吉林省松原市旱澇變化特征研究

王子一，鄭 蕾，王鯤鵬

(1.四平市氣象局，吉林 四平 136000；2.松原市氣象局，吉林 松原 138000)

松原市是吉林省重要的農牧業生產基地，其糧食和畜牧業產量對吉林省整體農業生產有重要影響。松原市春季干旱少雨，夏季炎熱，降水集中，冬季漫長，降雪量小，寒冷干燥[1]，這一氣候特征使松原地區具有旱澇突變明顯、影響范圍大等特點，容易造成農業減產，降低農民收入，影響本地農業經濟。判斷旱澇標準的指標有很多種，目前學界比較主流的觀點認為，氣溫升高和降水異常是造成旱澇變化的主要原因之一[2]，筆者分析松原市所轄5個市縣1971年—2020年的降水數據，探索松原地區的旱澇變化特征規律，以期減少松原地區旱澇災害損失，促進松原市社會經濟可持續發展[3]。

1 資料和方法

1.1 資料

本文采用1971年—2020年這50年中松原地區所轄4縣1區5個測站的年降水資料，資料來源為天擎系統。

1.2 方法

1.2.1 旱澇等級劃分方法

1.2.1.1 單站旱澇指標(Z指數)。因為Z指數能夠忽略平均降水量的不同所產生的區域差異，所以筆者假設松原地區的降水量服從Pearson-Ⅲ型分布，對其進行處理后，能夠得到服從標準正態分布的降水量的序列，且其能夠較好地反應對應站點的旱澇程度。我們首先根據各站的降水數據進行計算，分別得出其降水量標準化距平序列,然后對其進行Z值變換[4]。

將概率密度函數Pearson-Ⅲ型分布轉換為以Z為變量的標準正態分布。其轉換公式為：

(1)

式中：CS為偏態系數；φi為標準變量，均可由降水資料序列計算求得，計算公式為：

(2)

(3)

1.2.1.2 地區旱澇等級的劃分(W指數)。具體為：

Wi=Ii-Li

(4)

1.2.2 統計方法

表1 單站(Z指數)和區域旱澇(W指數) 等級指標劃分標準

運用線性回歸法分析W指數(年)的趨勢并對其進行顯著性檢驗。以每個站點基于Z指數劃分的旱澇等級作為被檢測信號，對其實現連續一維小波變換，得到小波分析等值線圖，對每個站點旱澇情況進行分析，找出其年際旱澇轉變的周期性變化規律[6-7]。

2 結果分析

2.1 年旱澇變化趨勢特質

通過分析1971年—2020年這50年松原地區5個市縣的年降水資料，計算出50年來W指數的變化曲線，從線性趨勢可以看出：W指數年際變化幅度較大且某些年份數值比較極端，W值最大為2019年，可達160%，最小值為2001年，達到-180%。通過對W指數10年滑動平均變化曲線進行分析，筆者發現在1971年—2020年這50年中，松原地區的W指數上升趨勢較弱，且具有較為鮮明的階段性特征變化，1970年—1980年，松原地區偏旱為主；1980年—2000年期間，松原地區整體輕微偏澇；2000年—2010年又轉為輕微偏旱；2010年之后整體偏澇，且趨勢逐漸嚴重。

圖1 1971年—2020年松原地區年W指數曲線

2.1.1 松原地區整體W指數變化

通過表1的等級劃分標準，可得松原地區1971年—2020年旱澇等級，如表2所示。在這50年中正常年份數為25年，不正常年份25年，分別是特澇年10年，大澇年2年，偏澇年5年；干旱年份出現頻次相對較低，特旱年7年，大旱年1年，無偏旱年份。通過分析W指數得出的特旱和大旱年份降水距平百分率為-21%～-38%，其中特旱年份的降水距平百分率均小于-30%，50年中最小值為2001年，距平百分率為-38%；特澇和大澇年份的降水距平百分率為19%～36%，特澇年份降水距平百分率均大于31%，50年中的最大值為1998年，距平百分率為36%；偏澇年份主要集中在1983年—1995年和2008年之后，降水距平百分率在10%～17%；50年中松原地區無偏旱年份；正常年份的降水距平百分率為-1%～5%。綜上可以看出，1971年—2020年這50年中，松原地區的W指數里旱年和澇年與降水距平百分率對應關系基本一致。

2.1.2 松原各縣市W指數變化

通過表2可以看出，1971年—2020年這50年中松原地區各縣市旱澇年份存在較大差異。寧江區和長嶺縣出現大旱年份最多，同為8年；前郭縣和乾安縣出現特旱年份最多，均為3年，其中乾安縣在1995年—1997年這3年出現連旱(大旱)，寧江區在1995年—1996年出現連旱(大旱)，松原地區所有市縣在這50年中未出現偏旱年份；特澇年份出現最多的是寧江區和乾安縣，均為6年；大澇年份出現最多的是扶余市，為6年；部分市縣存在明顯的旱澇交替現象：寧江區1989年(大旱)—1990年(大澇)、乾安縣1997年(大旱)—1998年(特澇)、長嶺縣1982年(大旱)—1983年(特澇)，1993年(大旱)—1994年(特澇)；整體上松原地區澇年多于旱年，且容易出現極端旱澇年份，其中夾雜連旱、旱澇交替等現象，說明該地區整體旱澇分布具有明顯的復雜性。

表2 1971年—2020年松原地區旱澇等級分布年份

2.2 旱澇變化的周期性

為更直觀地分析松原地區及所轄各市縣的旱澇周期變化特質，利用松原地區5個站的Z指數作為被監測信號，實現一維連續小波變換，分別得到松原地區各市縣的旱澇小波分析圖(圖2)，縱坐標為周期，橫坐標為年份。

通過松原地區各市縣Z指數小波分析圖可以看出：在1971年—2020年這50年尺度下，松原地區各市縣均存在一個非常明顯的主周期，分別是扶余25年、寧江34年、前郭32年、乾安20年、長嶺35年，其特點是波動周期長，強度大；每個市縣還伴隨著4年～6年的副周期，周期強度相對較弱；松原地區的整體波動周期與各市縣的周期基本相呼應，主周期25年且波動明顯，在1971年—2010年40年間還存在有一個6年的波動周期，震蕩周期較強。

扶余 寧江

前郭 乾安

長嶺 松原全地區

3 結論

①通過分析松原地區5個站點1971年—2020年的W干旱指數，對其進行10年滑動平均后發現，松原地區W指數呈現輕微的上升趨勢；②在1971年—2020年這50年中，澇年17年(10年特澇、2年大澇、5年偏澇)，干旱年份8年(7年特旱、1年大旱、無偏旱年份)，正常年份為25年；③在50年的時間尺度上，松原地區旱澇突變特征明顯，寧江、前郭和長嶺旱澇周期相近，而扶余和乾安旱澇周期相近，旱澇分布不均；④對松原地區各市縣W指數進行分析，結果顯示松原地區整體W指數以0.114/10 a的速度遞增。