寶雞市春季第一場透雨時空分布特征

雷 雯, 張向榮, 何可杰, 孟妙志

(1.寶雞市氣象局，陜西 寶雞 721006；2.西安市閻良區氣象局，陜西 西安 710089)

我國北方地區對春季第一場透雨的研究較多。卞韜[1]等采用EOF、REOF和線性趨勢分析了石家莊春季首場透雨的時空分布特征，采用相關分析分析了首場透雨日期與春季、夏季降水的關系，并對首場透雨的典型環流特征進行了分析。李輯[2]等分析了遼寧春播期第一場透雨出現日期和透雨量的季節分布特征和年際年代際變化特征及透雨出現日期和透雨量與播種期降水量的關系。侯慶國[3]、葛徽衍[4]等人分別對陜西榆林、延安春季第一場透雨的氣候特征和分布狀況及環流形勢進行了研究。針對陜西關中西部的春季透雨研究基本為空白。

寶雞市位于陜西省關中西部，屬暖溫帶半干旱半濕潤大陸性季風氣候。受季風影響，干旱在春季發生的頻率高達47.6%[5]，是寶雞春季主要的農業氣象災害。春季第一場透雨可抑制春季旱情，對處于關鍵期的越冬作物生長發育和產量形成，秋田作物的適時播種以及春季森林防火至關重要。開展寶雞地區春季第一場透雨氣候特征分析，提高透雨日期和雨量的預測準確率，對春季抗旱、指導農業生產和森林防火提供科學依據。

1 資料與方法

1.1 研究地域概況

寶雞地處東經106°18′～108°03′，北緯33°35′～35°06′。地質構造復雜，東、西、南、北、中地貌差異大。南、西、北三面環山，山、川、原兼備。行政轄區3區9縣，各縣區地理位置劃分為中東部川塬區：渭濱區、金臺區、陳倉區、鳳翔縣、岐山縣、眉縣、扶風縣；北部山區麟游縣、千陽縣、隴縣；南部山區太白縣、鳳縣。年平均氣溫為8.1～13.5 ℃，年降水量569.7～712.9 mm。

年日照時數1 614.2～2 171.8 h。

1.2 春季第一場透雨標準

研究參考陜西省氣象局透雨標準[6]，結合當地氣候特點，定義寶雞春季第一場透雨：每年春季3-5月首次出現過程降水量≥20 mm(降水過程中允許有一天無雨)或日降水量≥15 mm的一次降水天氣過程為春季第一場透雨。無透墑雨年定義為寶雞市春季≥2/3站無透雨的年份。

1.3 研究資料

研究采用寶雞市11個國家氣象站1981-2019年3-5月逐日降水資料，統計寶雞春季第一場透雨出現時間和降水量，分析春季第一場透雨的氣候特征。

1.4 研究方法

按春季第一場透雨標準，利用寶雞1981-2019年11個站的降水資料，統計各站透雨日期和過程雨量。對透雨日期進行編碼，形成透雨編碼日期序列：將春季第1天3月1日記為1，3月31日記為31，4月1日記為32，5月1日記為62，依次類推，5月31日記為92，計算各站春季第一場透雨日期序列平均值。若透雨日期晚于6月1日，則視為無透雨，在計算平均值時，不將該年計算其中。

筆者采用變異系數 C·V 表示變量多年變化的穩定性。變異系數 C·V =( 多年標準偏差S /多年平均值x)×100%。

世界氣象組織對氣候異常提出2種判別標準，本文采用距平大于標準差的2倍作為異常標準[7]。對寶雞春季第一場透雨日期序列求距平和標準差。標準差值為16.8，規定距平≤-33.6為異常偏早，-33.6<距平≤-16.8為偏早年，-16.8<距平<16.8為正常年，16.8≤距平<33.6為偏遲年，距平≥33.6與未出現春季透雨的年份為異常偏遲年。

氣候突變是氣象要素變化過程中存在的某種不連續現象。因此常用累積距平曲線來確定其計算指標[8]：

(1)

(2)

2 春季第一場透雨時空分布特征

2.1 出現日期空間分布特征

寶雞春季第一場透雨的平均出現日期為4月13日。計算各站春季第一場透雨的平均出現時間和變異系數(表1)。由表1可知，眉縣出現最早，為4月4日；麟游次之，為4月6日；隴縣、太白和鳳縣出現較晚，出現時間分別為4月20日、21日和24日。由此可見中東部川塬區和東北部山區麟游出現時間較早，北部山區千陽和隴縣出現較晚，南部山區太白和鳳縣出現最晚。出現時間由中東部向西北和西南部逐漸推后。全市最早和最晚出現日期相差20 d，說明透雨出現時間具有明顯的局地性變化特征。各站春季第一場透雨出現時間的變異系數為31%～63%。變異系數較大，說明各站春季第一場透雨每年出現時間差異較大，不穩定。1981-2019年中全市于2004年春季≥2/3站無透雨出現，為一次無透墑雨年。

表1 寶雞市各站春季第一場透雨最早、最晚時間，年平均出現時間及變異系數(月-日)

根據氣候異常劃分標準對寶雞各站春季第一場透雨出現日期距平值求頻率(表2)。由表2可知，異常偏早年頻率中東部川塬區高于南北部山區各縣(麟游除外)；偏早年頻率中東部川塬區高于南北部山區鳳縣、太白、隴縣等縣，鳳縣無偏早年份出現；偏遲年頻率中東部川塬區低于南北部山區(麟游除外)；異常偏遲年頻率中東部川塬區低于南北部山區的鳳縣、隴縣和千陽等縣。由此也說明寶雞春季第一場透雨的出現時間中東部川塬區早于南北部山區(麟游除外)。

表2 寶雞市各站1981—2019年春季第一場透雨出現頻率 (%)

2.2 出現日期時間分布特征

利用線性傾向估計的方法分析1981-2019年寶雞市春季第一場透雨平均出現日期的變化。由圖1可以看出，寶雞地區透雨出現日期近39 a總體呈偏晚趨勢，線性趨勢為2.7 d·10 a-1(未通過0.05的信度檢驗)，即每10 a偏晚近3 d。

計算寶雞1981-2019年春季第一場透雨平均出現時間累計距平。由累積距平曲線(圖2)可以看出 ：39 a中寶雞透雨出現時間主要分為三個階段：20世紀1981-1999年為偏早期，21世紀2000-2013年為偏晚期，2014-2019年又進入偏早期。透雨出現日期累計距平的絕對值在1999年達到最大，為-89。計算其所對應的信噪比，結果小于1，沒有達到氣候突變的標準，說明1999年不是氣候突變年，而是透雨偏早年向偏晚年的轉折年。

按照透雨出現的三個階段，統計各站透雨3-5月的出現場次(表3)。可以看出，39 a中各站無透雨的出現頻率為6%，春季第一場透雨出現在3月的頻率為27%，4月為43%，5月為23%。1981-1999年偏早期，春季第一場透雨出現在4月的頻率最多，為50%，3月為38%，5月為13%；2000-2013年偏晚期，春季第一場透雨出現在5月的頻率最多，為49%，4月為39%，3月為13%；2014-2019年偏早期，春季第一場透雨又轉變為4月頻率最多，為52%，3月為39%，5月為8%。可見在偏早期春季第一場透雨多出現在4月。在偏晚期春季第一場透雨多出現在5月。總體以4月出現頻率最多。

表3 寶雞市1981-2019年各站春季平均第一場透雨出現場次

2.3 春季第一場透雨雨量分布特征

利用線性傾向估計的方法分析1981-2019年寶雞市春季第一場透雨雨量與時間的關系。發現扶風、風縣2站多年透雨雨量基本無變化。岐山和麟游分別約以0.5 mm·10 a-1和0.6 mm·10 a-1的遞減率逐年減少，其他各站以0.7～2.5 mm·10 a-1的遞增率逐年增加。太白縣遞增速率最大，其相關系數為0.37，通過0.05的信度檢驗，其他站未通過0.05的信度檢驗，說明其他站透雨雨量與時間的相關性不顯著。

將寶雞各站春季第一場透雨的過程雨量用R來表示。統計過程雨量R在春季不同月份的場次分布如表4所示。發現春季第一場透雨過程雨量各站出現在25 mm≤R<50 mm的頻率為42.1%～60%，是除眉縣外各站出現頻率最多的量級。南部山區太白和鳳縣基本出現在4-5月。川塬區多出現在3-4月；出現在20 mm≤R<25 mm的頻率為22.9%～44.7%，是眉縣出現最多、其他各站出現次多的量級。鳳縣、隴縣5月出現最多，其他各站3-4月出現較多；出現在15 mm≤R<20 mm的頻率為8.6%～21.1%，各站4月出現較多多；R≥50 mm的頻率為0～11.4%，是出現最少的量級，其中千陽未出現，岐山多達4次。以4-5月出現較多。

表4 寶雞市各站春季第一場透雨過程雨量(R)量級出現場次

3 結論

(1) 寶雞春季第一場透雨的平均出現日期為4月13日。最早出現于4月4日，最晚出現于4月24日。出現時間由中東部向西北和西南逐漸推后，川塬區早于南北部山區(麟游除外)。全市透雨最早和最晚出現日期相差20 d，出現時間具有明顯的局地性變化特征。

(2)寶雞春季第一場透雨異常偏早年頻率中東部川塬區高于南北部山區各縣(麟游除外)；偏早年頻率中東部川塬區高于南北部山區鳳縣、太白、隴縣等縣，鳳縣無偏早年份出現；偏遲年頻率中東部川塬區低于南北部山區(麟游除外)；異常偏遲年頻率中東部川塬區低于南北部山區的鳳縣、隴縣和千陽等縣。由此也說明寶雞春季第一場透雨的出現時間中東部川塬區早于南北部山區(麟游除外)。

(3)寶雞春季第一場透雨出現日期近39 a總體呈偏晚趨勢，線性趨勢為2.7 d·10 a-1(未通過0.05的信度檢驗)，即每10 a偏晚近3 d。39 a中各站無透雨的出現頻率為6%，透雨出現在3月的頻率為27%，4月為43%，5月為23%。1981-1999年、2014-2019年屬偏早期，透雨多出現在4月。2000-2013年屬偏晚期，透雨多出現在5月。總體以4月出現頻率最多。

(4)寶雞各站春季第一場透雨過程雨量出現在25 mm≤R<50 mm的頻率為42.1%～60%，是除眉縣外各站出現場次最多的量級；出現在20 mm≤R<25 mm的頻率為22.9%～44.7%，是眉縣出現最多、其他各站出現次多的量級；出現在15 mm≤R<20 mm的頻率為8.6%～21.1%；R≥50 mm的頻率為0～11.4%，是各站出現最少的量級。