德州市多年降雨特征分析

張雨，張洪亮，邊曉南

（德州市水利局，山東德州253014）

1 前言

氣候是人類賴以生存和發(fā)展的自然環(huán)境的重要組成部分[1]，而水是人類社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)物質(zhì)資料，水資源量關(guān)系到經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域，是人類的生存之本，降雨量是區(qū)域水資源量計(jì)算的重要依據(jù)[2]。由于我國(guó)的降水主要是由東南季風(fēng)帶來(lái)的，以秦嶺-淮河為界，南北方表現(xiàn)出明顯差異，南方距東南季風(fēng)源地近，受其影響較大，降水量豐富，水資源總量占全國(guó)的81%；北方受東南季風(fēng)的影響程度相對(duì)較小，降水量較少，水資源總量?jī)H占全國(guó)的19%。同時(shí)，降雨在時(shí)間及空間分布上由于受到各種自然地理?xiàng)l件影響，在同一地區(qū)表現(xiàn)出較大的時(shí)間和空間差異性。適量的降雨可以改善土壤墑情，有效解決農(nóng)業(yè)旱情，對(duì)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收起到積極作用；但極端的降雨天氣很容易產(chǎn)生次生洪澇災(zāi)害，城市建成區(qū)及主城區(qū)易形成城市內(nèi)澇，對(duì)人民的生命財(cái)產(chǎn)產(chǎn)生威脅。

2 降雨量時(shí)間特征分析

2.1 年平均降雨量特征分析

年平均降雨量是一個(gè)地方區(qū)域小氣候變化的重要衡量指標(biāo)之一。通過(guò)將德州市135個(gè)站點(diǎn)近30 a的年降雨量進(jìn)行多年平均，可以在一定程度上反映出當(dāng)?shù)氐慕涤昴曜兓卣?。為方便分析全市的年平均降雨量，按照縣市區(qū)地理位置分布，根據(jù)全市縣域分布情況，劃分為5個(gè)片區(qū)，分別為中心城區(qū)、中部片區(qū)、南部片區(qū)、東北片區(qū)、西南片區(qū)，降雨站涵蓋全市13個(gè)縣市區(qū)。其中，中心城區(qū)包括德城區(qū)、運(yùn)河開(kāi)發(fā)區(qū)、經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)，占地面積共489 hm2；中部片區(qū)包括陵城區(qū)、平原縣，占地面積共2 260 hm2；南部片區(qū)包括齊河縣、禹城市、臨邑縣，占地面積共3 417 hm2；東北片區(qū)包括慶云縣、寧津縣、樂(lè)陵市，占地面積共2 557 hm2；西南片區(qū)包括武城縣、夏津縣，占地面積共1 633 hm2。

德州市多年平均降雨量為544.4 mm，最大值出現(xiàn)在1990年為812.7 mm、比平均值多268.3 mm，最小值出現(xiàn)在2002年為304.4 mm、比平均值少240.0 mm，各分區(qū)年降雨量差異性較大，其中西南片區(qū)的年降雨量最少為498.7 mm、南部片區(qū)年降雨量最大為549.2 mm、其余3個(gè)片區(qū)降雨量變化不明顯。各片區(qū)降雨量由高到底排序?yàn)闁|北片區(qū)＞中部片區(qū)＞中心城區(qū)＞西南片區(qū)。2002年我國(guó)發(fā)生了中等偏重干旱災(zāi)害，受旱面積較大或旱情較重的有山東等9個(gè)省。相關(guān)研究表明[3]：1950—2010年間，德州市年降水量呈下降趨勢(shì)，20世紀(jì)60年代是降雨量最多的10 a，貢獻(xiàn)量最大的是1964年，這也是降雨量最大的年份；20世紀(jì)80年代是降雨量最少的10 a，年平均降雨量低于560.1 mm；其余各年代降雨量變化穩(wěn)定，均在均值附近上下擺動(dòng)。1950—2010年間降雨量由高到低排序?yàn)?0世紀(jì)60年代＞20世紀(jì)70年代＞20世紀(jì)90年代＞20世紀(jì)50年代＞20世紀(jì)80年代。20世紀(jì)90年代年平均降雨量為559.51 mm，20世紀(jì)80年代年平均降雨量最低為459.74 mm，20世紀(jì)60、70、90年代年平均降雨量均高于本文研究期間年平均降雨量。

通過(guò)對(duì)德州市多年降雨量趨勢(shì)線分析可知，全市總體的降雨量變化特征為隨著年份增加呈平緩下降的趨勢(shì)，其中年降雨量超過(guò)700 mm的年份有4個(gè)，這4個(gè)年份均在2000年以后；年降雨量低于400 mm的年份有5個(gè)，2000年前后均有年份出現(xiàn)低降雨量；其余年份則在多年降雨量平均值上下擺動(dòng)。由此可知，德州市的年降雨量沒(méi)有出現(xiàn)太大的波動(dòng)，基本保持在穩(wěn)定的狀態(tài)。為定量計(jì)算德州市多年平均降雨量的變化特征，對(duì)年降雨量多年數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到線性回歸方程（一次函數(shù)）y=-1.658 6x+569.32（R2=0.012 3），由線性回歸方程可知1996—2018年德州市年降雨量呈現(xiàn)一定的下降趨勢(shì)。

1 a內(nèi)，從4月開(kāi)始，降雨量逐漸增加，到7月達(dá)到峰值，在9月以后迅速減少并進(jìn)入少雨期，10月—次年3月均保持平穩(wěn)的降雨且降雨量很少在30 mm以下，最少月降雨量達(dá)到0，即沒(méi)有產(chǎn)生任何降雨。

2.2 季節(jié)平均降雨量特征分析

本文為了科學(xué)地分析全年的降水變化特征，根據(jù)氣象學(xué)上的標(biāo)準(zhǔn)將全年劃分為4個(gè)季節(jié)，分別是春季（3—5月）、夏季（6—8月）、秋季（9—11月）、冬季（12月—次年2月）[3]。德州市1990—2018年春季多年平均降水量為79.6 mm，占多年平均降雨總量的14.6%；夏季多年平均降雨量為366.6 mm，占多年平均降雨總量的67.3%；秋季多年平均降雨量為81.9 mm，占多年平均降雨總量的15.0%；冬季多年平均降雨量為16.4 mm，占多年平均降雨總量的3.0%。采用春、夏、秋、冬4個(gè)季節(jié)的多年雨量進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合分析，分別得到回歸方程，詳見(jiàn)表1。

表1 德州市各季節(jié)平均降雨量回歸分析

1990—2018 年春季多年平均降雨量呈平穩(wěn)下降趨勢(shì)，最大降雨量發(fā)生在2009年、降雨量為153.2 mm，共有8個(gè)年份降雨量超過(guò)100 mm，其余各年均平穩(wěn)變化；夏季多年平均降雨量表現(xiàn)出平穩(wěn)下降趨勢(shì)，最大降雨量發(fā)生在1990年、降雨量為583.0 mm，共有12個(gè)年份降雨量超過(guò)350 mm；秋季多年平均降雨量表現(xiàn)出平穩(wěn)上升趨勢(shì)，最大降雨量發(fā)生在2003年、降雨量為269.2 mm，共有6個(gè)年份降雨量超過(guò)100 mm，其余各年均平穩(wěn)變化；冬季多年平均降雨量表現(xiàn)出平穩(wěn)下降趨勢(shì)，最大降雨量發(fā)生在1990年、降雨量為53 mm，共有4個(gè)年份降雨量超過(guò)300 mm，其余各年均平穩(wěn)變化。具體情況，如圖1—4所示。

圖1 春季多年降雨量特征

圖2 夏季多年降雨量特征

圖3 秋季多年降雨量特征

圖4 冬季多年降雨量特征

3 降雨量空間特征分析

為了進(jìn)一步地了解德州市降雨時(shí)空分布規(guī)律，結(jié)合ArcGIS空間插值技術(shù)繪制了年降雨量等值線，對(duì)當(dāng)?shù)囟嗄杲涤炅靠臻g分布特征進(jìn)行了詳細(xì)研究。如圖5所示，全市的多年降雨量等值線呈西北-東南走向，基本上由西北向東南遞增，分成9個(gè)等次，降雨是區(qū)域性變量，可能在局部空間產(chǎn)生局部變異。德州西北內(nèi)陸地處平原地區(qū)，地勢(shì)平坦開(kāi)闊，屬于暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)[3]，冷空氣不受高山、丘陵等高地阻礙，逐漸向東南方向推進(jìn)，遇到來(lái)自東南沿海暖濕氣流形成降雨，且降雨隨著氣流逐漸向東南推移，德州中部、東部由于受到南部山區(qū)地勢(shì)阻擋，冷空氣移動(dòng)速度逐漸減慢，導(dǎo)致中部和南部形成的降雨強(qiáng)度和降雨時(shí)間延長(zhǎng)，降雨量大于其他各縣市區(qū)。而德州市西北部縣市區(qū)上空由于冷空氣移動(dòng)速度較快，導(dǎo)致當(dāng)?shù)氐慕涤陱?qiáng)度和降雨時(shí)間均明顯低于中部和南部地區(qū)。武城縣、德城區(qū)、寧津縣、慶云縣西北地區(qū)的年降雨量最少為554 mm，齊河縣的南部年降雨量最大為640 mm，中部、南部的平原縣、臨邑縣、禹城市年降雨量從580～620 mm不等。這表明德州市地處華北平原的地形地勢(shì)和獨(dú)特的暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候是導(dǎo)致德州降雨分布特征明顯的主要因素?？傮w看來(lái)，整個(gè)德州市沒(méi)有出現(xiàn)降雨量極少和極多的區(qū)域，全年降雨量基本處于比較均勻的狀態(tài)，除了西南部縣市區(qū)降雨量偏少以外，其余各地區(qū)降雨量均在年降雨量均值附近擺動(dòng)。

圖5 德州市多年降雨空間分布特征

4 結(jié)語(yǔ)

德州市1990—2018年降雨量呈平穩(wěn)下降趨勢(shì)，多年平均降雨量為544.4 mm，最大值出現(xiàn)在1990年、為812.7 mm，最小值出現(xiàn)在2002年、為304.4 mm，進(jìn)入21世紀(jì)后，沒(méi)有出現(xiàn)較大、特大降雨量，近30 a降雨量變化較為穩(wěn)定；各季節(jié)多年降雨量最大值出現(xiàn)在夏季，最小值出現(xiàn)在冬季，春、夏、冬季多年降雨量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，秋季多年降雨量呈現(xiàn)緩慢上升趨勢(shì)。