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        西安地區(qū)近44年降水時空變化特征

        2014-04-29 12:39:20袁方翟園洪超趙榮鞏在武
        安徽農業(yè)科學 2014年34期
        關鍵詞:時空特征西安降水

        袁方 翟園 洪超 趙榮 鞏在武

        摘要

        利用西安地區(qū)7個國家一般氣象站1970~2013年逐日基本觀測資料,結合Golden software Surfer 8 和vb編制西安地區(qū)降水分布圖自動繪制軟件,利用DPS、SPSS、MATLAB和Excel分析了近44年降水的年際、季節(jié)、月變化特征以及突變和頻域特征。結果表明,西安地區(qū)降水多雨年占主導,1992年出現由多變少的突變,2002年出現由少變多的突變,有2、4和12年的變化周期震蕩,近年來雨日逐漸減少;夏季降水等值線空間分布比較稀薄,冬季較密集,春季比秋季偏干趨勢明顯,夏季比冬季偏濕趨勢明顯;降水量月份之間存在很大差異。

        關鍵詞 西安;時空特征;降水

        中圖分類號 S161.1 ?文獻標識碼 A ?文章編號 0517-6611(2014)34-12195-04

        在全球變暖的背景下,降水也是增多的。氣候增溫使整個水循環(huán)過程改變,蒸發(fā)加大,降水分布格局和區(qū)域改變,旱澇災害的降水極端異常事件增加[1-6]。陳隆勛等研究指出江淮流域、江南、華北為降水主要減少地區(qū)[7],西北地區(qū)第一氣候特征表現為全區(qū)一致多雨或少雨型[8]。高蓓等分析發(fā)現陜西降水略有減少[9],西安各季節(jié)和年降水量下降趨勢明顯[10-11]。筆者在此對西安地區(qū)7個站點降水因子的變化規(guī)律和特征進行了統(tǒng)計分析,為今后進一步研究西安不同地區(qū)降水的變化特性對其生態(tài)環(huán)境建設、水源地涵養(yǎng)、水資源利用開發(fā)提供依據。

        1 ?資料與方法

        選取具有代表性的7個區(qū)縣(臨潼、高陵、周至、長安、藍田、城區(qū)、戶縣)基本站氣象數據,為保障臺站同步性和較長的觀測以及資料的統(tǒng)一性,剔除1970年之前以及2013年之后的資料,選取1970~2013年的逐日、月降水資料進行分析。降水可以從時間與強度2個方面的變化進行分析,分析年降水量可以看出總體變化趨勢,而年份中分配狀況可通過分析月、季降水量看出。文中定義多雨年為年降水量大于歷史平均值一個標準差,少雨年為年降水量小于歷史平均值一個標準差。利用DPS系統(tǒng)、SPSS Statistics和Excel進行數據分析和處理。文中空間分布圖均來自西安地區(qū)降水分布圖自動繪制軟件。

        2 ? 結果與分析

        2.1 降水量空間分布特征

        由圖1可見,近44年來西安地區(qū)年降水量空間分布不均,具有地域差異,自東南向西北地區(qū)遞減,與年平均氣溫空間分布[10]大體一致,可見西安地區(qū)南部低溫多雨、北部高溫寡雨。7個區(qū)縣平均年降水量時間序列與全市大體一致,同時有其地域特殊性。各個區(qū)縣多雨年與少雨年不相一致,北部的臨潼、高陵和西部的周至多雨年占主導,東南部的藍田、中南部的長安、中部的城區(qū)少雨年占主導,戶縣持平。

        圖1 1970~2013年西安地區(qū)7個區(qū)縣平均年降水量空間分布

        2.2 降水量時間變化特征

        2.2.1

        年際變化。近44年來全市平均年降水量標準差為129.92 mm,隨時間波動比較平穩(wěn),呈周期性振蕩,基本在平均值612.19 mm上下波動,能看出明顯的振幅,1995年之前,波動稍有下降,1995年之后上升。19年偏多,25年偏少,最大年降水量989.09 mm,出現在1983年,最小年降水量333.55 mm出現在1995年。6年多雨年份, 5年少雨年。全市平均年降水量距平時間變化也比較平穩(wěn),20世紀90年代后比90年代之前變化平穩(wěn)。

        2.2.2

        季變化。近44年西安地區(qū)

        季平均降水量隨時間變化存在季節(jié)分布不均勻性,跨幅最小在冬季,跨幅最大在秋季。春末至秋初為降水集中季,與溫度變化[10]相似,大體趨勢是自東南向西北遞減,四季空間分布一致,東南部的藍田降水最多,北部高陵降水最少。夏季空間分布比較稀薄,冬季空間分布比較密集。全年最多降水量集中在夏季,同時夏季降水量空間變化最大;全年最少降水量集中在冬季,同時冬季降水量空間變化最小。

        春季全市平均降水量相關系數為-0.271,呈弱負相關,通過置信度0.05的顯著性檢驗,線性擬合增長率為-0.950 mm/a,20世紀70年代中期~80年代中期呈現緩慢下降趨勢,之后至今呈現波動下降趨勢;夏季相關系數為0.185,呈極弱正相關,通過0.01的顯著性檢驗,擬合增長率為1.010 mm/a,20世紀70年代開始直線上升達波峰,又波動下降至波谷,從21世紀初期緩慢上升至今有下降趨勢;秋季相關系數為-0.072,呈極弱負相關,通過0.05的顯著性檢驗,擬合增長率為-0.585 mm/a,20世紀70年代~90年代波動較大,之后變化趨于平穩(wěn);冬季相關系數為0.075,為極弱正相關,通過置信度0.05的顯著性檢驗, 線性擬合增長率為0.090 mm/a,20世紀70年代至今變化一直趨于平穩(wěn)。

        分析表明,春季和秋季為偏干趨勢,夏季和冬季為偏濕趨勢,春季比秋季偏干趨勢明顯,夏季比冬季偏濕趨勢明顯。

        圖2 1970~2013年西安地區(qū)月降水量空間分布

        2.2.3

        月變化。近44年來全市月降水量分布特點為時間不均勻,月份之間存在很大差異,整體呈正態(tài)分布,范圍在5.97 mm(12月)~106.82 mm(9月),幅度為100.85 mm。各站全年月降水量變化趨勢與全市平均基本一致。全年降水變化比較快,6月迅速增多,7月達頂峰,10月迅速減少。各區(qū)縣最少月降水量出現在1月份的高陵(5.85 mm),各區(qū)縣最多月降水量出現7月份的藍田(129.15 mm)。各區(qū)縣最多、最少降水量不集中在一個月,但大體最多降水量集中在7和9月,均在80.00 mm以上,占全年35.5%;最少降水量集中在1和12月,僅占全年的2.1%。從1970~2013年西安地

        區(qū)各區(qū)縣月降水量分布圖(圖2)可以看出,除3月外,大體

        圖3 ?1970~2013年全市年降水量累積距平變化

        趨勢是東部降水多、西部少,南部降水多、北部少;3月降水趨勢異常為戶縣站最多,其余月份均為藍田站最多。

        2.3 降水量的突變分析

        由圖3可見,1992、2002年為近44年全市降水量的主要突變點,分別為“增加-減少”、“減少-增加”交替突變點,近年來波動不明顯。從降水量10年滑動t突變檢驗(圖4a)可看出,1970~1982、1995、1997~2003年降水量處于負趨勢,1983~1994、1996年降水量處于正趨勢;1992、2002年通過α= 0.05的顯著水平檢驗,為年降水量時間變化的突變年, 其中1992年的t分布統(tǒng)計值達最大,為2.25,2002年的t分布統(tǒng)計值達最小,為-2.35。M-K突變檢驗結果(圖4b)顯示,近44年來西安地區(qū)年降水量沒有明顯的突變點。各區(qū)縣同樣沒有明顯的突變點。由于M-K突變檢驗方法的局限性,年降水量M-K突變檢驗結果不能說明問題。而累積距平法與滑動t檢驗計算出的突變年份一致,說明存在1992年由多變少、2002年由少變多的突變年。

        圖4 1970~2013年全市年降水量滑動t(a)和Mann-Kendall突變檢驗(b)結果

        2.4 降水量的頻域特征

        當功率譜估計值大于紅噪音檢驗標準譜時,說明所對應的周期是顯著的。由圖5可見,1970~2013年西安年降水量存在顯著的2、4和12年的變化周期震蕩,且通過α=0.05的顯著性檢驗,其中滑動平均長度取5年。

        圖5 1970~2013年全市年降水量功譜率

        2.5 全市月降水日數變化特征

        西安地區(qū)雨日空間分布較一致,戶縣、藍田雨日稍多,西安地區(qū)雨日時間分布不一,1~5月雨日緩慢上升,5~10月波動上升,到9月達頂峰后至12月突然急劇下降,說明西安地區(qū)屬于大陸氣候,水汽不是很充沛。5~10月溫度較其他月高,降水日數也同樣高于其他月,但6月雨日有所下降,可能與季節(jié)轉換有關。雨日上升與下降的月數比為7/5,可見西安地區(qū)雨日是以上升為主。平均雨日最少的1月年上升速率最快,平均雨日最多的9月年上升速率最慢,5月平均雨日下降最快,3月平均雨日下降最慢。平均雨日下降的月份主要集中在春季,平均雨日上升的月份主要集中在冬季(圖6)。1970~2013年最多的雨日出現在1985年9月的藍田。

        42卷34期

        袁 方等 西安地區(qū)近44年降水時空變化特征

        3 結論

        (1)近44年西安地區(qū)降水量隨時間波動比較平穩(wěn),基本在612 ?mm上下波動,多雨年/少雨年為6/5,各個區(qū)縣多雨年與少雨年不相一致,沿秦嶺山麓的測站降水量較全市增加。降水量在1992年出現由多變少的突變年,在2002年出現由少變多的突變年,具有2、4和12年的變化周期震蕩。近年來雨日越來越少。

        (2)近44年西安地區(qū)降水量四季空間分布情況比較一致,夏季空間分布比較稀薄,冬季空間分布比較密集,春季和秋季為偏干趨勢,夏季和冬季為偏濕趨勢,春季比秋季偏干趨勢明顯,夏季比冬季偏濕趨勢明顯。

        (3)近44年西安地區(qū)降水量月際變化存在很大差異,幅度達101 mm,最多降水量是最少的17.9倍。各站全年月降水量變化趨勢與全市平均基本一致。全年降水變化比較快,6月迅速增多,7月達頂峰,10月迅速減少。各區(qū)縣降水分布大體趨勢是東部降水多、西部少,南部降水多、北部少,3

        月降水趨勢異常為戶縣站最多,其余月份均為藍田站最多。

        圖6 1970~2013年西安地區(qū)各月平均降水日數時間分布

        西安地區(qū)雨日空間分布較一致,時間分布不一,以上升為主。

        參考文獻

        [1]

        周幸超.新疆河流水文水資源[M].烏魯木齊:新疆科技衛(wèi)生出版社,1999:1-555.

        [2] 劉星.新疆災荒史[M].烏魯木齊:新疆人民出版社,1999:11-681,169-238.

        [3] 新疆減災四十年編委會.新疆減災四十年[M].北京:地震出版社,1993:61-78,219-229.

        [4] 新疆自然災害研究課題組.新疆自然災害研究[M].北京:地震出版社,1995:3-152.

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