周 珍

(招商局生態(tài)環(huán)保科技有限公司，重慶 400067)

隨著全球變暖，降水也在時(shí)間和空間分布上發(fā)生變化，降水量的變化是導(dǎo)致極端氣候自然災(zāi)害的重要原因，區(qū)域范圍內(nèi)降水時(shí)空變化的研究越來(lái)越受到重視。區(qū)域氣候變化特征主要表現(xiàn)為區(qū)域降水量的變化[1]。國(guó)內(nèi)外許多專家學(xué)者對(duì)不同時(shí)間、不同地區(qū)的降水要素變化進(jìn)行了不同程度的討論分析，并且對(duì)不同流域及尺度的降水變化研究作出重要貢獻(xiàn)[2-3]。孫燕等[4]在華東地區(qū)展開(kāi)了研究，利用氣象站逐日降水觀測(cè)資料、NCEP/NCAR再分析資料和逐月環(huán)流特征指數(shù)，統(tǒng)計(jì)分析了該地區(qū)冬季5種降水相態(tài)的時(shí)空演變特征，發(fā)現(xiàn)了華東地區(qū)的雨、雪地理分界線及冬季不同降水相態(tài)明顯的年際波動(dòng)變化。劉原峰等[5]對(duì)黃土高原區(qū)不同降水相態(tài)的時(shí)空分布特征進(jìn)行了分析，得出了該區(qū)域的雨雪分界線，并發(fā)現(xiàn)黃土高原區(qū)降雨年際波動(dòng)明顯，而降雪的波動(dòng)不是很明顯，兩者都呈下降趨勢(shì)。雨夾雪和霧(露、霜)這幾種降水相態(tài)年際波動(dòng)較小且有增加的趨勢(shì)。龍柯吉等[6]采用線性趨勢(shì)法、Mann-Kendall突變檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析了四川省不同相態(tài)降水的年平均、月平均日數(shù)在時(shí)間及空間上的變化特征以及雨雪轉(zhuǎn)換情況，得出四川地區(qū)雨、雨夾雪、雪3類降水相態(tài)年發(fā)生日數(shù)總體都在減少的結(jié)論。

近年來(lái)，由于全球變暖，嘉陵江流域洪澇災(zāi)害時(shí)常發(fā)生，嚴(yán)重影響流域內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。本文以嘉陵江流域?yàn)檠芯繉?duì)象，對(duì)嘉陵江流域降水量的時(shí)空變化特征進(jìn)行研究，對(duì)促進(jìn)水資源的合理配置和提前應(yīng)對(duì)自然氣候?yàn)?zāi)害發(fā)生作出更合理的對(duì)策提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

嘉陵江流域面積16萬(wàn)km2，河流長(zhǎng)度約1120km，流域內(nèi)水土流失較為嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境等問(wèn)題備受學(xué)者們的關(guān)注[7]。本文利用嘉陵江流域廣元、武都、略陽(yáng)、沙坪壩、閬中、巴中、達(dá)縣、遂寧、高坪區(qū)9個(gè)氣象站點(diǎn)的降水量氣象要素(見(jiàn)圖1)，分別從季、年的時(shí)間劃分角度對(duì)該流域1961—2018年的降水強(qiáng)弱時(shí)間周期及降水分布特征進(jìn)行分析。

圖1 嘉陵江氣象站點(diǎn)分布

2 研究方法

Mann-Kendall方法(簡(jiǎn)稱M-K方法)是一種非參數(shù)、基于秩的方法，適用于檢測(cè)非線性趨勢(shì)。M-K方法不需要數(shù)據(jù)來(lái)擬合特定的概率分布，非常適合氣象學(xué)和水文學(xué)中的長(zhǎng)時(shí)間序列分析。本文以嘉陵江流域1961—2018年的逐月降水量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用M-K方法及線性回歸方法進(jìn)行降水量年際變化趨勢(shì)分析。

3 降水量時(shí)間變化特征

3.1 降水量的年際變化特征

嘉陵江流域1961—2018年的年均降水量為954.1mm，整體呈下降趨勢(shì)，趨勢(shì)方程為y=-0.4405x+966.67，降水年均變化傾向率為-4.41mm/10a，變化傾向率未通過(guò)α=0.05的顯著性檢驗(yàn)，說(shuō)明減少趨勢(shì)不明顯，由趨勢(shì)方程可知在58年內(nèi)降水量減少了25.55mm。嘉陵江流域年降水量波動(dòng)范圍較大，在58年的觀測(cè)中，降水量最大1223.7mm，最小660.1mm，分別出現(xiàn)在1981年和1997年，最大最小降雨量相差563.6mm。通過(guò)嘉陵江流域年均降水量變化的5年移動(dòng)平均曲線可以看出，1961—1984年年均降水量波動(dòng)范圍較大，1985—1996年年平均降水量波動(dòng)較大且呈下降趨勢(shì)，1997—2015年年平均降水量則呈小幅波動(dòng)增加趨勢(shì)，2016年以來(lái)年平均降水量呈緩慢下降趨勢(shì)(見(jiàn)圖2)。

圖2 嘉陵江流域年均降水量變化趨勢(shì)

3.2 降水量季節(jié)變化特征

由圖3可知，嘉陵江流域1961—2018年的降水量在春秋季節(jié)整體呈減少趨勢(shì)，在夏冬季節(jié)呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。由5年滑動(dòng)曲線可以看出，各季節(jié)降水量具有不同的階段性變化特征。春季，最大季降水量出現(xiàn)在1963年，為353.6mm，最小季降水量出現(xiàn)在1995年，為109.4mm，所以春季降水最大振幅為244.2mm，從圖3可以看出，1961—1976年及1991—2001年兩段時(shí)間降水波動(dòng)較大，其余時(shí)間段為窄幅波動(dòng)，降水量偏少，且呈緩慢下降趨勢(shì)。夏季，最大季降水量出現(xiàn)在1981年，為756.9mm，最小季節(jié)降水量出現(xiàn)在2006年，為239.9mm，所以夏季降水最大振幅為517.0mm，從圖3可以看出，1961—1981年及1996—2006年兩段時(shí)間降水波動(dòng)較大，并且在這兩段時(shí)間出現(xiàn)了多次降水的枯豐交替，其余時(shí)間段為窄幅波動(dòng)，降水量偏少，整體呈上升趨勢(shì)。秋季，最大季降水量出現(xiàn)在1969年，為422.9mm，最小季降水量出現(xiàn)在1997年，為130.7mm，所以秋季降水最大振幅為292.2mm，從圖3可以看出，在整個(gè)時(shí)間段內(nèi)降水的波動(dòng)幅度比較大，整體呈下降趨勢(shì)。冬季，最大季降水量出現(xiàn)在1989年，為68.3mm，最小季降水量出現(xiàn)在1999年，為15.2mm，所以冬季降水最大振幅為53.1mm，整體呈緩慢上升趨勢(shì)。

圖3 嘉陵江流域不同季節(jié)降水量變化趨勢(shì)

3.3 降水突變分析

采用M-K方法對(duì)嘉陵江流域1961—2018年降水進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。在置信水平0.05的基礎(chǔ)上，嘉陵江流域年平均降水量的UF和UB曲線存在多個(gè)交叉點(diǎn)，分別發(fā)生在1961年、1962年、1966年、1975年、1980年、1984年、2010年和2018年，所有的交叉點(diǎn)都在置信區(qū)間內(nèi)，表明在研究時(shí)間范圍內(nèi)降水存在多個(gè)突變點(diǎn)，振蕩劇烈。

從圖4中UF和UB變化趨勢(shì)可知，1962年、1975年、1980年和2010年4個(gè)突變點(diǎn)表示年均降水量由多向少轉(zhuǎn)變，1961年、1966年、1984年和2018年4個(gè)突變點(diǎn)表示年均降水量開(kāi)始由少向多轉(zhuǎn)變，其中1966年和1984年兩個(gè)點(diǎn)變化趨勢(shì)最明顯，年均降水量從1984年開(kāi)始明顯減少，此后，流域長(zhǎng)期處于一個(gè)相對(duì)干旱的時(shí)期。

圖4 嘉陵江流域年均降水量突變M-K檢驗(yàn)

4 降水量空間分布規(guī)律

圖5為嘉陵江流域年降水量空間分布圖。從圖5中可以明顯看出，降水呈梯度變化，東南方的降水明顯強(qiáng)于西北方降水。降水量最高與最低的站點(diǎn)分別為達(dá)縣1202.0mm和武都465.7mm，兩個(gè)地區(qū)相差736.3mm，說(shuō)明年均降水量分布不均勻且地域性差異較大。從圖5可以明顯看出，降水量分布存在著3個(gè)區(qū)域，沙坪壩、達(dá)縣和巴中區(qū)域降水量最為充沛，降水量為1031.7～1202.0mm，為洪澇多發(fā)區(qū)域；高坪、遂寧、閬中和廣元降水量為898.9～1031.6mm；在流域的西北部地區(qū)即廣元以北，降水量最低，為465.7～898.8mm。

圖5 嘉陵江流域年降水量

圖6為嘉陵江流域年均降水量變化傾向率的空間分布圖，表1為嘉陵江流域不同時(shí)間尺度降水量變化傾向率。由圖6和表1可知，嘉陵江流域內(nèi)9個(gè)站點(diǎn)年均降水量變化傾向率大部分為負(fù)值，只有達(dá)縣和沙坪壩兩站降水變化傾向率為正值，說(shuō)明這個(gè)區(qū)域的降水呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，其余站點(diǎn)降水量呈下降趨勢(shì)。從圖6中還可以明顯看出，流域內(nèi)降水變化傾向率中部地區(qū)減少最快，略陽(yáng)、廣元、閬中和巴中受氣候變化影響最為嚴(yán)重，年降水變化傾向率分別為-15.3mm/10a、-15.1mm/10a、-16.6mm/10a和-16.1mm/10a。遂寧、高坪和武都年降水變化傾向率分別為-2.5mm/10a、-3.1mm/10a和-0.1mm/10a，說(shuō)明這幾個(gè)地區(qū)降水變化幅度較小。

圖6 嘉陵江流域變化傾向率的空間分布

表1 嘉陵江流域不同時(shí)間尺度降水量變化傾向率

5 結(jié) 語(yǔ)

本文以嘉陵江流域?yàn)檠芯繉?duì)象，利用1961—2018年流域9個(gè)氣象站的逐月降水觀測(cè)資料，從不同時(shí)間尺度上對(duì)研究區(qū)降水多年平均變化趨勢(shì)進(jìn)行分析，并且對(duì)流域多年平均降水量進(jìn)行M-K突變檢驗(yàn)，最后從年降水量和變化傾向率兩個(gè)方面對(duì)嘉陵江流域多年平均降水量空間分布進(jìn)行討論，分析了流域內(nèi)9個(gè)站點(diǎn)不同時(shí)間尺度范圍內(nèi)降水的時(shí)空變化，該研究有利于促進(jìn)流域內(nèi)水資源的合理配置，可為提前應(yīng)對(duì)自然氣候?yàn)?zāi)害發(fā)生作出更合理的對(duì)策提供理論依據(jù)。