天水市1981—2020年間降水量的時序特征分析

摘 要：研究天水市降水時空特征對于促進本地特色農產品增產增收具有實踐意義。選取天水市7個氣象站點1981—2020年逐月降水數據，采用降水傾向率法，對天水市全域降水量的時序特征進行分析。結果表明，氣象站點年降水量均值為428.8～563.7 mm，年降水量最大值為587.1～875.8 mm，年降水量為239.3～392.1 mm，CV值為0.19～0.25，極值比為1.9～2.7。近40年來，天水市降水在時間方面不均衡，有明顯的季節性和區域差異。

關鍵詞：降水量；時序特征；天水市

中圖分類號：P426.614 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）09–0-03

近年來，受全球變暖影響各種極端氣候災害頻發，對人類的正常生產與生活造成了嚴重影響。天水市是渭河上游重要的水源補給區，也是甘肅省重要的特色農產品產區，同時，天水市地處渭北黃土丘陵溝壑區與秦嶺山地的交匯區，長江上游與黃河上游的交匯區，是隴東南地區重要水源地。研究天水市降水量時序變化特征，對合理制定區域防洪排澇策略及保護區域內人類活動、生態環境具有重要意義。

國內學者廣泛研究了區域降水突變特征和變化趨勢。張藝玄等[1]突變檢驗分析了暴雨變化趨勢及特征，發現1998年后長江中下游地區的年均暴雨強度、暴雨日數和暴雨量較之前明顯增加，暴雨顯著變化的突變點出現在1988年；李軍[2]應用Ken-dall法與反距離權重插值法探究了極端降水事件、年內降水強度及年際特征，發現絕大多數降水量集中在怒江流域的中、下游地區，極端降水次數與降水量變化趨勢基本一致，兩者均表現出波動增大趨勢。綜合相關文獻資料發現，研究探討大凌河流域不同尺度水文要素變異情況的較少。因此，結合前人研究成果和大凌河流域實測長序列降水量數據，應用降水傾向率法和降水距平百分率法，深入分析了1980—2020年天水市降水量變化特征和發展規律，為保障區域內工農業生產及當地防汛抗旱策略的制定提供一定支持。

1 研究區概況

研究區為甘肅省天水市，位于甘肅省東南部，地處陜、甘、川三省交界，東連祖國內地華中、華東及沿海各地，西通青海、西藏、新疆直至歐亞大陸橋上的歐洲各國，南鄰祖國大西南，四川、重慶、云南、貴州，北上翻越六盤山便可進入寧夏。天水市正好在祖國的幾何中心，市區平均海拔為1 100 m。年平均降水量574 mm，自東南向西北逐漸減少。中東部山區雨量在600 mm以上，渭河北部不及500 mm。年均日照2 100 h，渭北略高于關山山區和渭河谷地，日照百分率在46%～50%，春、夏兩季分別占全年日照的26.6%和30.6%，冬季占22.6%。冬無嚴寒，夏無酷暑，春季升溫快，秋多連陰雨。氣候溫和，四季分明，日照充足，降水適中。

天水市地跨長江、黃河兩流域，以西秦嶺為分水嶺，北部地區為黃河水分的渭河流域，面積11 673 km2，占全市總面積的81.49%；南部地區為長江水分的嘉陵江流域，面積2 652 km2，占全市總面積的18.51%。境內渭河流長約280 km，沿河接納流域面積1 000 km2的支流有榜沙河、散渡河、葫蘆河、藉河、牛頭河。嘉陵江的主要支流有白家河、花廟河、紅崖河等，流程較短，水量豐沛。研究該區域降水的時序變化特征對于促進當地農業活動安全生產進行、保護生態環境穩定健康發展具既具有理論意義也具有實踐意義。

2 研究方法

本研究主要采用的研究方法為降水傾向率法和降水距平成分率法。

2.1 降水傾向率法

建立降水要素時間變化的一元線性回歸方程，以此來反映降水的變化趨勢，其公式如下：

xi=a+bti（i=1，2，…，n）（1）

式（1）中，xi表示第i個樣本在時間ti所對應的降水量；a、b均為回歸常數，可用最小二乘法進行估計，其中，b又稱為趨勢變化率，則表示降水在研究時段內的變化趨勢與變化強度；ti表示xi所對應的時間。若

b＞0則表示降水因子在研究時段時間序列中呈上升趨勢，b＜0表示降水因子在該時間序列中呈下降趨勢。b×10稱為降水傾向率，其大小決定xi的變化幅度，單位為mm/10年。

2.2 降水距平百分率法

Pa可以反映某時段降水與同期狀態的偏離程度，進而可以反映降水量的時空變化差異。計算公式如下：

Pa=×100%（2）

式（2）中，P為某時段的降水量，單位為mm；P為計算時段同期平均降水量。

（3）

式（3）中，n=40，因本研究選取1981—2020年40年逐月降水數據。

3 數據來源

3.1 氣象數據

研究中所用數據主要來源于中國氣象數據網、甘肅省統計局、天水市氣象局。選取天水市7個氣象觀測站1981—2020年逐月降水數據，數據完整，沒有缺失。將季節劃分為春季（3—5月），夏季（6—8月），秋季（9—11月），冬季（12—翌年2月）。

3.2 遙感數據

所用到的天水市DEM高程數據來自地理空間數據云；天水市行政區矢量數據來自1∶400萬全國矢量數據。

4 研究結果

4.1 研究區年降水量的空間特征

年降水量的空間特征描述通過采用各氣象站點年降水量的最大值、最小值、均值、極值、CV值來表示。由表1可以看出，各個氣象站點年降水量均值為428.8～563.7 mm；年降水量最大值為587.1～875.8 mm；年降水量最小值為239.3～392.1 mm；CV值為0.19～0.25，極值比為1.9～2.7。從整體來看，天水市從1981—2020年近40年的降水量變化幅度不大，較為穩定。從年降水量的值來看，天水市降水空間差異明顯，但是各個區內的變化幅度基本一致，且差異比較小。

4.2 降水量時間變化特征

4.2.1 降水量年變化趨勢分析

為了進一步描述天水市年際降水量特征，采用距平變化百分比進行分析。將40年的降水時序，劃分為1981—1990、1991—2000、2001—2010和2011—2020年降水量按照各年代分區域，計算各自降水距平百分比，依照計算結果，7個氣象站點的距平百分比都比較小，各個區域內降水量的距平變化基本一致。其中，除了1990和2010年天水站氣象局外河，谷區年降水量都低于平均值。渭北區3個氣象站年平均降水都高于平均值。關山區2個氣象站年平均降水均低于平均值。7個氣象站點的距平百分比均較小。為了進一步探討市域內年際間降水量變化的內部差異，將全市域細分為河谷區、渭北區和關山區3個亞區作深入分析。

（1）河谷區降水量的年際變化特征。河谷區天水站近40年來的降水呈下降的趨勢（圖2），而麥積站呈上升的趨勢。其中，天水站降水下降趨勢為3.321 mm/10年，麥積站降水上升趨勢為18.054 mm/10年。天水站的最大降水值出現在2003年（803.9 mm），最小值出現在2009年（292.6 mm），極差值為511.3 mm；麥積站的最大降水值出現在2013年（823.1 mm），最小值出現在1982年（318.3 mm），極差值為504.8 mm。

（2）渭北區降水量的年際變化特征。渭北地區甘谷站近40年來的降水呈下降的趨勢，而秦安站和武山站呈增加的趨勢（圖3）。其中，甘谷站降水下降趨勢為0.558 mm/10年，秦安站降水上升趨勢為1.455 mm/10年，武山站降水上升趨勢為1.710 mm/10年。可以得出渭北區3個氣象站點近40年降水量上升和下降的趨勢并不明顯。甘谷站的最大降水值出現在2018年（626.9 mm），最小值出現在2010年（324.3 mm），極差值為302.6 mm；秦安站的最大降水值出現在2003年（703.3 mm），最小值出現在1997年（287.3 mm），極差值為416 mm。武山站的最大降水值出現在2003年（587.1 mm），最小值出現在1997年（239.3 mm），極差值為347.8 mm，且秦安站和武山站降水量最大年份和最小年份都出現在2003年和1997年。區內降水變化趨勢基本一致。

（3）關山區降水量的年際變化特征。關山區張家川站和清水站近40年降水都呈現增加的趨勢（圖4）。其中，張家川站降水增加趨勢為7.350 mm/10年，清水站上升趨勢為9.394 mm/10年。張家川站的最大降水值出現在2003年（820.0 mm），最小值出現在1997年（367.3 mm），極差值為452.7 mm；清水站的最大降水值出現在2013年（875.8 mm），最小值出現在1996年（392.1 mm），極差值為483.7 mm。

4.2.2 降水量四季變化趨勢分析

春季，天水站和麥積站近40年的降水均呈增加的趨勢。其中，天水站降水增加趨勢為5.339 mm/10年，麥積站降水增加趨勢為2.610 mm/10年。天水站的最大降水值出現在2012年（173.2 mm），最小值出現在2009年（9.3 mm），極差值為163.9 mm。麥積站的最大降水值出現在2018年（231.1 mm），最小值出現在2008年（52.8 mm），極差值為178.3 mm。

夏季，河谷區天水站近40年的降水呈減少趨勢，麥積站的降水呈增加趨勢。其中，天水站降水增加趨勢為1.615 mm/10年，麥積站降水增加趨勢為15.672 mm/10年。

天水站的最大降水值出現在2019年（482.8 mm），最小值出現在1982年（97.3 mm），極差值為385.5 mm。麥積站的最大降水值出現在2012年（591.1 mm），最小值出現在1982年（85.1 mm）極差值為506 mm。天水站和麥積站夏季最小降水均出現在1982年，且降水幅度差異大。

秋季，河谷區天水站和麥積站的降水均呈增加趨勢。其中，天水站降水增加趨勢為2.834 mm/10年，麥積站降水增加趨勢為1.099 mm/10年。天水站的最大降水值出現在2003年（266.4 mm），最小值出現在1987年（66.5 mm），極差值為199.9 mm。麥積站的最大降水值出現在2003年（259.9 mm），最小值出現在1987年（65.4 mm），極差值為194.5 mm。天水站和麥積站秋季極值均出現在相同的年份。

冬季，河谷區天水站和麥積站的降水均呈減少趨勢。其中，天水站降水減少趨勢為0.913 mm/10年，麥積站降水減少趨勢為0.019 mm/10年。天水站的最大降水值出現在1989年（31.1 mm），最小值出現在1985年（5.1 mm），極差值為26.0 mm。麥積站的最大降水值出現在1989年（26.0 mm），最小值出現在1985年（2.4 mm），極差值為23.6 mm。天水站和麥積站秋季極值均出現在相同的年份。

5 結論

天水市近40年降水區域和季節分布極不均衡，存在明顯的區域性和季節性差異。年降水量為495 mm，河谷區天水站年降水呈減少的趨勢但變幅較小。麥積站的降水呈增加的趨勢且變幅大，關山區年降水呈增加趨勢且變化幅度次之。渭北區除甘谷站外降水都呈增加趨勢且變化幅度平緩。天水市四季變化趨勢為：春季、夏季和秋季降水都呈增加的趨勢，夏季變幅最大；冬季降水則呈現出減少的趨勢，減少的幅度比較平緩。

參考文獻

[1] 張藝玄，胡正華.長江中下游地區近60年暴雨變化特征研究[J].氣候與環境研究，2019，24（6）：755-768.

[2] 李軍.基于日降雨數據的遼寧省降雨侵蝕力初步分析[J].水土保持應用技術，2018（3）：8-10.

收稿日期：2024-04-10

作者簡介：王廣玉（1969—），女，甘肅臨洮人，副教授，研究方向為農林氣候、環境工程及農林高職教育等。#通信作者：何敬慧，E-mail：2549940991@qq.com。