康平地區云水資源的時間分布和演變特征

張軍 張瑋琦 金樹志

摘 要：利用中國地面測站1959—2016年逐日降水資料和EC再分析資料，對康平地區的年降水量、云水資源和降水量的相關性進行了研究，結果表明：（1）康平地區1959—2016年的年平均降水量為516mm，存在“2年-2年半”的震蕩周期且呈逐年增加的趨勢，在1967年降水量突變增加。其中夏季降水貢獻率為68%，秋季、春季和冬季的貢獻率分別為16%、15%和1%。7月降水最多，1月降水最少。（2）康平降水量和EC再分析資料的氣柱液態水含量在1981—2016年間的相關系數達0.6，在2005—2016年降水量和氣柱液態水含量、中云量以及低云量的相關系數分別達0.9、0.84和0.77。研究結果可為康平地區未來開展作業預報、防災減災和人工影響天氣等工作提供參考。

關鍵詞：康平地區;降水量;云水資源;時間分布;演變特征

中圖分類號 P426文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2019）21-0152-03

康平縣位于遼寧省北部，全縣區域面積2175km2，地處北緯42°31′～43°02′，東經122°45′～123°37′。總人口37萬人，其中農村人口27.5萬人，城市人口9.5萬人。北與內蒙古科左后旗毗鄰，東隔遼河與昌圖相望，南接法庫，西臨彰武，位于沈陽“一小時經濟圈”內，是沈陽經濟區北部腹地的重要支撐點之一，是沈陽城市發展四大空間戰略的向北門戶，是環渤海經濟圈及遼寧中部城市群上的重要節點，同時也是遼、吉、蒙“兩省一區”結合部的區域中心。

康平地區的萬畝松地處遼蒙防風阻沙帶南緣，是國家三北防護林重要工程。近年來，康平受干旱災害影響較為嚴重，尤其是2019年7月以來的持續高溫，導致干旱加劇，農林業受損。因此，研究康平地區的降水分布、云雨資源特征等，對于開展防災減災和人工影響天氣等工作，顯得尤為重要。以往的研究往往針對整個遼寧省，而單獨針對康平縣的相關研究較少。為此，筆者采用地面降水資料和再分析資料，研究了康平地區近60年來的降水特征，分析氣柱液態水含量云量和降水的相關性，并且從大氣環流的角度分析降水異常偏多和偏少背后的氣象學機理。

1 資料和方法

本研究采用中國地面測站逐日降水資料集和歐洲中心再分析資料（EC-Interim reanalysis data），計算康平地區當地的降水和相關云參量的演變特征;通過合成分析相關大氣參量的方法，分析造成降水異常的大氣環流原因。

1.1 降水資料 地面測站站號54244，時間跨度為1959—2016年，逐日時間分辨率。

1.2 再分析資料 時間跨度為1981—2016年，0.125～1°空間分辨率，逐月時間分辨率。

2 結果與分析

2.1 康平地區年降水量特征

2.1.1 降水逐月分布 由表1可知，康平地區降水量最大的3個月份為7、8、6月份，分別為146mm、124mm和83mm;降水量最小的3個月為1、12和2月份，分別為2mm、2mm和3mm。康平的年平均降水量為516mm（僅指液態降水，下同），其中夏季（6、7、8月）平均降水量為353mm，占年總降水量的68%;春季（3、4、5月）平均降水量為74mm，占年降水量的15%;秋季（9、10、11月）降水量為82mm，占年降水量的16%;冬季（12、1、2月）平均降水量為7mm，僅占年降水量的1%。由此可見，康平地區夏季降水是其主要的降水來源，占年降水量超過2/3，其他3個季節降水量之和不及夏季降水量的50%。

2.1.2 年降水量總體變化趨勢和季節分布特征 通過最小二乘法建立年降水量對年份的一元回歸方程，可以得到y=0.8224x-1118（x：年份，y：年降水量），如圖1所示。由圖1可知，近57年來康平地區的年降水量保持增長的趨勢。其中，年降水量最大的4個年份依次為：1998、2010、2005、1959;年降水量最少的4個年份依次為：1982、1996、2002、2006。

2.1.3 年降水量突變趨勢 對康平地區年降水量的時間序列進行Mann-Kendall檢驗（MK檢驗），得到結果如圖2所示。由圖2UF曲線可知，康平地區在1961—2016年期間，年降水量均呈增加的趨勢（UF>0），其中，在1960年代末期至1970年代末期和1980年代中期至1990年代末期存在顯著增加的趨勢，這種趨勢超過顯著性水平0.05臨界線。根據UF和UB曲線的交點位置，確定康平地區年降水量在1960年代末期的增加是一種突變現象，具體是從1967年開始的。

2.1.4 年降水量的周期性變化 對康平地區年降水量的時間序列進行功率譜分析，結果如圖3所示。由圖3可知，在周期為2.375年時，功率譜處于峰值，且超過了顯著性水平為0.05的標準譜，所以可以認為康平地區年降水量存在2年-2年半的周期振蕩特征。

2.2 EC云參量與降水關系 提取EC再分析資料（0.125°）的康平地區上空的tclw參量（氣柱液態水含量），和降水進行對比分析，如圖4所示。由圖4可知，氣柱液態水含量和降水量的年際變化有一定的相關性，計算得到1981—2016年氣柱液態水含量和降水量的相關系數為0.6;在2000年后，兩者的相關性更顯著，2005—2016年這11年間的氣柱液態水含量和降水量的相關系數為0.9。

提取EC再分析資料的康平地區上空的tcc參量（總云量），與降水進行對比分析，如圖5a所示。計算得到1981—2016年總云量和降水量的相關系數為0.35;在2000年后，兩者的相關性更顯著，2005—2016年這11年間的總云量和降水量的相關系數為0.58。

提取EC再分析資料的康平地區上空的lcc參量（低云量），與降水進行對比分析，如圖5b所示。計算得到1981—2016年低云量和降水量的相關系數為0.46;在2000年后，兩者的相關性更顯著，2005—2016年這11年間的低云量和降水量的相關系數為0.77。

提取EC再分析資料的康平地區上空的mcc參量（中云量），與降水進行對比分析，如圖5c所示。計算得到1981—2016年中云量和降水量的相關系數為0.43;在2000年后，兩者的相關性更顯著，2005—2016年這11年間的中云量和降水量的相關系數為0.84。

提取EC再分析資料的康平地區上空的hcc參量（高云量），與降水進行對比分析，如圖5d所示。計算得到1981—2016年高云量和降水量的相關系數為0.08，2000年前和2000年后，高云量和降水量的相關系數分別為0.05、0.1。

通常情況下，相關系數處于0.8～1.0為極強相關，0.6～0.8為強相關，0.4～0.6為中等強度相關，0.2～0.4為弱相關，0.0～0.2為極弱相關或者無相關。由以上結論可知，康平地區的年降水量和EC再分析資料當地的氣柱液態水含量、總云量、低云量以及中云量均呈中等強度相關關系，與高云量不存在相關關系。其中，年降水量和氣柱液態水含量的相關關系最明顯，在所研究的時間序列1981—2016年間，相關系數達0.6。此外，值得注意的是，年降水量和氣柱液態水含量、總云量、低云量以及中云量的相關關系隨著年代的推進，更加顯著。在近10年（2005—2016年間），年降水量和氣柱液態水含量以及中云量的相關系數均增強為極強相關，年降水量和低云量的相關系數也增強、為強相關。

3 結論與討論

通過研究康平地區的年降水演變特征、年降水和EC再分析資料的云參量的相關關系，以及降水異常年份的天氣形勢背景，并選取若干和降水量相關性較好的再分析參量，從天氣尺度和中尺度對康平地區的降水異常的機理進行了分析，結果表明：

（1）康平地區1959—2016年，年平均降水量516mm。夏季降水占主要部分，貢獻率達68%，秋季、春季和冬季的貢獻率分別為16%、15%和1%。其中，7月降水最多，1月降水最少。

（2）年降水量呈逐年增加的趨勢，增長曲線為y=0.8224x-1118（x：年份，y：年降水量），1967年降水量發生突變增加，在1960年代末期至1970年代末期和1980年代中期至1990年代末期，降水量的增加最為顯著。在1959—2016年，年降水量存在2年-2年半的振蕩周期。

（3）康平地區降水量和EC再分析資料的氣柱液態水含量以及云量均存在一定的相關關系，且在近10年間相關關系更明顯。降水量和氣柱液態水含量在1981—2016年間的相關系數達0.6。2005—2016年，降水量和氣柱液態水含量、中云量以及低云量的相關系數分別達0.9、0.84和0.77。

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