左權縣1961—2015年降水變化特征及對農業生產的影響

胡桃花，楊星星，焦 磊，朱彩芬，楊紅雁

（1山西省朔州市氣象局，山西朔州 036002；2山西省左權縣氣象局，山西左權 032600；3山西省晉中市氣象局，山西晉中 030600）

0 引言

研究全球氣候變化規律及影響已成為當今的熱點問題，降水量作為衡量氣候變化的重要指標之一，近年來，國內諸多學者對中國總體和區域降水量變化狀況進行了研究[1-3]。有關省區域研究中，邢軼蘭等[4]、王友賀等[5]、蘇曉丹等[6]、王濤等[7]分別對甘肅、河南、黑龍江、陜西省降水量進行了分析，結果表明，甘肅、河南省呈微弱上升趨勢，黑龍江呈弱減少趨勢，陜西省呈顯著減少趨勢；針對山西省降水量變化的研究中，張煒瑋等[8]認為，山西省1958—2013年降水量以-12.6 mm/10 a的速率下降，四季降水除冬季小幅增加外，春夏秋季均有不同程度的下降；李效珍等[9]指出，山西北部大同市1955—2009 年降水量以-8.4 mm/10 a 速率下降，四季中春夏冬季總體上呈減少趨勢，秋季呈增加趨勢；任兆龍等[10]認為，山西中部太原市1961—2011年降水量以-13.9 mm/10 a 變化率減少，四季降水量均呈現減少趨勢，夏、秋季減少最明顯；藏曦[11]認為，山西南部運城市1960—2014年降水量以-7.94 mm/10 a速率下降，年際變化顯著；張紅英等[12]研究了山西東南部長治市1961—2015 年極端降水變化趨勢，結果表明，降水日（日降水量≥0.1 mm）呈減少趨勢，同時大暴雨、大雪和暴雪日數呈不同程度的增加。由此可見，山西省不同區域年及季節降水趨勢反應出不同的結果。

左權縣位于山西省東南部，境內山巒起伏，溝壑縱橫，屬暖溫帶大陸性半干旱季風氣候，四季分明，雨熱同季，是典型的山區農業縣。年降水量主要集中于6—9月，且分布極不均勻，有的年份降水奇少，形成大旱年，而有的年份卻降水特多，又形成洪澇災，降水量年際、季節變化不穩定性，對當地的農業生產極為不利。因此，筆者利用左權縣1961—2015 年的降水資料，對其規律及變化趨勢進行分析和研究，以期為當地合理利用降水資源，發展農業生產，開展防災減災工作，生態文明建設提供科學依據。

1 資料與方法

1.1 資料來源

本研究利用1961—2015 年左權縣氣象局逐月降水量氣象資料，按12 月至翌年2 月為冬季、3—5 月為春季、6—8 月為夏季和9—11 月為秋季的劃分生成逐季序列。計算出年際、年代際、季節降水量平均及距平值，降水量距平基于1961—2015年55年氣候平均值。

1.2 研究方法

采用線性傾向估計、5 年滑動平均、距平分析、滑動t檢驗和Mann Kendall（簡稱M-K）非參數檢驗法[13-15]分析1961—2015年左權縣降水量變化特征及趨勢，采用Word、Excel 內部函數及DPS 等數據統計分析軟件進行分析。

2 結果與分析

2.1 年降水變化特征

2.1.1 年降水年際變化 從左權縣年降水量距平隨時間變化曲線可以看出（見圖1）：左權縣1961—2015 年降水量總體以-12.6 mm/10 a速率減少，平均降水量減少了69.3 mm。降水量年際變化幅度非常大，55 年來降水量極大值出現在1971 年，為863.4 mm，極小值出現在1986 年，為311.2 mm，極差達552.2 mm。采用5 年滑動平均曲線分析可知，年降水量整體呈波動式下降趨勢，1961—1977年位于距平0線以上波動，為偏多時期，1978—2011 年基本在0 線以下波動，為偏少時期，2011年以來回到0線以上，出現偏多趨勢，年降水量總體經歷了“多—少—多”變化過程。

2.1.2 年降水年代際變化 由表1 可以看出：左權縣20世紀60—90年代平均降水量呈持續減少趨勢，90年代減至最少，距平百分率從60年代9.5%，一直下降至90年代-12.0%，90 年代平均降水量較60 年代減少112.3 mm，21 世紀以來平均降水量呈增加趨勢，2011—2015年平均降水量達到574.6 mm，距平百分率上升至9.9%，平均降水量較90年代增加114.4 mm，略高于60年代。

表1 左權縣年、季降水量及距平

2.1.3 年降水突變分析 從左權縣年降水量M-K 曲線（見圖2）中可以看出：UF曲線在1961—1967年大于0，降水量呈上升趨勢，1968年以來一直處在0以下，降水量呈持續下降趨勢，UF曲線與UB曲線在顯著水平線內相交于1968、2013、2014年，1968年之后，UF曲線分別在2000 年和2008 年2 次越過α=0.05 顯著性檢驗(U0.05=-1.96)臨界線，說明下降趨勢非常顯著，1968 年為年降水量減少突變年。

2.2 季節降水變化特征

2.2.1 季節降水年代際變化 由表1可以看出，夏、秋季降水量年代際變化趨勢與年降水量變化趨勢一致，即20世紀60—90年代平均降水量持續減少，90年代達到最少，21世紀開始逐漸增多。2011—2015年期間夏季降水量最多(10.4%)，20 世紀60 年代秋季降水量最多(25.2%)；春、冬季降水量年代際變化起伏較大，春季降水量從20世紀60年代至2011—2015年各年代之間距平百分率正負值按順序交替出現，且正值逐漸減小，負值逐漸增大，說明春季降水量年代際變化由劇烈逐漸趨向平緩，而冬季降水量在60—80年代期間距平百分率正負值正好與春季反相，即60、80年代春季為正，冬季則為負，70年代春季為負，冬季則為正，90年代開始同步減少，21 世紀00 年代同步增加，2011—2015 年又反相變化，總體冬季振動幅度高于春季。60年代春季降水量最多(19.4%)，70年代最少(-23.5%)，冬季降水量70年代最多(36.3%)，90年代最少(-41.9%)。

2.2.2 季節降水年際變化 由左權縣季節降水量距平隨時間變化曲線（見圖3），可以看出,春、夏、秋3 個季節降水量分別以-0.47 mm/10 a、-4.92 mm/10 a、-7.70 mm/10 a 的速率下降，而冬季降水量則以0.20 mm/10 a 速率微弱增加，55年中，春季平均降水量減少2.6 mm，夏季減少27.1 mm，秋季減少42.4 mm，冬季增加了1.1 mm。統計55年四季降水量對年降水量貢獻率，春季占14.6%、夏季占63.0%、秋季占20.1%、冬季占2.3%，可以看出，夏秋兩季降水量占年降水量的83.1%，主導著全年降水量的變化趨勢。

通過5年滑動平均曲線分析，可以看出，春季降水量（見圖3a）年際變化起伏較大，整體減少趨勢不太明顯，共出現了3次偏多和2次偏少階段，分別是1961—1972、1984—1994、2006—2015 年偏多階段和1972—1984、1994—2006 年偏少階段，1963 年春雨最多，為174.7 mm，2000 年春雨最少，僅為16.0 mm，出現了春季大旱；夏季降水量（見圖3b）總體波動平穩，減少趨勢明顯，1977 年以前降水量偏多，1977 年之后降水量圍繞距平0線上下波動，以偏少年份為主，其中1983—1988 年、1993—1995 年、2008—2011 年出現了3 次較明顯的低值期，2012以來降水量偏多。1971年夏季降水量最多，為584.9 mm，2008 年夏季降水量最少，為158.6 mm，這2個極值年，分別是該縣洪災和旱災嚴重年份。

秋季降水量（見圖3c）整體呈明顯波動減少趨勢，1961—1979 年位于距平0 線以上波動，降水量偏多，1980年以后降水量開始偏少，經歷了1985年短暫上升后，偏少趨勢一直持續到2010 年，2011—2015 年呈略多趨勢，1967年秋雨最多，為228.5 mm，1998年秋雨最少，為22.1 mm，秋季是4 個季節中降水量減少幅度最大的季節。

冬季降水量（見圖3d）年際變化起伏最大，整體增加趨勢不太明顯，經歷了1961—1971 年偏少，1972—1980年偏多，1981—1989年偏少，1990—1993年略多，1994—2002 年又偏少，2003 以后偏多的“先少后多”3次演變。冬季降水量是4 個季節降水量在20 世紀90年代大幅度減少之后，率先在2003年提前出現偏多趨勢的季節，這與其總體呈增加趨勢有一定的關系。

2.2.3 季節降水突變分析 左權縣各季節降水量M-K曲線突變分析結果表明（見圖4）：春季降水量（見圖4a）1972 以前UF 曲線呈現1 個周期性波動，1973—1989 年UF 曲線小于0，降水量呈下降趨勢，且下降幅度非常明顯，此后，UF曲線經過1990—1998年小幅度升降波動后，在1999—2008年又一次出現明顯下降趨勢，2008年之后UF曲線大于0，降水量呈上升趨勢，雖然UF 與UB 曲線在顯著水平線內相交于1962、1965、2005、2008年4個點，但UF曲線均未超過信度線，表明降水量在這些年份未發生突變，進一步對這些交點進行滑動t檢驗，2005年通過了α=0.05信度水平檢驗，說明2005 年是春季降水量由少到多的躍變年。夏季降水量（見圖4b）1961—1967年降水量為上升趨勢，1968年以來降水量整體呈下降趨勢，在顯著水平線內UF和UB 曲線相交5 點，分別是1965、1966、1967、2001、2009年，經過滑動t檢驗，這些交點均未通過α=0.05信度水平檢驗，說明夏季降水量不存在突變現象。秋季降水量（見圖4c）總體為下降趨勢，只有在1968—1969年出現了1 次短暫上升期，UF 和UB 曲線在顯著性水平內相交于1962、1964、1965、1967、1970 年5 個交點，1970 年之后，UF 曲線在1998—2000 年越過α=0.05 顯著性檢驗(U0.05=-1.96)臨界線，說明此階段下降趨勢非常顯著，1970年為秋季降水量減少突變年。冬季降水量（見圖4d）1961—1983 年和2008—2015 年降水量為上升趨勢，1984—2007 年降水量為下降趨勢，UF 與UB曲線在顯著水平線內相交于多個交點，但UF曲線始終沒有越過α=0.05顯著性檢驗臨界線，經對轉折年（1976、2003 年）滑動t檢驗，通過α=0.05 信度水平檢驗，說明冬季降水量分別在1976年和2003年發生了由多到少和由少到多的轉變。

3 降水對左權縣農業生產的影響

農作物生長靠根系從土壤中吸取水分，降水是農田水分主要來源，一年之中降水多少，是否及時均勻，能否保存在土壤中，都影響著農作物生長的好壞和產量的高低。左權縣屬山區縣，山多地少，土地貧瘠，農業全部靠天吃飯。上述研究表明，近55 年來，左權縣降水量總體呈減少趨勢，降水減少，引發干旱幾率增加，將會對農業產生不利的影響。另外，在降水減少的同時，受全球氣候變暖影響，左權縣溫度變化呈升高趨勢[16]，由于地形特殊，暴雨呈多發態勢，對農業生產威脅較大。

旱災作為左權縣的首要災害，尤以春旱、夏旱對農業生產威脅最為嚴重。根據中國半干旱、半濕潤地區的干旱等級標準(GB/T 20481—2006)，P（降水距平百分率）＞-25%為正常年份，-50%＜P≤-25%為輕旱年份，-70%＜P≤-50%為中旱年份，P≤-70%為重旱年份。統計左權縣1961—2015降水資料，春旱發生頻率為29%，即平均每3.4年出現1次輕旱或重旱，所以，當地歷來有“春雨貴如油”之說，20 世紀70 年代和90 年代末至21世紀初是春季干旱高發期，對該縣農業生產影響最為嚴重。如1972—1974年、1999—2001年都是連續3 年出現春季大旱，春玉米播種只能靠人力擔水或車具運水挖坑點種。夏旱發生頻率為18%，頻率低于春旱，平均每5.6年出現1次，但災害程度高于春旱，尤其是頭伏、中伏期發生“卡脖旱”即玉米抽雄前的干旱威脅最大[17-18]。研究期內出現過5次夏季大旱，分別是1965、1972、1986、1997 年和2008 年，都對當地農業生產造成重大損失，對人民生活造成重大影響。

暴雨引起的洪澇災害僅次于旱災，雖然其范圍小，然而一旦發生，災害十分嚴重，甚至造成毀滅性災害。據民政局資料統計，近55 年中，左權縣因暴雨引發洪災14次，最嚴重有2次，分別是1963年和1996年。如1996 年8 月4 日，全縣普降大暴雨，形成的特大洪水，造成30人死亡，全縣農田受災面積1.5萬hm2，有43個村的30%房屋被沖毀，各項設施損壞、毀壞極其嚴重，直接經濟損失達3 億元，這次特大暴雨給當地工農業生產和人民生命財產造成了巨大損失[19]。周廣勝[20]指出，隨著全球氣候持續變暖,極端天氣氣候事件頻繁發生，并且破壞程度越來越強,影響越來越復雜,應對難度越來越大,從而將加大未來中國農業受災風險和糧食安全的不確定性。

4 結論與討論

（1）左權縣1961—2015 年降水量與春、夏、秋3 個季節降水量均呈下降趨勢，而冬季降水量呈上升趨勢，氣候傾向率分別為-12.6 mm/10 a、-0.47 mm/10 a、-4.92 mm/10 a、-7.70 mm/10 a和0.20 mm/10 a，這種變化結果與張煒瑋等[8]研究結論一致，與本省內其他學者研究的區域結果存在一定的差異[9-10]。

（2）左權縣年降水量20世紀60—90年代呈減少趨勢，90 年代減少幅度最大，21 世紀年以來降水開始呈現增加趨勢。年降水量呈減少趨勢，春季降水量影響較小，主要是夏、秋季降水量減少造成的，冬季降水量增加對年降水量減少起了抑制作用。

（3）左權縣年與秋季降水量分別在1968年和1970年發生了由多到少的突變，與張煒瑋等[8]研究結論基本一致，春季降水量在2005 年發生了由少到多的躍變，冬季降水量分別在1976年和2003年發生了多到少和由少到多的轉變，夏季降水量無突變現象。

（4）干旱、暴雨洪澇災害對左權縣農業生產發展前景威脅較大，必須樹立于長期防大災、防巨災的意識，有計劃地培育和選用耐旱品種，加強農田水利工程、農業基礎設施建設，加大農業抗御干旱和暴雨洪澇的投入力度，最大限度地減輕自然災害對農業生產的影響。