江蘇沿海降雨量多尺度時空變化規律研究
——以連云港市為例

黃 平, 韋 麗，王德維, 虞美秀

(1. 上海市松江區水文站，上海 201600；2. 江西省水文局，江西 南昌 332000；3. 江蘇省水文水資源勘測局連云港分局，江蘇 連云港 222004；4. 河海大學水文水資源學院，江蘇 南京 210098)

特殊的地理位置決定了中國是飽受水旱災害嚴重影響的國家之一[1-3]。頻繁的洪水災害給社會經濟發展和人民生命財產安全造成了巨大影響，尤其是河流兩岸和河口沿海地區。河口地區處于內陸河流和海洋連接過渡的特殊位置，常成為經濟發展的重點地區，全球超過60%的人口及2/3的大中型城市都構筑在河口之上[4]。因此，沿海地區的防洪減災一直以來備受關注。連云港市是江蘇省沿海三市之一。近年來，頻繁發生強降雨事件，城市內澇積水嚴重，給人民生命財產安全帶來了嚴重威脅。以連云港城區2012年“7·8”特大暴雨造成的嚴重城市洪澇災害為例，災害導致155萬人受災，其中城區受災人口55萬，城區直接經濟損失達15.41億元，全市直接經濟損失達27.5億元，交通大面積癱瘓[5-7]。因此，研究連云港市降雨量時空變化規律對科學建立江蘇沿海大規模灘涂圍墾與開發的水資源保障體系提供支撐，從而實現沿海經濟社會的可持續發展具有十分重要的意義。

大氣降水是水資源的主要補給來源，降水量及其時空分布決定了本地水資源量的豐枯變化程度[8-10]。連云港市降水量已有的研究基本都是分析年際變化，且受降水量資料和研究范圍所限[11-12]。本文基于長系列日降雨歷史觀測資料，結合地理信息系統，運用水文統計學等方法，研究連云港市降雨多尺度時空變化特征，其結果可為揭示江蘇沿海圍墾區水資源開發利用提供參考。

1 研究區概況

連云港市擁有豐富的灘涂資源，且岸外輻射沙洲周圍分布有大規模灘涂[13-14]。根據江蘇近海海洋綜合調查與評價專項的調查，江蘇省沿海灘涂總面積50.02萬hm2，約占中國灘涂總面積的1/4。根據《江蘇沿海灘涂圍墾開發利用規劃》，沿海灘涂規劃建設21個圍區，總面積18萬hm2。其中，連云港市4個，面積0.97萬hm2。連云港市處于北亞熱帶向暖溫帶過渡地區，屬海洋性氣候，具有明顯的季風氣候特征，四季分明，雨熱同季，多年平均降雨量994.5 mm，多年平均蒸發量800～1 000 mm。

2 數據與方法

研究分別收集了1956—2014年位于連云港區域內的33個雨量站日降雨資料(圖1),數據系列通過了可靠性、一致性和代表性檢驗。通過一元線性回歸方法和非參數統計檢驗方法Mann-Kendall法(以下簡稱MK法)[15-17]，分析年、汛期與非汛期、月降雨量的變化趨勢，并利用地理信息系統中克里金插值方法將每個雨量站點的降雨變化趨勢插值到整個連云港市，研究連云港市降雨量多時間尺度時空變化特征，做降雨量MK值趨勢顯著性檢驗，MK值越負，說明下降趨勢越明顯。MK值越正，說明增加趨勢越明顯，MK值大于1.64(1.96)或小于-1.64(-1.96)，說明上升或下降趨勢達到了置信水平為90%(95%)的顯著性檢驗。

圖1 連云港市雨量站點分布

3 結果與分析

3.1 年代際變化

圖2為連云港市年、汛期與非汛期降雨量在不同年代際的變化。由圖可以看出年代際年降雨量最大值出現在2000s，為976.8 mm，最小值出現在1980s，為802.2 mm。2010s降雨量為836.3 mm，該年代多年平均降雨量落于1950s—2000s之間的較低值，說明連云港市近10 a來降雨量偏少。年代際汛期與年降雨量變化相似又有不同，二者最大值均出現在2000s，最小值均出現在1980s，2010s降雨量也屬于較低值范圍。年代際非汛期與年代際汛期降雨量變化稍有不同，非汛期降雨量最大值出現在1970s，最小值出現在1980s，2010s非汛期降雨量為歷史最低，說明連云港市近10 a來非汛期降雨量減少顯著。

圖2 連云港市年、汛期與非汛期降雨量年代際變化

以上分析表明，1950s以來，連云港市年代際年、汛期降雨量總體上呈豐(1950s—1970s)—枯(1980s)—豐(2000s)—枯(2010s)周期性變化，年代際非汛期降雨量總體上呈豐(1950s—1970s)—枯(1980s)—豐(1990s)—枯(2010s)周期性變化，預測連云港市未來幾年降雨量呈偏少趨勢。

3.2 年際、汛期與非汛期變化

連云港市年、汛期與非汛期降雨量變化過程見圖3。由圖3可知，年降雨量與汛期降雨量變化波動較相似，基本上互為同升同降，這主要是由于汛期占年降水百分比達到了80%的緣故。二者年最大值均出現在2005年，分別為1 280.3、1 150.8 mm，最小值分別為580.7、447.7 mm，極值比分別為2.20、2.57。非汛期降雨量最大值與最小值分別為335.4、50.8 mm，極值比為6.60。表明連云港年、汛期與非汛期降雨量年際變化較大，其中非汛期年際變化最大。年、汛期與非汛期降雨量均呈不同程度的下降趨勢，年降雨量以9.9 mm/10a減幅下降，汛期降雨量以6.0 mm/10a減幅下降，非汛期降雨量以3.7 mm/10a減幅下降。年、汛期與非汛期降雨量距平變化過程見圖4，同樣表明連云港市降雨量總體上呈豐—枯—豐—枯周期性變化，該市近10 a來處于降水量相對較少時期。

圖5—6為降雨量MK值空間分布，表明連云港市年與汛期降雨量變化趨勢空間分布一致:除西北部降雨量呈弱上升趨勢以外，其他地區均呈下降趨勢，尤其是新沂河流域，下降趨勢明顯，達到了置信水平為95%的顯著性檢驗。西北部降雨量減少沒有東南地區嚴重，可能是由于西北部水庫、湖泊等水體面積較大，對區域水循環有改善作用。非汛期降雨量MK值均落于-1.64～0之間，表明連云港市非汛期降雨量呈弱下降趨勢。非汛期降水量減少，不利于連云港市水資源保障，同時可能加劇該地區的水資源供需矛盾。

圖3 連云港市年、汛期與非汛期降雨量變化過程

圖4 連云港市年、汛期與非汛期降雨量距平變化過程

3.3 月變化

圖7為連云港市代表月降雨量MK值空間分布。連云港1月份降雨量MK值均落于-1.64～0之間，呈全局弱下降趨勢；2月份降雨量MK值均大于0， 且西部大于1.96、 西北部落于1.64～1.96區間，呈全局上升趨勢，其中西北部增加趨勢達到了置信水平為90%的顯著性檢驗，西部增加趨勢達到了置信水平為95%的顯著性檢驗；3月份降雨量除西部呈弱上升趨勢外，其他地區均呈弱下降趨勢；4月份南部降雨量下降趨勢明顯，其中東南角通過了置信水平為95%的顯著性檢驗，北部呈弱下降趨勢；5月降雨量呈全局上升趨勢，其中北部通過了置信水平為90%～95%的顯著性檢驗；6月份降雨量MK值基本上均落于-1.64～0之間，呈全局弱下降趨勢；7月降雨量北部呈弱上升趨勢，其他地區呈弱下降趨勢，其中東南部下降趨勢通過了置信水平為90%的顯著性檢驗；8月降雨量呈南降北升趨勢；9月降雨量除西部有一小部分面積呈弱上升趨勢外，其他均呈弱下降趨勢；10月份降雨量整體上呈弱下降趨勢，其中南部和東部有部分面積呈顯著上升趨勢并通過了置信水平為90%的顯著性檢驗；11月降雨量除北部有一小部分面積呈弱上升趨勢外，其他均呈弱下降趨勢；12月降雨量除東部有一小部分面積呈弱下降趨勢外，其他均呈弱上升趨勢。

圖5 連云港市年降雨量變化趨勢空間分布

a)汛期

b)非汛期圖6 連云港市汛期與非汛期降雨量變化趨勢空間分布

a)1月

b) 2月

c) 4月

d)5月圖7 連云港市代表月降雨量變化趨勢空間分布

綜上，4月份降雨量減少最顯著，2、5月份降雨量增加最明顯，其他月份總體上在弱上升或弱下降之間，其中6—8、9—11月份降雨量整體上以弱下降為主，說明連云港地區夏季和秋季降雨呈下降趨勢。

3.4 日變化

研究統計了連云港地區33個雨量站的年最大日降雨量及其降雨距平(圖8)。由圖8可以看出，連云港市年最大日降雨量上升趨勢并不顯著，但在2000年以后，年最大日降雨量增幅顯著增加，日降雨距平達到了371.3 mm。說明連云港地區降雨極值頻率在2000年以后顯著提高，增加了城區洪澇風險。

a)33站年最大日降雨量

b)年最大日降雨量距平圖8 連云港市年最大日降雨量及距平

4 結論

論文計算并分析了江蘇省沿海城市——連云港市的年代際、年、汛期與非汛期、月降雨量的多尺度時空分布變化特征。結果表明：連云港市年、汛期與非汛期降雨量年際變化大，增加了水資源管理難度，其中非汛期年際變化最大，汛期次之；連云港市年、汛期與非汛期降雨均呈下降趨勢；降雨量總體上呈豐—枯—豐—枯周期性變化，該市近10 a來處于降水量相對較少時期；連云港4月份降雨量減少最顯著，2、5月份降雨量增加最明顯，其他月份總體上在弱上升或弱下降之間；連云港市南部降雨量下降趨勢比北部更為明顯，可能是北部和西北部水庫、湖泊等水體面積較大，對區域水循環有改善作用所致；連云港市年最大日降雨量上升趨勢并不顯著，但在2000年以后增幅顯著增加。