孫翠鳳，竇 坤，吳雷柱，徐國(guó)棟，張 婷

(菏澤市氣象局，山東菏澤 274000)

水資源對(duì)農(nóng)業(yè)特別是糧食生產(chǎn)的影響至關(guān)重要。陳印軍等［1］指出，我國(guó)水資源短缺問題日益突出，通過擴(kuò)大灌溉面積來增加糧食產(chǎn)量的難度越來越大。陳學(xué)淵等［2］分析了海河流域水資源利用現(xiàn)狀與對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響程度。在全球氣候變化的背景下，干旱、暴雨、連陰雨等災(zāi)害性天氣，不僅與降水量有關(guān)，而且還與雨日、雨強(qiáng)有關(guān)，但以往較注重降水量變化的研究，很少對(duì)雨日雨強(qiáng)的變化特征進(jìn)行分析研究。石慧蘭等［3］指出，德州旱災(zāi)增加主要是降水量減少造成的，澇災(zāi)平均10年增加0.05次，主要是特大暴雨等極端災(zāi)害性天氣氣候事件增加造成的。苑文華等［4］指出，降水量和不同強(qiáng)度降水日數(shù)的異常變化是形成干旱災(zāi)害的主要原因。汪青春等［5］指出，青海近年來雖然夏半年降水量和雨日在減少，但降水強(qiáng)度在增加。目前，尚未見到魯西南區(qū)域平均降水量和雨日雨強(qiáng)趨勢(shì)變化的系統(tǒng)分析。有關(guān)研究表明:在一個(gè)更加溫暖的地球上，由于海陸風(fēng)氣壓梯度增大，亞洲的季風(fēng)將可能向極地伸展，降水量可能增加，所增加的降水可能主要是在較短的降水時(shí)間里以更加強(qiáng)烈的暴雨形式出現(xiàn)［6］。同時(shí)，氣候變化的主要影響不是來自平均氣溫和降水變化，而是來自極端天氣氣候事件頻率的變化，平均值的微小變化有可能大大改變極端天氣氣候事件出現(xiàn)的頻率［6］。魯西南是重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)，降水量、雨日、雨強(qiáng)特征對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和城市防汛具有重要影響，該文通過分析魯西南平均降水量和雨日雨強(qiáng)的變化特征，以期引起對(duì)降水資源變化和短時(shí)強(qiáng)降水等極端災(zāi)害性天氣氣候事件增加的高度重視。

1 資料和方法

所用資料取自1961～2010年魯西南9縣區(qū) (鄄城、鄆城、菏澤、東明、定陶、巨野、曹縣、成武、單縣)氣象觀測(cè)站降水資料，由于定陶站始建于1963年1月，故該站資料取自1963～2010年。用最小二乘法計(jì)算氣候變化趨勢(shì)，用Mann-Kendall方法檢驗(yàn)降水量突變，用相關(guān)系數(shù)定量表示年降水量與降水日數(shù)的相關(guān)程度，用t檢驗(yàn)法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)［7］。

2 降水量、降水日數(shù)變化分析

2.1 降水量變化分析

1961～2010年魯西南9縣區(qū)年平均降水量658.7mm。2003年降水最多，為1 004 mm;1964年次之，為993.8mm。1966年和1988年降水最少，分別為377.1mm和379.6mm。從圖1看出，5年和9年平均降水距平百分率均表現(xiàn)出波動(dòng)變化特點(diǎn)，魯西南年平均降水量總體變化趨勢(shì)不明顯略呈減少趨勢(shì)，總體變化趨勢(shì)呈現(xiàn)“多—少—多”的變化趨勢(shì)，與山東省近45年區(qū)域平均年降水量的變化趨勢(shì)一致［4］。

圖1 魯西南9站平均降水距平百分率 (黑實(shí)線為逐年變化，粗實(shí)線為趨勢(shì)線，細(xì)虛線、粗虛線分別為5年、9年滑動(dòng)平均)

取位于魯西南西北部的鄄城、中部的菏澤、東南的單縣為代表站進(jìn)行分析 (表1)，魯西南近50年降水量年代際變化明顯，20世紀(jì)60年代降水偏多，之后呈減少趨勢(shì)，20世紀(jì)80年代是近50年降水最少時(shí)期，20世紀(jì)90年代降水量減少但趨勢(shì)減緩，2000～2010年是近50年降水最多時(shí)期，主要是近10年魯西南夏季降水增多的原因 (近10年夏季平均降水量比20世紀(jì)60年代多10%，比20世紀(jì)80年代多32%)。

季節(jié)分配上，魯西南降水集中在夏季，夏季平均降水量388.2mm，占全年降水量的58.9%;其次是秋季，平均降水量131.9mm，占20.0%;春季平均降水量110.4mm，占16.8%;冬季降水最少，平均降水量28.2mm，僅占4.3%。計(jì)算50年四季降水量變化趨勢(shì)，春季降水量以0.30mm/10年的趨勢(shì)減少，夏季降水量以2.90 mm/10年的趨勢(shì)增加，秋季降水量以4.69 mm/10年的趨勢(shì)減少，冬季降水量以1.11 mm/10年的趨勢(shì)增加。

空間分布上，魯西南降水量由東南向西北遞減。50年平均年降水量最多的曹縣 (694.0mm)較最少的鄄城 (598.7mm)多15.9%。

表1 魯西南1961～2010年降水量 (mm)

2.2 降水氣候突變分析

用Mann－Kendall方法檢驗(yàn)近50年魯西南年平均降水量序列的突變，給出α=0.05(Uα=±1.96)的顯著性標(biāo)準(zhǔn)，得出UF和UB曲線 (圖2)?？梢钥闯觯?0年魯西南降水發(fā)生兩次突變，時(shí)間分別在1965年和2003年前后。1961～1964年為多雨期，1966～2002年為少雨期，2003～2010年為多雨期。與上述分析一致。

圖2 魯西南年平均降水量Mann-Kendall曲線

2.3 降水日數(shù)變化分析

魯西南≥0.1mm降水日數(shù)歷年平均75.4天。由圖3a看出，近50年魯西南≥0.1mm降水日數(shù)平均值呈減少趨勢(shì)，每10年減少1.28天，同王穎等關(guān)于雨日的減少比降水量的減少明顯的多平均每10年減少3.8天［8］的結(jié)論一致，但魯西南雨日減少趨勢(shì)稍緩。春季減少0.258天，夏季增加0.017天，秋季減少0.29天，冬季增加0.096天，由此可見，魯西南雨日的減少主要是由于春秋季雨日的減少造成的。魯西南≥5.0mm降水日數(shù)歷年平均27.8天。每10年減少0.39天，春季減少0.059天，夏季減少0.01天，秋季減少0.101天，冬季增加0.038天。

魯西南≥25.0mm降水日數(shù)歷年平均7.2天。由圖3b看出，近50年魯西南≥25.0mm降水日數(shù)平均值呈增加趨勢(shì)，每10a增加0.12天，春季增加0.018天，夏季增加0.038天，秋季減少0.01天，冬季僅有9站次出現(xiàn)≥25.0mm的降水，全部出現(xiàn)在1960年、1961年、1964年、1967年的魯西南南部地區(qū)。

圖3 魯西南近50年降水日數(shù)變化趨勢(shì) (a為≥0.1mm降水日數(shù)，b為≥25.0mm降水日數(shù))

由表2看出:平均降水日數(shù)最多值均出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代或2000～2010年，最少值大多出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代，降水日數(shù)最多 (少)值與降水量最多 (少)值出現(xiàn)的年代際分布一致。用相關(guān)系數(shù)t檢驗(yàn)法檢驗(yàn)各級(jí)降水日數(shù)變化趨勢(shì)發(fā)現(xiàn)，均未達(dá)到一定的顯著性水平，即變化趨勢(shì)不顯著。對(duì)各級(jí)降水日數(shù)與年降水量相關(guān)系數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，各級(jí)降水日數(shù)均與年降水量顯著相關(guān)，其中≥150.0mm降水日數(shù)的相關(guān)性達(dá)到0.05的顯著性標(biāo)準(zhǔn)，其余各級(jí)降水日數(shù)的相關(guān)性均達(dá)到0.001的顯著性標(biāo)準(zhǔn)?！?5.0mm降水日數(shù)與年降水量相關(guān)最為密切。說明從平均狀況看，降水量的多少取決于降水日數(shù)的多少，特別是≥25.0mm降水日數(shù)的多少。

從單站情況看，菏澤、定陶、曹縣≥0.1mm降水日數(shù)顯著下降，達(dá)到0.1或0.05的顯著性檢驗(yàn);菏澤、定陶≥1.0mm降水日數(shù)顯著下降，達(dá)到0.1或0.05的顯著性檢驗(yàn)。說明魯西南中南部地區(qū)降水日數(shù)減少較北部明顯?！?5.0mm、≥50.0mm、≥100.0mm、≥150.0mm降水日數(shù)魯西南南部地區(qū)大多呈增加趨勢(shì)。特別是≥100.0mm的降水日數(shù)中北部呈減少趨勢(shì)，菏澤減少趨勢(shì)達(dá)到0.05的顯著性標(biāo)準(zhǔn);南部呈增加趨勢(shì)，曹縣增加趨勢(shì)達(dá)到0.05的顯著性標(biāo)準(zhǔn)。

1981～2010年≥25.0mm、≥50.0mm、≥100.0mm、≥150.0mm的平均降水日數(shù)與時(shí)間的相關(guān)系數(shù)分別為0.308、0.303、0.179、0.164，≥25.0mm、≥50.0mm降水日數(shù)的增加趨勢(shì)達(dá)到0.05的顯著性標(biāo)準(zhǔn)。

表2 魯西南1961～2010年各級(jí)降水日數(shù)變化趨勢(shì)

3 最長(zhǎng)連續(xù)降水日數(shù)、連續(xù)無降水日數(shù)變化分析

由圖4a看出，平均最長(zhǎng)連續(xù)降水日數(shù) (≥1.0mm)變化趨勢(shì)不明顯略有減少，每10年減少0.033天(近30年以0.128天/10年的趨勢(shì)增加)。平均最多值出現(xiàn)在1964年 (10.4天)，平均最少值出現(xiàn)在1980年 (3.8天)。由圖4b看出，平均最長(zhǎng)連續(xù)無降水日數(shù)呈減少趨勢(shì)，每10年減少1.014天 (近30年以3.293天/10年的趨勢(shì)減少)。平均最多值出現(xiàn)在1984年 (101.3天)，平均最少值出現(xiàn)在2003年 (27.4天)，其次是1964年 (28.1天)。

圖4 魯西南近50年最長(zhǎng)連續(xù)降水日數(shù)和無降水日數(shù)變化趨勢(shì)

4 最大連續(xù)降水量、日降水量變化分析

1961～2010年平均最大連續(xù)降水量呈減少趨勢(shì) (圖略)，平均10年減少3.719 mm。平均最大值出現(xiàn)在1993年 (208.9mm)，其次出現(xiàn)在1963年 (197.9 mm);平均最小值出現(xiàn)在1988年 (65.9mm)。

1961～2010年平均最大日降水量以0.38mm/10年的趨勢(shì)略增 (圖略)。平均最大值出現(xiàn)在1993年(141.0mm)，其次出現(xiàn)在2006年 (139.6mm);平均最小值出現(xiàn)在1966年 (51.8 mm)，其次出現(xiàn)在1997年 (54mm)。從單站情況看，位于中南部的曹縣、巨野、定陶、成武最大日降水量呈增加趨勢(shì)，平均10年分別增加5.999mm、4.059mm、3.242mm和1.913mm;位于中北部的鄆城、東明、菏澤、鄄城及位于最東南部的單縣呈減少趨勢(shì)，平均 10年分別減少 4.115mm、3.083mm、1.973mm、0.759mm和1.631mm。最大日降水量最大值為243.2mm，出現(xiàn)在1965年單縣;其次是236mm和229.9mm，分別出現(xiàn)在1993年定陶和曹縣。最小值為29.5mm，出現(xiàn)在1988年定陶;其次是36.2mm和36.3mm，分別出現(xiàn)在1966年鄆城和曹縣。

1981～2010年平均最大連續(xù)降水量呈增加趨勢(shì) (圖5a)，每10年增加6.724mm;平均最大日降水量呈增加趨勢(shì) (圖5b)，每10年增加4.904mm。

圖5 魯西南近30年最大連續(xù)降水量和最大日降水量變化趨勢(shì)

5 10分鐘、1小時(shí)最大降水量變化分析

1981～2010年平均10分鐘最大降水量以0.707mm/10年的趨勢(shì)增加 (圖6a)，其中位于中南部的定陶、單縣、成武增加趨勢(shì)明顯。平均最大值出現(xiàn)在1998年 (24.3mm)，其次出現(xiàn)在2006年 (23.5mm);平均最小值出現(xiàn)在1988年 (13.9mm)。平均10分鐘最大降水量20世紀(jì)90年代、2000～2010年均明顯大于20世紀(jì)80年代、2000～2010年增加趨勢(shì)減緩。其中20世紀(jì)80年代均值為16.9mm，20世紀(jì)90年代為18.9mm，2000～2010年為18.1mm。

1981～2010年平均1小時(shí)最大降水量以1.423mm/10年的趨勢(shì)增加 (圖6b)，其中位于中南部的單縣、定陶、成武、巨野增加趨勢(shì)明顯。平均最大值出現(xiàn)在1993年 (79.3mm);平均最小值出現(xiàn)在1997年(28.4mm)，其次出現(xiàn)在1988年 (31.0mm)。平均1小時(shí)最大降水量年代際變化與10分鐘變化趨勢(shì)相似，其中20世紀(jì)80年代均值為43.4mm，20世紀(jì)90年代為48.1mm，2000～2010年為46.5mm。20世紀(jì)90年代和2000～2010年分別較20世紀(jì)80年代增加4.7和3.1mm。

統(tǒng)計(jì)分析9站10分鐘、1小時(shí)最大降水量出現(xiàn)時(shí)間資料，結(jié)果表明:10分鐘、1小時(shí)最大降水量均集中出現(xiàn)在7～8月份，各自占總樣本的77.2%和75.2%;把一日分為白天 (08～20時(shí))和夜間 (20～08時(shí))兩個(gè)時(shí)段，10分鐘、1小時(shí)最大降水量出現(xiàn)在夜間的頻率各自占總樣本的44.6%和51.1%。

圖6 魯西南近30年10分鐘和1小時(shí)最大降水量變化趨勢(shì)

6 結(jié)論

(1)近50年，魯西南平均年降水量總體變化趨勢(shì)不明顯，呈波動(dòng)變化略減少。1965年和2003年分別發(fā)生降水突變。20世紀(jì)80年代是魯西南近50年降水最少時(shí)期，2000～2010年是近50年降水最多時(shí)期。季節(jié)分配上，魯西南降水集中在夏季;空間分布上，魯西南降水量由東南向西北遞減。

(2)近50年，魯西南≥0.1mm平均降水日數(shù)每10年減少1.28天。各級(jí)降水日數(shù)均與年降水量顯著相關(guān)，≥25.0mm降水日數(shù)與年降水量相關(guān)最為密切，說明從平均狀況看，降水量的多少取決于降水日數(shù)的多少，特別是≥25.0mm降水日數(shù)的多少。雨日的變化間接反映了太陽直接輻射，它影響當(dāng)?shù)貒?guó)民經(jīng)濟(jì)，特別是影響農(nóng)作物的選取、布局與產(chǎn)量。要解釋雨日氣候變化的原因，恐怕比解釋降水量與氣溫氣候變化的原因更困難些［8］。

(3)近50年，魯西南平均最長(zhǎng)連續(xù)降水、無降水日數(shù)均呈減少趨勢(shì)。平均最大連續(xù)降水量以3.719 mm/10年的趨勢(shì)減少。平均最大日降水量以0.38mm/10年的趨勢(shì)略增，魯西南中南部最大日降水量呈明顯的增加趨勢(shì)，中北部呈明顯減少趨勢(shì)。

(4)近30年，魯西南平均10分鐘最大降水量以0.707mm/10年的趨勢(shì)增加，平均1小時(shí)最大降水量以1.423mm/10年的趨勢(shì)增加，2000年增加趨勢(shì)減緩。

(5)近50年，魯西南降水日數(shù)減少但降水強(qiáng)度增加，短時(shí)強(qiáng)降水出現(xiàn)的月份集中且夜間出現(xiàn)頻率高，致使洪澇災(zāi)害防御任務(wù)更加艱巨。

［1］陳印軍，王勇，盧布.國(guó)際糧食形勢(shì)及我國(guó)糧食生產(chǎn)潛在危機(jī)與對(duì)策.中國(guó)農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2009，30(1):9～15

［2］陳學(xué)淵，唐華俊，吳永常，等.海河流域水資源對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響分析.中國(guó)農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2012，33(5):34～39

［3］石慧蘭，常平，陳成國(guó)，等.德州市降水及旱澇災(zāi)害變化趨勢(shì)分析.中國(guó)農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2012，33(3):23～27

［4］苑文華，張玉潔，孫茂璞，等.山東省降水量與不同強(qiáng)度降水日數(shù)變化對(duì)干旱的影響.干旱氣象，2010，28(1):35～40

［5］汪青春，李林，劉蓓，等.青海省近40年雨日、雨強(qiáng)氣候變化特征.氣象，2005，31(3):69～72

［6］英，馬丁·帕里著，周克前譯.氣候變化與世界農(nóng)業(yè).北京:氣象出版社，1994:1～19

［7］魏鳳英編著.現(xiàn)代氣候統(tǒng)計(jì)診斷與預(yù)測(cè)技術(shù) (第2版).北京:氣象出版社，2007:30～31，37～38，63～64

［8］王穎，施能，顧駿強(qiáng)，等.中國(guó)雨日的氣候變化.大氣科學(xué)，2006，30(1):162