近63 年盤錦地區春播期降水變化特征分析

楊文艷遲春艷韓慶婷馬湘宜裴心媛

(盤錦市氣象局,遼寧 盤錦 124010)

盤錦地處遼河下游,全市耕地面積13.18 萬hm2,其中水田10.96 萬hm2,占耕地面積的85%,約占全省水田面積的1/5,是遼寧省水稻主產區。春季(3～5 月)是盤錦水稻的育苗、播種、泡插的重要時期,也是旱地播種及其它農事活動的關鍵時期,春季的降水特征變化特別是春播期第一場≥10mm 透雨出現的日期直接影響春耕生產,還影響作物未來長勢及產量。對農業生產,為政府和相關部門提供良好的決策氣象服務支撐意義十分重大。

很多學者對春季降水的特征進行了研究[1-7],胡春麗等分析了遼寧地區春播期降水資源時空分布特征,得出遼寧春播降水呈增多趨勢[1];李輯等對春播期首場透雨進行了相關分析,得出遼寧春播期透雨出現時間總體呈偏晚趨勢[2];劉莉紅等分析了中國北方夏半年最長連續無降水日數的變化特征,得出無降水日數的變化與干旱發生有著緊密的聯系[8]。

本文應用盤錦地區1957～2019 年共計63 年氣象記錄資料,分析了盤錦地區春季降水變化特征和春播期第一場透雨出現日期年際變化特征和降雨量的氣候變化特點,旨在掌握春季降水變化規律,提高透雨日期的預測準確率及各級黨政部門安排農業生產提供科學依據。為本級政府及相關部門預防和減輕春旱的危害以及合理安排春耕生產,服務民生提供決策參考。

1 資料來源與方法

1.1 資料

本文應用1957～2019 年盤錦地區有氣象記錄以來,共63 年的春季3～5 月盤錦大洼國家氣象站逐日降雨量數據,資料來源于盤錦市氣象局。

第一場透雨日期的定義標準:單站自4 月1日開始,將第一場出現連續3 d 且過程降雨量之和大于等于10 mm 降雨過程的最后一日記為該站春播期第一場透雨出現的日期(簡稱“透雨出現日期”)。按照上述標準,以4 月1 日為起點,記錄透雨出現日期,如4 月1 日記為1,5 月1 日記為31,若透雨出現日期晚于6 月1 日,則記為無透雨。

按照中國氣象臺的標準[9]:無降水日為24 h內降水量觀測記錄小于0.1 mm,最長連續無降水日數為無降水日數連續出現最長的天數。建立最長連續無降水日數時間序列資料。

1.2 方法

氣候變化趨勢采用5 年滑動平均、線性回歸方法的方法。利用直線方程y=at+b(a、b為回歸系數,y為氣象要素,t為時間)中的斜率a來描述氣象要素的變化趨勢,并對該方程進行信度檢驗,a為氣候傾向率[10～11]。利用SPSS軟件進行數據顯著性檢驗等統計分析。

氣候資料含有多時間尺度性,由于大小尺度相互包涵,所以就顯得雜亂無章,用傳統的統計辨別方法很難判別其演變過程,小波分析將一維信號在時間和頻率兩個方向上展開[12],可清楚地看出氣候時間序列在各個層次上的變化趨勢以及各層次突變點的確切位置,小波系數的實部、模是Morlet 小波變換得到的最重要變量。實部包含所給定時間和尺度信號相對于其他時間和尺度信號的強度和位相兩方面的信息;模的大小表示特征時間尺度信號的強弱,模值越大,表明其所對應的時段和尺度的周期性越明顯;正的小波系數對應于偏多期,負的小波系數對應于偏少期[13～16]。

2 盤錦春播期降水氣候特征分析

2.1 年際變化特征

1957～2019年盤錦春季3～5 月平均降雨量為95.6 mm,線性變化趨勢春季總體呈增加趨勢,氣候傾向率為1.4 mm/10 年,其中3 月、5 月降水量呈線性增加趨勢,3 月氣候傾向率為0.5 mm/10 年,增加趨勢不明顯,5 月降水氣候傾向率1.9 mm/10 年,增加趨勢較明顯,4 月份降水量呈線性減少趨勢,氣候傾向率為-1.0 mm/10 年[10～11]。降 水 量 平 均 值 3 月 為10.5 mm,4 月為34.9 mm,5 月為50.1 mm,降雨量逐月遞增,5 月的降水量對春季降水總量的貢獻最大,但存在明顯的年際變化,63 年中有25 年出現4 月降雨量大于5 月份降雨量的情況。

從5 年移動平均看,春季雨量逐月增加,波動幅度逐月增大,從年際、年代際變化看,1957～1967 年降水量波動性偏少趨勢,1968～1976 年降水量緩慢增加,1977～2004 年降水量波動變化,出現2 年左右的震蕩變化,2001 年出現最少值,37.6 mm,2005～2012 年降水量呈明顯增加趨勢,2010 年出現最大值,為201.9 mm,降水偏多偏少年份增多,變化幅度增大,易出現旱澇現象,2013～2019 年,再次進入波動減少期。

圖1 1957～2019 年盤錦地區春季3 月份降水量距平年際變化曲線Figure 1 Annual change curve of precipitation anomaly in March of Spring in Panjin region from 1957 to 2019

圖2 1957～2019 年盤錦地區春季4 月份降水量距平年際變化曲線Figure 2 Annual change curve of precipitation anomaly in April of Spring in Panjin Region from 1957 to 2019

圖3 1957～2019 年盤錦地區春季5 月份降水量距平年際變化曲線Figure 3 Annual change curve of precipitation anomaly in May in spring in Panjin Region from 1957 to 2019

圖4 1957～2019 年盤錦地區春季(3～5 月)降水量距平年際變化曲線Figure 4 Annual change curve of precipitation anomaly in Spring (March to May) in Panjin Region from 1957 to 2019

2.2 周期變化特征

采用 Morlet 小波對盤錦近63 年春季降水進行周期演變分析,繪制了小波變換系數實部和小波模,小波系數實部為正值時用實線繪出,為負值時用虛線繪出。通過小波分析可以看出降水量隨著不同時間尺度周期變化。

盤錦市春季降水量偏多偏少交替變化存在著準20 年和12 年的年代際周期變化規律,準 6 年尺度的周期變化規律在1957～1975 年、2005 年以后存在明顯,準4 年尺度的周期變化規律1975～2000 年之間表現明顯。呈現2 年的震蕩周期變化特征。小波模在年代際周期準 20 年處在整個時間域上模值都相對較大,在準12 年處1975 年之后模值相對較大,在年際周期準4 年處在 1975～2000 年模值相對較大。在年際周期準2 年處在1978～1988 年及2004 年以后模值相對較大。因此,盤錦市近63 年春季降水量主要表現為準20年尺度、12 年尺度的年代際周期以及不同階段表現明顯的準6 年、4 年、2 年的年際周期變化規律。

2.3 第一場透雨變化特征

2.3.1 出現日期變化特征 1957～2019 年63年中,盤錦地區春季第一場≥10 mm 降雨有8 年(13%)出現在3 月份,有36 年(57%)出現在4 月份,有19 年(30%)出現在5 月份。按照春播期第一場透雨日期的定義標準[1]:以4 月1 日為起點,記錄春播期透雨出現日期,盤錦地區春播期第一場透雨平均出現在每年的4 月21 日,最大降雨量為116.3 mm,出現在2012 年4 月25 日,出現日期的年際變化線性趨勢呈偏晚趨勢。

2.3.2 雨量變化特征 盤錦地區首場透雨平均降雨量20 mm,1957～2019 年63 年中,首場透雨雨量等級為中雨(降雨量10.0～24.9 mm)54 次,所占比例為85.7%,出現大雨(降雨量25.0～49.9 mm)6 次,所占比例為9.5%,出現降雨量≥50 mm 暴雨3 次(含大暴雨,降雨量100～250 mm 1 次),所占比例為4.8%,平均20 年一遇。首場透雨降雨量年際變化趨勢呈增加趨勢,主要受到個別年份天氣尺度系統活動產生的暴雨影響。

2.4 最長連續無降水日數變化

盤錦地區春季3～5 月最長連續無降水日數平均高達20 d,最長連續無降水日數最大值為64 d,春播期4～5 月最長連續無降水日數平均高達15 d,最長連續無降水日數為33 d,春季最長連續無降水出現在2017 年2 月23 日～5 月3 日,總計70 d,春季無降水日數年際變化趨勢呈增加趨勢,春季干旱現象頻發,春播期農業用水形勢十分嚴峻。

圖5 1957～2019 年盤錦春季降雨量Morlet 小波分析(a)小波實部(b)小波模Figure 5 Morlet Wavelet Analysis of Spring rainfall in Panjin from 1957 to 2019 (a) Real part of the wavelet (b)Wavelet modulus

圖6 1957～2019 年盤錦春播期首場透雨出現日期及降雨量年際變化Figure 6 The occurrence date of the first rain penetration and the annual variation of rainfall during Panjin spring sowing period from 1957 to 2019

3 小結

3.1 盤錦春季降水量年際變化整體呈略有增加趨勢,其中3 月、5 月為增加趨勢,4 月份降水量呈減少趨勢。春季降水偏多偏少交替變化存在準20 年和12 年的年代際周期,不同階段表現出明顯的準6 年、4 年和2 年的年際周期變化規律。

3.2 盤錦地區春播期第一場透雨平均出現在每年的4 月21 日,出現日期的年際變化線性趨勢呈偏晚趨勢。首場透雨降雨量平均降雨量20 mm,線性趨勢呈增加趨勢。降雨量級大部分為中雨量,所占比例為85.7%,個別年份首場透雨出現暴雨,平均20 年一遇。

3.3 盤錦地區春季3～5 月最長連續無降水日數平均高達20 d,春播期4～5 月最長連續無降水日數平均高達15 d,春季無降水日數年際變化趨勢呈增加趨勢,春季干旱現象頻發,春播期農業用水形勢十分嚴峻。