陳麗

（沈陽(yáng)市水務(wù)事務(wù)服務(wù)與行政執(zhí)法中心，遼寧沈陽(yáng) 110036）

遼寧省地處亞洲東部沿海和太平洋西北岸，屬溫帶半濕潤(rùn)和半干旱的季風(fēng)氣候區(qū)；西北部與蒙古高原接壤，又受遼東半島和山東半島夾持及東部山區(qū)阻隔，為明顯的大陸性氣候，省內(nèi)水資源的分配和利用對(duì)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展有著很大的影響。下文依據(jù)氣象地理區(qū)劃，將遼寧省劃分為遼北地區(qū)、遼西地區(qū)、中部平原、遼東地區(qū)、遼南地區(qū)五部分，采用相對(duì)變率、趨勢(shì)系數(shù)及小波分析等方法，對(duì)各分區(qū)徑流深的時(shí)間特性進(jìn)行分析。通過(guò)計(jì)算，結(jié)果表明徑流深穩(wěn)定性最差的為遼西地區(qū)，其次為遼南地區(qū)，穩(wěn)定性最好的為遼東地區(qū)。各區(qū)徑流深序列均呈下降趨勢(shì)，遼南地區(qū)徑流深的趨勢(shì)系數(shù)（-0.29）通過(guò)了0.05的信度檢驗(yàn)，遼西地區(qū)的趨勢(shì)系數(shù)（-0.21）通過(guò)了0.1的信度檢驗(yàn)，其他地區(qū)的下降趨勢(shì)不顯著。通過(guò)小波周期分析，各分區(qū)的徑流深均存在10年左右周期及25年左右較大尺度周期，且10年左右周期的信號(hào)強(qiáng)度普遍大于25年左右周期的信號(hào)強(qiáng)度。

1 基本資料

分析所用的徑流深資料來(lái)自于遼寧省第三次水資源評(píng)價(jià)成果，資料系列為1956—2016年，共計(jì)61年。遼北地區(qū)包括鐵嶺市及沈陽(yáng)市的康平縣和法庫(kù)縣，遼西地區(qū)包括阜新市、朝陽(yáng)市、錦州市及葫蘆島市，中部平原包括沈陽(yáng)市（除去康平縣、法庫(kù)縣）、遼陽(yáng)市、鞍山市（除去岫巖縣）及盤(pán)錦市，遼東地區(qū)包括撫順市、本溪市、丹東市及鞍山市的岫巖縣，遼南地區(qū)包括營(yíng)口市及大連市。各分區(qū)的徑流深數(shù)據(jù)及10年滑動(dòng)平均情況如圖1所示，由圖1可以看出，各分區(qū)的徑流深呈現(xiàn)豐枯交替的狀態(tài)，且從線性趨勢(shì)線可以看出各個(gè)分區(qū)的徑流深整體上均有減少趨勢(shì)，只是程度有所不同。

圖1 遼寧省各分區(qū)徑流深及滑動(dòng)平均成果圖

遼寧省第三次水資源評(píng)價(jià)采用系列為1956—2016年，與第二次水資源評(píng)價(jià)系列對(duì)比情況見(jiàn)表1。由表1可以看出，遼寧省的5個(gè)氣象地理分區(qū)中徑流深最大的為遼東地區(qū)，然后是遼南地區(qū)、中部平原及遼北地區(qū)，徑流深最小的為遼西地區(qū)。對(duì)比兩系列均值情況，各分區(qū)徑流深1956—2016年系列均值都小于1956—2000年系列均值。

表1 不同資料系列徑流深特性對(duì)比表

2 各分區(qū)徑流深的穩(wěn)定性分析

各分區(qū)徑流深的穩(wěn)定性分析是通過(guò)計(jì)算相對(duì)變率來(lái)判斷的，相對(duì)變率是指徑流深的絕對(duì)變率與同期多年平均值的百分比[1]，相對(duì)變率的計(jì)算公式：

表2 遼寧省不同分區(qū)相對(duì)變率成果表

3 各分區(qū)徑流深的趨勢(shì)分析

為了解水文氣象要素的長(zhǎng)期趨勢(shì)變化，根據(jù)文獻(xiàn)［2］的方法，計(jì)算徑流深與時(shí)間之間的相關(guān)系數(shù)（稱(chēng)為趨勢(shì)系數(shù)），計(jì)算公式：

式中：rxt為趨勢(shì)系數(shù)；n為年份序號(hào)；N為樣本長(zhǎng)度；xi是第i年的徑流深；為其樣本均值；對(duì)趨勢(shì)系數(shù)的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)使用相關(guān)系數(shù)的檢驗(yàn)方法，在不同的信度下，查表得到相關(guān)系數(shù)的臨界值rα，當(dāng) |rxt|＞rα?xí)r，趨勢(shì)系數(shù)是有意義的。若rxt＞0，意味著序列呈上升趨勢(shì)；若rxt＜0，意味著序列呈下降趨勢(shì)[3]。遼寧省5個(gè)氣象地理分區(qū)的趨勢(shì)系數(shù)計(jì)算成果見(jiàn)表3。由表3中計(jì)算成果可見(jiàn)，各分區(qū)的趨勢(shì)系數(shù)均為負(fù)值，說(shuō)明各分區(qū)的徑流深序列均呈下降趨勢(shì)，這與圖1中各分區(qū)徑流深序列的線性趨勢(shì)線一致。取信度α=0.1時(shí)，rα=0.21；α=0.05時(shí)，rα=0.25。通過(guò)計(jì)算，遼南地區(qū)徑流深的趨勢(shì)系數(shù)為-0.29，通過(guò)了信度0.05的檢驗(yàn)；遼西地區(qū)徑流深的趨勢(shì)系數(shù)為-0.21，通過(guò)了信度0.1的檢驗(yàn)；其他3區(qū)的趨勢(shì)系數(shù)均未通過(guò)信度檢驗(yàn)，說(shuō)明下降趨勢(shì)不顯著。

表3 遼寧省不同分區(qū)趨勢(shì)系數(shù)成果表

4 各分區(qū)徑流深的周期分析

Morlet小波是常用的復(fù)數(shù)小波基函數(shù)，定義為

式中：i為虛數(shù)；t為時(shí)域；ω0為常數(shù)，當(dāng)時(shí)就能近似滿足允許性條件。其Fourier變換為

式中：ω為頻域。復(fù)數(shù)形式的小波，因其實(shí)部和虛部的位相差為π/2，用復(fù)小波變換系數(shù)的模來(lái)作為判別氣候資料中包含的各尺度周期性的大小及這些周期在時(shí)域中分布的判據(jù)，能夠消除用實(shí)型小波變換系數(shù)作為判據(jù)而產(chǎn)生的虛假振蕩，使分析結(jié)果更準(zhǔn)確。除模外，Morlet小波變換系數(shù)的實(shí)部是另一個(gè)重要的變量，表示不同時(shí)間尺度信號(hào)在不同時(shí)間上的分布和位相兩方面的信息，能夠很好地對(duì)資料序列連續(xù)進(jìn)行時(shí)頻局部化分析[4]。

通過(guò)Morlet小波分析對(duì)5個(gè)分區(qū)的徑流深系列進(jìn)行了周期分析，如圖2所示，通過(guò)小波周期分析發(fā)現(xiàn),各分區(qū)的徑流深均有一定的周期性。遼北地區(qū)徑流深10年左右的周期在1970—2000年表現(xiàn)較為明顯，2000年之后10年左右的周期弱了下來(lái)；較大時(shí)間尺度還存在著25年左右的周期，但是該周期的信號(hào)強(qiáng)度弱于10年周期。遼西地區(qū)的徑流深也存在著較為顯著的10年左右周期及20～25年較大時(shí)間尺度的周期，與遼北地區(qū)類(lèi)似，10年左右周期的信號(hào)強(qiáng)度在2000年后弱了下來(lái)。中部平原徑流深存在著10～15年周期，2000年之后，該周期縮短為不足10年；大時(shí)間尺度存在著25年左右周期，但是該周期的信號(hào)強(qiáng)度稍弱。遼東地區(qū)徑流深的周期分析與中部平原的類(lèi)似，都存在著10年左右周期及25年左右周期，且10年周期在2000年之后縮短為8年左右。遼南地區(qū)徑流深10年左右周期與25年左右周期貫穿整個(gè)系列，且兩個(gè)周期的信號(hào)變化均較顯著。

5 結(jié)語(yǔ)

文中采用了多種診斷分析方法對(duì)遼寧省內(nèi)各分區(qū)的徑流深做了初步分析，但是研究的深度和廣度還不夠，還有一些地方存在不足之處，仍需做進(jìn)一步的研究：

1）僅對(duì)各分區(qū)徑流深的時(shí)間特性做了分析，未對(duì)其變化原因進(jìn)行分析。可結(jié)合降雨、人類(lèi)活動(dòng)等要素，對(duì)導(dǎo)致徑流深呈下降趨勢(shì)的原因進(jìn)行深入分析，以期對(duì)影響各分區(qū)徑流深的物理機(jī)制有更進(jìn)一步的了解。

2）可結(jié)合氣象因子及海溫因子等與遼寧省各分區(qū)的徑流深做相關(guān)分析，挑選出主要影響因子，建立中長(zhǎng)期預(yù)報(bào)模型，以期對(duì)徑流深的變化做出定量分析。