1980年—2016年農(nóng)安縣降水變化特征分析

呂姍姍

（農(nóng)安縣氣象局，吉林 農(nóng)安 130200）

農(nóng)安縣地處松遼平原中部，東經(jīng)124°32′～125°46′，北緯43°54′～44°57′。農(nóng)安縣西面與公主嶺接壤，南部和長(zhǎng)春市綠園區(qū)、寬城區(qū)交接，北部與前郭交壤，東部與扶余縣相鄰，總面積543 005.9 hm2。農(nóng)安縣是吉林省重點(diǎn)產(chǎn)糧大縣，本文依據(jù)1980年—2016年以來(lái)農(nóng)安縣的降水量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，分析變化規(guī)律、突變情況，并對(duì)發(fā)生明顯變化的影響因素做初步的研究，并對(duì)其未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)做出初步預(yù)估，希望能夠更加全面地了解農(nóng)安縣的降水變化情況，服務(wù)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

1 資料與方法

1.1 資料來(lái)源

本文使用的降水統(tǒng)計(jì)資料均來(lái)源于農(nóng)安縣氣象站。文章選取1980年—2016年氣象數(shù)據(jù)序列在過(guò)去37年來(lái)的對(duì)比分析，從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度來(lái)看，這樣長(zhǎng)的時(shí)間序列可以得到更充分可信的結(jié)果。四季按氣象方法劃分：春季（3月—5月）夏季（6月—8月）、秋季（9月—11月）、冬季（12月—次年2月）。

1.2 研究方法

運(yùn)用趨勢(shì)分析法[1]、滑動(dòng)平均法[2]、變差系數(shù)法[3]、累計(jì)距平[4]、Mann-Kendall突變檢驗(yàn)[5]、R/S分析[6]等分析方法，對(duì)農(nóng)安縣1980年—2016年降水量的年際、年代際、季節(jié)變化特征、突變特征進(jìn)行分析，并且對(duì)變化原因進(jìn)行初步研究，對(duì)未來(lái)的初步變化趨勢(shì)進(jìn)行了分析。

2 降水量變化特征分析

2.1 降水量年際變化特征

從農(nóng)安縣降水年際變化分析（圖1）可知，從1980年—2016年，農(nóng)安縣年降水量略有減少，平均減少率-13.83 mm/10 a。通過(guò)分析5年滑動(dòng)曲線可以看出，20世紀(jì)80年代—20世紀(jì)90年代，農(nóng)安縣的年降水量上下波動(dòng)不大。90年代末快速減少，2000年初期達(dá)到波谷后繼續(xù)增加，相鄰年份之間也存在較大差異，1998年和1999年差值最大，相差為361.9 mm。

圖1 1980年—2016年農(nóng)安縣降水量年際變化曲線Fig.1 Annual Variation Curveof Precipitation in Nong'an County from 1980 to 2016

2.2 降水量季節(jié)變化特征

對(duì)農(nóng)安縣1980年至2016年春季、夏季、秋季和冬季的季降水量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（圖2）。其中，春季的平均降水量是72.6 mm，1990年出現(xiàn)了最大值，為191.9 mm，2001年降水量最小，只有26 mm。夏季平均降水340.3 mm，最大573.4 mm，出現(xiàn)于2005年，最小為169.7mm，2014年出現(xiàn)。秋季平均為73.1 mm，2016年秋季降水量最大，為160 mm，2011年秋季降水量最小，為26.5 mm。降水量冬季平均為12.9 mm，2012年冬季降水量最大，為40.1 mm，1985年最小，為4.8 mm。由此可以說(shuō)明，農(nóng)安降水集中季節(jié)是夏季。

圖2 1980年—2016年農(nóng)安縣四季降水量變化曲線Fig.2 Four season precipitation change curve of Nong'an County from 1980 to 2016

2.3 降水量年代際變化特征

以年代的劃分方式來(lái)分析統(tǒng)計(jì)農(nóng)安縣的降水量，與此同時(shí)借助變差系數(shù)法，通過(guò)計(jì)算得出變差系數(shù)，由表1可知，年均降水量80年代為533.3 mm，是3個(gè)年代里的最大值，最少在21世紀(jì)初，只有472.6 mm。年降水量年代際變異性較大，最大變異系數(shù)為80年代的0.198，而21世紀(jì)初的0.162，是最小值。以上說(shuō)明20世紀(jì)80年代的降水波動(dòng)之大，而21世紀(jì)初的波動(dòng)之小。

表1 1980年—2016年農(nóng)安縣降水量年代際統(tǒng)計(jì)表Tab.1 Interdecadal statisticsof precipitation in Nong'an County from 1980 to 2016

不同季節(jié)在不同年代里的降水平均值差異較為明顯。37年的春季降水量平均值為72.6 mm，20世紀(jì)90年代的春季降水平均值最大，為87.5 mm，20世紀(jì)80年代春季降水的平均值最小，為67.2 mm。變差系數(shù)也是90年代最大，說(shuō)明這段時(shí)間里降水量的波動(dòng)最大，80年代最小，說(shuō)明這段時(shí)間里的降水量上下浮動(dòng)較??；1980年至2016年，夏季降水的平均值為340.3 mm，其中20世紀(jì)80年代最大，是358.1 mm，而21世紀(jì)初最小，只有301.2 mm，變差系數(shù)21世紀(jì)初最大，說(shuō)明這段時(shí)間里夏季的降水大小波動(dòng)較大，20世紀(jì)90年代變差系數(shù)最小，說(shuō)明這段時(shí)間里，夏季降水的大小波動(dòng)較?。?7年里秋季降水量的平均值為73.1 mm，其中20世紀(jì)90年代最大，為79.5 mm，21世紀(jì)初最少，為72.1 mm，變差系數(shù)20世紀(jì)90年代最大，20世紀(jì)80年代最小，由此可見(jiàn)不同年代秋季降水多少的浮動(dòng)情況；37年冬季降水的平均值為12.9 mm，其中21世紀(jì)初冬季降水平均值最大，為15.9 mm，20世紀(jì)80年代最小，只有9.7 mm。而變差系數(shù)20世紀(jì)80年代最大，21世紀(jì)初最小，可知21世紀(jì)初的不同冬季的降水量相互差異較大。

2.4 降水量突變特征

氣候從一種氣候常態(tài)向另一種氣候常態(tài)的突然性的變化，稱之為氣候突變[7]。圖3是1980年—2016年里農(nóng)安縣各年年降水量的距平和累積距平統(tǒng)計(jì)，20世紀(jì)80年代初期年降水量差較大，累積曲線先在1982年下降至最低，而后開(kāi)始大幅升高，期間雖然也有波動(dòng)下降，但上升為主體趨勢(shì)。1999年左右，累積曲線達(dá)最高點(diǎn)，之后的2000年、2001年和2002年降水量較少，導(dǎo)致累積曲線大幅下降。之后的時(shí)間里，累積曲線起伏波動(dòng)不斷，正負(fù)降水量距平基本持平。

圖3 1980年—2016年農(nóng)安縣年降水量距平曲線Fig.3 Anomaly curve of annual precipitation in Nong'an County from 1980 to 2016

對(duì)農(nóng)安縣1980年—2016年的年降水量進(jìn)行突變檢驗(yàn)（圖4）。由圖可知，UF與UB曲線在臨界線內(nèi)相交6次，但兩者都沒(méi)有超出過(guò)臨界線，由此判斷，年降水量沒(méi)有突變過(guò)。

圖4 1980‐2016農(nóng)安縣年降水量Mann‐Kendall突變檢驗(yàn)曲線（u0.05=±1.96）Fig.4 Mann‐Kendall mutation test curve of annual precipitation in Nong'an County from 1980 to 2016

分析1980年—2016年農(nóng)安縣春季、夏季、秋季和冬季降水量的距平和累積距平，得到圖5。累積距平曲線的上升和下降說(shuō)明了該時(shí)間點(diǎn)降水量距平的正和負(fù)，也就間接說(shuō)明降水量的大和小。春季圖中，20世紀(jì)80年代農(nóng)安縣各年的春季降水量較平均值低的年份較多，在90年代初曾短暫上升，之后逐年下降，累積距平最低點(diǎn)出現(xiàn)在1994年，21世紀(jì)初，累積曲線開(kāi)始下降，到了2007年后逐步回升。20世紀(jì)80年代末，夏季累積降水距平呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，也就是說(shuō)，這段時(shí)期的夏季為多雨時(shí)期。21世紀(jì)初，曲線明顯向下滑動(dòng)。2015年降水量距平達(dá)到最低點(diǎn)。20世紀(jì)80年代，秋季降水量的累積距平曲線出現(xiàn)了小的起伏，波谷出現(xiàn)在1985年，之后緩慢回升。1990年—2016年這段時(shí)間，曲線波動(dòng)較大，1996年左右曲線達(dá)到最高點(diǎn)，這說(shuō)明1990年—1996年這段時(shí)間降水較多，而后直到2016年，曲線下降上升反復(fù)，波動(dòng)情況不一。冬季圖中，曲線一直位于零線以下，80年代，曲線一直下滑，說(shuō)明這段時(shí)間降水較少，從90年代開(kāi)始，曲線開(kāi)始有起有伏，也就說(shuō)明降水有多有少，21世紀(jì)開(kāi)始，曲線開(kāi)始滑動(dòng)上升，整體上升趨勢(shì)明顯，說(shuō)明這段時(shí)間降水較多。

圖5 1980年—2016年年農(nóng)安縣四季降水量距平和累積距平曲線Fig.5 Seasonal precipitation anomaly and cumulative anomaly curve of Nong'an County from 1980 to 2016

對(duì)農(nóng)安縣近37年春天、夏天、秋天和冬天Mann-Kendall突變檢測(cè)表明,在研究期間,春天是呈整體減少的線性趨勢(shì),UF和UB曲線在2014年交叉,顯著水平不存在超過(guò)臨界線后,春季沒(méi)有降水突變；80年代到90年代早期,夏季降水量出現(xiàn)了下降,但在1980年代末,有反彈現(xiàn)象,UF和UB曲線相交于臨界線內(nèi)多次，但在那之后,沒(méi)有超出過(guò)臨界線,可以確定夏季降水未出現(xiàn)突變。20世紀(jì)80年代—20世紀(jì)90年代，秋季降水減少，20世紀(jì)90年代中期—21世紀(jì)初，近10年的秋季降水增加，然后逐漸減少，UF曲線和UB曲線沒(méi)有超過(guò)臨界線，這也就表示，秋季降水量無(wú)突變發(fā)生。20世紀(jì)90年代初—21世紀(jì)初，冬季降水量略有增加，同時(shí)，雖然UF曲線和UB曲線相交多次，卻終究未超出0.05的顯著水平，也就是說(shuō)，降水量在冬季未曾突變。從20世紀(jì)80年代—90年代，降水先增后減。

3 降水變化原因簡(jiǎn)要分析

農(nóng)安縣年降水量出現(xiàn)了減少的趨勢(shì)主要是由于隨著城市開(kāi)發(fā)加速，建筑設(shè)施等逐漸占用了生態(tài)面積，使得水域面積減少，蒸發(fā)量減少，另外水汽輸送帶到達(dá)的地區(qū)偏南，農(nóng)安地區(qū)水汽通量較少，從而導(dǎo)致了降水量減少。

4 未來(lái)趨勢(shì)分析

利用重標(biāo)極差R/S（Rescaled Range Analysis）分析方法應(yīng)用于時(shí)間序列的特性分析，最大的優(yōu)點(diǎn)是不用假定R/測(cè)定的時(shí)間序列的分布特征，也就是說(shuō)，無(wú)論時(shí)間序列是正態(tài)分布還是非正態(tài)分布，R/S的分析結(jié)果都是穩(wěn)定不受影響的[8]。

根據(jù)R/S分析方法，根據(jù)農(nóng)安縣1980年—2016年的降水量要素，計(jì)算得出季節(jié)和年平均序列的Hurst指數(shù)（表2）。根據(jù)表格分析結(jié)果，降水量的四季和年平均H值也均大于0.5，說(shuō)明降水量也將保持之前的減少趨勢(shì)。其中夏季和年平均降水量的減少趨勢(shì)最強(qiáng)（持續(xù)性強(qiáng)度：較強(qiáng)），春季、秋季和冬季次之（持續(xù)性強(qiáng)度：較弱）。

表2 農(nóng)安縣1980年—2016年降水量各季節(jié)及年平均Hurst指數(shù)Tab.2 Seasonal and annual average Hurst index of precipitation in Nong'an County from 1980 to 2016

在未來(lái)一段時(shí)間里，降水量將保持之前的減少趨勢(shì)。由于隨著城市開(kāi)發(fā)加速，建筑設(shè)施等占用了生態(tài)面積，水域面積減少，蒸發(fā)量減少[9]，另外水汽輸送帶到達(dá)的地區(qū)偏南，農(nóng)安地區(qū)水汽通量較少，從而導(dǎo)致了降水量減少。其中夏季和年平均降水量的減少趨勢(shì)最強(qiáng)，春季、秋季和冬季次之。

5 結(jié)語(yǔ)

1980年—2016年，農(nóng)安縣年降水量呈現(xiàn)略微下降趨勢(shì)，下降速率為-13.83 mm/10a。而春冬季降水略有增多，增長(zhǎng)率為9.58 mm/10a、3.12 mm/10a，夏秋季降水量有所減少，減少率為-24.7 mm/10a、-1.7 mm/10a。農(nóng)安縣年、春、夏、秋、冬降水量均未發(fā)生過(guò)突變。在未來(lái)一段時(shí)間里，降水量將保持之前的減少趨勢(shì)，可能對(duì)玉米產(chǎn)量造成不利影響，農(nóng)戶應(yīng)加強(qiáng)干旱應(yīng)對(duì)處置能力，而氣象部門應(yīng)從提升人工影響天氣能力、農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)精細(xì)化等方面采取應(yīng)對(duì)行動(dòng)。