安徽省近50余年降水量時(shí)空變化特征分析

王秋龍

(滁州學(xué)院 地理信息與旅游學(xué)院，安徽 滁州 239012)

安徽省近50余年降水量時(shí)空變化特征分析

王秋龍

(滁州學(xué)院 地理信息與旅游學(xué)院，安徽 滁州 239012)

利用安徽省內(nèi)15個(gè)和周邊17個(gè)氣象臺(tái)站1957—2008年的降水資料，運(yùn)用線性傾向估計(jì)和ArcGIS軟件的空間分析等方法，分析從1957—2008年安徽省降水量的時(shí)空分布規(guī)律和長期變化趨勢(shì)，并選取900 mm，1200 mm，1500 mm為特定等值線，通過對(duì)特定等值線的變化來分析不同年代降水量的空間差異。研究結(jié)果表明：安徽省近50余年來降水整體上呈上升趨勢(shì)，省內(nèi)各區(qū)域降水差異較大，呈南多北少，山區(qū)多平原少的特點(diǎn)；從各區(qū)域降水的變化趨勢(shì)來看，南方山區(qū)逐步減少，而北方平原呈逐步增加的趨勢(shì)，南北降水差距在不斷縮小。

時(shí)空變化；空間分析；降水量；安徽省

降水量是一種重要的氣候變量, 它對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)乃至整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展都具有重要影響,在氣候變化中也具有十分重要的意義。相對(duì)于全球性的持續(xù)變暖趨勢(shì), 降水量變化格局及其區(qū)域分布有更大的不確定性[1]。

安徽省位于我國中部地區(qū)，具有亞熱帶季風(fēng)氣候向溫帶季風(fēng)氣候過渡的特點(diǎn)，且省境內(nèi)涵蓋平原、丘陵、山地等多個(gè)地形單元，各個(gè)地區(qū)由于受地形和緯度影響降水量差異較大。20世紀(jì)以來，全球變暖加劇導(dǎo)致旱澇災(zāi)害頻發(fā)，給當(dāng)?shù)厝嗣竦慕?jīng)濟(jì)生活造成十分嚴(yán)重的災(zāi)難[2]。降水量突變情況的不斷增加，嚴(yán)重影響著人們的生產(chǎn)和生活活動(dòng)。

本文采用線性傾向估計(jì)和克里金插值等方法[3-4]對(duì)安徽省降水量的時(shí)空分布及演變特征進(jìn)行了細(xì)致的研究，實(shí)現(xiàn)了降水變化的空間分異表達(dá)，為安徽省的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理提供理論依據(jù)，有助于防治和解決旱澇災(zāi)害和水資源利用等問題。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 資料來源

本文所用數(shù)據(jù)為安徽省及周邊32個(gè)氣象臺(tái)站(安徽省內(nèi)15個(gè)和周邊省份17個(gè))近51年逐年的降水量數(shù)據(jù)，32個(gè)測(cè)站的地理屬性數(shù)據(jù)(經(jīng)度、緯度和海拔高度)，數(shù)據(jù)來源于國家氣象局氣象信息中心。

1.2 方 法

本文利用線性傾向估計(jì)法分析安徽省1957年以來降水量的年際變化趨勢(shì)，并按年代劃分為6個(gè)時(shí)間段，分別分析安徽省的4個(gè)氣候區(qū)各個(gè)代際間的變化；同時(shí)，利用ArcGIS空間分析的克里金插值法生成降水分布圖，并基于ArcGIS生成不同年代的降水量等值線，選取900 mm，1200 mm，1500 mm為特定等值線，通過對(duì)特定等值線的變化來分析不同年代降水量的空間差異[5]。

2 結(jié)果與分析

2.1 降水年際變化特征

用線性傾向估計(jì)法來分析安徽省1957年以來的降水量的年際變化趨勢(shì)[6]。設(shè)xi為樣本量為n的某一氣候變數(shù)，ti表示xi所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，建立xi與ti的一元線性回歸方程

xi=a+bti,i=1,2,…，n.

(1)

其中:a為回歸常數(shù)，b為回歸系數(shù)，b的符號(hào)表示氣候變量的趨勢(shì)傾向。b>0表示x隨時(shí)間t的增加呈上升趨勢(shì)；反之b<0表示下降趨勢(shì)。b值的大小反映了上升或者下降的速率。

通過分析得出，安徽省1957—2008年降水量的最高值為1991年的1 587.3 mm，最低值出現(xiàn)在1978年，降水量為702.8 mm，最高值與最低值相差884.5 mm。全省近51年來降水主要集中在 1000～1400 mm之間。1957年以來平均降水量為 1 164.67 mm，降水變化線性趨勢(shì)系數(shù)為1.331。年降水量的年變化趨勢(shì)明顯，整體呈上升趨勢(shì)，如圖1所示。

圖1 1957—2008年安徽省降水年際變化趨勢(shì)

根據(jù)式(1)對(duì)各個(gè)臺(tái)站降水特征的分析，結(jié)果表明，各氣象臺(tái)站中的絕大多數(shù)臺(tái)站降水量呈上升的趨勢(shì)，其中總體降水量呈上升趨勢(shì)有14個(gè)，下降的僅有黃山站1個(gè)。黃山站降水線性趨勢(shì)系數(shù)為-5.775，呈明顯的下降趨勢(shì)；合肥、碭山、寧國和六安略有上升，線性趨勢(shì)系數(shù)在0～1之間；其余臺(tái)站線性趨勢(shì)系數(shù)均大于1。近51年來降水量具有明顯的上升趨勢(shì)，其中以阜陽站和巢湖站上升的趨勢(shì)最為突出，兩地的線性趨勢(shì)系數(shù)分別達(dá)到4.411和4.476。各臺(tái)站都有一個(gè)或多個(gè)降水的高峰和低谷，降水的年際變化較大，但從整體上看，多數(shù)臺(tái)站降水量整體趨勢(shì)是交替上升的。

2.2 降水代際變化特征

根據(jù)安徽省氣候區(qū)劃，將安徽省分為4個(gè)氣候區(qū)，分別為淮北區(qū)、江淮區(qū)、皖南山區(qū)和大別山區(qū)[7]。各區(qū)域內(nèi)根據(jù)海拔高度和經(jīng)緯度位置選出一個(gè)長序列的氣象臺(tái)站，然后將1957—2008年按年代劃分為6個(gè)時(shí)間段，再依據(jù)15個(gè)觀測(cè)站1957—2008年51年內(nèi)所測(cè)得的降水?dāng)?shù)據(jù)(見圖2)，分別計(jì)算各個(gè)觀測(cè)站在不同年代降水的平均值，再根據(jù)每個(gè)臺(tái)站前一個(gè)年代的數(shù)據(jù)求本臺(tái)站這個(gè)年代的降水變化率，其表達(dá)式為

(2)

式中：y為降水變化率，x為降水量，i為年代，若Y為正數(shù)，則表示本年代比上一年代降水是上升的，反之則下降。

圖2 安徽省及其各氣候區(qū)降水量代際變化圖

結(jié)果表明，安徽省在20世紀(jì)50、60、70年代以及21世紀(jì)前9年平均降水量偏低，降水呈負(fù)距平，其中20世紀(jì)70年代和21世紀(jì)年均降水的距平分別只有-1.02和-3.96，非常接近均值。20世紀(jì)80年代和90年代為正距平，比多年平均值分別高38.61 mm和41.18 mm。整體而言，安徽省降水呈略微上升的趨勢(shì)，表現(xiàn)出明顯的區(qū)域差異，淮北平原最低，江淮地區(qū)次之，大別山區(qū)相對(duì)較高，皖南山區(qū)最高。

2.3 降水空間變化特征

2.3.1 省內(nèi)各臺(tái)站歷年平均降水量分布狀況

通過對(duì)各臺(tái)站多年降水量的提取和統(tǒng)計(jì)，利用克里格插值法生成安徽省各臺(tái)站的平均降水量空間分布圖，如圖3所示。

圖3 各臺(tái)站1957—2008年平均降水量空間分布

分析得出，安徽省年降水傾向率空間分布展現(xiàn)出“兩個(gè)規(guī)律、三個(gè)中心”的變化特征?！皟蓚€(gè)規(guī)律”是指降水量由南向北遞減，由山區(qū)向平原遞減?！叭齻€(gè)中心”是：前兩個(gè)“中心”分別是以皖南山區(qū)和大別山區(qū)為中心的降水量高值區(qū)，是安徽省降水量最為豐富的地區(qū)，年均降水量分別為 2 291.34 mm和 1 369.28 mm。另外一個(gè)中心是淮北平原降水低值中心，年均降水量為779.85 mm，南北降水差異明顯，具有顯著的地帶性差異。

2.3.2 不同年代降水空間分布狀況

同樣，生成不同年代的降水量分布圖，然后對(duì)空間分布圖添加等降水量線，設(shè)置等降水量距為100 mm，并將900 mm和 1500 mm等降水量線分別用紫色和紅色高亮顯示，由此來分析相同等降水量線在不同年代的空間分布狀況，如圖4～9所示。

圖4 1957—1959年降水變化率空間分布

圖5 20世紀(jì)60年代降水變化率空間分布

圖6 20世紀(jì)70年代降水變化率空間分布

圖7 20世紀(jì)80年代降水變化率空間分布

圖8 20世紀(jì)90年代降水變化率空間分布

圖9 2000—2008年降水變化率空間分布

由圖4～9可以看出，安徽省1957年以來每個(gè)年代降水變化存在一定幅度的變動(dòng)。總體來看，安徽省降水的空間分布呈現(xiàn)由南向北遞減和山區(qū)向平原遞減的規(guī)律。其中以黃山站為代表的皖南山區(qū)是全省降水最為豐富的地區(qū)，向北走等降水量線在位于安徽西南部的大別山區(qū)向北彎曲，其相較于同緯度的沿江地區(qū)，降水量相對(duì)更豐富，平原地區(qū)降水則是由南向北遞減，淮北地區(qū)則是全省降水量最低的地區(qū)。

從不同年代降水的空間分布差異來看，20世紀(jì)60年代相對(duì)于50年代，安徽省中東部，江淮之間合肥地區(qū)以及淮河流域及其以北地區(qū)降水呈上升趨勢(shì)，其余部分呈下降趨勢(shì)，皖南山區(qū)(黃山站)以及大別山區(qū)(霍山站)下降最為明顯。南方降水在70年代開始回升，北方降水特別是淮河流域則開始下降，900 mm等降水量線明顯南擴(kuò)，總體上降水由北向南降水逐步增加。

80年代，安徽省的南部和北部降水都呈下降的趨勢(shì)，中部地區(qū)表現(xiàn)為上升趨勢(shì)，大別山區(qū)，淮河流域如壽縣、蚌埠等地降水上升趨勢(shì)顯著。而90年代則呈相反的變化趨勢(shì)，江淮地區(qū)、大別山區(qū)降水下降趨勢(shì)明顯，其中大別山區(qū)的霍山站和江淮地區(qū)的合肥站降水下降率分別達(dá)到7.39%和8.52%。進(jìn)入21世紀(jì)，南北降水差距逐步縮小，南方降水明顯下降，北方降水有所上升，與20世紀(jì)90年代相比，各地區(qū)降水變化均較大，整體而言降水呈略微上升的趨勢(shì)。而21世紀(jì)與20世紀(jì)50年代相比，南部降水明顯下降，北方降水明顯上升的趨勢(shì)，南北降水量差距逐步縮小，其中江淮地區(qū)降水增加最為明顯，而皖南山區(qū)是下降最顯著的地區(qū)。

2.3.3 特定等降水量線的空間變化

特定等降水量線空間變化以900 mm,1200 mm與1500 mm為例，如圖10～12所示。

圖10 900 mm等降水量線不同年代空間分布圖

圖11 1200 mm等降水量線不同年代空間分布圖

圖12 1500 mm等降水量線不同年代空間分布

900 mm等降水量線在不同年代差異顯著。20世紀(jì)50年代，900 mm線南北跨度較大，且總體來看位置偏南，江淮北部及淮北地區(qū)降水較少，比較干旱；60年代，900 mm線大幅向北移動(dòng)，主體到了淮北地區(qū)；70年代900 mm線略為南移；80、90年代年降水量在900 mm以上的區(qū)域大致穩(wěn)定，基本在亳州至宿州一線以南地區(qū)；進(jìn)入21世紀(jì)，900 mm線北移到安徽省以北地區(qū)，安徽全省各觀測(cè)站2000—2001年平均降水量均在900 mm以上，反映了我省北方降水量呈明顯上升的趨勢(shì)。

1200 mm等降水量線在20世紀(jì)50年代是在安徽西部地區(qū)呈現(xiàn)向北凸出的特點(diǎn)。最北達(dá)到霍山站所在的大別山區(qū)的北部地區(qū)，降水量在 1200 mm以上的區(qū)域在50年代呈現(xiàn)西部所含該區(qū)域的緯度比中東部更高的特點(diǎn)；60年代 1200 mm線大幅向南移，與50年代相比有減小的趨勢(shì)；70年代至80年代 1200 mm線不斷向北移動(dòng)；在80年代 1200 mm等降水量線達(dá)到近50年來最北的位置，到達(dá)六安-巢湖一帶；90年代至21世紀(jì)有略微南移的趨勢(shì)。總的來看，近50年來大別山區(qū)呈現(xiàn)減少，同緯度平原地區(qū)穩(wěn)中略增的特點(diǎn)。

1500 mm等降水量線總體來看呈現(xiàn)先北移后南移的特點(diǎn)，20世紀(jì)50年代，1500 mm線是以黃山為中心向外展開的半環(huán)狀線條，黃山地區(qū)是安徽省降水最為豐富的地區(qū)；60年代, 1500 mm線略微向南移動(dòng)；70年代至90年代, 1500 mm線不斷向北移動(dòng)，在90年代 ,1500 mm等降水量線最北一直移動(dòng)到安慶；進(jìn)入21世紀(jì)，1500 mm線迅速向南移動(dòng)，年降水量在 1500 mm以上的區(qū)域明顯減少，只包含黃山及其周邊部分地區(qū)，總體來看反映了我省南方地區(qū)特別是皖南山區(qū)降水量呈減少的趨勢(shì)。

綜合分析得到，安徽省近51年來降水的空間變化較大，南北降水差異顯著，但北方降水呈增多趨勢(shì)，而南方特別是山區(qū)降水在不斷減少，二者差距在不斷地縮?。慌c此同時(shí)，皖南山區(qū)、大別山區(qū)等山區(qū)降水有減少的趨勢(shì)，而平原丘陵地區(qū)穩(wěn)中有增，兩者具有顯著差異。

3 結(jié) 論

安徽省屬亞熱帶向暖溫帶的過渡區(qū)域,氣候表現(xiàn)出明顯的過渡性,降水多變。由于受季風(fēng)和地形影響,降水量地區(qū)差異明顯,由北向南逐步遞增,山區(qū)大于平原和丘陵區(qū)。降水年際年內(nèi)變化大。本文通過對(duì)安徽省1957—2008年降水?dāng)?shù)據(jù)的分析，闡述了安徽省降水的時(shí)空分布規(guī)律。

1)從時(shí)間角度上看，安徽省1957—2008年的平均降水量為1 164.67 mm，降水變化線性趨勢(shì)系數(shù)為1.331，年降水量的年變化趨勢(shì)明顯，整體呈上升趨勢(shì)。根據(jù)線性回歸公式對(duì)安徽各臺(tái)站降水特征進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)各臺(tái)站中的絕大多數(shù)臺(tái)站降水量呈上升的趨勢(shì)，其中總體降水量呈上升趨勢(shì)的有14個(gè)，下降的僅有黃山站1個(gè)。表明近51年來降水量具有明顯的上升趨勢(shì)。

2)從代際變化來看，在20世紀(jì)50、60、70年代以及21世紀(jì)前9年平均降水量偏低，降水呈負(fù)距平，其中70年代和21世紀(jì)年均降水的距平分別只有-1.02和-3.96，非常接近均值。20世紀(jì)80、90年代為正距平，比多年平均值分別高38.61 mm和41.18 mm，整體而言，安徽省降水呈略微上升的趨勢(shì)。安徽省降水表現(xiàn)出明顯的區(qū)域差異，淮北平原最低，江淮地區(qū)次之，大別山區(qū)相對(duì)較高，皖南山區(qū)最高。綜合各區(qū)域不同年代的降水可知，各區(qū)域代際變化相對(duì)較平緩，且降水低值和峰值出現(xiàn)的年代較趨同。

3)從空間分布上看，安徽省年降水量分布不均，南北區(qū)域差別較大。 從降水分布的多寡來看，呈現(xiàn)南多北少，山區(qū)多平原少的特點(diǎn)，因此形成了以皖南山區(qū)和大別山區(qū)為中心的降水量高值區(qū)和以淮北平原為中心的降水低值中心。此外從降水的空間變化趨勢(shì)來看，根據(jù)等降水量線的空間變化可以看出南方特別是皖南山區(qū)降水呈減少的趨勢(shì)，與此相反，北方降水在逐步地增加，導(dǎo)致南北降水的差距進(jìn)一步縮小。

[1]徐宗學(xué)，張玲，阮本清.北京地區(qū)降水量時(shí)空分布規(guī)律分析[J].干旱區(qū)地理，2006,29(2): 186-192.

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[3]楊廣斌，李亦秋，劉芳，等.畢節(jié)地區(qū)重點(diǎn)污染源及生態(tài)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)控平臺(tái)[J].測(cè)繪科學(xué)，2014，39(2)：79-82.

[4]楊斌，王金生.基于GIS的丘陵區(qū)耕地景觀格局時(shí)空演變特征分析[J].測(cè)繪工程，2014，23(9)：1-4.

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[責(zé)任編輯：劉文霞]

Temporal and spatial distribution of precipitation over Anhui province in recent 50 years

WANG Qiu-long

(College of Geographic Information and Tourism, Chuzhou University, Chuzhou 239012, China)

Based on the precipitation database collected from 1957 to 2008 in Anhui province，the precipitation features are analyzed through temporal and spatial distribution. The research method adopts linear tendency estimate and ArcGIS software, choosing 900 mm, 1200 mm, 1500 mm for a specific contours, to analyze the changes. The result shows that the precipitation is on the rise, However the regional precipitation of this province is different. And the precipitation is higher in the south than in the north, and mountain higher than the plains. The south mountain precipitation has gradually reduced, while the northern plains gradually increased, so the gap between North and South precipitation is more and more smaller.

temporal and spatial distribution; spatial analysis; precipitation; Anhui province

2013-08-24；補(bǔ)充更新日期：2014-10-10

滁州學(xué)院校級(jí)自然科學(xué)資助項(xiàng)目(2011kj021b)

王秋龍(1981-)，女，碩士.

P458.1+21

：A

：1006-7949(2014)11-0019-06