松花江流域近50年降水序列趨勢分析

馬 超，申 成，孫 崎

(黑龍江農(nóng)墾現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程設(shè)計(jì)有限公司，哈爾濱150090)

近幾年來，隨著人類對環(huán)境改造力度的加大和 全球氣候的逐漸變暖，災(zāi)害性天氣發(fā)生頻率逐年上升，降水格局變化及其區(qū)域分宜的不確定性更加突出，特別是區(qū)域性旱澇災(zāi)害的頻現(xiàn)，與降水的變化有著密切的聯(lián)系。目前，關(guān)于降水序列特征的研究，國內(nèi)外很多學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究［1-3］，并取得了許多顯著的成果。松花江是我國七大江河之一，流域水系發(fā)育，支流眾多。流域處于北溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，有明顯的大陸性氣候特點(diǎn)，冬季嚴(yán)寒漫長，夏季溫濕多雨，部分地區(qū)屬寒溫帶氣候，多年平均年降水量525 mm［4-5］。哈爾濱水文站位于松花江干流的中游，是第二松花江和嫩江匯合后的主要控制站，1898年該站為水位站，1953年擴(kuò)建為水文站，控制流域面積389 769 km2，占流域面積的70%［6］。

本研究通過對1961—2008年間哈爾濱水文站的降水統(tǒng)計(jì)分析，對流域春季、夏季、秋季、冬季和年均的降水趨勢進(jìn)行識(shí)別，充分認(rèn)識(shí)松花江流域降水變化特征，為進(jìn)一步研究松花江流域水資源變化趨勢奠定基礎(chǔ)，同時(shí)也可為流域水資源優(yōu)化配置和調(diào)度提供決策依據(jù)。

1 資料來源及數(shù)據(jù)分析方法

采用松花江哈爾濱水文站監(jiān)測的1961—2008年的逐月降水量資料(來源于《黑龍江流域水文資料》第二冊《松花江上游區(qū)(三岔河以上)》)，分別對1961—2008年間春季(3—5月)、夏季(6—8月)、秋季(9—11月)、冬季(12—2月)和年均(1—12月)降水量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

趨勢分析方法有很多種，通常包括線性擬合、累積距平、二次平滑、滑動(dòng)平均、三次樣條函數(shù)、Kendall秩次相關(guān)法、Mann Kendall秩次相關(guān)法、spearman秩次相關(guān)系數(shù)法等［7］。常用的有線性擬合、滑動(dòng)平均、累積距平和Mann Kendall秩次相關(guān)法。為了計(jì)算方便和實(shí)用，本文采用一元線性回歸和累積聚平等二種方法分別對松花江流域四季(春、夏、秋、冬)降水和年平均降水序列進(jìn)行趨勢檢驗(yàn)。

2 降水序列趨勢分析

2.1 基于一元線性回歸的降水序列趨勢分析

采用一元線性回歸趨勢分析法對松花江流域1961—2008年四季(春、夏、秋、冬)和年平均降水序列進(jìn)行趨勢分析，見圖1。

從圖1中可以看出:松花江流域夏季和秋季降水量隨著時(shí)間的變化呈現(xiàn)遞減的趨勢，且秋季降水遞減的趨勢明顯小于夏季。其中:夏季平均降水變化率為1.07 mm/10a，其減少趨勢相對明顯;秋季平均降水變化率為0.03 mm/10a，但減少趨勢已不顯著。春季和冬季降水量隨著時(shí)間的變化呈現(xiàn)遞增的趨勢，但春季和冬季降水遞增的趨勢均不明顯。其中:春季平均降水變化率為0.45 mm/10a，其增加趨勢相對明顯;冬季平均降水變化率為0.29 mm/10a，其減少趨勢相對較弱?？傮w上看，年平均降水變化比較平穩(wěn)，年平均降水變化率僅為0.09 mm/10a，表明，近幾十年來，松花江流域降水量變化趨勢較小。

2.2 基于累積距平法的降水序列趨勢分析

累積距平是一種常用的、由線性直觀判斷變化趨勢的方法。從曲線明顯的上下起伏可以判斷其長期顯著的演變趨勢及持續(xù)性變化，甚至可以診斷出發(fā)生突變的大致時(shí)間。當(dāng)距平值增加時(shí)，累積距平曲線呈上升趨勢;反之，則呈下降趨勢。并且從曲線小的波動(dòng)變化可以考察其短期的距平值變化［8-9］。

根據(jù)前述降水?dāng)?shù)據(jù)繪制松花江流域春季、夏季、秋季、冬季和年平均降水累計(jì)距平分析圖，見圖2。從圖2中可以看出:春季降水變化趨勢和冬季基本相似，變化幅度較小，均在0處附近上下波動(dòng);夏季降水變化與秋季降水、年平均降水波動(dòng)均較大，其中夏季降水變化趨勢與年平均降水呈現(xiàn)出較好的相似性，其相關(guān)系數(shù)達(dá)0.9734。根據(jù)其變化趨勢均可以大致分為4個(gè)階段:①1961—1966年，降水呈增加趨勢，是降水相對豐富的年份;②1967—1979年，降水呈減小趨勢，為少雨年份，其間1968-1969出現(xiàn)一定幅度的上升;③1980—1994年，降水呈增加趨勢，降水相對豐富，1988—1989年出現(xiàn)小幅度下降，并且在1990—1993年呈現(xiàn)一定的穩(wěn)定期;④1995—2008年，降水減少，其間1995—2000年出現(xiàn)一定程度的波動(dòng)，2001—2006年變化比較平穩(wěn)。

綜上，松花江流域春季降水變化趨勢和冬季基本相似，變化幅度較小，均在0處附近上下波動(dòng)，其隨著時(shí)間的變化呈現(xiàn)遞增的趨勢，但春季和冬季降水遞增的趨勢均不明顯;夏季降水變化與秋季降水波動(dòng)均較大，其隨著時(shí)間的變化呈現(xiàn)遞減的趨勢，且秋季降水遞減的趨勢明顯小于夏季。另外，夏季降水變化趨勢與年平均降水呈現(xiàn)出較好的相似性?？傮w上近幾十年來，松花江流域降水量變化趨勢較小。

圖1 松花江流域春季、夏季、秋季、冬季和年平均降水趨勢分析圖

圖2 松花江流域春季、夏季、秋季、冬季和年平均降水累計(jì)距平分析圖

3 結(jié)論

本文采用一元線性回歸和累積距平等二種方法，通過對哈爾濱水文站1961年—2008年的近50 a月降水資料的分析，得出:

1)松花江流域夏季和秋季降水量隨著時(shí)間的變化呈現(xiàn)遞減的趨勢，且秋季降水遞減的趨勢明顯小于夏季。春季和冬季降水量隨著時(shí)間的變化呈現(xiàn)遞增的趨勢，但春季和冬季降水遞增的趨勢均不明顯?？傮w上近幾十年來，松花江流域降水量變化趨勢較小。

2)春季降水變化趨勢和冬季基本相似，變化幅度較小，均在0處附近上下波動(dòng);夏季降水變化與秋季降水、年平均降水波動(dòng)均較大，其中夏季降水變化趨勢與年平均降水呈現(xiàn)出較好的相似性，這與夏季降水豐富，其它季節(jié)降水相對較少，導(dǎo)致夏季降水在年降水所比重較大有關(guān)。

研究結(jié)果不僅為松花江流域進(jìn)行水資源利用綜合規(guī)劃、防洪減災(zāi)保護(hù)人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)提供了科學(xué)的參考依據(jù)，同時(shí)對于流域充分利用降水資源，合理調(diào)度水資源，實(shí)現(xiàn)水資源的高效利用也具有重要意義。

［1］劉東，付強(qiáng).基于小波變換的三江平原井灌區(qū)主汛期降水序列多時(shí)間尺度分析［J］.水土保持研究，2008，15(6):42-45.

［2］劉東，付強(qiáng).基于小波變換的三江平原低濕地井灌區(qū)年降水序列變化趨勢分析［J］.地理科學(xué)，2008，28(3):380-384.

［3］孟凡香，徐淑琴，李天霄，等.基于離散小波變換的水稻生育期降水量多時(shí)間尺度特征分析［J］.黑龍江水專學(xué)報(bào)，2010，37(1):104-106.

［4］王富強(qiáng)，許士國.ENSO事件對松花江流域夏季降水的影響［J］. 華北水利水電學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，30(1):1-4.

［5］韓慶紅，陳渭民，王普才，等.PRISM在松花江流域降水分布中的應(yīng)用研究［J］.南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，29(1):56-61.

［6］顧海燕.加權(quán)馬爾可夫鏈在松花江哈爾濱站徑流量預(yù)測中的應(yīng)用［J］. 黑龍江水專學(xué)報(bào)，2008，35(3):112-115.

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［9］劉聚濤，楊永生，許新發(fā).撫河流域降水序列趨勢和突變特征分析［J］.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，38(4):1-6.