近63 年盤錦地區(qū)春播期降水變化特征分析

楊文艷遲春艷韓慶婷馬湘宜裴心媛

(盤錦市氣象局,遼寧 盤錦 124010)

盤錦地處遼河下游,全市耕地面積13.18 萬hm2,其中水田10.96 萬hm2,占耕地面積的85%,約占全省水田面積的1/5,是遼寧省水稻主產(chǎn)區(qū)。春季(3～5 月)是盤錦水稻的育苗、播種、泡插的重要時期,也是旱地播種及其它農(nóng)事活動的關(guān)鍵時期,春季的降水特征變化特別是春播期第一場≥10mm 透雨出現(xiàn)的日期直接影響春耕生產(chǎn),還影響作物未來長勢及產(chǎn)量。對農(nóng)業(yè)生產(chǎn),為政府和相關(guān)部門提供良好的決策氣象服務(wù)支撐意義十分重大。

很多學(xué)者對春季降水的特征進行了研究[1-7],胡春麗等分析了遼寧地區(qū)春播期降水資源時空分布特征,得出遼寧春播降水呈增多趨勢[1];李輯等對春播期首場透雨進行了相關(guān)分析,得出遼寧春播期透雨出現(xiàn)時間總體呈偏晚趨勢[2];劉莉紅等分析了中國北方夏半年最長連續(xù)無降水日數(shù)的變化特征,得出無降水日數(shù)的變化與干旱發(fā)生有著緊密的聯(lián)系[8]。

本文應(yīng)用盤錦地區(qū)1957～2019 年共計63 年氣象記錄資料,分析了盤錦地區(qū)春季降水變化特征和春播期第一場透雨出現(xiàn)日期年際變化特征和降雨量的氣候變化特點,旨在掌握春季降水變化規(guī)律,提高透雨日期的預(yù)測準確率及各級黨政部門安排農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。為本級政府及相關(guān)部門預(yù)防和減輕春旱的危害以及合理安排春耕生產(chǎn),服務(wù)民生提供決策參考。

1 資料來源與方法

1.1 資料

本文應(yīng)用1957～2019 年盤錦地區(qū)有氣象記錄以來,共63 年的春季3～5 月盤錦大洼國家氣象站逐日降雨量數(shù)據(jù),資料來源于盤錦市氣象局。

第一場透雨日期的定義標準:單站自4 月1日開始,將第一場出現(xiàn)連續(xù)3 d 且過程降雨量之和大于等于10 mm 降雨過程的最后一日記為該站春播期第一場透雨出現(xiàn)的日期(簡稱“透雨出現(xiàn)日期”)。按照上述標準,以4 月1 日為起點,記錄透雨出現(xiàn)日期,如4 月1 日記為1,5 月1 日記為31,若透雨出現(xiàn)日期晚于6 月1 日,則記為無透雨。

按照中國氣象臺的標準[9]:無降水日為24 h內(nèi)降水量觀測記錄小于0.1 mm,最長連續(xù)無降水日數(shù)為無降水日數(shù)連續(xù)出現(xiàn)最長的天數(shù)。建立最長連續(xù)無降水日數(shù)時間序列資料。

1.2 方法

氣候變化趨勢采用5 年滑動平均、線性回歸方法的方法。利用直線方程y=at+b(a、b為回歸系數(shù),y為氣象要素,t為時間)中的斜率a來描述氣象要素的變化趨勢,并對該方程進行信度檢驗,a為氣候傾向率[10～11]。利用SPSS軟件進行數(shù)據(jù)顯著性檢驗等統(tǒng)計分析。

氣候資料含有多時間尺度性,由于大小尺度相互包涵,所以就顯得雜亂無章,用傳統(tǒng)的統(tǒng)計辨別方法很難判別其演變過程,小波分析將一維信號在時間和頻率兩個方向上展開[12],可清楚地看出氣候時間序列在各個層次上的變化趨勢以及各層次突變點的確切位置,小波系數(shù)的實部、模是Morlet 小波變換得到的最重要變量。實部包含所給定時間和尺度信號相對于其他時間和尺度信號的強度和位相兩方面的信息;模的大小表示特征時間尺度信號的強弱,模值越大,表明其所對應(yīng)的時段和尺度的周期性越明顯;正的小波系數(shù)對應(yīng)于偏多期,負的小波系數(shù)對應(yīng)于偏少期[13～16]。

2 盤錦春播期降水氣候特征分析

2.1 年際變化特征

1957～2019年盤錦春季3～5 月平均降雨量為95.6 mm,線性變化趨勢春季總體呈增加趨勢,氣候傾向率為1.4 mm/10 年,其中3 月、5 月降水量呈線性增加趨勢,3 月氣候傾向率為0.5 mm/10 年,增加趨勢不明顯,5 月降水氣候傾向率1.9 mm/10 年,增加趨勢較明顯,4 月份降水量呈線性減少趨勢,氣候傾向率為-1.0 mm/10 年[10～11]。降 水 量 平 均 值 3 月 為10.5 mm,4 月為34.9 mm,5 月為50.1 mm,降雨量逐月遞增,5 月的降水量對春季降水總量的貢獻最大,但存在明顯的年際變化,63 年中有25 年出現(xiàn)4 月降雨量大于5 月份降雨量的情況。

從5 年移動平均看,春季雨量逐月增加,波動幅度逐月增大,從年際、年代際變化看,1957～1967 年降水量波動性偏少趨勢,1968～1976 年降水量緩慢增加,1977～2004 年降水量波動變化,出現(xiàn)2 年左右的震蕩變化,2001 年出現(xiàn)最少值,37.6 mm,2005～2012 年降水量呈明顯增加趨勢,2010 年出現(xiàn)最大值,為201.9 mm,降水偏多偏少年份增多,變化幅度增大,易出現(xiàn)旱澇現(xiàn)象,2013～2019 年,再次進入波動減少期。

圖1 1957～2019 年盤錦地區(qū)春季3 月份降水量距平年際變化曲線Figure 1 Annual change curve of precipitation anomaly in March of Spring in Panjin region from 1957 to 2019

圖2 1957～2019 年盤錦地區(qū)春季4 月份降水量距平年際變化曲線Figure 2 Annual change curve of precipitation anomaly in April of Spring in Panjin Region from 1957 to 2019

圖3 1957～2019 年盤錦地區(qū)春季5 月份降水量距平年際變化曲線Figure 3 Annual change curve of precipitation anomaly in May in spring in Panjin Region from 1957 to 2019

圖4 1957～2019 年盤錦地區(qū)春季(3～5 月)降水量距平年際變化曲線Figure 4 Annual change curve of precipitation anomaly in Spring (March to May) in Panjin Region from 1957 to 2019

2.2 周期變化特征

采用 Morlet 小波對盤錦近63 年春季降水進行周期演變分析,繪制了小波變換系數(shù)實部和小波模,小波系數(shù)實部為正值時用實線繪出,為負值時用虛線繪出。通過小波分析可以看出降水量隨著不同時間尺度周期變化。

盤錦市春季降水量偏多偏少交替變化存在著準20 年和12 年的年代際周期變化規(guī)律,準 6 年尺度的周期變化規(guī)律在1957～1975 年、2005 年以后存在明顯,準4 年尺度的周期變化規(guī)律1975～2000 年之間表現(xiàn)明顯。呈現(xiàn)2 年的震蕩周期變化特征。小波模在年代際周期準 20 年處在整個時間域上模值都相對較大,在準12 年處1975 年之后模值相對較大,在年際周期準4 年處在 1975～2000 年模值相對較大。在年際周期準2 年處在1978～1988 年及2004 年以后模值相對較大。因此,盤錦市近63 年春季降水量主要表現(xiàn)為準20年尺度、12 年尺度的年代際周期以及不同階段表現(xiàn)明顯的準6 年、4 年、2 年的年際周期變化規(guī)律。

2.3 第一場透雨變化特征

2.3.1 出現(xiàn)日期變化特征 1957～2019 年63年中,盤錦地區(qū)春季第一場≥10 mm 降雨有8 年(13%)出現(xiàn)在3 月份,有36 年(57%)出現(xiàn)在4 月份,有19 年(30%)出現(xiàn)在5 月份。按照春播期第一場透雨日期的定義標準[1]:以4 月1 日為起點,記錄春播期透雨出現(xiàn)日期,盤錦地區(qū)春播期第一場透雨平均出現(xiàn)在每年的4 月21 日,最大降雨量為116.3 mm,出現(xiàn)在2012 年4 月25 日,出現(xiàn)日期的年際變化線性趨勢呈偏晚趨勢。

2.3.2 雨量變化特征 盤錦地區(qū)首場透雨平均降雨量20 mm,1957～2019 年63 年中,首場透雨雨量等級為中雨(降雨量10.0～24.9 mm)54 次,所占比例為85.7%,出現(xiàn)大雨(降雨量25.0～49.9 mm)6 次,所占比例為9.5%,出現(xiàn)降雨量≥50 mm 暴雨3 次(含大暴雨,降雨量100～250 mm 1 次),所占比例為4.8%,平均20 年一遇。首場透雨降雨量年際變化趨勢呈增加趨勢,主要受到個別年份天氣尺度系統(tǒng)活動產(chǎn)生的暴雨影響。

2.4 最長連續(xù)無降水日數(shù)變化

盤錦地區(qū)春季3～5 月最長連續(xù)無降水日數(shù)平均高達20 d,最長連續(xù)無降水日數(shù)最大值為64 d,春播期4～5 月最長連續(xù)無降水日數(shù)平均高達15 d,最長連續(xù)無降水日數(shù)為33 d,春季最長連續(xù)無降水出現(xiàn)在2017 年2 月23 日～5 月3 日,總計70 d,春季無降水日數(shù)年際變化趨勢呈增加趨勢,春季干旱現(xiàn)象頻發(fā),春播期農(nóng)業(yè)用水形勢十分嚴峻。

圖5 1957～2019 年盤錦春季降雨量Morlet 小波分析(a)小波實部(b)小波模Figure 5 Morlet Wavelet Analysis of Spring rainfall in Panjin from 1957 to 2019 (a) Real part of the wavelet (b)Wavelet modulus

圖6 1957～2019 年盤錦春播期首場透雨出現(xiàn)日期及降雨量年際變化Figure 6 The occurrence date of the first rain penetration and the annual variation of rainfall during Panjin spring sowing period from 1957 to 2019

3 小結(jié)

3.1 盤錦春季降水量年際變化整體呈略有增加趨勢,其中3 月、5 月為增加趨勢,4 月份降水量呈減少趨勢。春季降水偏多偏少交替變化存在準20 年和12 年的年代際周期,不同階段表現(xiàn)出明顯的準6 年、4 年和2 年的年際周期變化規(guī)律。

3.2 盤錦地區(qū)春播期第一場透雨平均出現(xiàn)在每年的4 月21 日,出現(xiàn)日期的年際變化線性趨勢呈偏晚趨勢。首場透雨降雨量平均降雨量20 mm,線性趨勢呈增加趨勢。降雨量級大部分為中雨量,所占比例為85.7%,個別年份首場透雨出現(xiàn)暴雨,平均20 年一遇。

3.3 盤錦地區(qū)春季3～5 月最長連續(xù)無降水日數(shù)平均高達20 d,春播期4～5 月最長連續(xù)無降水日數(shù)平均高達15 d,春季無降水日數(shù)年際變化趨勢呈增加趨勢,春季干旱現(xiàn)象頻發(fā),春播期農(nóng)業(yè)用水形勢十分嚴峻。