江蘇沿海開發地區近50年來降水演變特征與趨勢

葉正偉

（1.淮陰師范學院 城市與環境學院，江蘇 淮安223300；2.江蘇省環洪澤湖生態農業生物技術重點實驗室，江蘇 淮安223300）

近百年來，全球氣候正經歷以變暖為主要特征的顯著變化，氣候變暖引發極端旱澇事件的增多與加強趨勢已成為各國政府和社會各界關注的焦點［1－3］。研究表明，2000年以來江淮梅雨帶的位置向北移動了約2個緯距，并導致淮河流域的降水增加了20%［4］。而江蘇沿海主體上屬于淮河流域下游地區，因而其未來降水可能出現更大的波動［5］。降水量的多寡是地區與流域旱澇災害發生的主要因素，并影響區域水資源量的變化。隨著“江蘇沿海大開發”戰略的實施，必將引發快速城鎮化發展以及土地利用格局的劇烈變化，導致城鎮化過程的負面水文效應凸顯。因此，探討江蘇沿海地區降水量特征及變化趨勢對沿海大開發戰略的實施具有重要意義，可為沿海地區流域生態安全、水資源需求和可持續發展提供重要參考。

1 研究區概況

江蘇沿海開發地區地處蘇北沿海平原，包括南通、鹽城、連云港三市所轄全部行政區域，2008年末總人口1 964萬人，地區生產總值4 863億元，人均地區生產總值24 760元。江蘇沿海地區陸域面積3.25萬km2，海岸線長954km，有灘涂68.73萬hm2，占全國1／4左右［5－8］。氣候上，江蘇沿海地區處于北亞熱帶向南暖溫帶過渡區域，屬海洋性氣候，冬季偏干旱，夏季偏濕熱，受季風降水及江淮梅雨影響顯著，年平均降水量900～1 500mm，南部雨量偏多，年平均氣溫13～15℃［5］。江蘇沿海地區耕地資源165.1萬hm2，地跨徐淮平原區、沿海平原區、沿江平原區和里下河平原區4個分區［7－8］。沿海地區有自然保護區5個，其中國家級自然保護區2個，分別為鹽城珍禽自然保護區和大豐麋鹿自然保護區。沿海地區的主要自然災害類型包括旱澇、暴雨、風暴潮、龍卷風、海岸侵蝕、海平面上升等［9－14］。

2 數據與方法

選取江蘇沿海地區10個具有長期觀測資料的代表水文氣象站年、汛期（6—8月）降水量資料進行分析。10個站點分別是南通市的南通、呂泗、海安站，鹽城市的鹽城、東臺、建湖、阜寧、射陽站，連云港市的連云港、贛榆站，其中，海安、建湖、阜寧、連云港站的數據來源于水文年鑒，其余數據來源于國家氣象局。為保證序列的一致性，數據時段統一為1960—2009年，其中來自水文年鑒的年降水量由月降水轉化而來，來自國家氣象局的降水分別取年、月值。所有數據皆經一致性檢驗，個別年份數據有所缺失，采用相鄰時段數據擬合插值，以保證序列的完整性。

采用算術平均法分別求得江蘇沿海三市的年、汛期降水，距平分析基準期為1971—2000年，降水變化趨勢分析采用 Mann－Kendall非參數檢驗方法［15－16］。應用標準化降水指數（Standardized Precipitation Index，SPI）方法分析汛期降水量的旱澇等級變化，該計算方法詳見文獻［17］。同時，采用重標極差R／S分形分析方法（Rescaled Range Analysis，R／S）判斷降水的未來變化趨勢，該方法步驟詳見有關文獻［18－19］。

3 結果與分析

3.1 年降水量

從年降水量距平變化上看（圖1），江蘇沿海三市的降水量波動性較大，在空間上分布和波動幅度上存在較大差異。沿海南通、鹽城、連云港地區近50a的多年平均降水量分別為1 380.6，1 265.6，1 131.7 mm，表現為沿海南部地區的年降水較北部地區略偏多的特征。年降水變化的極值特征上，南通、鹽城、連云港地區近50a最大降水量分別為1 591.1，1 640.7，1 361.9mm，最小降水量則分別為554.0，475.8，502.0 mm，波動幅度分別為1 037.1，1 164.9，860.0mm。可見，在降水變化的波動幅度上，鹽城最大，連云港次之，南通最小。

而年降水量的年代際變化上（圖2a），江蘇沿海地區年降水量的年代際變化上亦有較大差異。近50a來，南通年代際降水量處于持續增加的趨勢，2000s是降水量最高的時代，且各年代際降水量也總體較鹽城、連云港偏高；而處于沿海中部地區的鹽城則以1960s降水量最多，其后大幅減少，在1980s—1990s轉而增加，至2000s又相對偏低；而北部的連云港市，年代際降水量亦總體偏低，這與其50a來降水總體較為偏少是一致的，但在年代變化上，波動幅度最大，最小值為1980s，此前降水量總體相對偏高，但此后降水出現持續增加。

圖1 江蘇沿海地區年降水量距平變化

圖2 江蘇沿海地區年、汛期降水量的年代際變化

南通、鹽城、連云港地區近50a汛期平均降水量分別為481.8，538.3，578.8mm，與年降水量相反，呈現沿海北部地區較南部地區偏大的空間差異。汛期降水量極值上，南通、鹽城、連云港地區的最大值分別為875.2，1 162.3，1 012.1mm，以鹽城最大，而南通最小。沿海地區南通、鹽城、連云港汛期降水最小值分別為165.1，222.4，259.5mm，波動幅度分別為710.2，940.0，752.5mm，仍然以鹽城最大，南通最小，這與年降水量的空間分布特征存在顯著的差異。由此可見，盡管沿海南部地區的南通總體年降水量偏多，但汛期降水量相對偏少，且波動幅度亦小，其旱澇風險較小，而鹽城地區汛期降水量存在較大的波動幅度，其旱澇風險的可能性亦較大。

而汛期降水量的年代際變化上（圖2b），南通地區汛期降水量仍然總體呈現增加趨勢，2000s為降水量最高的時代；而鹽城汛期降水量年代際變化上總體趨于減少，以1970s最低；連云港的汛期降水量存在較大的波動，與其年降水量的年代際變化特征類似，1980s為最低值，此前偏高，此后略有增加，1970s是其汛期降水量最高的時代。

3.2 汛期降水量

與年降水量的多年變化類似，江蘇沿海地區汛期降水量的變化和波動亦十分頻繁，具有較大的離散性特征（圖3），但汛期多年平均降水量存在較大的差別。

圖3 江蘇沿海地區汛期降水量的距平變化

3.3 基于降水的SPI旱澇等級分析

由于江蘇沿海地區地處我國東部季風區，而我國東部旱澇主要出現在夏季汛期［2］。因此，基于沿海三市汛期降水量，采用標準化降水指數分析其旱澇等級特征。沿海地區南通、鹽城、連云港三市的汛期標準化降水指數分析結果見圖4。由圖可見，沿海地區旱澇指數在時間變化上差異較大，且不同時代旱澇指數亦存在較顯著的區別。南通1960s—1970s間總體以偏旱為主，1980s以來以偏澇為主；鹽城1970s間以偏旱為主，而其余年代則旱澇更替頻繁；連云港在1970s后期到1980s間以偏旱為主，其余年代則旱澇波動較大，且2000s以澇居多，這同胡婭敏和丁一匯所指出的2000年以來，我國東部江淮雨帶向北推移導致淮河流域降水異常的結論是一致的［4］。

圖4 江蘇沿海地區汛期降水的標準化降水指數變化

而從旱澇年份上來看，參照標準化降水指數SPI旱澇等級標準，當SPI絕對值大于等于1時，可判定為中等級以上的旱澇，SPI值正負分別表示澇、旱［19］。由此，得到沿海地區中等級以上的SPI值及旱澇年份，見表1。

由表1可知，中等級及以上的澇年在沿海地區不同時代的分布中差異較大，總體而言，1980s以來偏澇年較以前居多，且2000年以來澇年明顯增加。沿海地區2000年以來偏澇年頻次為8a，占中等級以上澇年的33%以上，尤其連云港2000年以來就出現4次澇年，顯示了洪澇偏多的趨勢，也反映了雨帶北移的效應［4］。而相應的，中等級以上的旱年中，1966年出現了沿海地區全范圍的旱年，且旱年主要集中在1980s以前，頻次為17a，占中等級以上旱年的71%，其中，偏南的南通、鹽城地區更為明顯。而連云港則在各年代中分布較為均勻，其2000年以來出現旱年2次，結合連云港澇年增加的趨勢也表明，其2000年以來的旱澇波動更為頻發，且以澇為主。

表1 江蘇沿海地區中等級以上旱澇年份及其SPI值

3.4 降水變化趨勢

江蘇沿海地區年降水量Mann－Kendall非參數單調趨勢檢驗結果顯示，南通、鹽城、連云港地區年降水的檢驗統計量值分別為－0.80，－0.62，1.00，年降水變化傾向率分別為22.288mm／10a，－16.386 mm／10a，－11.429mm／10a。這表明，南通、鹽城地區近50a的年降水呈較弱的減小趨勢，但其統計量值的絕對值小于1.96，拒絕顯著性假設，說明年降水量的減少趨勢不顯著；而連云港的統計量為1.00，表明其降水量呈增加趨勢，且增加趨勢不顯著。同樣，南通、鹽城、連云港地區汛期降水的檢驗統計量分別為1.81，0.03，－0.11，降水變化傾向率分別為29.155 mm／10a，2.635mm／10a，－2.004mm／10a，其與年降水量趨勢呈相反的特征，也即，南通、鹽城兩市的汛期降水量呈不顯著的增加趨勢，而連云港則呈不顯著的減少趨勢，且降水傾向率也僅南通偏大。

為分析未來降水變化的可能性，采用重標極差R／S分形方法，應用雙對數擬合求解其Hurst指數H值，以探討降水未來變化趨勢。Hurst指數H值具有以下特點［18－19］：（1）當H＝0.5時，表明過去和未來的增量之間不存在任何聯系，增量的波動是一個隨機過程；（2）0.5＜H＜1時，增量的變化具有持續性效應，H值越接近1，持續性效應越強。（3）0＜H＜0.5時，增量的變化具有反持續性效應，H值越接近零，反持續性效應越強。

通過計算得到江蘇沿海地區南通、鹽城、連云港年降水量的 Hurst指數H值分別為0.605，0.564 5，0.669 9，汛期降水量 Hurst指數H值分別為0.680 6，0.522 3，0.681 5，所有H值皆大于0.5，表明年、汛期降水量的未來變化趨勢與過去降水量變化趨勢存在聯系，并具有持續性和長程記憶效應，也即未來降水量仍將持續原降水序列的變化趨勢。結合Mann－Kendall檢驗的南通、鹽城、連云港年降水量分別減少、減少、增加趨勢，因此可判定南通、鹽城、連云港未來年降水量仍將分別呈現減少、減少、增加的趨勢。而類似的，南通、鹽城、連云港未來汛期降水量也仍將分別表現為增加、增加、減少的趨勢。

4 結 論

（1）江蘇沿海地區年降水量波動頻繁，南部地區較北部略偏多，其波動幅度上，鹽城最大，南通最小。年代變化上，南通處于持續增加的趨勢，而鹽城則以1960s降水量最多，其后大幅減少；而連云港總體偏低，且年代際變幅最大。汛期降水量上，沿海北部較南部偏大，波動幅度與年降水量類似。年代變化上，南通總體呈增加趨勢；而鹽城則總體減少，以1970s最低；連云港以1980s為最低值，此前偏高，此后略有增加。

（2）汛期旱澇等級上，南通1980s以前以偏旱為主，其后以偏澇為主；鹽城1970s間以偏旱為主，而其余年代則旱澇更替頻繁；而連云港在1970s后期到1980s間以偏旱為主，且2000s以澇居多。中等級以上的澇年中，1980s以來偏澇年較以前偏多，且2000年以來澇年明顯增加。中等級以上旱年主要集中在1980s以前，南通、鹽城地區更為明顯。總體上，2000年以來的旱澇波動更為頻發，且以澇為主。

（3）近50a變化趨勢上，南通、鹽城地區的年降水呈較弱的減小趨勢，連云港則呈增加趨勢，而汛期降水量的變化趨勢則與年降水量相反。而未來變化趨勢上，南通、鹽城、連云港年降水量仍將分別呈現出減少、減少、增加的趨勢，汛期降水量也仍將分別表現為增加、增加、減少的趨勢。

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