變化 由表1 可以看出：左權(quán)縣20世紀(jì)60—90年代平均降水量呈持續(xù)減少趨勢(shì)，90年代減至最少，距平百分率從60年代9.5%，一直下降至90年代-12.0%，90 年代平均降水量較60 年代減少112.3 mm，21 世紀(jì)以來平均降水量呈增加趨勢(shì)，2011—2015年平均降水量達(dá)到574.6 mm，距平百分率上升至9.9%，平均降水量較90年代增加114.4 mm，略高于60年代。

表1 左權(quán)縣年、季降水量及距平

2.1.3 年降水突變分析 從左權(quán)縣年降水量M-K 曲線（見圖2）中可以看出：UF曲線在1961—1967年大于0，降水量呈上升趨勢(shì)，1968年以來一直處在0以下，降水量呈持續(xù)下降趨勢(shì)，UF曲線與UB曲線在顯著水平線內(nèi)相交于1968、2013、2014年，1968年之后，UF曲線分別在2000 年和2008 年2 次越過α=0.05 顯著性檢驗(yàn)(U0.05=-1.96)臨界線，說明下降趨勢(shì)非常顯著，1968 年為年降水量減少突變年。

2.2 季節(jié)降水變化特征

2.2.1 季節(jié)降水年代際變化 由表1可以看出，夏、秋季降水量年代際變化趨勢(shì)與年降水量變化趨勢(shì)一致，即20世紀(jì)60—90年代平均降水量持續(xù)減少，90年代達(dá)到最少，21世紀(jì)開始逐漸增多。2011—2015年期間夏季降水量最多(10.4%)，20 世紀(jì)60 年代秋季降水量最多(25.2%)；春、冬季降水量年代際變化起伏較大，春季降水量從20世紀(jì)60年代至2011—2015年各年代之間距平百分率正負(fù)值按順序交替出現(xiàn)，且正值逐漸減小，負(fù)值逐漸增大，說明春季降水量年代際變化由劇烈逐漸趨向平緩，而冬季降水量在60—80年代期間距平百分率正負(fù)值正好與春季反相，即60、80年代春季為正，冬季則為負(fù)，70年代春季為負(fù)，冬季則為正，90年代開始同步減少，21 世紀(jì)00 年代同步增加，2011—2015 年又反相變化，總體冬季振動(dòng)幅度高于春季。60年代春季降水量最多(19.4%)，70年代最少(-23.5%)，冬季降水量70年代最多(36.3%)，90年代最少(-41.9%)。

2.2.2 季節(jié)降水年際變化 由左權(quán)縣季節(jié)降水量距平隨時(shí)間變化曲線（見圖3），可以看出,春、夏、秋3 個(gè)季節(jié)降水量分別以-0.47 mm/10 a、-4.92 mm/10 a、-7.70 mm/10 a 的速率下降，而冬季降水量則以0.20 mm/10 a 速率微弱增加，55年中，春季平均降水量減少2.6 mm，夏季減少27.1 mm，秋季減少42.4 mm，冬季增加了1.1 mm。統(tǒng)計(jì)55年四季降水量對(duì)年降水量貢獻(xiàn)率，春季占14.6%、夏季占63.0%、秋季占20.1%、冬季占2.3%，可以看出，夏秋兩季降水量占年降水量的83.1%，主導(dǎo)著全年降水量的變化趨勢(shì)。

通過5年滑動(dòng)平均曲線分析，可以看出，春季降水量（見圖3a）年際變化起伏較大，整體減少趨勢(shì)不太明顯，共出現(xiàn)了3次偏多和2次偏少階段，分別是1961—1972、1984—1994、2006—2015 年偏多階段和1972—1984、1994—2006 年偏少階段，1963 年春雨最多，為174.7 mm，2000 年春雨最少，僅為16.0 mm，出現(xiàn)了春季大旱；夏季降水量（見圖3b）總體波動(dòng)平穩(wěn)，減少趨勢(shì)明顯，1977 年以前降水量偏多，1977 年之后降水量圍繞距平0線上下波動(dòng)，以偏少年份為主，其中1983—1988 年、1993—1995 年、2008—2011 年出現(xiàn)了3 次較明顯的低值期，2012以來降水量偏多。1971年夏季降水量最多，為584.9 mm，2008 年夏季降水量最少，為158.6 mm，這2個(gè)極值年，分別是該縣洪災(zāi)和旱災(zāi)嚴(yán)重年份。

秋季降水量（見圖3c）整體呈明顯波動(dòng)減少趨勢(shì)，1961—1979 年位于距平0 線以上波動(dòng)，降水量偏多，1980年以后降水量開始偏少，經(jīng)歷了1985年短暫上升后，偏少趨勢(shì)一直持續(xù)到2010 年，2011—2015 年呈略多趨勢(shì)，1967年秋雨最多，為228.5 mm，1998年秋雨最少，為22.1 mm，秋季是4 個(gè)季節(jié)中降水量減少幅度最大的季節(jié)。

冬季降水量（見圖3d）年際變化起伏最大，整體增加趨勢(shì)不太明顯，經(jīng)歷了1961—1971 年偏少，1972—1980年偏多，1981—1989年偏少，1990—1993年略多，1994—2002 年又偏少，2003 以后偏多的“先少后多”3次演變。冬季降水量是4 個(gè)季節(jié)降水量在20 世紀(jì)90年代大幅度減少之后，率先在2003年提前出現(xiàn)偏多趨勢(shì)的季節(jié)，這與其總體呈增加趨勢(shì)有一定的關(guān)系。

2.2.3 季節(jié)降水突變分析 左權(quán)縣各季節(jié)降水量M-K曲線突變分析結(jié)果表明（見圖4）：春季降水量（見圖4a）1972 以前UF 曲線呈現(xiàn)1 個(gè)周期性波動(dòng)，1973—1989 年UF 曲線小于0，降水量呈下降趨勢(shì)，且下降幅度非常明顯，此后，UF曲線經(jīng)過1990—1998年小幅度升降波動(dòng)后，在1999—2008年又一次出現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)，2008年之后UF曲線大于0，降水量呈上升趨勢(shì)，雖然UF 與UB 曲線在顯著水平線內(nèi)相交于1962、1965、2005、2008年4個(gè)點(diǎn)，但UF曲線均未超過信度線，表明降水量在這些年份未發(fā)生突變，進(jìn)一步對(duì)這些交點(diǎn)進(jìn)行滑動(dòng)t檢驗(yàn)，2005年通過了α=0.05信度水平檢驗(yàn)，說明2005 年是春季降水量由少到多的躍變年。夏季降水量（見圖4b）1961—1967年降水量為上升趨勢(shì)，1968年以來降水量整體呈下降趨勢(shì)，在顯著水平線內(nèi)UF和UB 曲線相交5 點(diǎn)，分別是1965、1966、1967、2001、2009年，經(jīng)過滑動(dòng)t檢驗(yàn)，這些交點(diǎn)均未通過α=0.05信度水平檢驗(yàn)，說明夏季降水量不存在突變現(xiàn)象。秋季降水量（見圖4c）總體為下降趨勢(shì)，只有在1968—1969年出現(xiàn)了1 次短暫上升期，UF 和UB 曲線在顯著性水平內(nèi)相交于1962、1964、1965、1967、1970 年5 個(gè)交點(diǎn)，1970 年之后，UF 曲線在1998—2000 年越過α=0.05 顯著性檢驗(yàn)(U0.05=-1.96)臨界線，說明此階段下降趨勢(shì)非常顯著，1970年為秋季降水量減少突變年。冬季降水量（見圖4d）1961—1983 年和2008—2015 年降水量為上升趨勢(shì)，1984—2007 年降水量為下降趨勢(shì)，UF 與UB曲線在顯著水平線內(nèi)相交于多個(gè)交點(diǎn)，但UF曲線始終沒有越過α=0.05顯著性檢驗(yàn)臨界線，經(jīng)對(duì)轉(zhuǎn)折年（1976、2003 年）滑動(dòng)t檢驗(yàn)，通過α=0.05 信度水平檢驗(yàn)，說明冬季降水量分別在1976年和2003年發(fā)生了由多到少和由少到多的轉(zhuǎn)變。

3 降水對(duì)左權(quán)縣農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響

農(nóng)作物生長(zhǎng)靠根系從土壤中吸取水分，降水是農(nóng)田水分主要來源，一年之中降水多少，是否及時(shí)均勻，能否保存在土壤中，都影響著農(nóng)作物生長(zhǎng)的好壞和產(chǎn)量的高低。左權(quán)縣屬山區(qū)縣，山多地少，土地貧瘠，農(nóng)業(yè)全部靠天吃飯。上述研究表明，近55 年來，左權(quán)縣降水量總體呈減少趨勢(shì)，降水減少，引發(fā)干旱幾率增加，將會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)產(chǎn)生不利的影響。另外，在降水減少的同時(shí)，受全球氣候變暖影響，左權(quán)縣溫度變化呈升高趨勢(shì)[16]，由于地形特殊，暴雨呈多發(fā)態(tài)勢(shì)，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)威脅較大。

旱災(zāi)作為左權(quán)縣的首要災(zāi)害，尤以春旱、夏旱對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)威脅最為嚴(yán)重。根據(jù)中國(guó)半干旱、半濕潤(rùn)地區(qū)的干旱等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 20481—2006)，P（降水距平百分率）＞-25%為正常年份，-50%＜P≤-25%為輕旱年份，-70%＜P≤-50%為中旱年份，P≤-70%為重旱年份。統(tǒng)計(jì)左權(quán)縣1961—2015降水資料，春旱發(fā)生頻率為29%，即平均每3.4年出現(xiàn)1次輕旱或重旱，所以，當(dāng)?shù)貧v來有“春雨貴如油”之說，20 世紀(jì)70 年代和90 年代末至21世紀(jì)初是春季干旱高發(fā)期，對(duì)該縣農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響最為嚴(yán)重。如1972—1974年、1999—2001年都是連續(xù)3 年出現(xiàn)春季大旱，春玉米播種只能靠人力擔(dān)水或車具運(yùn)水挖坑點(diǎn)種。夏旱發(fā)生頻率為18%，頻率低于春旱，平均每5.6年出現(xiàn)1次，但災(zāi)害程度高于春旱，尤其是頭伏、中伏期發(fā)生“卡脖旱”即玉米抽雄前的干旱威脅最大[17-18]。研究期內(nèi)出現(xiàn)過5次夏季大旱，分別是1965、1972、1986、1997 年和2008 年，都對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成重大損失，對(duì)人民生活造成重大影響。

暴雨引起的洪澇災(zāi)害僅次于旱災(zāi)，雖然其范圍小，然而一旦發(fā)生，災(zāi)害十分嚴(yán)重，甚至造成毀滅性災(zāi)害。據(jù)民政局資料統(tǒng)計(jì)，近55 年中，左權(quán)縣因暴雨引發(fā)洪災(zāi)14次，最嚴(yán)重有2次，分別是1963年和1996年。如1996 年8 月4 日，全縣普降大暴雨，形成的特大洪水，造成30人死亡，全縣農(nóng)田受災(zāi)面積1.5萬hm2，有43個(gè)村的30%房屋被沖毀，各項(xiàng)設(shè)施損壞、毀壞極其嚴(yán)重，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)3 億元，這次特大暴雨給當(dāng)?shù)毓まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生命財(cái)產(chǎn)造成了巨大損失[19]。周廣勝[20]指出，隨著全球氣候持續(xù)變暖,極端天氣氣候事件頻繁發(fā)生，并且破壞程度越來越強(qiáng),影響越來越復(fù)雜,應(yīng)對(duì)難度越來越大,從而將加大未來中國(guó)農(nóng)業(yè)受災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)和糧食安全的不確定性。

4 結(jié)論與討論

（1）左權(quán)縣1961—2015 年降水量與春、夏、秋3 個(gè)季節(jié)降水量均呈下降趨勢(shì)，而冬季降水量呈上升趨勢(shì)，氣候傾向率分別為-12.6 mm/10 a、-0.47 mm/10 a、-4.92 mm/10 a、-7.70 mm/10 a和0.20 mm/10 a，這種變化結(jié)果與張煒瑋等[8]研究結(jié)論一致，與本省內(nèi)其他學(xué)者研究的區(qū)域結(jié)果存在一定的差異[9-10]。

（2）左權(quán)縣年降水量20世紀(jì)60—90年代呈減少趨勢(shì)，90 年代減少幅度最大，21 世紀(jì)年以來降水開始呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。年降水量呈減少趨勢(shì)，春季降水量影響較小，主要是夏、秋季降水量減少造成的，冬季降水量增加對(duì)年降水量減少起了抑制作用。

（3）左權(quán)縣年與秋季降水量分別在1968年和1970年發(fā)生了由多到少的突變，與張煒瑋等[8]研究結(jié)論基本一致，春季降水量在2005 年發(fā)生了由少到多的躍變，冬季降水量分別在1976年和2003年發(fā)生了多到少和由少到多的轉(zhuǎn)變，夏季降水量無突變現(xiàn)象。

（4）干旱、暴雨洪澇災(zāi)害對(duì)左權(quán)縣農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展前景威脅較大，必須樹立于長(zhǎng)期防大災(zāi)、防巨災(zāi)的意識(shí)，有計(jì)劃地培育和選用耐旱品種，加強(qiáng)農(nóng)田水利工程、農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，加大農(nóng)業(yè)抗御干旱和暴雨洪澇的投入力度，最大限度地減輕自然災(zāi)害對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響。