淮河片區面降水量演變趨勢診斷研究

路加明++姚望瀛+姚惠明+黃俊+江惠芳

摘 要：根據淮河片區及其周邊氣象站1951—2006年的逐日降水量資料，構建動態泰森多邊形模型，分析評價了淮河片區及其南部和北部3種區域尺度的月、季、汛期、年等時段的面降水量特征及其時空變化規律；分析診斷了季、汛期、年等時段的面降水量演變趨勢、突變趨勢特性。研究表明，3種區域尺度的面降水量集中分布在汛期，北部比南部更為集中，片區、南部和北部7～8月的降水量占年降水量的42%、38%、49%；3種區域尺度的年降水量總體上呈現不顯著的增減變化趨勢，南部略增、北部略減，但山東半島東部呈現顯著減少趨勢；夏季、汛期、連續4個月最大、年降水量序列時間總體上也不存在顯著突變。

關鍵詞：動態泰森多邊形模型 面降水量 演變趨勢診斷 時空變化特征 淮河片區

中圖分類號：P33 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）12（c）-0098-02

淮河片區地處我國南北氣候過渡地帶，淮北屬暖溫帶區，淮南屬北亞熱帶區，片區內降水量分布由南向北遞減，年內降水主要集中在6～8月，尤其是6月中旬至7月上旬，年際降水多雨年與少雨年降水量比值可達3～5倍，且洪澇、干旱時常交替發生。受全球氣候變暖的影響，亞洲南部部分地區的降水量在1900—2005年間存在減少的趨勢，國內外學者采用不同的方法對中國及其各地降水量的時空分布特征及其演變趨勢進行了多角度分析研究。該文以淮河片區及其周邊氣象站1951—2006年的逐日實測降水資料，采用動態式的泰森多邊形模型，評價計算淮河片區及其南部、北部3種區域尺度不同時段的面降水量和時空分布特征，研究3種片區面降水量的年內年際變化及其演變趨勢、突變趨勢，為區域水利、鐵路、城市建設等工程的規劃與設計和防汛與抗旱提供技術分析支撐。

1 數據來源和研究方法

1.1 分析數據來源

降水量資料來源于中國氣象科學數據共享服務網（http：//cdc.cma.gov.cn/），包括淮河片區及其周邊基本、基準面氣象觀測站及自動站1951—2006年的逐日降水量。

1.2 研究評價方法

淮河片區面平均降水量的評價計算面積約329 371 km2，其中南部約191 653 km2、北部約137 718 km2。區域面平均降水量采用泰森多邊形法計算，其精度較高，尤其適合于測站分布不均勻的區域。由于各計算區域在不同年份使用的雨量站點是動態式的，其泰森多邊形根據實際采用站點進行構建。

區域面平均降水量的演變趨勢、突變趨勢診斷分別采用時間序列線性傾向率估計法（最小二乘法）、Mann-Kendall法和滑動t檢驗法進行分析和評價。

2 面降水量特征

2.1 面降水量分布特征

淮河片區1951—2006年多年平均年降水量為844.9 mm，其中夏季為463.6 mm，連續4個月最大563.4 mm，汛期為545.2 mm，非汛期為299.8 mm，分別占多年平均的54.9%、66.7%、64.5%、35.5%，說明淮河片區的降水量高度集中在汛期（或夏季）。歷年年最大降水量為1 208.6 mm（2003年），年最小降水量為572.8 mm（1966年），極值比為2.1，變化幅度不大。

淮河片區北部和南部的多年平均年降水量分別為744.2 mm和917.3 mm，淮河片區南部7～9月、夏季、汛期、連續4個月最大的降水量與淮河片區北部基本持平或略偏多，其他時段南部明顯比北部偏多，尤其是非汛期南部比北部多約148 mm，其中春季南部多約81 mm。

2.2 面降水量年內變化

淮河片區多年平均降水量介于550～1300 mm，低值區分布在山東北部地區，高值區分布在淮河上游的大別山區和蘇北灌溉總渠以南。其中汛期降水量占年降水量的百分比介于55%～75%，夏季降水量占年降水量的百分比介于45%～65%，百分比高值區分布在山東地區。

淮河片區面降水量的年內分布極不均勻，主要集中分布在汛期（或夏季），尤其是7月和8月，其次為6月和9月，其月降水量的多年平均值分別占年降水量多年平均值的24.3%和17.5%，13.0%和9.7%。

淮河片區南部的月、季降水量與淮河片區北部的相比，除7月基本持平、8月北部多于南部（約10%）外，其他不同歷時均為南部明顯偏多，尤其是冬季及1、2、3月偏多1倍以上。

3 面降水量演變趨勢診斷分析

3.1 面降水量變化趨勢診斷

1951—2006年淮河片區冬季、非汛期的多年降水量線性變化過程均呈上升趨勢，其降水變率分別為1.8、2.2 mm/10a，春季、夏季、秋季、汛期、年的則均呈下降趨勢，其降水變率分別為-0.6、-0.8、-1.0、-2.8、-2.0、 -0.5 mm/10a，但均未通過置信水平α=0.05的顯著性檢驗，說明其升降趨勢均不顯著。

淮河片區南部春季的降水量呈現線性下降的趨勢，降水變率為-1.5 mm/10a，夏季、秋季、冬季、非汛期、汛期、連續4個月最大、年的降水量均呈上升的趨勢，降水變率分別為7.4、1.5、2.5、3.7、6.1、4.9、9.8 mm/10a，但其升降趨勢均不顯著。淮河片區北部夏季、秋季、汛期、連續4個月最大、年的降水量均呈現線性下降的趨勢，春季、冬季、非汛期的降水量均呈上升的趨勢，其升降趨勢也均不顯著。

淮河片區1961—2006年35個測站中有18個測站的年降水量線性傾向率為正，占統計站數的51.4%，主要分布在淮河水系，且均未通過顯著性檢驗；17個測站為負線性傾向率，主要分布在沂沭泗水系和山東半島，其中山東半島沿海有6個站通過了顯著性檢驗。淮河片區的年降水量變化趨勢，南部淮河水系以上升為主，北部沂沭泗水系和山東半島則以下降為主，其中山東半島沿海下降趨勢顯著。

3.2 面降水量突變趨勢診斷

經Mann-Kendall法分析，淮河片區及其南部、北部1951—2006年夏季、汛期、連續4個月最大、年4種時段降水，其正序列UF曲線，淮河片區前3種序列在信度線以內，不存在突變點。年降水序列超過了信度線，再經滑動t檢驗法檢測，也不存在顯著性的突變年。

同樣經KM法和滑動t檢驗法檢測，淮河片區南部和北部4種降水序列均不存在顯著的突變年。

4 結論

（1）降水量是水文循環的重要組成部分，其變化對水文水資源過程變化具有直接的重要影響，研究降水量的客觀變化規律，可為水文循環變化及其未來趨勢演變提供技術支撐，為防汛與抗旱提供技術依據。

（2）淮河片區1951—2006年多年平均年降水量為844.9 mm（南部917.3 mm、北部744.2 mm），年降水總量約為2 783億m3（南部約占片區63%，北部約占37%）。3種區域尺度年降水量的年內分布（月、季）變化均較大，年降水量高度集中在汛期（或夏季）；連續2個月降水量更集中（7～8月占40%～50%）。

（3）3種區域尺度的年降水量總體上呈現不顯著的增減變化趨勢（片區、南部、北部的降水變率分別為-0.5、9.8、-14.9 mm/10a），南部略增、北部略減，但山東半島東部呈現顯著減少趨勢。四季、汛期、非汛期、連續4個月最大降水量總體上均呈現不顯著的增減變化趨勢。夏季、汛期、連續4個月最大、年降水量序列時間總體上也不存在顯著突變。

參考文獻

[1] Solomon S，Qin D，Manning M，et al.Climate Change 2007：The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change[M].Cambridge University Press，2007：5-8.

[2] 陳峪，高歌，任國玉，等.中國十大流域近40多年降水量時空變化特征[J].自然資源學報，2005，20（5）：637-643.

[3] 姚惠明，吳永祥，關鐵生.中國降水演變趨勢診斷及其新事實[J].水科學進展，2013，24（1）：1-10.

[4] KYRIAKIDISA P C，MILLERB N L， KIM J.A Spatial Time Series Framework for Simulating Daily Precipitation at Regional Scales[J]. Journal of Hydrology，2004（297）：236-255.

[5] 中國氣象科學數據共享服務網.中國地面氣候資料月值數據集[EB/OL].http：//cdc.cma.gov.cn/shuju/index3.jsp？tpcat=SURF&dsid=SURF_CLI_CHN_MUL_MON.

[6] 魏鳳英.現代氣候統計診斷與預測技術[M].北京：氣象出版社，2007：43-45，63-65，69-72.