王子一，鄭 蕾，王鯤鵬

(1.四平市氣象局，吉林 四平 136000；2.松原市氣象局，吉林 松原 138000)

松原市是吉林省重要的農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)基地，其糧食和畜牧業(yè)產(chǎn)量對吉林省整體農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有重要影響。松原市春季干旱少雨，夏季炎熱，降水集中，冬季漫長，降雪量小，寒冷干燥[1]，這一氣候特征使松原地區(qū)具有旱澇突變明顯、影響范圍大等特點，容易造成農(nóng)業(yè)減產(chǎn)，降低農(nóng)民收入，影響本地農(nóng)業(yè)經(jīng)濟。判斷旱澇標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)有很多種，目前學(xué)界比較主流的觀點認為，氣溫升高和降水異常是造成旱澇變化的主要原因之一[2]，筆者分析松原市所轄5個市縣1971年—2020年的降水?dāng)?shù)據(jù)，探索松原地區(qū)的旱澇變化特征規(guī)律，以期減少松原地區(qū)旱澇災(zāi)害損失，促進松原市社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展[3]。

1 資料和方法

1.1 資料

本文采用1971年—2020年這50年中松原地區(qū)所轄4縣1區(qū)5個測站的年降水資料，資料來源為天擎系統(tǒng)。

1.2 方法

1.2.1 旱澇等級劃分方法

1.2.1.1 單站旱澇指標(biāo)(Z指數(shù))。因為Z指數(shù)能夠忽略平均降水量的不同所產(chǎn)生的區(qū)域差異，所以筆者假設(shè)松原地區(qū)的降水量服從Pearson-Ⅲ型分布，對其進行處理后，能夠得到服從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的降水量的序列，且其能夠較好地反應(yīng)對應(yīng)站點的旱澇程度。我們首先根據(jù)各站的降水?dāng)?shù)據(jù)進行計算，分別得出其降水量標(biāo)準(zhǔn)化距平序列,然后對其進行Z值變換[4]。

將概率密度函數(shù)Pearson-Ⅲ型分布轉(zhuǎn)換為以Z為變量的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布。其轉(zhuǎn)換公式為：

(1)

式中：CS為偏態(tài)系數(shù)；φi為標(biāo)準(zhǔn)變量，均可由降水資料序列計算求得，計算公式為：

(2)

(3)

1.2.1.2 地區(qū)旱澇等級的劃分(W指數(shù))。具體為：

Wi=Ii-Li

(4)

1.2.2 統(tǒng)計方法

表1 單站(Z指數(shù))和區(qū)域旱澇(W指數(shù)) 等級指標(biāo)劃分標(biāo)準(zhǔn)

運用線性回歸法分析W指數(shù)(年)的趨勢并對其進行顯著性檢驗。以每個站點基于Z指數(shù)劃分的旱澇等級作為被檢測信號，對其實現(xiàn)連續(xù)一維小波變換，得到小波分析等值線圖，對每個站點旱澇情況進行分析，找出其年際旱澇轉(zhuǎn)變的周期性變化規(guī)律[6-7]。

2 結(jié)果分析

2.1 年旱澇變化趨勢特質(zhì)

通過分析1971年—2020年這50年松原地區(qū)5個市縣的年降水資料，計算出50年來W指數(shù)的變化曲線，從線性趨勢可以看出：W指數(shù)年際變化幅度較大且某些年份數(shù)值比較極端，W值最大為2019年，可達160%，最小值為2001年，達到-180%。通過對W指數(shù)10年滑動平均變化曲線進行分析，筆者發(fā)現(xiàn)在1971年—2020年這50年中，松原地區(qū)的W指數(shù)上升趨勢較弱，且具有較為鮮明的階段性特征變化，1970年—1980年，松原地區(qū)偏旱為主；1980年—2000年期間，松原地區(qū)整體輕微偏澇；2000年—2010年又轉(zhuǎn)為輕微偏旱；2010年之后整體偏澇，且趨勢逐漸嚴重。

圖1 1971年—2020年松原地區(qū)年W指數(shù)曲線

2.1.1 松原地區(qū)整體W指數(shù)變化

通過表1的等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，可得松原地區(qū)1971年—2020年旱澇等級，如表2所示。在這50年中正常年份數(shù)為25年，不正常年份25年，分別是特澇年10年，大澇年2年，偏澇年5年；干旱年份出現(xiàn)頻次相對較低，特旱年7年，大旱年1年，無偏旱年份。通過分析W指數(shù)得出的特旱和大旱年份降水距平百分率為-21%～-38%，其中特旱年份的降水距平百分率均小于-30%，50年中最小值為2001年，距平百分率為-38%；特澇和大澇年份的降水距平百分率為19%～36%，特澇年份降水距平百分率均大于31%，50年中的最大值為1998年，距平百分率為36%；偏澇年份主要集中在1983年—1995年和2008年之后，降水距平百分率在10%～17%；50年中松原地區(qū)無偏旱年份；正常年份的降水距平百分率為-1%～5%。綜上可以看出，1971年—2020年這50年中，松原地區(qū)的W指數(shù)里旱年和澇年與降水距平百分率對應(yīng)關(guān)系基本一致。

2.1.2 松原各縣市W指數(shù)變化

通過表2可以看出，1971年—2020年這50年中松原地區(qū)各縣市旱澇年份存在較大差異。寧江區(qū)和長嶺縣出現(xiàn)大旱年份最多，同為8年；前郭縣和乾安縣出現(xiàn)特旱年份最多，均為3年，其中乾安縣在1995年—1997年這3年出現(xiàn)連旱(大旱)，寧江區(qū)在1995年—1996年出現(xiàn)連旱(大旱)，松原地區(qū)所有市縣在這50年中未出現(xiàn)偏旱年份；特澇年份出現(xiàn)最多的是寧江區(qū)和乾安縣，均為6年；大澇年份出現(xiàn)最多的是扶余市，為6年；部分市縣存在明顯的旱澇交替現(xiàn)象：寧江區(qū)1989年(大旱)—1990年(大澇)、乾安縣1997年(大旱)—1998年(特澇)、長嶺縣1982年(大旱)—1983年(特澇)，1993年(大旱)—1994年(特澇)；整體上松原地區(qū)澇年多于旱年，且容易出現(xiàn)極端旱澇年份，其中夾雜連旱、旱澇交替等現(xiàn)象，說明該地區(qū)整體旱澇分布具有明顯的復(fù)雜性。

表2 1971年—2020年松原地區(qū)旱澇等級分布年份

2.2 旱澇變化的周期性

為更直觀地分析松原地區(qū)及所轄各市縣的旱澇周期變化特質(zhì)，利用松原地區(qū)5個站的Z指數(shù)作為被監(jiān)測信號，實現(xiàn)一維連續(xù)小波變換，分別得到松原地區(qū)各市縣的旱澇小波分析圖(圖2)，縱坐標(biāo)為周期，橫坐標(biāo)為年份。

通過松原地區(qū)各市縣Z指數(shù)小波分析圖可以看出：在1971年—2020年這50年尺度下，松原地區(qū)各市縣均存在一個非常明顯的主周期，分別是扶余25年、寧江34年、前郭32年、乾安20年、長嶺35年，其特點是波動周期長，強度大；每個市縣還伴隨著4年～6年的副周期，周期強度相對較弱；松原地區(qū)的整體波動周期與各市縣的周期基本相呼應(yīng)，主周期25年且波動明顯，在1971年—2010年40年間還存在有一個6年的波動周期，震蕩周期較強。

扶余 寧江

前郭 乾安

長嶺 松原全地區(qū)

3 結(jié)論

①通過分析松原地區(qū)5個站點1971年—2020年的W干旱指數(shù)，對其進行10年滑動平均后發(fā)現(xiàn)，松原地區(qū)W指數(shù)呈現(xiàn)輕微的上升趨勢；②在1971年—2020年這50年中，澇年17年(10年特澇、2年大澇、5年偏澇)，干旱年份8年(7年特旱、1年大旱、無偏旱年份)，正常年份為25年；③在50年的時間尺度上，松原地區(qū)旱澇突變特征明顯，寧江、前郭和長嶺旱澇周期相近，而扶余和乾安旱澇周期相近，旱澇分布不均；④對松原地區(qū)各市縣W指數(shù)進行分析，結(jié)果顯示松原地區(qū)整體W指數(shù)以0.114/10 a的速度遞增。