安徽淮河流域不同級別降水時(shí)空變化及對農(nóng)業(yè)影響分析

徐 燕，周亮廣

1.滁州學(xué)院地理信息與旅游學(xué)院，滁州,23900；2.曲阜師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院，日照,276800

安徽淮河流域不同級別降水時(shí)空變化及對農(nóng)業(yè)影響分析

徐 燕1,2，周亮廣1

1.滁州學(xué)院地理信息與旅游學(xué)院，滁州,23900；2.曲阜師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院，日照,276800

利用淮河流域安徽段1951-2007年的逐日降水量數(shù)據(jù)，運(yùn)用氣候傾向率、趨勢系數(shù)等方法分析不同級別的降水的年際變化；通過空間克里格插值分析不同級別降水的空間分布；并進(jìn)一步分析各級降水對旱澇災(zāi)害的影響。結(jié)果表明：1951—2007年淮河流域安徽段年降水總量和總雨日有顯著增加趨勢，氣候傾向率分別為34.2 mm/10a和2.34 d/10a；大雨強(qiáng)度氣候傾向率為-0.28 mm/10a，下降趨勢明顯。50多年來，小雨強(qiáng)度的變化幅度總體上是由西南向東北遞減，總雨日的變化幅度總體上是由東南向西北遞減(滁州站例外)，六安站都是高值中心，增加趨勢最為明顯。降水強(qiáng)度和降水總量對旱澇災(zāi)受災(zāi)情況影響最為顯著。

不同級別降水；時(shí)空變化；氣候傾向率；安徽淮河流域

1 相關(guān)研究與問題提出

淮河流域位于我國的東部，長江流域和黃河流域之間，在我國南北氣候過渡帶上，深受東亞季風(fēng)的影響，降水的時(shí)空差異顯著，氣象災(zāi)害頻發(fā)，對該地區(qū)的農(nóng)業(yè)影響顯著。淮河流域在安徽境內(nèi)總面積約6.7萬km2，其中耕地面積約2827.28 khm2，占安徽省耕地總面積的68.22%，其農(nóng)業(yè)地位在安徽省舉足輕重[1]。我國是受季風(fēng)影響顯著的國家，主要的農(nóng)業(yè)區(qū)也分布在季風(fēng)區(qū)，在平均年降水總量在20世紀(jì)60年代到90年代有下降趨勢，1990年代后回升的降水變化特征的基礎(chǔ)上[2-3]，分析降水及其對農(nóng)業(yè)的影響已有很多的研究成果。

基于降水的時(shí)空變化角度的研究有江俊杰等[4-5]利用Mann-kendall和Morlet小波分析等方法，分析了40多年來安徽省冬、夏季降水量有顯著增加的趨勢，而春秋季降水量隨時(shí)間的變化不顯著。但是此類研究是基于季節(jié)降水量的研究，沒有涉及不同級別降水量的變化趨勢。黃勇等[6-8]將降水量劃分為不同的降水級別，分析了安徽省不同級別降水的變化特征，研究結(jié)果對于預(yù)防旱澇災(zāi)害具有參考意義，但是研究數(shù)據(jù)只參考了個別站點(diǎn)的降水量，還有待深入研究才能得到準(zhǔn)確性更高的結(jié)果。此外，還有很多學(xué)者運(yùn)用不同的方法針對不同的區(qū)域進(jìn)行了降水的時(shí)空分布特征的研究[9-12]。

基于降水及其對農(nóng)業(yè)影響研究的有：崔步禮等[13-14]利用滑動平均等方法研究山東省部分地區(qū)的降水變化特征對農(nóng)業(yè)的影響，并結(jié)合研究結(jié)果為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提出了科學(xué)的建議。瞿汶等[15-16]對甘肅省近43年降水情況進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)降水資源發(fā)生了顯著變化。劉德祥等[17]通過不同降水量的差值對西北地區(qū)降水變化及對農(nóng)業(yè)影響進(jìn)行分析。

基于流域尺度的研究也有許多成果，如對黃河流域降水時(shí)空分布特征的分析[18]，有利于該區(qū)域水資源的合理配置。對淮河流域降水時(shí)空分布特點(diǎn)的研究[19]，對治理流域內(nèi)頻發(fā)的洪澇災(zāi)害具有重要的指導(dǎo)意義。漢江中下游流域的降水量的周期特征[20]也表明該流域防洪壓力大，但是研究的方法只涉及小波分析和R/S分析法，分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可信度還有待提高。蔣躍林等[21]利用降水效益系數(shù)來分析降水對農(nóng)作物產(chǎn)量的影響，并結(jié)合江淮分水嶺地區(qū)農(nóng)業(yè)的特點(diǎn)確定干旱指標(biāo)，研究結(jié)果為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了參考。對珠江流域降水的研究[22]表明，降水強(qiáng)度有所加強(qiáng)，而降水日數(shù)有所下降，為澇災(zāi)的預(yù)防有一定指導(dǎo)意義。

本文依據(jù)降水強(qiáng)度分級指標(biāo)[23]，將淮河流域安徽段各氣象站點(diǎn)的日降水量劃分成不同的級別，研究不同級別降水的時(shí)空變化，并分析對旱澇災(zāi)害的影響，旨在為該流域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

淮河流域安徽段1951—2007年逐日降水量數(shù)據(jù)來源于各市、縣氣候資料處理部門逐月上報(bào)的《地面氣象記錄月表》，所選站點(diǎn)有壽縣、六安市、滁州、蚌埠、阜陽、宿州、亳州(圖1)。依據(jù)降水強(qiáng)度分級指標(biāo)，將24小時(shí)內(nèi)降水量在(0,10)毫米之間歸為小雨；24小時(shí)內(nèi)降水量在[25,50)毫米之間歸為大雨，24小時(shí)內(nèi)降水量在50毫米及以上的歸為暴雨。本文選取淮河流域安徽段7個站點(diǎn)的小雨、大雨、暴雨數(shù)據(jù)，計(jì)算各級降水的氣候傾向率、趨勢系數(shù)(r)，并對其進(jìn)行時(shí)空分析，采用趨勢分析研究不同級別降水對農(nóng)業(yè)的影響。

圖1 安徽淮河流域地理位置圖

2.1 氣候傾向率

Y=a+bt

(1)

式中，Y為氣候要素?cái)M合值(即降水要素),t為時(shí)間(即1951-2007年),b·10稱為氣候傾向率，表示氣候要素(即降水要素)每10 a 的變化率；a的符號反映氣候要素隨時(shí)間增加(正號)或減少(負(fù)號)的變化趨勢。

2.2 趨勢系數(shù)(r)

(2)

(3)

2.3 空間插值法

在計(jì)算各級降水的氣候傾向率后，在ArcGIS中利用Kriging插值觀察其空間分布規(guī)律。

2.4 趨勢分析

計(jì)算旱澇災(zāi)害受災(zāi)面積占播種面積的百分比，利用趨勢分析方法研究不同級別降水與旱澇災(zāi)害受災(zāi)率的相關(guān)關(guān)系。

3 淮河流域安徽段不同級別降水時(shí)空變化

3.1 各級降水的年際變化

由1951-2007年淮河流域安徽段不同級別降水的年際變化可知，年小雨量、年大雨量、年暴雨量以及年降水總量在1951-2007年有波動增加的變化，但是年小雨量、年大雨量以及年暴雨量的總體趨勢變化不顯著(在0.05水平下未通過顯著性檢驗(yàn))，年降水總量有顯著的增加趨勢(在0.05水平下通過了顯著性檢驗(yàn))。其中，年小雨量的線性傾向率為6.35 mm/10a，年均大雨量的線性傾向率為3.56 mm/10a，年均暴雨量的線性傾向率為7.97 mm/10a，年總降水量的線性傾向率為34.2 mm/10a(圖2)。暴雨量和總降水量的增加趨勢較小雨量和大雨量更為明顯。

小雨強(qiáng)度、大雨強(qiáng)度、暴雨強(qiáng)度和降水總強(qiáng)度在1951-2007年有波動變化，其中，大雨強(qiáng)度下降趨勢最為顯著(在0.05水平下通過顯著性檢驗(yàn))，其他各級降水強(qiáng)度變化不明顯(在0.05水平下未通過顯著性檢驗(yàn))。小雨強(qiáng)度的線性傾向率為0.02 mm/10a，增加趨勢不明顯；大雨強(qiáng)度的線性傾向率為-0.28 mm/10a，有明顯的減少趨勢(圖2)；暴雨強(qiáng)度的線性傾向率為-1.22 mm/10a，下降趨勢不明顯；降水總強(qiáng)度的線性傾向率為0.09 mm/10a，增加趨勢不明顯。

年小雨日、年大雨日、年暴雨日以及總雨日在1951-2007年有波動增加的變化，但是年小雨日、年大雨日以及年暴雨日的總體趨勢變化不顯著(在0.05水平下未通過顯著性檢驗(yàn))，只有總雨日有顯著的增加趨勢(在0.05水平下通過了顯著性檢驗(yàn))。小雨日線性傾向率為1.6 d/10a，大雨日的線性傾向率為0.14 d/10a，暴雨日的線性傾向率為0.13 d/10a，總雨日的線性傾向率為2.34 d/10a(圖2)。

圖2 1951-2007年各級降水的年際變化

3.2 淮河流域安徽段各站點(diǎn)各級降水的時(shí)空變化

對淮河流域安徽段7個站點(diǎn)的各級降水隨時(shí)間變化情況進(jìn)行分析(表1)，發(fā)現(xiàn)蚌埠站的總雨量、總雨日和大雨強(qiáng)度，亳州站的暴雨強(qiáng)度，阜陽站的小雨強(qiáng)度，六安站的總雨日、年小雨量、小雨日、小雨強(qiáng)度，壽縣站的總雨日在1951-2007年有顯著增加的變化。

表1 各站點(diǎn)各級降水隨時(shí)間變化的趨勢系數(shù)

注：*和**分別表示通過0.05和0.01的顯著性水平檢驗(yàn)，下同。

從各級降水的氣候傾向率看(表2)，各地的大雨量和暴雨量、大雨日和暴雨日以及年降水強(qiáng)度的時(shí)間趨勢變化均未達(dá)顯著水平。蚌埠、滁州的各級降水都是增加的趨勢；亳州站的大雨強(qiáng)度有微弱的減少，其他各級降水均增加；阜陽的小雨日、大雨強(qiáng)度和暴雨強(qiáng)度呈下降趨勢，其余各級降水呈增加趨勢；位于大別山區(qū)的六安，其暴雨強(qiáng)度有所減少，其他各級降水有所增加；壽縣站大雨級別的降水呈下降趨勢，其他級別降水均增加；宿州的各級降水變化趨勢均不明顯，其中小雨強(qiáng)度、大雨強(qiáng)度、暴雨量、降水總量和降水強(qiáng)度有微弱的減少，其他各級降水有微弱的增加。

表2 各站點(diǎn)各級降水的氣候傾向率

對各站點(diǎn)各級別降水的氣候傾向率分析表明，小雨強(qiáng)度和總雨日的氣候傾向率變化最為顯著，故進(jìn)一步分析其空間分布(圖3)。由淮河流域安徽段小雨強(qiáng)度的氣候傾向率分布可以看出，小雨強(qiáng)度的變化幅度總體上是由西南向東北遞減；六安站為高值中心，小雨強(qiáng)度增加趨勢最為明顯，氣候傾向率為0.09 mm/10a，并且通過了0.01水平下的顯著性檢驗(yàn)。宿州站為低值中心，變化最為微弱且為負(fù)值(即微弱的減少趨勢)，氣候傾向率為-0.01 mm/10a。

圖3 淮河流域安徽段小雨強(qiáng)度與總雨日的氣候傾向率分布

由淮河流域安徽段總雨日的氣候傾向率分布可以看出，總雨日的變化幅度總體上是由東南向西北遞減(滁州站例外)；六安站總雨日增加趨勢最為明顯，氣候傾向率為4.11 d/10a，并且在0.05水平下通過顯著性檢驗(yàn)。阜陽站和亳州站總雨日的增加趨勢最為微弱，氣候傾向率分別為0.29 d/10a和0.72 d/10a。

3.3 不同級別降水對農(nóng)業(yè)的影響3.3.1 旱澇災(zāi)害受災(zāi)面積的年際變化

安徽省1989年播種面積為12 358.2萬畝，到2007年播種面積達(dá)到了13280.8萬畝，播種面積近20年來有所增加，但是旱澇受災(zāi)面積也有所變化。對1989-2007年旱、澇災(zāi)受災(zāi)面積和播種面積數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算旱、澇災(zāi)受災(zāi)面積占播種面積百分比，并對其進(jìn)行分析。

由圖4可見，(1)從旱澇災(zāi)害的比較看，1989年和1990年旱澇災(zāi)受災(zāi)的百分比相差不大；1991年澇災(zāi)面積占播種面積的百分比達(dá)到60%以上，為研究時(shí)段中的最大值；從1992年起至2001年幾乎都是旱災(zāi)受災(zāi)面積占播種面積的百分比高于澇災(zāi)，其中1993年、1996年、1998年的旱澇災(zāi)受災(zāi)情況極為接近，都在20%左右；2002年之后，大多是澇災(zāi)受災(zāi)面積占播種面積的百分比高于旱災(zāi)，其中，2004年和2006年旱災(zāi)受災(zāi)面積占播種面積的百分比略高于澇災(zāi)。(2)從旱澇災(zāi)害分項(xiàng)看，旱災(zāi)面積占播種面積的百分比在2001年之后有下降的趨勢，從1989-2007年間旱災(zāi)受災(zāi)面積占播種面積的百分比在0.1～50.0之間波動，波動大；澇災(zāi)受災(zāi)面積占播種面積的百分比與旱災(zāi)相比波動比較小，在0.2～35.0之間(1991年例外)。(3)總體而言，安徽省旱災(zāi)受災(zāi)情況比澇災(zāi)嚴(yán)重。

圖4 1989-2007年旱澇災(zāi)受災(zāi)面積占播種面積百分比的年際變化

3.3.2 不同級別降水對農(nóng)業(yè)的影響

在分析各級別降水與旱、澇災(zāi)受災(zāi)面積占播種面積百分比的關(guān)系中發(fā)現(xiàn)，旱災(zāi)受災(zāi)面積占播種面積的百分比隨降水的增多而減小，其中與總雨日、暴雨強(qiáng)度、大雨強(qiáng)度、小雨量、小雨日、小雨強(qiáng)度關(guān)系不大，相關(guān)性不高。但是旱災(zāi)受災(zāi)面積占播種面積的百分比與年降水總量、降水強(qiáng)度、暴雨量、暴雨日、大雨量以及大雨日關(guān)系密切(均通過顯著性檢驗(yàn))，尤以降水強(qiáng)度和降水總量與其相關(guān)性最高(圖5)。

圖5 1989-2007年安徽省旱災(zāi)面積占播種面積的百分比與各級降水的關(guān)系

澇災(zāi)占播種面積的百分比隨降水的增加而增大，其中與小雨量、小雨日、小雨強(qiáng)度、大雨強(qiáng)度、總雨日關(guān)系不大，但與大雨量、大雨日、暴雨量、暴雨日、暴雨強(qiáng)度、降水總量、降水強(qiáng)度關(guān)系密切(均通過顯著性檢驗(yàn))，特別與暴雨量、暴雨日、暴雨強(qiáng)度、降水總量以及降水強(qiáng)度關(guān)系密切(在0.01水平下皆通過了顯著性檢驗(yàn))(圖6)。

對于各級雨量與旱澇災(zāi)害的關(guān)系分析中發(fā)現(xiàn)，小雨級別的降水對旱澇災(zāi)害的影響小，說明為更好地進(jìn)行防澇防旱和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，要特別注重對大雨以上級別的降水的研究。

4 結(jié)論與討論

淮河流域安徽段各級降水在1951-2007年間年總降水量和總雨日有顯著的增加趨勢；氣候傾向率分別為34.2 mm/10a和2.34 d/10a；大雨強(qiáng)度氣候傾向率為-0.28 mm/10a，下降趨勢明顯。

在淮河流域安徽段7個站點(diǎn)氣候傾向率的分析中發(fā)現(xiàn)，各站點(diǎn)的大雨量和暴雨量、大雨日和暴雨日以及年降水強(qiáng)度的時(shí)間趨勢變化均不明顯。小雨強(qiáng)度的變化幅度總體上是由西南向東北遞減；六安站為高值中心，小雨強(qiáng)度增加趨勢最為明顯；宿州站為低值中心。總雨日的變化幅度總體上是由東南向西北遞減(滁州站例外)；六安站總雨日增加趨勢最為明顯,氣候傾向率為4.11 d/10a。

在安徽省1989-2007年旱澇災(zāi)的分析中發(fā)現(xiàn)，安徽省旱災(zāi)受災(zāi)情況比澇災(zāi)嚴(yán)重，且旱災(zāi)受災(zāi)面積占播種面積波動大，波動幅度在0.1%～50.0%之間；澇災(zāi)受災(zāi)面積占播種面積的百分比與旱災(zāi)相比波動比較小，基本在0.2%～35.0%之間。研究發(fā)現(xiàn)，降水強(qiáng)度和降水總量對旱澇災(zāi)害影響最大，趨勢分析的結(jié)果最顯著。

圖6 1989—2007年安徽省澇災(zāi)受災(zāi)面積占播種面積的百分比與各級降水的關(guān)系

總之，分析不同級別降水的時(shí)空變化，揭示不同級別降水時(shí)空分布的特征，對防澇防旱和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)意義。

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(責(zé)任編輯：劉小陽)

10.3969/j.issn.1673-2006.2017.11.029

K903

A

1673-2006(2017)11-0118-06

2017-06-10

安徽高校人文社科重點(diǎn)研究基地項(xiàng)目(SK2015A176)；滁州學(xué)院科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)支持計(jì)劃項(xiàng)目(CXTD201105)；安徽省高校省級質(zhì)量工程項(xiàng)目(2014jyxm371)；安徽省地理信息集成應(yīng)用協(xié)同創(chuàng)新研究中心項(xiàng)目資助。

徐燕(1992-)，安徽舒城人，碩士研究生，研究方向：地圖學(xué)與地理信息系統(tǒng)。