近60年運城盆地降水演變特征

侯 雨

（萬家寨水務(wù)控股集團有限公司運行管理中心，山西 太原 030012）

降水是驅(qū)動流域水循環(huán)演變最重要最直接的因素，降水量增大，地表徑流量增大，地下水水位抬升，反之，降水量減少，地表徑流量減少，地下水水位降低。近60 a 來，運城盆地地表徑流量呈減少趨勢，地下水水位持續(xù)下降，地下水水位降落漏斗面積急劇擴大，這與降水量的變化有著直接的關(guān)系。因此，研究該區(qū)降水量的演變規(guī)律，對進一步了解該區(qū)水循環(huán)演變動因有重要意義。

本文擬采用小波變換分析近60 a 來運城盆地降水量的周期性變化規(guī)律，研究成果可為目前正在開展的涑水河流域生態(tài)保護與修復(fù)提供一定的理論支持。

1 研究區(qū)概況

運城盆地位于山西省南部，盆地北部為紫金山-峨嵋臺地，盆地東、南兩側(cè)為中條山環(huán)繞，西隔黃河與渭河盆地相望。行政區(qū)劃包括聞喜縣、夏縣、鹽湖區(qū)、永濟市、臨猗縣、萬榮縣及絳縣部分地區(qū)，研究區(qū)總面積6 140.6 km2。運城盆地年降水量在500～580 mm之間，年內(nèi)分配極不均勻，季節(jié)變化明顯，夏季降水量最多，占全年總降水量的65%左右，年最大降水量發(fā)生在6～7月，占全年總降水量的35%左右，12月至次年2月降水量最枯，占年降水量的百分比小于10%。

2 研究方法與數(shù)據(jù)來源

本文主要采用數(shù)據(jù)為運城盆地降水量數(shù)據(jù)，均下載自中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng) (www.data.cma.cn)，時間為1961-2020年逐月數(shù)據(jù)。擬采用‘Morlet’小波函數(shù)對該區(qū)1～3、4～6、7～9、10～12月及全年的降水量數(shù)據(jù)進行連續(xù)小波變換，進而得到小波變換系數(shù)圖及小波方差圖，基于小波方差研判降水演變主周期，基于主周期尺度上小波系數(shù)正負變化，劃分豐水周期及枯水周期。

圖1 地理位置圖

3 研究結(jié)果

3.1 1～3月降水變化特征

由圖2（a）可以看出，1～3月降水序列在8 和35 a左右尺度震蕩強烈，經(jīng)歷了豐水周期（實線）到枯水周期（虛線）的往復(fù)變化過程，且35 a 尺度震蕩較8 a強烈，說明在35 a 尺度上為主周期，8 a 尺度則為次周期。圖2（b）為35 a 尺度小波系數(shù)圖，可以看出，1961-1981年為一個不完整的枯水周期（負值），1982-2002年為一個完整的豐水周期（正值），1983-2020年一個不完整枯水周期。

圖2 1～3月降水小波變換圖

3.2 4～6月降水變化特征

由圖3（a）可以看出，4～6月降水序列在3 和24 a左右尺度震蕩強烈，經(jīng)小波方差比較，24 a 尺度小波方差大于8 a 尺度。圖3（b）為35 a 尺度小波系數(shù)圖，可以看出，1961-1968年為一個不完整的豐水周期（正值），1969-1985年為一個完整枯水周期（負值），1986-2000年為一個完整的豐水周期，2001-2015年為一個完整的枯水周期，2016-2020 為不完整的豐水周期。

圖3 4～6月降水小波變換圖

3.3 7～9月降水變化特征

由圖4（a）可以看出，7～9月降水序列在3、8 和23 a 左右尺度震蕩強烈，其中，23 a 尺度最為強烈，為周期，3 a 和8 a 為次周期。圖4（b）為23 a 尺度小波系數(shù)圖，可以看出，1961-1971年為一個不完整的枯水周期（負值），1972-1986年為一個完整的豐水周期（正值），1987-2001年為一個完整的枯水周期，2002-2015年為一個完整的豐水周期，2016-2020 為不完整的豐水周期。

圖4 7～9月降水小波變換圖

3.4 10～12月降水變化特征

由圖5（a）可以看出，10～12月降水序列存在8、27 a 左右的演化周期。經(jīng)比較小波方差，8 a 尺度為主周期，27 a 尺度為次周期。圖5（b）為降水序列在8 a 周期尺度上小波系數(shù)圖變化規(guī)律，由此可以判斷，1961-1964年為一個不完整的豐水周期（正值），1965-1969年為一個完整的枯水周期（負值），1970-1976年為完整的豐水周期，1977-1982年為完整的枯水周期，1983-1987年為完整的豐水周期，1988-1992年為完整的枯水周期，1993-1996 為完整的豐水周期，1997-2001 為完整的枯水周期，2002-2006年為完整的豐水周期，2007-2012年為完整的枯水周期，2013-2019年為完整的豐水周期。

圖5 10～12月降水小波變換圖

3.5年降水變化特征

由圖6 可以看出，近60 a 全年累計降水序列在3、8 和19 a 左右尺度震蕩強烈，其中，在8 a 尺度上震蕩最為強烈，為主周期，3 a 和19 a 則為次周期。從主周期尺度上的小波系數(shù)變化圖（圖6-b）可以看出，1961-1964年為一個不完整的降水豐水周期（正值），1971-1975、1981-1985、1991-1996年、2001-2005、2011-2014年均為完整的豐水周期, 而1965-1970、1976-1980、1986-1990、1997-2000年、2006-2010、2015-2019年則均為完整枯水周期。

圖6年降水量小波變換圖

4 結(jié)論

本文利用小波變換法研究運城盆地1961-2020年1～3、4～6、7～9、10～12月及全年降水序列演變趨勢。主要結(jié)論如下：（1）1～3月降水序列存在8 和35 a左右尺度的變化周期；（2）4～6月降水序列存在3 和24 a 左右尺度的變化周期；（3）7～9月降水序列以23 a 尺度為演變主周期；（4）10～12月降水序列以8 a 尺度為演變主周期；（5）年降水序列存在3、8 和19 a 左右尺度的變化周期。