松花江流域近50年降水序列趨勢分析

馬 超，申 成，孫 崎

(黑龍江農墾現代農業工程設計有限公司，哈爾濱150090)

近幾年來，隨著人類對環境改造力度的加大和 全球氣候的逐漸變暖，災害性天氣發生頻率逐年上升，降水格局變化及其區域分宜的不確定性更加突出，特別是區域性旱澇災害的頻現，與降水的變化有著密切的聯系。目前，關于降水序列特征的研究，國內外很多學者已經進行了大量的研究［1-3］，并取得了許多顯著的成果。松花江是我國七大江河之一，流域水系發育，支流眾多。流域處于北溫帶季風氣候區，有明顯的大陸性氣候特點，冬季嚴寒漫長，夏季溫濕多雨，部分地區屬寒溫帶氣候，多年平均年降水量525 mm［4-5］。哈爾濱水文站位于松花江干流的中游，是第二松花江和嫩江匯合后的主要控制站，1898年該站為水位站，1953年擴建為水文站，控制流域面積389 769 km2，占流域面積的70%［6］。

本研究通過對1961—2008年間哈爾濱水文站的降水統計分析，對流域春季、夏季、秋季、冬季和年均的降水趨勢進行識別，充分認識松花江流域降水變化特征，為進一步研究松花江流域水資源變化趨勢奠定基礎，同時也可為流域水資源優化配置和調度提供決策依據。

1 資料來源及數據分析方法

采用松花江哈爾濱水文站監測的1961—2008年的逐月降水量資料(來源于《黑龍江流域水文資料》第二冊《松花江上游區(三岔河以上)》)，分別對1961—2008年間春季(3—5月)、夏季(6—8月)、秋季(9—11月)、冬季(12—2月)和年均(1—12月)降水量進行統計分析。

趨勢分析方法有很多種，通常包括線性擬合、累積距平、二次平滑、滑動平均、三次樣條函數、Kendall秩次相關法、Mann Kendall秩次相關法、spearman秩次相關系數法等［7］。常用的有線性擬合、滑動平均、累積距平和Mann Kendall秩次相關法。為了計算方便和實用，本文采用一元線性回歸和累積聚平等二種方法分別對松花江流域四季(春、夏、秋、冬)降水和年平均降水序列進行趨勢檢驗。

2 降水序列趨勢分析

2.1 基于一元線性回歸的降水序列趨勢分析

采用一元線性回歸趨勢分析法對松花江流域1961—2008年四季(春、夏、秋、冬)和年平均降水序列進行趨勢分析，見圖1。

從圖1中可以看出:松花江流域夏季和秋季降水量隨著時間的變化呈現遞減的趨勢，且秋季降水遞減的趨勢明顯小于夏季。其中:夏季平均降水變化率為1.07 mm/10a，其減少趨勢相對明顯;秋季平均降水變化率為0.03 mm/10a，但減少趨勢已不顯著。春季和冬季降水量隨著時間的變化呈現遞增的趨勢，但春季和冬季降水遞增的趨勢均不明顯。其中:春季平均降水變化率為0.45 mm/10a，其增加趨勢相對明顯;冬季平均降水變化率為0.29 mm/10a，其減少趨勢相對較弱。總體上看，年平均降水變化比較平穩，年平均降水變化率僅為0.09 mm/10a，表明，近幾十年來，松花江流域降水量變化趨勢較小。

2.2 基于累積距平法的降水序列趨勢分析

累積距平是一種常用的、由線性直觀判斷變化趨勢的方法。從曲線明顯的上下起伏可以判斷其長期顯著的演變趨勢及持續性變化，甚至可以診斷出發生突變的大致時間。當距平值增加時，累積距平曲線呈上升趨勢;反之，則呈下降趨勢。并且從曲線小的波動變化可以考察其短期的距平值變化［8-9］。

根據前述降水數據繪制松花江流域春季、夏季、秋季、冬季和年平均降水累計距平分析圖，見圖2。從圖2中可以看出:春季降水變化趨勢和冬季基本相似，變化幅度較小，均在0處附近上下波動;夏季降水變化與秋季降水、年平均降水波動均較大，其中夏季降水變化趨勢與年平均降水呈現出較好的相似性，其相關系數達0.9734。根據其變化趨勢均可以大致分為4個階段:①1961—1966年，降水呈增加趨勢，是降水相對豐富的年份;②1967—1979年，降水呈減小趨勢，為少雨年份，其間1968-1969出現一定幅度的上升;③1980—1994年，降水呈增加趨勢，降水相對豐富，1988—1989年出現小幅度下降，并且在1990—1993年呈現一定的穩定期;④1995—2008年，降水減少，其間1995—2000年出現一定程度的波動，2001—2006年變化比較平穩。

綜上，松花江流域春季降水變化趨勢和冬季基本相似，變化幅度較小，均在0處附近上下波動，其隨著時間的變化呈現遞增的趨勢，但春季和冬季降水遞增的趨勢均不明顯;夏季降水變化與秋季降水波動均較大，其隨著時間的變化呈現遞減的趨勢，且秋季降水遞減的趨勢明顯小于夏季。另外，夏季降水變化趨勢與年平均降水呈現出較好的相似性。總體上近幾十年來，松花江流域降水量變化趨勢較小。

圖1 松花江流域春季、夏季、秋季、冬季和年平均降水趨勢分析圖

圖2 松花江流域春季、夏季、秋季、冬季和年平均降水累計距平分析圖

3 結論

本文采用一元線性回歸和累積距平等二種方法，通過對哈爾濱水文站1961年—2008年的近50 a月降水資料的分析，得出:

1)松花江流域夏季和秋季降水量隨著時間的變化呈現遞減的趨勢，且秋季降水遞減的趨勢明顯小于夏季。春季和冬季降水量隨著時間的變化呈現遞增的趨勢，但春季和冬季降水遞增的趨勢均不明顯。總體上近幾十年來，松花江流域降水量變化趨勢較小。

2)春季降水變化趨勢和冬季基本相似，變化幅度較小，均在0處附近上下波動;夏季降水變化與秋季降水、年平均降水波動均較大，其中夏季降水變化趨勢與年平均降水呈現出較好的相似性，這與夏季降水豐富，其它季節降水相對較少，導致夏季降水在年降水所比重較大有關。

研究結果不僅為松花江流域進行水資源利用綜合規劃、防洪減災保護人民群眾的生命財產提供了科學的參考依據，同時對于流域充分利用降水資源，合理調度水資源，實現水資源的高效利用也具有重要意義。

［1］劉東，付強.基于小波變換的三江平原井灌區主汛期降水序列多時間尺度分析［J］.水土保持研究，2008，15(6):42-45.

［2］劉東，付強.基于小波變換的三江平原低濕地井灌區年降水序列變化趨勢分析［J］.地理科學，2008，28(3):380-384.

［3］孟凡香，徐淑琴，李天霄，等.基于離散小波變換的水稻生育期降水量多時間尺度特征分析［J］.黑龍江水專學報，2010，37(1):104-106.

［4］王富強，許士國.ENSO事件對松花江流域夏季降水的影響［J］. 華北水利水電學院學報，2009，30(1):1-4.

［5］韓慶紅，陳渭民，王普才，等.PRISM在松花江流域降水分布中的應用研究［J］.南京氣象學院學報，2009，29(1):56-61.

［6］顧海燕.加權馬爾可夫鏈在松花江哈爾濱站徑流量預測中的應用［J］. 黑龍江水專學報，2008，35(3):112-115.

［7］張璐，周躍.Mann-Kendall檢驗及其在河流懸沙濃度時間序列分析中的應用［J］.新疆環境保護，2007，29(3):19-22.

［8］魏鳳英.現代氣候統計診斷與預測技術［M］.北京:氣象出版社，2007.

［9］劉聚濤，楊永生，許新發.撫河流域降水序列趨勢和突變特征分析［J］.安徽農業大學學報，2011，38(4):1-6.