三江平原多年降水演變分析

王洪麗

(哈爾濱市雙城區(qū)水務(wù)局，黑龍江 哈爾濱 150100)

1 研究區(qū)域概況

三江平原位于黑龍江省東部，北起黑龍江、南臨興凱湖、西鄰小興安嶺、東至烏蘇里江，總面積約10.89萬km2，總?cè)丝?62.5萬人，人口密度約為79人/km2。屬溫帶濕潤、半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，降水季主要集中于夏秋季，光照時數(shù)適中，雨熱同期，適合一年一熟的水稻、大豆，尤其是優(yōu)質(zhì)水稻和高油大豆等農(nóng)作物的生長。三江平原有著非常豐富的自然資源儲備，是我國重要的商品糧生產(chǎn)基地，被中國國家地理雜志評選為中國十大“新天府”之一。

2 資料與數(shù)據(jù)來源

早在二十世紀(jì)八九十年代，已經(jīng)有學(xué)者開始關(guān)注極端氣候變化所帶來的嚴(yán)重后果[1]，近年來關(guān)于極限降水演變特征的研究也越來越多。地球表面平均溫度在過去的百年間以0.74 ℃/10 a的速度升高[2]，表明全球氣溫增長持續(xù)加快。在未來全球持續(xù)變暖情況下，極端高溫事件將會增加，具體來說，熱浪持續(xù)時間更長，頻率更高；干旱的地區(qū)干旱加劇，濕潤的地區(qū)降水增加[3]，導(dǎo)致發(fā)生干旱和洪澇災(zāi)害的頻率、強度總體上均呈上升趨勢[4]。

本文所采用的氣象數(shù)據(jù)資料來源于國家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)中心中國地面氣候資料日值數(shù)據(jù)集(V3.0)。研究區(qū)域內(nèi)選取了4個時間序列長、數(shù)據(jù)記錄完整、空間代表性強的氣象站(佳木斯站、富錦站、寶清站、和虎林站)1959—2018年的逐日降水資料。

所選各站基本資料見表1。

表1 氣象站概況

3 極限降水指標(biāo)

表2 極限降水指標(biāo)

4 結(jié)果與分析

4.1 一日最大降水量

基于該地區(qū)4個測站60年間的逐日降水資料可以計算出每年的一日最大降水量，畫出其隨時間變化的折線圖(如圖1所示)，進(jìn)行線性擬合后可以看出變化趨勢：四個測站中佳木斯站的回歸系數(shù)為正值，說明佳木斯站60年間一日最大降水量呈上升趨勢；富錦站、寶清站、虎林站的回歸系數(shù)均為負(fù)值且絕對值均大于佳木斯站，說明佳木斯站的上升幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他3個站的下降幅度，富錦站的擬合直線相較來說更陡。因此，綜上4個測站結(jié)果來看，該地區(qū)一日最大降水量呈現(xiàn)波動下降趨勢，其中富錦站下降趨勢最為明顯，下降速度為1.60 mm/10 a。

圖1 不同站年一日最大降水量隨時間變化趨勢

計算出一日最大降水量之后進(jìn)行了時間序列的趨勢分析和突變檢驗，運用的是M-K非參數(shù)檢驗方法，其結(jié)果見表3。

表3 不同站一日最大降水量傾向率和M-K顯著性檢驗 mm·10a-1

M-K趨勢檢驗表明，三江平原地區(qū)除佳木斯站之外的三個氣象站一日最大降水量均呈下降趨勢且佳木斯站的降水傾向率的絕對值并不算大，因此總體來看一日最大降水量呈波動下降趨勢，這與線性傾向估計法檢驗結(jié)果相同。突變檢驗以富錦站為主，見圖2。

圖2 富錦站一日最大降水量M-K突變檢驗

結(jié)果表明，UF和UB兩條曲線在1959年前后相交，在1987年前后出現(xiàn)明顯的突變點，表示富錦站一日最大降水量下降趨勢從1959年開始顯現(xiàn)，在1987年出現(xiàn)突變點。

4.2 強降水量

本文將一年中日降水量從小到大進(jìn)行排序，取大于等于95%分位值的降水量之和作為這一年的強降水量。

以富錦站1959年為例，計算其強降水量，見表4。

按照以上方法分別計算出4個測站60年間的強降水量，畫出其隨時間變化的折線圖，并進(jìn)行線性擬合可以看出變化趨勢，得到圖3。分析得出強降水量隨時間變化的趨勢：四個測站中只有佳木斯站的回歸系數(shù)為正值，說明該站強降水量逐年增加，但上升趨勢不明顯；富錦站、寶清站及虎林站的回歸系數(shù)均為負(fù)值且絕對值遠(yuǎn)大于佳木斯站，寶清站的擬合直線最陡。因此，綜上4個測站結(jié)果來看，三江平原地區(qū)強降水量總體上呈下降趨勢，其中寶清站下降趨勢最為明顯，下降速度為8.55 mm/10 a。

表4 富錦站1959年強降水量

圖3 不同站強降水量隨時間變化趨勢

計算出強降水量之后進(jìn)行了時間序列的趨勢分析和突變檢驗，運用的是M-K非參數(shù)檢驗方法，其結(jié)果見表5和圖4。M-K趨勢檢驗表明，三江平原地區(qū)4個氣象站的強降水量均呈現(xiàn)下降趨勢，佳木斯站的降水傾向率最小即下降趨勢最微弱。這與線性傾向估計法檢驗結(jié)果基本相同。結(jié)果表明，寶清站強降水量的下降趨勢從1962年開始顯現(xiàn)，在1987年出現(xiàn)突變點。

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表5 不同站強降水量傾向率和M-K顯著性檢驗 mm·10a-1

4.3 最大一次降水量

計算出60 a的年最大一次降水量之后畫出其隨時間變化的折線圖，進(jìn)行線性擬合后發(fā)現(xiàn)4個測站的回歸系數(shù)均為負(fù)值，可以明顯地看出變化趨勢，寶清站的擬合直線下降得最快。由圖5可以看出三江平原地區(qū)4個測站近60年來的最大一次降水量均呈波動下降趨勢。其中寶清站下降最為明顯，以6.83 mm/10 a的速度下降。

圖4 寶清站強降水量M-K突變檢驗

圖5 不同站年最大一次降水量隨時間變化趨勢

利用1959—2018年三江平原地區(qū)4個測站的降水資料，對單站年最大一次降水量指標(biāo)進(jìn)行時間序列的M-K趨勢分析和M-K突變檢驗，其結(jié)果見表6。

表6 不同站最大一次降水量傾向率和M-K顯著性檢驗 mm·10a-1

趨勢檢驗表明，4個站的降水傾向率均為負(fù)值，說明三江平原地區(qū)4個測站的年最大一次降水量均呈現(xiàn)下降趨勢，這與線性傾向估計法分析結(jié)果相同。突變檢驗結(jié)果以佳木斯站和寶清站為主，見圖6。

圖6 不同站年最大一次降水量M-K突變檢驗

佳木斯站最大一次降水量下降趨勢從1961年開始顯現(xiàn),在1978年出現(xiàn)突變點，寶清站最大一次降水量的下降趨勢從1965年開始顯現(xiàn),在1966年出現(xiàn)突變點。

4.4 連續(xù)干旱日數(shù)

連續(xù)干旱日數(shù)表征干旱程度，用來判斷一個區(qū)域是否容易受到旱災(zāi)侵襲，本文將日降水量小于1 mm的最長連續(xù)天數(shù)定義為連續(xù)干旱日數(shù)。

得到連續(xù)干旱日數(shù)隨時間變化的折線圖后進(jìn)行線性擬合，可以看出其隨時間的變化趨勢，由圖7可以看出：4個測站的回歸系數(shù)均為負(fù)值，說明該地區(qū)的連續(xù)干旱日數(shù)在4個站均呈現(xiàn)波動下降趨勢，其中虎林站的回歸系數(shù)絕對值最大即下降趨勢最明顯，擬合直線最陡峭，以2.24 d/10 a的速度下降。可見，三江平原地區(qū)連續(xù)干旱日數(shù)整體以緩慢的速度下降。

圖7 不同站連續(xù)干旱日數(shù)隨時間變化趨勢

分別對1959—2018年三江平原地區(qū)4個測站的單站連續(xù)干旱日數(shù)進(jìn)行時間序列的M-K趨勢分析和突變檢驗，結(jié)果見表7。

趨勢檢驗表明，三江平原地區(qū)4個氣象站的降水傾向率均為負(fù)值，說明連續(xù)干旱日數(shù)均呈現(xiàn)下降趨勢，此結(jié)果與上述線性傾向趨勢分析結(jié)果是一致的。突變檢驗結(jié)果以寶清站和虎林站為主，見圖8。

圖8 不同站連續(xù)干旱日數(shù)M-K突變檢驗

寶清站連續(xù)干旱日數(shù)的減少趨勢從1996年開始顯現(xiàn),在2006年出現(xiàn)突變點，虎林站連續(xù)干旱日數(shù)的減少趨勢從2003年開始顯現(xiàn),在2015年出現(xiàn)突變點。

4.5 暴雨日數(shù)

三江平原地區(qū)暴雨多集中在7—8月，本文把日降水量大于50 mm的天數(shù)定義為暴雨日數(shù)。

畫出4個測站的暴雨日數(shù)隨時間變化的折線圖，并進(jìn)行線性擬合，可看出該地區(qū)暴雨日數(shù)的變化趨勢，直線趨于平穩(wěn)，見圖9，三江平原地區(qū)佳木斯站的暴雨日數(shù)逐年增長，以0.06 d/10 a的速度上升；寶清站下降趨勢較為緩慢，以0.12 d/10 a的速度下降。其余兩個測站的回歸系數(shù)非常接近0，說明暴雨日數(shù)無明顯變化趨勢。綜上4個測站的結(jié)果來看，該地區(qū)60年間暴雨日數(shù)并無明顯變化。

基于該地區(qū)的日降水資料可以得出4個測站每一年的暴雨日數(shù)，之后運用M-K非參數(shù)檢驗方法進(jìn)行了時間序列的趨勢分析和突變檢驗，其結(jié)果見表8。趨勢檢驗表明，三江平原地區(qū)四個測站的暴雨日數(shù)均無明顯變化趨勢，說明三江平原地區(qū)近60年暴雨日數(shù)變化逐漸趨于平穩(wěn)，這與線性傾向估計的結(jié)果大致相同。突變檢驗表明，60年中，三江平原地區(qū)暴雨日數(shù)尚未發(fā)生突變。

5 結(jié) 論

運用三江平原4個氣象站1959—2018年的逐日降水資料，計算一日最大降水量等五個極限降水指標(biāo)，從而對該地區(qū)近60年極限降水事件的演變規(guī)律進(jìn)行研究。得出一日最大降水量在除佳木斯站之外的3個測站均隨時間下降，表明該地區(qū)的一日最大降水量在西部有下降趨勢，在東部有上升趨勢；強降水量在4個測站均呈下降趨勢即該地區(qū)強降水量逐漸減少；最大一次降水量在4個測站均呈下降趨勢即該地區(qū)最大一次降水量逐漸減少；連續(xù)干旱日數(shù)在該地區(qū)呈緩慢下降趨勢；暴雨日數(shù)無明顯變化趨勢，整體來看變化趨于平穩(wěn)，沒有發(fā)生突變。并且該地區(qū)極限降水具有一定的季節(jié)差異性。

圖9 不同站暴雨日數(shù)隨時間變化趨勢