近67年來濟寧市降水量時空分布變化特征分析

湯建軍

（濟寧市水文局，山東 濟寧 272000）

氣候變化引起水循環系統出現明顯的變化，小區域尺度上乃至全球的降水量呈現了新的位態與趨勢[1]。近年來，相關學者研究表明降水量不僅引起地表徑流年季波動，還對水資源的可持續利用帶來不確定性影響[2]。就全國而言，近半世紀以來不同區域降水變化趨勢存在差異，其中西北地區降水日數與降水量呈現顯著增多趨勢[3]；而華北與西南地區降水略有減少[4～5]；東北與華中地區降水傾向斜率不顯著，但前者降水強度有一定程度增加[6～7]。濟寧地處魯西南平原，是黃淮地區重要的糧食、蔬菜生產基地，區域降水量變化與農業生產、民生安全息息相關。本文以此為研究區，著重探討該市年季降水量時空波動性，從而為認識該區域氣候變化和水資源管理提供科學依據。

1 資料與方法

濟寧位于魯西南腹地，地處黃淮海平原與魯中南山地交接地帶，總面積11187 km2。全市地形以低山丘陵和平原洼地為主，地勢東高西低，高程介于33 m～700 m之間，地貌較為復雜，丘陵山地占28.3%，平原洼地占60.6%，南四湖占11.1%。該市屬暖溫帶季風氣候區，四季分明、雨熱同期、春秋短促，年平均氣溫13.3℃～14.1℃，降水量介于597 m～820 mm，無霜期為199 d。

研究數據由中國氣象中心提供的“中國地面氣候資料月值數據集”，包含市內11個氣象站點數據，時間跨度為1951年～2017年，其中部分數據缺失，采用5點3次濾波法進行插值補齊。運用經典統計學、線性回歸方法探究區域降水量的變異性與變化趨勢，通過地統計學方法對降水量空間分布進行估計。

2 結果分析

2.1 濟寧市降水量統計特征

表1為濟寧市年、季、月降水量的統計特征，可知該市年降水量最大波動范圍介于392.5 mm～1196.1 mm之間，相差達803.6 mm，其平均水平為698.02 mm，屬于半濕潤區，離散分析顯示其變異系數為23.93%，為中等強度變異，說明該市降水量年際波動性較大。四季中以夏季降水量最豐富，達441.51 mm，春秋季降水總量差異不大，分別為103.62 mm、124.17 mm，冬季最少，僅為28.71 mm，就變異性來看，夏＜春＜秋＜冬，說明全球變化背景下該市冬季降水異常的概率較高。月降水量中7月、8月降水最多，平均值為207.04 mm、146.82 mm，5月、6月、9月份降水量介于48.6 mm～68.22 mm之間，其他月份降水局少，僅為7.82 mm～36.49 mm。變異系數表明，1月、11月和12月降水量變異性最大，呈強烈變異(CV＞1)，5月～8月份降水量變異性最小(CV介于52.89%～76.42%)，其他月降水量變異性居中(CV在85.45%～91.71%之間)。正態分布統計表明，除了1月、12月、11月降水量的漸進顯著性雙尾值＜0.05，未通過檢驗外，其他月份降水量符合正太分布。

2.2 濟寧市降水量年際變化特征

圖1為1951年～2017年降水量年、季變化規律。由圖可知，就年降水量而言，年值序列在700 mm附近的-347 mm～474 mm區間內波動，其中介于500 mm～900 mm的降雨年數居多，約占16.42%，超過1100 mm和低于400 mm的極多或極少年數分別為3年、2年，異常降雨年數占7.46%。1950年～1960年代呈增加趨勢，在1964年～2003年變呈頻繁波動，其震蕩區間較大，2003年～2011表現出顯著減少趨勢，2011年～2017年又變為增加趨勢。近67年來，其綜合線性變化為(y=-0.7732x+2229.9，R2=0.0081)，該趨勢并不顯著。就春季降水量而言，五點三次濾波分析表明1950年～1960年代末呈現弱的增加趨勢，直至1980年代中期為先減少后增大的特征，自此以后呈現峰谷間接性變化，其變化形式為(y=0.1824x-258.3，R2=0.0054)。夏季降水量的年代變化顯著，其中1950年～1970年間呈現倒‘U’形演變；1970年～1994年持續升高，斜率達到0.235 mm/a；1994年～2017年呈現峰谷起伏演變，其中2002年達到最低值，其變化趨勢為(y=-1.0301x+2485.3，R2=0.0205)。秋季降水量在1950年～1985年間變化平穩，振幅較小，在1985年～2017年間起伏度增加，其綜合變化形式為(y=0.2233x-316.79，R2=0.0033)。冬季降水量在 1950年 ～1965年、1965年 ～1985年、1985年～1998年、1998年～2008年這4個時間段內呈現先增加后減少的趨勢；在2008年～2017年間水量穩定性強，幾乎無波動，總趨勢為(y=-0.0659x+159.31，R2=0.0059)。

表1 濟寧市降水量描述性統計特征

圖1 濟寧市降水量年代變化

2.3 濟寧市降水量年內變化特征

如圖2所示，濟寧市降水量年內分配十分不均衡。其中1月～3月和12月的降水結構比相差不大，依次為1.12%、1.52%、1.46%，4月～5月和9月～10月份降水量約占4.79%～6.98%；5月～9月降水量最集中，占全年降水的85%以上，其中以7月份最豐富，達29.66%，8月份次之，為21.03%，6月和9月份降水量差異較小，依次為12.56%、9.72%。各季節降水量分配亦不相同，分別為夏(63.25%)＞秋(17.79%)＞春(14.84%)＞冬(4.13%)。

圖2 濟寧市降水量年內分配統計

2.4 濟寧市降水量空間分布特征

圖3 濟寧市降水量年內分配統計

以11個站點年降水量的平均值為基礎，運用arcgis10.3的Geostastics模塊進行空間差值，得出結果見圖3。由圖3可知，全市年降水量分布介于601 mm～820 mm之間，區間相差近200 mm。其中微山、鄒城屬于豐水區，其原因是該區地處沂蒙山脈附近，海洋暖濕氣流受地形抬升作用易形成云置雨，該地降水量在750 mm～820 mm之間。西北部的梁山縣、汶上縣和嘉祥縣降水量屬于低值區，介于601 mm～700 mm。就全市來看，濟寧市降水量呈現東南-西北部遞減分布的格局，這是因為該市降水的水汽來源主要是西太平洋低緯度帶暖溫氣團的侵入和臺風倒槽及東風波輸送的大量水汽，受東南季風控制，季風帶來的水汽由于傳輸距離增加而水量減少的緣故。

3 結論

近67年來濟寧市降水量分布極度不均衡，7月、8月份降水量達207.04 mm、146.82 mm，占年降水量的近1/2，夏季降水的多寡決定了年降水資源的豐富程度，同時區域雨熱同季、降水集中性強的特征，導致該區洪澇災害風險較高。春季是作物生產與生長的重要時期，春季降水稀少導致區域春旱指數較高，對農業生產十分不利。從空間上來看，全市降水量集中于東南部，西北部存在不同程度雨水缺失，這對本區生態環境與社會生產具有一定影響。降水作為水資源的重要來源之一，降水的變化特征對水資源的時空分布有著深刻影響，本文初步闡明了區域降水特征與規律，可為旱澇災害防御與水資源管理提供依據，但仍需加強降水量對水循環過程機制的影響研究。