1981—2020年賀蘭山東麓釀酒葡萄產(chǎn)區(qū)降水特征分析

梁小娟，張曉煜,3*，楊永娥，馮蕊，王靜

（1. 寧夏大學(xué)葡萄酒與園藝學(xué)院，寧夏銀川 750021；2. 中國(guó)氣象局旱區(qū)特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警與風(fēng)險(xiǎn)管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏銀川 750002；3. 寧夏氣象科學(xué)研究所，寧夏銀川 750002）

IPCC第五次（2013）和第六次（2018）評(píng)估報(bào)告[1-2]指出，水循環(huán)已響應(yīng)二氧化碳和全球氣候變暖的結(jié)果。據(jù)預(yù)測(cè)，在全球范圍內(nèi)，氣溫升高使得水循環(huán)加速，未來(lái)極端性氣候事件的發(fā)生概率可能將進(jìn)一步增加，全球降水趨勢(shì)會(huì)更加不平衡。近年來(lái)，對(duì)降水變化特征和趨勢(shì)的研究逐漸成為國(guó)內(nèi)外氣象、水文、生態(tài)等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。相關(guān)研究表明，受氣候變化影響，降水的季節(jié)和地域差異變化顯著。1960—2011年，整個(gè)西北地區(qū)年降水量呈微弱上升趨勢(shì)，每10年氣候傾向率為0.17 mm，而西北東部明顯下降，西北和青藏高原一帶顯著上升[3]。有學(xué)者指出，1961—2010年黃土高原多年平均降水量季節(jié)變化差異顯著，春夏秋季均呈下降趨勢(shì)，而冬季多年平均降水量顯著上升[4]。劉新平等[5]在研究奈曼地區(qū)降水特征時(shí)發(fā)現(xiàn)，近49年該地區(qū)春季降水增加，夏、秋、冬三季降水逐年減少，降水量整體呈下降趨勢(shì)，氣候趨于更加干旱化。由此可知，隨著全球氣候變化，地域間水資源時(shí)空分布格局也發(fā)生了明顯改變。

葡萄生長(zhǎng)發(fā)育和品質(zhì)形成對(duì)水分非常敏感，關(guān)鍵物候期水分的變化會(huì)間接影響葡萄果實(shí)成分和品質(zhì)[6]，嚴(yán)格控制各發(fā)育期的水分是種好葡萄的重要前提。在新梢生長(zhǎng)期和果實(shí)膨大期需水量較多，而花期和果實(shí)成熟期需水較少，雨水過(guò)多會(huì)導(dǎo)致裂果和爛果，降低產(chǎn)量及品質(zhì)，使得所釀造出來(lái)的葡萄酒口感不佳[7]；相反，年均降雨量較少有利于葡萄糖分的保持，對(duì)葡萄和葡萄酒品質(zhì)的提高有重要作用。隨著氣候變化，賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)極端降水事件頻發(fā)，給葡萄園水分管理帶來(lái)了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，同時(shí)對(duì)釀酒葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展造成深遠(yuǎn)影響。因此有必要摸清產(chǎn)區(qū)降水時(shí)空分布規(guī)律，對(duì)產(chǎn)區(qū)葡萄園科學(xué)灌溉，適應(yīng)氣候變化，充分利用雨水資源具有重要意義。

本文通過(guò)對(duì)賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)1981—2020年降水資料的統(tǒng)計(jì)分析，探討產(chǎn)區(qū)及葡萄關(guān)鍵生育期降水的時(shí)空變化特征，以期為該地區(qū)葡萄園產(chǎn)業(yè)水分動(dòng)態(tài)管理提供支撐，為高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的釀酒葡萄田間管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)為賀蘭山東麓釀酒葡萄種植區(qū)。該區(qū)位于賀蘭山山前傾斜洪積平原，呈南北縱向延伸分布，海拔1090～1400 m，光照足，溫差大，年降水量172～266 mm，蒸發(fā)量大，濕度低，全年日照時(shí)數(shù)達(dá)3000 h，無(wú)霜期160 d左右。目前，釀酒葡萄種植面積達(dá)3.5萬(wàn) hm2，占全國(guó)釀酒葡萄面積的1/3左右，是中國(guó)最大的釀酒葡萄集中連片種植區(qū)和酒莊酒產(chǎn)區(qū)。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

調(diào)查數(shù)據(jù)來(lái)源于1981—2020年寧夏賀蘭山東麓釀酒葡萄主產(chǎn)區(qū)1個(gè)國(guó)家基準(zhǔn)站（銀川）和7個(gè)國(guó)家基本站（惠農(nóng)、石嘴山、平羅、賀蘭、永寧、青銅峽、同心）的逐日（20:00至翌日20:00）降水?dāng)?shù)據(jù)，數(shù)據(jù)完整，無(wú)缺失，具有較好的連續(xù)性。本文所選氣候站均為產(chǎn)區(qū)主要代表站，其中銀川、青銅峽和同心3個(gè)站降水變率大且降水豐富，單獨(dú)分析其變化特征。

一天內(nèi)只要有降水（降水量≥0.1 mm，包括微量），當(dāng)日即被計(jì)算為降水日。降水強(qiáng)度根據(jù)GB/T 28592—2012《降水量等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》，以日雨量計(jì)可將降雨劃分為小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨、特大暴雨，劃分標(biāo)準(zhǔn)為24 h（20:00—20:00）降水量＜10 mm為小雨、10～25 mm為中雨、25～50 mm為大雨、50～100 mm為暴雨、100～250 mm為大暴雨、＞250 mm為特大暴雨[8-9]，文中將降水量＞50 mm（暴雨、大暴雨、特大暴雨）統(tǒng)稱為暴雨。

研究過(guò)程中，對(duì)完整的逐日降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行整理和順次加和，構(gòu)建月、年降水序列，最后計(jì)算各降水序列的均值和變異系數(shù)，進(jìn)一步通過(guò)線性趨勢(shì)、等值線圖等進(jìn)行降水變化特征分析。

1.3 分析方法

本文按照年、生長(zhǎng)季對(duì)賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)的降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算并分析其降水變化趨勢(shì)，年降水量使用全產(chǎn)區(qū)8個(gè)氣象站40年平均降水?dāng)?shù)據(jù)；將葡萄生長(zhǎng)季（4—9月）劃分為3個(gè)關(guān)鍵生育期，包括新梢生長(zhǎng)期（4—5月）、果實(shí)膨大期（6—7月）和轉(zhuǎn)色成熟期（8—9月）。采用降水氣候傾向率分析降水序列的變化趨勢(shì)，Mann-Kendall檢驗(yàn)和滑動(dòng)t檢驗(yàn)法辨析降水序列的突變情況，Morlet小波分析法探究降水周期規(guī)律。

1.3.1 氣候傾向率

氣候要素的變化趨勢(shì)一般用一元線性方程表示。降水傾向率用于定量分析趨勢(shì)變化的強(qiáng)弱，降水及傾向率的空間分布差異性利用Arcgis平臺(tái)的普通克里金空間插值方法進(jìn)行分析。

y=ax+b

式中：y為降水量；x為年際序列號(hào)；b為常數(shù)項(xiàng)；a為斜率，也稱氣候傾向率[10-11]。

1.3.2 Mann-Kendall非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)法

Mann-Kendall檢驗(yàn)不需要樣本遵從特定分布，也不受少數(shù)異常值的干擾，適用性強(qiáng)，計(jì)算方便，可以檢驗(yàn)時(shí)間序列是否發(fā)生了突變，比較適于水文、氣象等非正態(tài)分布數(shù)據(jù)的分析，被世界氣象組織推薦并廣泛使用。近年來(lái)，該方法在降水、氣溫等氣象要素時(shí)間序列的趨勢(shì)變化中得到了較多應(yīng)用[12-15]。按序列的順序X1，X2，...Xn計(jì)算一次秩統(tǒng)計(jì)量U，記為UF；按序列的逆序Xn，Xn-1，...X1再計(jì)算一次秩統(tǒng)計(jì)量U，記為UB。當(dāng)UF＞0時(shí)，表示原序列呈上升趨勢(shì)，反之則呈下降趨勢(shì)；若UF超過(guò)置信度線（α95=±1.96）時(shí)，表明上升或者下降趨勢(shì)顯著；若UF和UB兩條曲線的交叉點(diǎn)位于置信區(qū)間內(nèi)，則該交叉點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間便是序列突變開(kāi)始的時(shí)間。

1.3.3 Morlet小波分析法

小波分析是時(shí)間和頻率的局部變換，適用于非穩(wěn)定的信號(hào)處理，能有效地從信號(hào)中提取信息，揭示出隱藏在時(shí)間序列中的多種變化周期，并能對(duì)時(shí)間序列未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行定性估計(jì)，目前已被廣泛應(yīng)用于水文時(shí)間序列的周期分析中，已有不少學(xué)者利用小波函數(shù)分析不同地區(qū)的降水量周期變化特征[16]。小波函數(shù)有很多種，針對(duì)水文系列的特征，本研究選取Morlet復(fù)小波作為小波函數(shù)進(jìn)行降水周期分析[14]。

2 結(jié)果與分析

2.1 賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)降水量變化特征分析

2.1.1 年際降水量變化

1981—2020年賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)年降水總量為87.1～270.5 mm，變化幅度大，年均降水量為191.9 mm，極大值出現(xiàn)在2012年，達(dá)270.5 mm，當(dāng)年降水主要集中在7月，該月降水量達(dá)115.8 mm；極小值出現(xiàn)在2005年，為87.1 mm；最大年降水量約為最小年降水量的3倍，極差達(dá)183.4 mm。

賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)多年平均降水量線性增幅為每10年增6.89 mm，呈上升趨勢(shì)（圖1）。3個(gè)代表站中，銀川站多年平均降水量189.4 mm，線性趨勢(shì)增幅最大，每10年增加9.27 mm；青銅峽站次之，每10年增加8.13 mm，呈上升趨勢(shì)；同心站多年降水量呈下降趨勢(shì)，每10年降水量減少3.26 mm（圖1）。賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)及3個(gè)代表站降水量M-K檢驗(yàn)結(jié)果（圖2）表明：UF和UB曲線在顯著性水平0.05的臨界線之間存在多個(gè)交點(diǎn)，利用滑動(dòng)t檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)區(qū)年均降水量未發(fā)生突變，說(shuō)明40年降水序列不存在突變現(xiàn)象，只存在年代際的低頻震蕩；銀川站在1992年左右發(fā)生突變，1981—1991年均降水量為181.0 mm，1992—2020年均降水量為192.6 mm，同比增加11.6 mm，而其余兩個(gè)站40年降水量與年降水量變化特征相似，只存在低頻震蕩，未發(fā)生突變。從年降水量變異系數(shù)的時(shí)間變化（圖3）可以看出，賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)降水量變異系數(shù)多＜0.4，整體呈減小趨勢(shì)，存在明顯年代際周期，20世紀(jì)80年代、90年代中期和2010年前后變異系數(shù)年際波動(dòng)較大，說(shuō)明降水量年際分配差異較大。

圖1 1981—2020年賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)及代表站降水量變化趨勢(shì)Figure 1 Variation trend of precipitation in the eastern foot of Helan Mountains region and representative stations from 1981 to 2020

圖2 1981—2020年賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)及代表站降水量M-K突變檢驗(yàn)Figure 2 M-K test statistical test of precipitation in the eastern foot of Helan Mountain region and representative stations from 1981 to 2020

圖3 賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)降水量變異系數(shù)時(shí)間變化曲線Figure 3 Temporal variation curve of precipitation variation coefficient in the eastern foot of Helan Mountain region

2.1.2 生育期降水量變化

由圖4可知，1981—2020年賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)葡萄3個(gè)關(guān)鍵生育期平均降水量分別為28.4、70.7、69.3 mm，每10年的氣候傾向率為-1.97、5.86、1.61 mm，其中果實(shí)膨大期降水量增加趨勢(shì)顯著。對(duì)葡萄關(guān)鍵生育期降水序列進(jìn)行M-K檢驗(yàn)和滑動(dòng)t檢驗(yàn)，結(jié)果顯示，新梢生長(zhǎng)期降水量存在兩個(gè)突變點(diǎn)，分別是1992年和2009年，而在果實(shí)膨大期和轉(zhuǎn)色成熟期降水量未發(fā)生突變，降水量呈上升趨勢(shì)。

新梢生長(zhǎng)期降水量呈下降趨勢(shì)，線性減少率為每10年-1.97 mm，年際間波動(dòng)較大。新梢生長(zhǎng)期平均降水量為28.4 mm，占年平均降水量的14.8%。其中，極大值為2002年的72.4 mm，極小值為2000年的0.8 mm，降水量振幅為71.6 mm；新梢生長(zhǎng)期降水量對(duì)年降水量貢獻(xiàn)率最小。根據(jù)突變檢驗(yàn)分析，新梢生長(zhǎng)期在1992年和2009年發(fā)生突變，1981—1991年平均降水量為35.6 mm，1992—2008年平均降水量為24.0 mm，2009—2020年平均降水量為28.1 mm，降水量逐漸減少。從圖5可以看出，新梢生長(zhǎng)期降水量變異系數(shù)逐年減小，在2000年之前年際變化幅度較大，1995年最大為1.63，說(shuō)明降水量在該時(shí)段內(nèi)變化幅度大，產(chǎn)區(qū)出現(xiàn)旱澇災(zāi)害的幾率增加。

圖5 1981—2020年賀蘭山東麓葡萄關(guān)鍵生育期降水量變異系數(shù)曲線Figure 5 Coefficient of variation curve of precipitation in key growth period of grapevine in eastern foot of Helan Mountain region from 1981 to 2020

果實(shí)膨大期和成熟期降水均呈增加趨勢(shì)。果實(shí)膨大期降水量以每10年約5.86 mm的速率增加，整體波動(dòng)不大。果實(shí)膨大期平均降水量為70.7 mm，占年平均降水量的36.8%，極大值為2012年的161.2 mm，極小值為2005年的22.2 mm，其中2012年降水量明顯增多，可能與當(dāng)年夏季的達(dá)維、蘇拉、海葵3個(gè)臺(tái)風(fēng)接連在我國(guó)東部沿海登陸間接導(dǎo)致西北地區(qū)降水量異常增多有一定關(guān)系；自1981年來(lái)，降水量整體呈平穩(wěn)波動(dòng)上升趨勢(shì)，年降水量的增加主要源于果實(shí)膨大期降水量增加的貢獻(xiàn)。根據(jù)突變檢驗(yàn)分析，果實(shí)膨大期未發(fā)生突變，說(shuō)明降水量只存在輕微震蕩。而果實(shí)膨大期降水量變異系數(shù)最大，未超過(guò)0.8；1990—2010年的20年間變異系數(shù)波動(dòng)較大，降水量年際間分配不均勻，穩(wěn)定性較差（圖5）。

轉(zhuǎn)色成熟期降水量每10年增加1.61 mm，年際變幅較大，在波動(dòng)中平穩(wěn)增加。此期平均降水量為69.3 mm，占年均降水量的36.1%，極大值為2020年的122.7 mm，極小值為1981年的33.9 mm，降水量變幅為88.8 mm。根據(jù)突變檢驗(yàn)分析，轉(zhuǎn)色成熟期降水量40年不存在突變現(xiàn)象。由圖5可以看出，轉(zhuǎn)色成熟期降水量變異系數(shù)與果實(shí)膨大期相似，且在2000年之后年際變化幅度大，表明在此期間內(nèi)降水量波動(dòng)性較大，有較強(qiáng)的不穩(wěn)定性。

2.2 賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)不同等級(jí)降水變化特征分析

2.2.1 年際不同等級(jí)降水量和降水日數(shù)變化

賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)和3個(gè)代表站40年不同等級(jí)降水日數(shù)年際變化如圖6所示。由圖6可以看出，40年來(lái)小雨日數(shù)分布最多，其最多日數(shù)出現(xiàn)在2014年，達(dá)59.5 d，最少日數(shù)為1997年的30.5 d；中雨最多日數(shù)是1990年的7.1 d，1982年的1.4 d是其最少日數(shù)；在2012年出現(xiàn)大雨日數(shù)最多，為2.1 d。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，暴雨次數(shù)不但沒(méi)有減少，反而明顯增多，2002、2006、2018年暴雨次數(shù)最多達(dá)6次，意味著短時(shí)強(qiáng)降水概率增加，正是全球變暖背景下極端降水事件發(fā)生的表現(xiàn)。3個(gè)代表站中，小雨、中雨和大雨降水日數(shù)均是同心站最多，暴雨日數(shù)銀川站居第一，平均每年達(dá)0.2 d。根據(jù)線性趨勢(shì)分析可知，小雨、中雨、大雨和暴雨不同等級(jí)年降水量的變化率每10年分別為0.95、1.22、1.57、3.15 mm，均呈增加趨勢(shì)，僅暴雨通過(guò)了顯著性檢驗(yàn)，說(shuō)明40年來(lái)賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)降水量增加主要是由暴雨增加引起。

圖6 1981—2020年賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)及代表站不同等級(jí)降水日數(shù)年際變化Figure 6 Interannual variation of precipitation in different grades in the eastern foot of Helan Mountain region from 1981 to 2020

2.2.2 生育期不同等級(jí)降水量和降水日數(shù)變化

1981—2020年間葡萄關(guān)鍵生育期不同等級(jí)降水量40年平均值分析結(jié)果如表1所示。葡萄生長(zhǎng)季降水量和降水日數(shù)均呈增加趨勢(shì)，而新梢生長(zhǎng)期降水量最少，僅占生長(zhǎng)季總降水量的16.9%，其中小雨累計(jì)15.4 mm，中雨累計(jì)10.8 mm，大雨累計(jì)2.0 mm，暴雨累計(jì)0.2 mm；果實(shí)膨大期占比41.9%，小雨和中雨降水量最多；轉(zhuǎn)色成熟期總降水量為69.3 mm，占比41.2%，主要以小雨為主。在不同等級(jí)降水事件中，生長(zhǎng)季節(jié)中雨級(jí)別的降水量呈現(xiàn)微弱下降，暴雨降水量顯著增加；新梢生長(zhǎng)期除小雨外，其余降水量均呈減少趨勢(shì)，其中大雨量下降趨勢(shì)通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，說(shuō)明新梢生長(zhǎng)期降水量減少是大雨量減少所導(dǎo)致；果實(shí)膨大期大雨量和暴雨量增加最多，10年變化速率分別為3.16、2.75 mm，均通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，說(shuō)明葡萄果實(shí)膨大期降水量受大雨和暴雨影響最為明顯；在葡萄轉(zhuǎn)色成熟期則以小雨降水量增加最為突出，10年增加速率為1.31 mm，且增加趨勢(shì)顯著，轉(zhuǎn)色成熟期降水增加主要由小雨降雨量增加引起。

表1 1981—2020年賀蘭山東麓葡萄關(guān)鍵生育期不同等級(jí)降水量均值Table 1 Average precipitation of different grades in key growth period of grapevine in eastern foot of Helan Mountain region from 1981 to 2020

生長(zhǎng)季降水日數(shù)以每10年0.13 d的速率增加，新梢生長(zhǎng)期和果實(shí)膨大期降水日數(shù)均呈下降趨勢(shì)，傾向率分別為每10年-0.01、-0.03 d；轉(zhuǎn)色成熟期降水日數(shù)以每10年0.16 d的速率增加，變化趨勢(shì)不顯著。新梢生長(zhǎng)期小雨降水日數(shù)增加，而其增加趨勢(shì)顯著低于其余3個(gè)等級(jí)；果實(shí)膨大期僅小雨降水日數(shù)呈減少趨勢(shì)，速率每10年降低-0.19 d，其變化幅度高于中雨、大雨和暴雨降水日數(shù)的增加幅度，大雨和暴雨降水日數(shù)通過(guò)了顯著性檢驗(yàn)；轉(zhuǎn)色成熟期小雨日數(shù)增加趨勢(shì)最為明顯，每10年增加速率為0.13 d，大雨降水日數(shù)減少微弱（表2）。綜上可推斷，葡萄生長(zhǎng)季降水量的增加受果實(shí)膨大期降水量增加影響較大，而降水日數(shù)的增加主要源于轉(zhuǎn)色成熟期降水日數(shù)的增加。

表2 1981—2020年賀蘭山東麓葡萄關(guān)鍵生育期不同等級(jí)降水日數(shù)均值Table 2 Average precipitation days of different grades in grapevine key growth period in eastern foot of Helan Mountains region from 1981 to 2020

對(duì)比表1和表2發(fā)現(xiàn)，各生育期降水量和降水日數(shù)變化趨勢(shì)相似，因此對(duì)同生育期同等級(jí)降水量和降水日數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果通過(guò)了99%的相關(guān)性檢驗(yàn)，表明二者具有極顯著相關(guān)性。

2.3 賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)降水空間分布特征分析

2.3.1 年際降水量和降水日數(shù)空間分布

賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)年平均降水量和降水日數(shù)空間分布不均，差異明顯。由圖7可知，賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)1981—2020年降水量的年際變化在空間上表現(xiàn)出南北差異明顯，呈南多北少的分布特征，具體來(lái)說(shuō)是東南多西北部少，且由南向北各站點(diǎn)降水量差距逐漸減小，降水南北差異大，東西差異較小，分布不均，賀蘭山東側(cè)沿線為年降水量低值區(qū)，≤180 mm，呈帶狀分布；由于緯度越高，水汽越難以到達(dá)，年降水日數(shù)也表現(xiàn)為自南向北逐漸減少的空間分布形態(tài)，低值中心在最北端的惠農(nóng)、平羅、陶樂(lè)等站（≤45 d）。對(duì)年降水量和降水日數(shù)作空間對(duì)比發(fā)現(xiàn)，降水量和降水日數(shù)存在相似空間變化，說(shuō)明二者具有一致性。整體看來(lái)，由于賀蘭山東麓不同區(qū)域所處地理位置、大氣環(huán)流、下墊面等條件的差異，導(dǎo)致地區(qū)間降水分配不平衡，同時(shí)受賀蘭山地形阻擋，降水形成與山系走向一致的空間分布形態(tài)。

圖7 1981—2020年賀蘭山東麓年降水量和降水日數(shù)空間分布Figure 7 Spatial distribution of annual precipitation and precipitation days in eastern foot of Helan Mountains region from 1981 to 2020

2.3.2 生長(zhǎng)季（4—9月）降水量和降水日數(shù)空間分布

由圖8可以看出，賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)葡萄生長(zhǎng)季降水量和降水日數(shù)均存在南北變化，生長(zhǎng)季降水量空間分布與年降水量相似：由南向北遞減，呈帶狀分布，低值中心在賀蘭山東側(cè)中段，降水量在150 mm以下。因賀蘭山東麓處于東南季風(fēng)的末梢，西北季風(fēng)的背風(fēng)坡，降水量總體偏低。生長(zhǎng)季降水日數(shù)呈 “南多北少”的空間分布，低值區(qū)依舊位于北部石嘴山地區(qū)（≤35 d），與年降水日數(shù)空間分布規(guī)律一致。對(duì)于葡萄生長(zhǎng)季降水，無(wú)論是降水量還是降水日數(shù)，都存在明顯的空間分布差異，且降水量和降水日數(shù)具有較強(qiáng)的相關(guān)性。賀蘭山地處季風(fēng)區(qū)邊緣，降水變率大，是寧夏極端降水事件頻發(fā)區(qū)，發(fā)生概率較其他地區(qū)要高很多，在葡萄生長(zhǎng)季表現(xiàn)尤為明顯。

圖8 1981—2020年賀蘭山東麓葡萄生長(zhǎng)季降水量和降水日數(shù)空間分布Figure 8 Spatial distribution of precipitation and precipitation days in grape growth season in the eastern foot of Helan Mountain region from 1981 to 2020

2.4 賀蘭山東麓降水量周期分析

2.4.1 年降水量周期分析

利用Morlet小波分析法得出的實(shí)部圖表示降水量的時(shí)間尺度特征，可知該地區(qū)降水量在不同時(shí)間尺度上的周期震蕩和突變特征。圖中信號(hào)震蕩的強(qiáng)弱通過(guò)小波系數(shù)的大小表示，實(shí)部等值線圖中虛線表示小波系數(shù)實(shí)部＜0，即降水量偏低（枯），值越小，降水量越低；實(shí)線表示小波系數(shù)實(shí)部＞0，即降水量偏高（豐），值越大，降水量越大。由圖9可以看出，年降水序列存在多時(shí)間尺度特征，形成各種尺度正負(fù)相間的震蕩中心，存在明顯的年代際變化。其年際變化過(guò)程存在9年、22年及28年尺度的周期變化規(guī)律，9年尺度周期能量波動(dòng)貫穿整個(gè)時(shí)域，降水的多寡交替頻繁，在2010年之后強(qiáng)度減弱，存在準(zhǔn)5次震蕩，即出現(xiàn)了5次明顯且穩(wěn)定的豐-枯交替變化；22年的年代際尺度周期覆蓋整個(gè)時(shí)段，經(jīng)歷了7次豐-枯交替，把整個(gè)研究時(shí)段分成了“枯-豐-枯-豐-枯-豐-枯”7個(gè)降水量多寡區(qū)域，1983、1997、2011年是“枯”轉(zhuǎn)“豐”的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，而1992、2005、2018年是“豐”轉(zhuǎn)“枯”的轉(zhuǎn)折點(diǎn)；28年的年際尺度震蕩在1995年之前能量較強(qiáng)，之后能量減弱，經(jīng)歷了5次豐-枯交替，年降水量偏枯時(shí)間段為：1981—1986、1995—2004和2015年之后，降水量偏豐的時(shí)間段為：1986—1995、2004—2015年，1986年和2004年是“枯”轉(zhuǎn)“豐”的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，而1995年和2015年是“豐”轉(zhuǎn)“枯”的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，28年為第一主周期。

圖9 1981—2020年賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)及代表站降水量小波周期分析Figure 9 Wavelet period analysis of precipitation in the eastern foot of Helan Mountain region and representative stations from 1981 to 2020

3個(gè)代表站降水量實(shí)部等值線圖與產(chǎn)區(qū)年降水量實(shí)部等值線圖存在相似的周期變化規(guī)律，大、中、小多種周期尺度相互嵌套。其中，銀川站年降水量在9年和28年尺度上的周期更明顯，在大尺度上存在準(zhǔn)2次震蕩，而小尺度上存在準(zhǔn)7次震蕩，28年時(shí)間尺度下能量波動(dòng)最強(qiáng)，規(guī)律性最明顯，為銀川站降水變化分析的主要尺度周期。青銅峽站存在3個(gè)較為明顯的震蕩周期，其中21年時(shí)間尺度震蕩劇烈，貫穿整個(gè)時(shí)間段，經(jīng)歷了6次枯-豐交替，且到2020年降水量減少的虛線等值線仍未閉合，說(shuō)明降水減少的趨勢(shì)有可能持續(xù)。而同心站年降水量在小時(shí)間尺度（9年）上震蕩劇烈，隨著時(shí)間的推移，能量有所減弱，21年時(shí)間尺度上能量相對(duì)較弱，但周期性規(guī)律明顯。

由以上分析可知，賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)及各代表站降水量受大、中、小多種尺度周期波動(dòng)變化的共同作用，普遍存在9年和28年的周期變化。從不同時(shí)間尺度周期枯、豐交替規(guī)律可知，不論是在大時(shí)間尺度（25～32年）還是在小時(shí)間尺度（5～11年）上，2020年降水量偏少的虛線還未閉合，預(yù)測(cè)之后一段時(shí)間賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)降水將繼續(xù)處于偏少期，再加上全球氣候變暖，氣溫逐年升高，賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)未來(lái)幾年將面臨暖干化的趨勢(shì)。

2.4.2 生育期降水量周期分析

不同生育期的降水量也存在不同的周期變化。由圖10可知，新梢生長(zhǎng)期降水量在大尺度周期震蕩較為劇烈，但無(wú)明顯的規(guī)律；20世紀(jì)80年代至21世紀(jì)初10年小尺度周期正負(fù)交替進(jìn)行，且震蕩劇烈，在2005年之后震蕩周期減弱，無(wú)論在大尺度還是小尺度震蕩周期，2020年之后新梢生長(zhǎng)期均處于降水偏少期。而果實(shí)膨大期僅在2005年之后存在8年的明顯震蕩周期，在8年時(shí)間尺度范圍內(nèi)分布大小較為均勻的能量聚集點(diǎn)，顯示果實(shí)膨大期降水量變化存在一定周期性，周期約為8年，且在2020年虛線等值線仍未閉合，此后將處于降水偏少期。轉(zhuǎn)色成熟期降水量在大尺度周期21年震蕩微弱，但貫穿全域，存在準(zhǔn)3次震蕩，9年時(shí)間尺度在1995—2010年震蕩劇烈；對(duì)于小尺度周期來(lái)說(shuō)，2020年虛線等值線仍未閉合，說(shuō)明未來(lái)一段時(shí)間果實(shí)成熟期將繼續(xù)維持降水偏少狀態(tài)。

圖10 1981—2020年賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)葡萄關(guān)鍵生育期降水量小波周期分析Figure 10 Wavelet period analysis of precipitation in key growth period in the eastern foot of Helan Mountains region from 1981 to 2020

綜合以上結(jié)論，葡萄的3個(gè)關(guān)鍵發(fā)育期降水量均在小尺度上震蕩劇烈，并且預(yù)測(cè)在2020年之后一段時(shí)間內(nèi)都將處于降水偏少期，這與產(chǎn)區(qū)降水量周期變化規(guī)律一致。

3 討論

葡萄對(duì)水分要求較高，新梢生長(zhǎng)期和果實(shí)膨大期營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)旺盛，需水量較多，而花期和果實(shí)成熟期需水較少，雨水過(guò)多會(huì)造成果粒變大，并導(dǎo)致裂果和爛果，降低其產(chǎn)量及品質(zhì)，使得所釀葡萄酒口感不佳。近40年賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)葡萄新梢生長(zhǎng)期降水量呈下降趨勢(shì)，對(duì)葡萄生產(chǎn)不利，嚴(yán)重影響葡萄抽枝展葉；而果實(shí)膨大期降水量增加，有利于葡萄果實(shí)膨大，但易導(dǎo)致病害流行；轉(zhuǎn)色成熟期降水量的增加使得葡萄糖分降低，果實(shí)品質(zhì)下降。適應(yīng)氣候變化是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的有效保障，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)該地區(qū)降水時(shí)空分布規(guī)律采取科學(xué)的灌溉策略，以減輕氣候變化對(duì)產(chǎn)業(yè)的不利影響，達(dá)到高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的效果。

研究結(jié)果表明，在時(shí)間變化上，1981—2020年賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)年降水量呈顯著上升趨勢(shì)，該結(jié)論與其他學(xué)者對(duì)西北地區(qū)降水特征的研究結(jié)論基本一致[17-20]，與王紹武等[21]對(duì)西北地區(qū)降水變化特征和趙宗慈、徐影等[22-23]分析人類活動(dòng)對(duì)西北地區(qū)氣候變化影響結(jié)果相似，但變化速率略有不同。其主要原因是由于選取的時(shí)間序列、起止時(shí)間和氣候站點(diǎn)不同，因降水年際間變化較大，不同時(shí)段降水資料分析帶來(lái)結(jié)果差異；在空間分布上，有關(guān)寧夏地區(qū)的降水變化特征研究較少，但有研究認(rèn)為西北東部地區(qū)的降水量將有增加趨勢(shì)[24]。

在氣候變化大背景下，水循環(huán)過(guò)程加速，極端天氣氣候事件發(fā)生概率進(jìn)一步增大。賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)不同等級(jí)降水事件暴雨量顯著增加可能與之相關(guān)，進(jìn)一步推斷近40年來(lái)賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)年降水量的增加主要是暴雨增加引起的，與陳曉光、張冰等[25-27]的研究結(jié)果一致。近年，賀蘭山東麓釀酒葡萄生產(chǎn)由于氣候多變面臨挑戰(zhàn)，在釀酒葡萄各關(guān)鍵生育期，仍需加強(qiáng)極端天氣氣候事件和氣象災(zāi)害的監(jiān)測(cè)和防御工作，減輕或避免氣候條件變化對(duì)釀酒葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來(lái)的不利影響。

本研究表明，各生育期降水量和降水日數(shù)變化趨勢(shì)相似，且二者具有極顯著相關(guān)性，與王大均等[28]提出的降水多寡主要取決于降水日數(shù)的結(jié)論相吻合。

賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)、各代表站以及葡萄生育期降水量普遍存在9年和28年的周期變化特征。有研究指出，毛烏素沙地1969—2009年降水量存在28、22、13、9年的震蕩周期，而寧夏鹽池1954—2005年降水量存在7年為主的規(guī)律性周期變化[29-30]，這與本研究結(jié)果基本一致。葡萄關(guān)鍵生育期在大尺度上震蕩微弱，小尺度上震蕩劇烈，王婷婷等[31]在研究1959—2014年古浪河流域降水周期變化時(shí)指出，不論是年降水量還是季節(jié)降水量在小時(shí)間尺度上的能量更大且變化更明顯，與本文的研究結(jié)論基本一致。由于數(shù)據(jù)來(lái)源和研究尺度不同，得出的震蕩周期略有差異。同時(shí)說(shuō)明了在全球氣候變暖背景下，地區(qū)降水具有空間差異性。

本研究選取的氣象站點(diǎn)降水與葡萄園實(shí)際降水有一定差異，分析總結(jié)的降水規(guī)律與葡萄園的實(shí)際降水規(guī)律也許不盡一致，今后需要收集葡萄園多年降水資料，進(jìn)行更加詳盡的分析。

4 結(jié)論

本研究以1981—2020年賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)的1個(gè)國(guó)家基準(zhǔn)站和7個(gè)國(guó)家基本站逐日降水?dāng)?shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)氣候傾向率法、M-K檢驗(yàn)法、滑動(dòng)t檢驗(yàn)法和Morlet小波分析法研究產(chǎn)區(qū)內(nèi)釀酒葡萄關(guān)鍵生育期降水變化特征，對(duì)年降水量、葡萄關(guān)鍵生育期降水量和不同等級(jí)降水量以及降水日數(shù)進(jìn)行時(shí)空分布分析，得出以下結(jié)論：（1）賀蘭山東麓釀酒葡萄產(chǎn)區(qū)近40年的年均降水量呈顯著增加趨勢(shì)，氣候傾向率為每10年6.89 mm。新梢生長(zhǎng)期降水量呈下降趨勢(shì)，且在1992年和2009年發(fā)生突變，果實(shí)膨大期和轉(zhuǎn)色成熟期降水呈增加趨勢(shì)。降水量和降水日數(shù)在空間上具有一致性，大體上呈現(xiàn)由南向北遞減的分布；生長(zhǎng)季降水量和降水日數(shù)與年降水空間分布一致。（2）賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)年暴雨量和暴雨日數(shù)在2000年后顯著增加，生長(zhǎng)季與年際表現(xiàn)一致，而新梢生長(zhǎng)期大雨日數(shù)顯著減少，果實(shí)膨大期大雨和暴雨日數(shù)顯著增加，轉(zhuǎn)色成熟期小雨的總降水量變化最為明顯。（3）產(chǎn)區(qū)年降水量在28年尺度下年降水信號(hào)周期震蕩劇烈，葡萄關(guān)鍵生育期在10年以下時(shí)間尺度上震蕩劇烈。