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(wàn)hm2,其中水田10.96 萬(wàn)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(shí)期,也是旱地播種及其它農(nóng)事活動(dòng)的關(guān)鍵時(shí)期,春季的降水特征變化特別是春播期第一場(chǎng)≥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(lái)長(zhǎng)勢(shì)及產(chǎn)量。對(duì)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(duì)春季降水的特征進(jìn)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(shí)空分布特征,得出遼寧春播降水呈增多趨勢(shì)[1];李輯等對(duì)春播期首場(chǎng)透雨進(jìn)行了相關(guān)分析,得出遼寧春播期透雨出現(xiàn)時(shí)間總體呈偏晚趨勢(shì)[2];劉莉紅等分析了中國(guó)北方夏半年最長(zhǎng)連續(xù)無(wú)降水日數(shù)的變化特征,得出無(wú)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(jì)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(chǎng)透雨出現(xiàn)日期年際變化特征和降雨量的氣候變化特點(diǎn),旨在掌握春季降水變化規(guī)律,提高透雨日期的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率及各級(jí)黨政部門安排農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。為本級(jí)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(lái)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(lái),共63 年的春季3～5 月盤錦大洼國(guó)家氣象站逐日降雨量數(shù)據(jù),資料來(lái)源于盤錦市氣象局。

第一場(chǎng)透雨日期的定義標(biāo)準(zhǔn):單站自4 月1日開(kāi)始,將第一場(chǎng)出現(xiàn)連續(xù)3 d 且過(guò)程降雨量之和大于等于10 mm 降雨過(guò)程的最后一日記為該站春播期第一場(chǎng)透雨出現(xiàn)的日期(簡(jiǎn)稱“透雨出現(xiàn)日期”)。按照上述標(biāo)準(zhǔn),以4 月1 日為起點(diǎn),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(wú)透雨。

按照中國(guó)氣象臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)[9]:無(wú)降水日為24 h內(nèi)降水量觀測(cè)記錄小于0.1 mm,最長(zhǎng)連續(xù)無(wú)降水日數(shù)為無(wú)降水日數(shù)連續(xù)出現(xiàn)最長(zhǎng)的天數(shù)。建立最長(zhǎng)連續(xù)無(wú)降水日數(shù)時(shí)間序列資料。

1.2 方法

氣候變化趨勢(shì)采用5 年滑動(dòng)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(shí)間)中的斜率a來(lái)描述氣象要素的變化趨勢(shì),并對(duì)該方程進(jìn)行信度檢驗(yàn),a為氣候傾向率[10～11]。利用SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)顯著性檢驗(yàn)等統(tǒng)計(jì)分析。

氣候資料含有多時(shí)間尺度性,由于大小尺度相互包涵,所以就顯得雜亂無(wú)章,用傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)辨別方法很難判別其演變過(guò)程,小波分析將一維信號(hào)在時(shí)間和頻率兩個(gè)方向上展開(kāi)[12],可清楚地看出氣候時(shí)間序列在各個(gè)層次上的變化趨勢(shì)以及各層次突變點(diǎn)的確切位置,小波系數(shù)的實(shí)部、模是Morlet 小波變換得到的最重要變量。實(shí)部包含所給定時(shí)間和尺度信號(hào)相對(duì)于其他時(shí)間和尺度信號(hào)的強(qiáng)度和位相兩方面的信息;模的大小表示特征時(shí)間尺度信號(hào)的強(qiáng)弱,模值越大,表明其所對(duì)應(yīng)的時(shí)段和尺度的周期性越明顯;正的小波系數(shù)對(duì)應(yīng)于偏多期,負(fù)的小波系數(shù)對(duì)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(shì)春季總體呈增加趨勢(shì),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(shì),3 月氣候傾向率為0.5 mm/10 年,增加趨勢(shì)不明顯,5 月降水氣候傾向率1.9 mm/10 年,增加趨勢(shì)較明顯,4 月份降水量呈線性減少趨勢(shì),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(duì)春季降水總量的貢獻(xiàn)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(dòng)平均看,春季雨量逐月增加,波動(dòng)幅度逐月增大,從年際、年代際變化看,1957～1967 年降水量波動(dòng)性偏少趨勢(shì),1968～1976 年降水量緩慢增加,1977～2004 年降水量波動(dòng)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(shì),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(jìn)入波動(dòng)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(duì)盤錦近63 年春季降水進(jìn)行周期演變分析,繪制了小波變換系數(shù)實(shí)部和小波模,小波系數(shù)實(shí)部為正值時(shí)用實(shí)線繪出,為負(fù)值時(shí)用虛線繪出。通過(guò)小波分析可以看出降水量隨著不同時(shí)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(zhǔn)20 年和12 年的年代際周期變化規(guī)律,準(zhǔn) 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(zhǔn)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(zhǔn) 20 年處在整個(gè)時(shí)間域上模值都相對(duì)較大,在準(zhǔn)12 年處1975 年之后模值相對(duì)較大,在年際周期準(zhǔn)4 年處在 1975～2000 年模值相對(duì)較大。在年際周期準(zhǔn)2 年處在1978～1988 年及2004 年以后模值相對(duì)較大。因此,盤錦市近63 年春季降水量主要表現(xiàn)為準(zhǔn)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(zhǔn)6 年、4 年、2 年的年際周期變化規(guī)律。

2.3 第一場(chǎng)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(chǎng)≥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(chǎng)透雨日期的定義標(biāo)準(zhǔn)[1]:以4 月1 日為起點(diǎn),記錄春播期透雨出現(xiàn)日期,盤錦地區(qū)春播期第一場(chǎng)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(shì)呈偏晚趨勢(shì)。

2.3.2 雨量變化特征 盤錦地區(qū)首場(chǎng)透雨平均降雨量20 mm,1957～2019 年63 年中,首場(chǎng)透雨雨量等級(jí)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(chǎng)透雨降雨量年際變化趨勢(shì)呈增加趨勢(shì),主要受到個(gè)別年份天氣尺度系統(tǒng)活動(dòng)產(chǎn)生的暴雨影響。

2.4 最長(zhǎng)連續(xù)無(wú)降水日數(shù)變化

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

圖5 1957～2019 年盤錦春季降雨量Morlet 小波分析(a)小波實(shí)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(chǎng)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(shì),其中3 月、5 月為增加趨勢(shì),4 月份降水量呈減少趨勢(shì)。春季降水偏多偏少交替變化存在準(zhǔn)20 年和12 年的年代際周期,不同階段表現(xiàn)出明顯的準(zhǔn)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(chǎng)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(shì)呈偏晚趨勢(shì)。首場(chǎng)透雨降雨量平均降雨量20 mm,線性趨勢(shì)呈增加趨勢(shì)。降雨量級(jí)大部分為中雨量,所占比例為85.7%,個(gè)別年份首場(chǎng)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(zhǎng)連續(xù)無(wú)降水日數(shù)平均高達(dá)20 d,春播期4～5 月最長(zhǎng)連續(xù)無(wú)降水日數(shù)平均高達(dá)15 d,春季無(wú)降水日數(shù)年際變化趨勢(shì)呈增加趨勢(shì),春季干旱現(xiàn)象頻發(fā),春播期農(nóng)業(yè)用水形勢(shì)十分嚴(yán)峻。