山西省近61年降雨時空變化分析

張乾 回曉瑩 張永杰

近年來，氣候變化和人類活動對水文循環(huán)產(chǎn)生了深遠的影響[1]，洪澇、干旱等災(zāi)害發(fā)生的頻率有所增加。降雨是水文循環(huán)的基本組成部分，也是水文研究最重要的輸入變量之一。降雨量的時空分布及變化決定了區(qū)域水資源量在時間和空間的分配。

山西省地處華北地區(qū)西部，黃土高原東部，北跨長城與內(nèi)蒙古自治區(qū)相鄰，南隔黃河與河南省相望，獨特的地理位置和地貌格局使其氣候規(guī)律更加復(fù)雜。省內(nèi)降雨季節(jié)性強，時間和空間分布不均，洪澇發(fā)生頻繁?？陀^的分析山西省降雨時空分布特點及變化趨勢，對山西省防汛抗旱及水資源合理開發(fā)利用和管理具有重要的意義[2]。

1 資料選取及研究方法

以山西省為研究對象，在全省11個地市中選取太原、陽曲、大同、左云、河津等22處資料較為完整的雨量站1956—2016年逐月降雨量資料，采用線性回歸法、滑動平均法、模比系數(shù)差積曲線法和克里金插值法等，對山西省年降雨量、汛期降雨量和非汛期降雨量的空間分布和趨勢變化進行分析。山西省地形地貌及雨量站分布如圖1所示。

2 降雨時間變化特征分析

2.1 年際變化

采用算術(shù)平均法和泰森多邊形（如圖2所示）法計算山西省多年平均降雨量，兩者結(jié)果接近，分別為503 mm和502.7 mm。利用線性回歸、滑動平均和模比系數(shù)差積曲線法分析表明，山西省近61年的降雨量呈下降趨勢，下降速度為12.2 mm/10a。從5年滑動平均來看，年降雨量在1980年前后開始平穩(wěn)下降，1995年之后明顯減少，但在2010之后有所回升。年降雨量極大值為721.2 mm，出現(xiàn)在1964年；年降雨量極小值為310.5 mm，出現(xiàn)在1965年；極值比為2.32，如圖3所示。

圖2 山西省雨量站泰森多邊形

圖3 山西省1956—2016年年均降雨量

近61年降雨量模比系數(shù)差積曲線（如圖4所示）顯示，山西省1956—1964年總體處于豐水段，其平均值比多年平均值大16%；1965—1979年和2010—2016年總體為平水段；1980—2010年為連續(xù)枯水段，其平均值比多年平均小5%。

圖4 山西省年降雨量模比系數(shù)差積曲線

2.2 年內(nèi)分配

山西省降雨量年內(nèi)分配極不均勻且十分集中，全年降雨量主要集中在汛期（6—9月）。通過對選取的22個雨量站1956—2016年逐月降雨量進行統(tǒng)計分析，其汛期降雨量占全年降雨量的62.9%～76.6%，平均為72.4%；其中主汛期（7—8月）占全年降雨量的36.3%～50.4%，平均為46.6%；7月份降雨量平均占全年的24.7%。山西省近61年的汛期降雨量和非汛期降雨量都呈下降趨勢（如圖5、6所示），下降速度分別為10 mm/10a和2.2 mm/10a，汛期降雨量較非汛期降雨量下降明顯。汛期降雨量極大值為502.1 mm，非汛期降雨量極小值為77.0 mm。

圖5 山西省1956—2016年汛期平均降雨量

3 降雨空間變化特征分析

3.1 年降雨量空間分布特征

圖6 山西省1956—2016年非汛期平均降雨量

受地形、氣候、地理位置等多重因素的影響，山西省多年平均降雨量在空間分布上很不均勻[3]。采用克里金插值法繪制山西省1956—2016年多年平均降雨量等值線圖，如圖7所示。

圖7 山西省多年平均降雨量等值線圖

山西省降雨量在空間上具有明顯的經(jīng)向性[4]，由東南至西北逐漸遞減，東南部的太行山區(qū)和中條山區(qū)及東部的五臺山區(qū)為全省降雨高值區(qū)，太行山區(qū)及中條山區(qū)降雨量在500～600 mm，五臺山區(qū)降雨量在600 mm以上。降雨量受地形影響大[5]，盆地少，山區(qū)多，大同盆地、忻州盆地和太原盆地為全省降雨低值區(qū)，其中大同盆地降雨量最少，年降雨量在400 mm左右。

3.2 分期降雨量空間分布特征

汛期等值線（如圖8所示）分布和主汛期降雨等值線（如圖9所示）與全年降雨等值線分布情況類似，呈經(jīng)向分布，運城盆地汛期降雨量較周圍高。汛期平均降雨量為281.3～549.2 mm，主汛期平均降雨量為178.8～352.9 mm。非汛期降雨介于95.7～228.6 mm之間，除五臺山區(qū)海拔較高為降雨高值區(qū)外，非汛期降雨分布由南至北遞減，且東西部基本對稱（如圖10所示）。

圖8 山西省汛期多年平均降雨量等值線圖

圖9 山西省主汛期（7—8月）多年平均降雨量等值線圖

圖10 山西省非汛期（10月—翌年5月）多年平均降雨量等值線圖

4 結(jié) 語

（1）山西省年降雨量介于310.5～721.2 mm，總體上呈下降趨勢，下降速度為12.2 mm/10a，其中汛期降雨量較非汛期降雨量下降更為明顯；降雨年內(nèi)分配不均，汛期降雨量站全年降雨量的72.4%。

（2）山西省降雨空間分布不均，年降雨量與汛期降雨量具有明顯的經(jīng)向性和地帶性差異，山區(qū)多，盆地少，東南多，西北少；非汛期降雨量除五臺山區(qū)外，自北向南遞增，東部和西部基本對稱。