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        康平地區(qū)云水資源的時間分布和演變特征

        2019-12-09 01:59:47張軍張瑋琦金樹志
        安徽農學通報 2019年21期

        張軍 張瑋琦 金樹志

        摘 要:利用中國地面測站1959—2016年逐日降水資料和EC再分析資料,對康平地區(qū)的年降水量、云水資源和降水量的相關性進行了研究,結果表明:(1)康平地區(qū)1959—2016年的年平均降水量為516mm,存在“2年-2年半”的震蕩周期且呈逐年增加的趨勢,在1967年降水量突變增加。其中夏季降水貢獻率為68%,秋季、春季和冬季的貢獻率分別為16%、15%和1%。7月降水最多,1月降水最少。(2)康平降水量和EC再分析資料的氣柱液態(tài)水含量在1981—2016年間的相關系數(shù)達0.6,在2005—2016年降水量和氣柱液態(tài)水含量、中云量以及低云量的相關系數(shù)分別達0.9、0.84和0.77。研究結果可為康平地區(qū)未來開展作業(yè)預報、防災減災和人工影響天氣等工作提供參考。

        關鍵詞:康平地區(qū);降水量;云水資源;時間分布;演變特征

        中圖分類號 P426文獻標識碼 A文章編號 1007-7731(2019)21-0152-03

        康平縣位于遼寧省北部,全縣區(qū)域面積2175km2,地處北緯42°31′~43°02′,東經122°45′~123°37′??側丝?7萬人,其中農村人口27.5萬人,城市人口9.5萬人。北與內蒙古科左后旗毗鄰,東隔遼河與昌圖相望,南接法庫,西臨彰武,位于沈陽“一小時經濟圈”內,是沈陽經濟區(qū)北部腹地的重要支撐點之一,是沈陽城市發(fā)展四大空間戰(zhàn)略的向北門戶,是環(huán)渤海經濟圈及遼寧中部城市群上的重要節(jié)點,同時也是遼、吉、蒙“兩省一區(qū)”結合部的區(qū)域中心。

        康平地區(qū)的萬畝松地處遼蒙防風阻沙帶南緣,是國家三北防護林重要工程。近年來,康平受干旱災害影響較為嚴重,尤其是2019年7月以來的持續(xù)高溫,導致干旱加劇,農林業(yè)受損。因此,研究康平地區(qū)的降水分布、云雨資源特征等,對于開展防災減災和人工影響天氣等工作,顯得尤為重要。以往的研究往往針對整個遼寧省,而單獨針對康平縣的相關研究較少。為此,筆者采用地面降水資料和再分析資料,研究了康平地區(qū)近60年來的降水特征,分析氣柱液態(tài)水含量云量和降水的相關性,并且從大氣環(huán)流的角度分析降水異常偏多和偏少背后的氣象學機理。

        1 資料和方法

        本研究采用中國地面測站逐日降水資料集和歐洲中心再分析資料(EC-Interim reanalysis data),計算康平地區(qū)當?shù)氐慕邓拖嚓P云參量的演變特征;通過合成分析相關大氣參量的方法,分析造成降水異常的大氣環(huán)流原因。

        1.1 降水資料 地面測站站號54244,時間跨度為1959—2016年,逐日時間分辨率。

        1.2 再分析資料 時間跨度為1981—2016年,0.125~1°空間分辨率,逐月時間分辨率。

        2 結果與分析

        2.1 康平地區(qū)年降水量特征

        2.1.1 降水逐月分布 由表1可知,康平地區(qū)降水量最大的3個月份為7、8、6月份,分別為146mm、124mm和83mm;降水量最小的3個月為1、12和2月份,分別為2mm、2mm和3mm。康平的年平均降水量為516mm(僅指液態(tài)降水,下同),其中夏季(6、7、8月)平均降水量為353mm,占年總降水量的68%;春季(3、4、5月)平均降水量為74mm,占年降水量的15%;秋季(9、10、11月)降水量為82mm,占年降水量的16%;冬季(12、1、2月)平均降水量為7mm,僅占年降水量的1%。由此可見,康平地區(qū)夏季降水是其主要的降水來源,占年降水量超過2/3,其他3個季節(jié)降水量之和不及夏季降水量的50%。

        2.1.2 年降水量總體變化趨勢和季節(jié)分布特征 通過最小二乘法建立年降水量對年份的一元回歸方程,可以得到y(tǒng)=0.8224x-1118(x:年份,y:年降水量),如圖1所示。由圖1可知,近57年來康平地區(qū)的年降水量保持增長的趨勢。其中,年降水量最大的4個年份依次為:1998、2010、2005、1959;年降水量最少的4個年份依次為:1982、1996、2002、2006。

        2.1.3 年降水量突變趨勢 對康平地區(qū)年降水量的時間序列進行Mann-Kendall檢驗(MK檢驗),得到結果如圖2所示。由圖2UF曲線可知,康平地區(qū)在1961—2016年期間,年降水量均呈增加的趨勢(UF>0),其中,在1960年代末期至1970年代末期和1980年代中期至1990年代末期存在顯著增加的趨勢,這種趨勢超過顯著性水平0.05臨界線。根據(jù)UF和UB曲線的交點位置,確定康平地區(qū)年降水量在1960年代末期的增加是一種突變現(xiàn)象,具體是從1967年開始的。

        2.1.4 年降水量的周期性變化 對康平地區(qū)年降水量的時間序列進行功率譜分析,結果如圖3所示。由圖3可知,在周期為2.375年時,功率譜處于峰值,且超過了顯著性水平為0.05的標準譜,所以可以認為康平地區(qū)年降水量存在2年-2年半的周期振蕩特征。

        2.2 EC云參量與降水關系 提取EC再分析資料(0.125°)的康平地區(qū)上空的tclw參量(氣柱液態(tài)水含量),和降水進行對比分析,如圖4所示。由圖4可知,氣柱液態(tài)水含量和降水量的年際變化有一定的相關性,計算得到1981—2016年氣柱液態(tài)水含量和降水量的相關系數(shù)為0.6;在2000年后,兩者的相關性更顯著,2005—2016年這11年間的氣柱液態(tài)水含量和降水量的相關系數(shù)為0.9。

        提取EC再分析資料的康平地區(qū)上空的tcc參量(總云量),與降水進行對比分析,如圖5a所示。計算得到1981—2016年總云量和降水量的相關系數(shù)為0.35;在2000年后,兩者的相關性更顯著,2005—2016年這11年間的總云量和降水量的相關系數(shù)為0.58。

        提取EC再分析資料的康平地區(qū)上空的lcc參量(低云量),與降水進行對比分析,如圖5b所示。計算得到1981—2016年低云量和降水量的相關系數(shù)為0.46;在2000年后,兩者的相關性更顯著,2005—2016年這11年間的低云量和降水量的相關系數(shù)為0.77。

        提取EC再分析資料的康平地區(qū)上空的mcc參量(中云量),與降水進行對比分析,如圖5c所示。計算得到1981—2016年中云量和降水量的相關系數(shù)為0.43;在2000年后,兩者的相關性更顯著,2005—2016年這11年間的中云量和降水量的相關系數(shù)為0.84。

        提取EC再分析資料的康平地區(qū)上空的hcc參量(高云量),與降水進行對比分析,如圖5d所示。計算得到1981—2016年高云量和降水量的相關系數(shù)為0.08,2000年前和2000年后,高云量和降水量的相關系數(shù)分別為0.05、0.1。

        通常情況下,相關系數(shù)處于0.8~1.0為極強相關,0.6~0.8為強相關,0.4~0.6為中等強度相關,0.2~0.4為弱相關,0.0~0.2為極弱相關或者無相關。由以上結論可知,康平地區(qū)的年降水量和EC再分析資料當?shù)氐臍庵簯B(tài)水含量、總云量、低云量以及中云量均呈中等強度相關關系,與高云量不存在相關關系。其中,年降水量和氣柱液態(tài)水含量的相關關系最明顯,在所研究的時間序列1981—2016年間,相關系數(shù)達0.6。此外,值得注意的是,年降水量和氣柱液態(tài)水含量、總云量、低云量以及中云量的相關關系隨著年代的推進,更加顯著。在近10年(2005—2016年間),年降水量和氣柱液態(tài)水含量以及中云量的相關系數(shù)均增強為極強相關,年降水量和低云量的相關系數(shù)也增強、為強相關。

        3 結論與討論

        通過研究康平地區(qū)的年降水演變特征、年降水和EC再分析資料的云參量的相關關系,以及降水異常年份的天氣形勢背景,并選取若干和降水量相關性較好的再分析參量,從天氣尺度和中尺度對康平地區(qū)的降水異常的機理進行了分析,結果表明:

        (1)康平地區(qū)1959—2016年,年平均降水量516mm。夏季降水占主要部分,貢獻率達68%,秋季、春季和冬季的貢獻率分別為16%、15%和1%。其中,7月降水最多,1月降水最少。

        (2)年降水量呈逐年增加的趨勢,增長曲線為y=0.8224x-1118(x:年份,y:年降水量),1967年降水量發(fā)生突變增加,在1960年代末期至1970年代末期和1980年代中期至1990年代末期,降水量的增加最為顯著。在1959—2016年,年降水量存在2年-2年半的振蕩周期。

        (3)康平地區(qū)降水量和EC再分析資料的氣柱液態(tài)水含量以及云量均存在一定的相關關系,且在近10年間相關關系更明顯。降水量和氣柱液態(tài)水含量在1981—2016年間的相關系數(shù)達0.6。2005—2016年,降水量和氣柱液態(tài)水含量、中云量以及低云量的相關系數(shù)分別達0.9、0.84和0.77。

        參考文獻

        [1]陶詩言.中國之暴雨[M].北京:北京科學出版社,1980.

        [2]朱乾根等.天氣學原理[M].北京:科學出版社,2000.

        [3]魏鳳英.現(xiàn)代氣候統(tǒng)計診斷與預測技術[M].北京:氣象出版社,2007. (責編:張宏民)

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