近60年運城盆地降水演變特征

侯 雨

（萬家寨水務控股集團有限公司運行管理中心，山西 太原 030012）

降水是驅動流域水循環演變最重要最直接的因素，降水量增大，地表徑流量增大，地下水水位抬升，反之，降水量減少，地表徑流量減少，地下水水位降低。近60 a 來，運城盆地地表徑流量呈減少趨勢，地下水水位持續下降，地下水水位降落漏斗面積急劇擴大，這與降水量的變化有著直接的關系。因此，研究該區降水量的演變規律，對進一步了解該區水循環演變動因有重要意義。

本文擬采用小波變換分析近60 a 來運城盆地降水量的周期性變化規律，研究成果可為目前正在開展的涑水河流域生態保護與修復提供一定的理論支持。

1 研究區概況

運城盆地位于山西省南部，盆地北部為紫金山-峨嵋臺地，盆地東、南兩側為中條山環繞，西隔黃河與渭河盆地相望。行政區劃包括聞喜縣、夏縣、鹽湖區、永濟市、臨猗縣、萬榮縣及絳縣部分地區，研究區總面積6 140.6 km2。運城盆地年降水量在500～580 mm之間，年內分配極不均勻，季節變化明顯，夏季降水量最多，占全年總降水量的65%左右，年最大降水量發生在6～7月，占全年總降水量的35%左右，12月至次年2月降水量最枯，占年降水量的百分比小于10%。

2 研究方法與數據來源

本文主要采用數據為運城盆地降水量數據，均下載自中國氣象數據網 (www.data.cma.cn)，時間為1961-2020年逐月數據。擬采用‘Morlet’小波函數對該區1～3、4～6、7～9、10～12月及全年的降水量數據進行連續小波變換，進而得到小波變換系數圖及小波方差圖，基于小波方差研判降水演變主周期，基于主周期尺度上小波系數正負變化，劃分豐水周期及枯水周期。

圖1 地理位置圖

3 研究結果

3.1 1～3月降水變化特征

由圖2（a）可以看出，1～3月降水序列在8 和35 a左右尺度震蕩強烈，經歷了豐水周期（實線）到枯水周期（虛線）的往復變化過程，且35 a 尺度震蕩較8 a強烈，說明在35 a 尺度上為主周期，8 a 尺度則為次周期。圖2（b）為35 a 尺度小波系數圖，可以看出，1961-1981年為一個不完整的枯水周期（負值），1982-2002年為一個完整的豐水周期（正值），1983-2020年一個不完整枯水周期。

圖2 1～3月降水小波變換圖

3.2 4～6月降水變化特征

由圖3（a）可以看出，4～6月降水序列在3 和24 a左右尺度震蕩強烈，經小波方差比較，24 a 尺度小波方差大于8 a 尺度。圖3（b）為35 a 尺度小波系數圖，可以看出，1961-1968年為一個不完整的豐水周期（正值），1969-1985年為一個完整枯水周期（負值），1986-2000年為一個完整的豐水周期，2001-2015年為一個完整的枯水周期，2016-2020 為不完整的豐水周期。

圖3 4～6月降水小波變換圖

3.3 7～9月降水變化特征

由圖4（a）可以看出，7～9月降水序列在3、8 和23 a 左右尺度震蕩強烈，其中，23 a 尺度最為強烈，為周期，3 a 和8 a 為次周期。圖4（b）為23 a 尺度小波系數圖，可以看出，1961-1971年為一個不完整的枯水周期（負值），1972-1986年為一個完整的豐水周期（正值），1987-2001年為一個完整的枯水周期，2002-2015年為一個完整的豐水周期，2016-2020 為不完整的豐水周期。

圖4 7～9月降水小波變換圖

3.4 10～12月降水變化特征

由圖5（a）可以看出，10～12月降水序列存在8、27 a 左右的演化周期。經比較小波方差，8 a 尺度為主周期，27 a 尺度為次周期。圖5（b）為降水序列在8 a 周期尺度上小波系數圖變化規律，由此可以判斷，1961-1964年為一個不完整的豐水周期（正值），1965-1969年為一個完整的枯水周期（負值），1970-1976年為完整的豐水周期，1977-1982年為完整的枯水周期，1983-1987年為完整的豐水周期，1988-1992年為完整的枯水周期，1993-1996 為完整的豐水周期，1997-2001 為完整的枯水周期，2002-2006年為完整的豐水周期，2007-2012年為完整的枯水周期，2013-2019年為完整的豐水周期。

圖5 10～12月降水小波變換圖

3.5年降水變化特征

由圖6 可以看出，近60 a 全年累計降水序列在3、8 和19 a 左右尺度震蕩強烈，其中，在8 a 尺度上震蕩最為強烈，為主周期，3 a 和19 a 則為次周期。從主周期尺度上的小波系數變化圖（圖6-b）可以看出，1961-1964年為一個不完整的降水豐水周期（正值），1971-1975、1981-1985、1991-1996年、2001-2005、2011-2014年均為完整的豐水周期, 而1965-1970、1976-1980、1986-1990、1997-2000年、2006-2010、2015-2019年則均為完整枯水周期。

圖6年降水量小波變換圖

4 結論

本文利用小波變換法研究運城盆地1961-2020年1～3、4～6、7～9、10～12月及全年降水序列演變趨勢。主要結論如下：（1）1～3月降水序列存在8 和35 a左右尺度的變化周期；（2）4～6月降水序列存在3 和24 a 左右尺度的變化周期；（3）7～9月降水序列以23 a 尺度為演變主周期；（4）10～12月降水序列以8 a 尺度為演變主周期；（5）年降水序列存在3、8 和19 a 左右尺度的變化周期。