三江平原多年降水演變分析

王洪麗

(哈爾濱市雙城區(qū)水務(wù)局，黑龍江 哈爾濱 150100)

1 研究區(qū)域概況

三江平原位于黑龍江省東部，北起黑龍江、南臨興凱湖、西鄰小興安嶺、東至烏蘇里江，總面積約10.89萬km2，總?cè)丝?62.5萬人，人口密度約為79人/km2。屬溫帶濕潤(rùn)、半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，降水季主要集中于夏秋季，光照時(shí)數(shù)適中，雨熱同期，適合一年一熟的水稻、大豆，尤其是優(yōu)質(zhì)水稻和高油大豆等農(nóng)作物的生長(zhǎng)。三江平原有著非常豐富的自然資源儲(chǔ)備，是我國(guó)重要的商品糧生產(chǎn)基地，被中國(guó)國(guó)家地理雜志評(píng)選為中國(guó)十大“新天府”之一。

2 資料與數(shù)據(jù)來源

早在二十世紀(jì)八九十年代，已經(jīng)有學(xué)者開始關(guān)注極端氣候變化所帶來的嚴(yán)重后果[1]，近年來關(guān)于極限降水演變特征的研究也越來越多。地球表面平均溫度在過去的百年間以0.74 ℃/10 a的速度升高[2]，表明全球氣溫增長(zhǎng)持續(xù)加快。在未來全球持續(xù)變暖情況下，極端高溫事件將會(huì)增加，具體來說，熱浪持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，頻率更高；干旱的地區(qū)干旱加劇，濕潤(rùn)的地區(qū)降水增加[3]，導(dǎo)致發(fā)生干旱和洪澇災(zāi)害的頻率、強(qiáng)度總體上均呈上升趨勢(shì)[4]。

本文所采用的氣象數(shù)據(jù)資料來源于國(guó)家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)中心中國(guó)地面氣候資料日值數(shù)據(jù)集(V3.0)。研究區(qū)域內(nèi)選取了4個(gè)時(shí)間序列長(zhǎng)、數(shù)據(jù)記錄完整、空間代表性強(qiáng)的氣象站(佳木斯站、富錦站、寶清站、和虎林站)1959—2018年的逐日降水資料。

所選各站基本資料見表1。

表1 氣象站概況

3 極限降水指標(biāo)

表2 極限降水指標(biāo)

4 結(jié)果與分析

4.1 一日最大降水量

基于該地區(qū)4個(gè)測(cè)站60年間的逐日降水資料可以計(jì)算出每年的一日最大降水量，畫出其隨時(shí)間變化的折線圖(如圖1所示)，進(jìn)行線性擬合后可以看出變化趨勢(shì)：四個(gè)測(cè)站中佳木斯站的回歸系數(shù)為正值，說明佳木斯站60年間一日最大降水量呈上升趨勢(shì)；富錦站、寶清站、虎林站的回歸系數(shù)均為負(fù)值且絕對(duì)值均大于佳木斯站，說明佳木斯站的上升幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他3個(gè)站的下降幅度，富錦站的擬合直線相較來說更陡。因此，綜上4個(gè)測(cè)站結(jié)果來看，該地區(qū)一日最大降水量呈現(xiàn)波動(dòng)下降趨勢(shì)，其中富錦站下降趨勢(shì)最為明顯，下降速度為1.60 mm/10 a。

圖1 不同站年一日最大降水量隨時(shí)間變化趨勢(shì)

計(jì)算出一日最大降水量之后進(jìn)行了時(shí)間序列的趨勢(shì)分析和突變檢驗(yàn)，運(yùn)用的是M-K非參數(shù)檢驗(yàn)方法，其結(jié)果見表3。

表3 不同站一日最大降水量?jī)A向率和M-K顯著性檢驗(yàn) mm·10a-1

M-K趨勢(shì)檢驗(yàn)表明，三江平原地區(qū)除佳木斯站之外的三個(gè)氣象站一日最大降水量均呈下降趨勢(shì)且佳木斯站的降水傾向率的絕對(duì)值并不算大，因此總體來看一日最大降水量呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，這與線性傾向估計(jì)法檢驗(yàn)結(jié)果相同。突變檢驗(yàn)以富錦站為主，見圖2。

圖2 富錦站一日最大降水量M-K突變檢驗(yàn)

結(jié)果表明，UF和UB兩條曲線在1959年前后相交，在1987年前后出現(xiàn)明顯的突變點(diǎn)，表示富錦站一日最大降水量下降趨勢(shì)從1959年開始顯現(xiàn)，在1987年出現(xiàn)突變點(diǎn)。

4.2 強(qiáng)降水量

本文將一年中日降水量從小到大進(jìn)行排序，取大于等于95%分位值的降水量之和作為這一年的強(qiáng)降水量。

以富錦站1959年為例，計(jì)算其強(qiáng)降水量，見表4。

按照以上方法分別計(jì)算出4個(gè)測(cè)站60年間的強(qiáng)降水量，畫出其隨時(shí)間變化的折線圖，并進(jìn)行線性擬合可以看出變化趨勢(shì)，得到圖3。分析得出強(qiáng)降水量隨時(shí)間變化的趨勢(shì)：四個(gè)測(cè)站中只有佳木斯站的回歸系數(shù)為正值，說明該站強(qiáng)降水量逐年增加，但上升趨勢(shì)不明顯；富錦站、寶清站及虎林站的回歸系數(shù)均為負(fù)值且絕對(duì)值遠(yuǎn)大于佳木斯站，寶清站的擬合直線最陡。因此，綜上4個(gè)測(cè)站結(jié)果來看，三江平原地區(qū)強(qiáng)降水量總體上呈下降趨勢(shì)，其中寶清站下降趨勢(shì)最為明顯，下降速度為8.55 mm/10 a。

表4 富錦站1959年強(qiáng)降水量

圖3 不同站強(qiáng)降水量隨時(shí)間變化趨勢(shì)

計(jì)算出強(qiáng)降水量之后進(jìn)行了時(shí)間序列的趨勢(shì)分析和突變檢驗(yàn)，運(yùn)用的是M-K非參數(shù)檢驗(yàn)方法，其結(jié)果見表5和圖4。M-K趨勢(shì)檢驗(yàn)表明，三江平原地區(qū)4個(gè)氣象站的強(qiáng)降水量均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，佳木斯站的降水傾向率最小即下降趨勢(shì)最微弱。這與線性傾向估計(jì)法檢驗(yàn)結(jié)果基本相同。結(jié)果表明，寶清站強(qiáng)降水量的下降趨勢(shì)從1962年開始顯現(xiàn)，在1987年出現(xiàn)突變點(diǎn)。

熊老師您好！我在一家專修歐系大眾車的修理廠工作，請(qǐng)您指導(dǎo)一下，如何利用五氣分析儀來確診故障？我特別弄不明白的是，混合汽稀時(shí)，為什么氮氧化合物反而增加？請(qǐng)您不吝賜教！

表5 不同站強(qiáng)降水量?jī)A向率和M-K顯著性檢驗(yàn) mm·10a-1

4.3 最大一次降水量

計(jì)算出60 a的年最大一次降水量之后畫出其隨時(shí)間變化的折線圖，進(jìn)行線性擬合后發(fā)現(xiàn)4個(gè)測(cè)站的回歸系數(shù)均為負(fù)值，可以明顯地看出變化趨勢(shì)，寶清站的擬合直線下降得最快。由圖5可以看出三江平原地區(qū)4個(gè)測(cè)站近60年來的最大一次降水量均呈波動(dòng)下降趨勢(shì)。其中寶清站下降最為明顯，以6.83 mm/10 a的速度下降。

圖4 寶清站強(qiáng)降水量M-K突變檢驗(yàn)

圖5 不同站年最大一次降水量隨時(shí)間變化趨勢(shì)

利用1959—2018年三江平原地區(qū)4個(gè)測(cè)站的降水資料，對(duì)單站年最大一次降水量指標(biāo)進(jìn)行時(shí)間序列的M-K趨勢(shì)分析和M-K突變檢驗(yàn)，其結(jié)果見表6。

表6 不同站最大一次降水量?jī)A向率和M-K顯著性檢驗(yàn) mm·10a-1

趨勢(shì)檢驗(yàn)表明，4個(gè)站的降水傾向率均為負(fù)值，說明三江平原地區(qū)4個(gè)測(cè)站的年最大一次降水量均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，這與線性傾向估計(jì)法分析結(jié)果相同。突變檢驗(yàn)結(jié)果以佳木斯站和寶清站為主，見圖6。

圖6 不同站年最大一次降水量M-K突變檢驗(yàn)

佳木斯站最大一次降水量下降趨勢(shì)從1961年開始顯現(xiàn),在1978年出現(xiàn)突變點(diǎn)，寶清站最大一次降水量的下降趨勢(shì)從1965年開始顯現(xiàn),在1966年出現(xiàn)突變點(diǎn)。

4.4 連續(xù)干旱日數(shù)

連續(xù)干旱日數(shù)表征干旱程度，用來判斷一個(gè)區(qū)域是否容易受到旱災(zāi)侵襲，本文將日降水量小于1 mm的最長(zhǎng)連續(xù)天數(shù)定義為連續(xù)干旱日數(shù)。

得到連續(xù)干旱日數(shù)隨時(shí)間變化的折線圖后進(jìn)行線性擬合，可以看出其隨時(shí)間的變化趨勢(shì)，由圖7可以看出：4個(gè)測(cè)站的回歸系數(shù)均為負(fù)值，說明該地區(qū)的連續(xù)干旱日數(shù)在4個(gè)站均呈現(xiàn)波動(dòng)下降趨勢(shì)，其中虎林站的回歸系數(shù)絕對(duì)值最大即下降趨勢(shì)最明顯，擬合直線最陡峭，以2.24 d/10 a的速度下降?？梢?，三江平原地區(qū)連續(xù)干旱日數(shù)整體以緩慢的速度下降。

圖7 不同站連續(xù)干旱日數(shù)隨時(shí)間變化趨勢(shì)

分別對(duì)1959—2018年三江平原地區(qū)4個(gè)測(cè)站的單站連續(xù)干旱日數(shù)進(jìn)行時(shí)間序列的M-K趨勢(shì)分析和突變檢驗(yàn)，結(jié)果見表7。

趨勢(shì)檢驗(yàn)表明，三江平原地區(qū)4個(gè)氣象站的降水傾向率均為負(fù)值，說明連續(xù)干旱日數(shù)均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，此結(jié)果與上述線性傾向趨勢(shì)分析結(jié)果是一致的。突變檢驗(yàn)結(jié)果以寶清站和虎林站為主，見圖8。

圖8 不同站連續(xù)干旱日數(shù)M-K突變檢驗(yàn)

寶清站連續(xù)干旱日數(shù)的減少趨勢(shì)從1996年開始顯現(xiàn),在2006年出現(xiàn)突變點(diǎn)，虎林站連續(xù)干旱日數(shù)的減少趨勢(shì)從2003年開始顯現(xiàn),在2015年出現(xiàn)突變點(diǎn)。

4.5 暴雨日數(shù)

三江平原地區(qū)暴雨多集中在7—8月，本文把日降水量大于50 mm的天數(shù)定義為暴雨日數(shù)。

畫出4個(gè)測(cè)站的暴雨日數(shù)隨時(shí)間變化的折線圖，并進(jìn)行線性擬合，可看出該地區(qū)暴雨日數(shù)的變化趨勢(shì)，直線趨于平穩(wěn)，見圖9，三江平原地區(qū)佳木斯站的暴雨日數(shù)逐年增長(zhǎng)，以0.06 d/10 a的速度上升；寶清站下降趨勢(shì)較為緩慢，以0.12 d/10 a的速度下降。其余兩個(gè)測(cè)站的回歸系數(shù)非常接近0，說明暴雨日數(shù)無明顯變化趨勢(shì)。綜上4個(gè)測(cè)站的結(jié)果來看，該地區(qū)60年間暴雨日數(shù)并無明顯變化。

基于該地區(qū)的日降水資料可以得出4個(gè)測(cè)站每一年的暴雨日數(shù)，之后運(yùn)用M-K非參數(shù)檢驗(yàn)方法進(jìn)行了時(shí)間序列的趨勢(shì)分析和突變檢驗(yàn)，其結(jié)果見表8。趨勢(shì)檢驗(yàn)表明，三江平原地區(qū)四個(gè)測(cè)站的暴雨日數(shù)均無明顯變化趨勢(shì)，說明三江平原地區(qū)近60年暴雨日數(shù)變化逐漸趨于平穩(wěn)，這與線性傾向估計(jì)的結(jié)果大致相同。突變檢驗(yàn)表明，60年中，三江平原地區(qū)暴雨日數(shù)尚未發(fā)生突變。

5 結(jié) 論

運(yùn)用三江平原4個(gè)氣象站1959—2018年的逐日降水資料，計(jì)算一日最大降水量等五個(gè)極限降水指標(biāo)，從而對(duì)該地區(qū)近60年極限降水事件的演變規(guī)律進(jìn)行研究。得出一日最大降水量在除佳木斯站之外的3個(gè)測(cè)站均隨時(shí)間下降，表明該地區(qū)的一日最大降水量在西部有下降趨勢(shì)，在東部有上升趨勢(shì)；強(qiáng)降水量在4個(gè)測(cè)站均呈下降趨勢(shì)即該地區(qū)強(qiáng)降水量逐漸減少；最大一次降水量在4個(gè)測(cè)站均呈下降趨勢(shì)即該地區(qū)最大一次降水量逐漸減少；連續(xù)干旱日數(shù)在該地區(qū)呈緩慢下降趨勢(shì)；暴雨日數(shù)無明顯變化趨勢(shì)，整體來看變化趨于平穩(wěn)，沒有發(fā)生突變。并且該地區(qū)極限降水具有一定的季節(jié)差異性。

圖9 不同站暴雨日數(shù)隨時(shí)間變化趨勢(shì)