呼倫貝爾市林區(qū)降水量變化特征分析

魏莎力

（呼倫貝爾市氣象局，內(nèi)蒙古呼倫貝爾 021008）

近些年受到全球氣候變暖的影響[1]，呼倫貝爾市的降水量的時(shí)空分布較上一年代際有一定的差距。干旱和洪澇這些與降水量有關(guān)的氣象災(zāi)害依舊屬于影響內(nèi)蒙古至呼倫貝爾地區(qū)最主要的氣象災(zāi)害種類。降水量的變化對(duì)于呼倫貝爾市的生態(tài)環(huán)境等均有重要意義。于本金等[2]利用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析手段對(duì)內(nèi)蒙古地區(qū)的降水量的變化趨勢(shì)、周期以及突變、時(shí)空變化進(jìn)行了研究。高紹鑫等[3]對(duì)內(nèi)蒙古地區(qū)的四季和年降水量進(jìn)行了趨勢(shì)分析。吳英杰等[4]利用降水距平百分率分析了內(nèi)蒙古地區(qū)的干旱特征。劉泓志等[5]利用滑動(dòng)平均、線性傾向估計(jì)、累計(jì)距平以及滑動(dòng)t檢驗(yàn)等方法對(duì)內(nèi)蒙古近50年的降水量的分布和演變趨勢(shì)進(jìn)行了分析。相關(guān)研究結(jié)果大都以全內(nèi)蒙古為主要研究區(qū)，對(duì)于不同下墊面類型，不同功能性分區(qū)的降水量變化的研究較少，特別是針對(duì)呼倫貝爾市林區(qū)這種中尺度的調(diào)研較少。

呼倫貝爾市根據(jù)其不同的下墊面類型，分為農(nóng)區(qū)、牧區(qū)和林區(qū)。而按行政區(qū)劃分，林區(qū)一般是指額爾古納、根河、牙克石和鄂倫春等地。本文基于呼倫貝爾市林區(qū)額爾古納、根河、鄂倫春牙克石4個(gè)氣象觀測(cè)站近30 年數(shù)據(jù)分析其降水量的變化特征。研究結(jié)果可為生態(tài)環(huán)境保護(hù)、水資源的合理應(yīng)用、農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)等方面提供參考，也可以為今后不同類型下墊面的降水特征研究提供思路。

1 研究區(qū)概況

呼倫貝爾市位于內(nèi)蒙古自治區(qū)的東北部，屬于寒溫帶大陸性氣候，海拔高度在200～1 700 m，大興安嶺縱貫呼倫貝爾市中部，全年降水量在300～500 mm，全市氣候特點(diǎn)為冬季寒冷干燥，夏季溫涼短促。呼倫貝爾林區(qū)主要集中在額爾古納、根河、牙克石和鄂倫春等地，本研究以額爾古納、根河、鄂倫春和牙克石4 地為研究區(qū)研究呼倫貝爾市林區(qū)近30年（1990—2019年）降水量變化特征。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究采用中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)內(nèi)蒙古呼倫貝爾市林區(qū)額爾古納、根河、鄂倫春和牙克石4個(gè)國(guó)家基本氣象觀測(cè)站1990—2019年逐月降水量數(shù)據(jù)，并對(duì)降水量數(shù)據(jù)進(jìn)行均一化檢驗(yàn)。

2.2 研究方法

2.2.1線性回歸統(tǒng)計(jì)法采用線性回歸擬合的方式，將1990—2019 年逐月降水量數(shù)據(jù)合成年數(shù)據(jù)，進(jìn)行線性回歸擬合，分析其線性關(guān)系和顯著性水平。其具體研究方法為設(shè)x1、x1……xi為x個(gè)年降水量數(shù)據(jù)，通過(guò)其線性關(guān)系得到方程為：

其中，y為第i年降水量，a為年降水量變化率，b為常數(shù)項(xiàng)。

2.2.2降水典型年選取方法本研究采用郭麗娜等[6]關(guān)于降水特征分析采用的降水典型年的選取方法來(lái)進(jìn)行呼倫貝爾市林區(qū)降水典型年選取。即以鄂倫春站為例，考慮1990—2019 年的年降水量距平、最長(zhǎng)降水量日數(shù)、月降水量合計(jì)值等，按照各影響量權(quán)重計(jì)算，綜合得分最高的年份將被確定為降水典型年。其公式為：

式中：Y為綜合得分；Xi為第i個(gè)因素根據(jù)排名的賦分；Ri為第i個(gè)因素的權(quán)重系數(shù)。

（1）選取年降水量與1990—2019年年降水量平均值的差異超過(guò)10%的年份為候選年份。

（2）對(duì)比最長(zhǎng)降水日數(shù)的年份為候選年份。

（3）根據(jù)年總降水量排名、各強(qiáng)度降水分布排名、月降水量均方差、月降水量峰值排名和年份趨勢(shì)排名的權(quán)重分別為5、4、3、2、1，各因素的年份排名從1～10 分別賦分10～1，逐名遞減1。各因素的候選年份賦分與相應(yīng)權(quán)重乘積的和除以權(quán)重之和即為加權(quán)得分，滿分為10 分，加權(quán)得分最高的年份為降水典型代表年。

本研究將1990—2019 年呼倫貝爾市林區(qū)額爾古納、根河、鄂倫春和牙克石4個(gè)觀測(cè)站數(shù)據(jù)進(jìn)行帶入計(jì)算。由計(jì)算結(jié)果得知，加權(quán)得分最高的年份為2013 年、其次為1998 年，而得分最低的為2005 年。通過(guò)計(jì)算結(jié)果綜合分析后認(rèn)為，2013年和1998年為呼倫貝爾市林區(qū)的降水典型代表年，故本研究選取2013 年和1998 年為降水典型代表年進(jìn)行分析其月降水量變化。

3 年降水量變化特征

3.1 降水量年份變化特征

通過(guò)對(duì)月降水量的合計(jì)值計(jì)算出年降水量值，通過(guò)降水量變化曲線特征來(lái)分析年際間降水量變化，詳見(jiàn)圖1。

圖1 呼倫貝爾市林區(qū)4站1990—2019年年降水量變化特征

由圖1 可知，呼倫貝爾市林區(qū)的年降水量最低值為牙克石市的231.7 mm（2007年），最高值為鄂倫春的866.8 mm（1998年）。年降水量值額爾古納、根河、鄂倫春均呈現(xiàn)出波動(dòng)下降的趨勢(shì)，而牙克石站呈現(xiàn)出波動(dòng)上升的趨勢(shì)。通過(guò)對(duì)于降水波動(dòng)較大的年份，例如1998 年的降水量進(jìn)行分析可知，鄂倫春1998年降水量要高于其他兩個(gè)地區(qū)，其年降水量比牙克石多289.3 mm、比根河多404.5 mm、比額爾古納多419.8 mm。這主要是因?yàn)檠揽耸挥诖笈d安嶺山脈附近，其降水量受地形影響較大，而額爾古納、根河、鄂倫春較牙克石更偏北，其氣候與寒溫帶內(nèi)陸性氣候特點(diǎn)相一致。

通過(guò)線性回歸擬合后得到的線性回歸方程和其顯著性關(guān)系可以很好地分析出4個(gè)觀測(cè)站的降水量年際變化情況。由表1 為1990—2019 年額爾古納、根河、鄂倫春、牙克石4個(gè)觀測(cè)站年降水量變化。額爾古納市年降水量變化為-1.53 mm/a、根河年降水量變化為-0.64 mm/a、鄂倫春年降水量變化為-0.84 mm/a、牙克石年降水量變化為1.19 mm/a，其R2值均小于0.05，呈現(xiàn)顯著性相關(guān)關(guān)系。其中額爾古納、根河、鄂倫春呈現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，牙克石市呈現(xiàn)正向增長(zhǎng)的趨勢(shì)。19世紀(jì)末期，尤其是1998年厄爾尼諾現(xiàn)象致使北方大部地區(qū)遭受洪澇災(zāi)害，其降水量偏多，20世紀(jì)初降水量有所下降。而牙克石市由于其特殊的地理位置（大興安嶺山脈橫亙而過(guò)），使得其降水量變化曲線與其他三地不同，呈現(xiàn)出上升的態(tài)勢(shì)[7-8]。

表1 呼倫貝爾市林區(qū)4站1990—2019年年降水量變化方程及R2值

3.2 1990—2019年年降水距平變化特征

由額爾古納、根河、鄂倫春和牙克石4個(gè)國(guó)家基本氣象觀測(cè)站數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可知（圖2），呼倫貝爾市林區(qū)各地1990—2019 年平均降水量值額爾古納為355.9 mm、根河為442.9 mm、鄂倫春為568.2 mm、牙克石為398.7 mm。其中額爾古納有12 年年降水量高于30 年平均值，根河有16 年年降水量高于30 年平均值，鄂倫春有13 年年降水量高于30 年平均值，牙克石有11 年年降水量高于平均值。這說(shuō)明呼倫貝爾市林區(qū)大部分地區(qū)近30 年年降水量值大部分年都較距平值偏低，屬于干旱或半干旱狀態(tài)，而部分年份如1998 年、2013 年降水量遠(yuǎn)超平均值，屬于洪澇狀態(tài)。

圖2 呼倫貝爾市林區(qū)1990—2019年年降水量距平變化特征

3.3 降水典型年月降水量變化分析

通過(guò)降水典型年選取計(jì)算結(jié)果綜合分析，選取2013 年和1998 年為呼倫貝爾市林區(qū)的降水典型代表年。為了更加直觀地體現(xiàn)呼倫貝爾市林區(qū)典型年降水量分布特征和各地區(qū)間的差異，圖3 給出了典型年呼倫貝爾林區(qū)額爾古納、根河、鄂倫春、牙克石4站逐月降水量的變化趨勢(shì)。

圖3 呼倫貝爾市林區(qū)1998年、2013年逐月降水量變化

以當(dāng)月的降水量值較上一月超20%的值作為峰值判斷依據(jù)，綜合額爾古納、根河、鄂倫春、牙克石4個(gè)站的月降水量特征，得到額爾古納、根河、鄂倫春、牙克石4 個(gè)站降水典型年降水量逐月變化序列分布（圖3）。由圖3 可知，1998 年和2013 年典型年的月降水量呈現(xiàn)出雙峰值的變化形態(tài)。4個(gè)站的主峰值均出現(xiàn)在7 月，次峰值為5 月，即7 月的降水量要大幅高于6月，5月份的降水量值大幅高于4月。這與典型年春末夏初的東北冷渦系統(tǒng)帶來(lái)的對(duì)流性天氣有關(guān)，東北冷渦是影響東北地區(qū)的重要天氣系統(tǒng)。其冷渦移動(dòng)較慢，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，會(huì)伴隨著強(qiáng)對(duì)流天氣，出現(xiàn)極端降水天氣現(xiàn)象[9-10]，使得在5—7月降水量要超過(guò)全年其他月份，出現(xiàn)峰值。

4 結(jié)論

（1）呼倫貝爾市林區(qū)額爾古納、根河、鄂倫春、牙克石的年降水量最低值為牙克石市的231.7 mm（2007 年），最高值為鄂倫春的866.8 mm（1998 年）。年降水量值額爾古納、根河、鄂倫春均呈現(xiàn)出波動(dòng)下降的趨勢(shì)，而牙克石站呈現(xiàn)出波動(dòng)上升的趨勢(shì)。牙克石市由于其特殊的地理位置，使得其降水量變化曲線與其他三地不同。

（2）呼倫貝爾市林區(qū)額爾古納、根河、鄂倫春、牙克石近30年年降水量值大部分年都較距平值偏低，屬于干旱或半干旱狀態(tài)，而部分年份例如1998、2013年降水量遠(yuǎn)超平均值，屬于洪澇狀態(tài)。

（3）通過(guò)降水典型年選取計(jì)算結(jié)果以及與中國(guó)氣象局全國(guó)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)普查結(jié)果的綜合分析，選取2013、1998年為呼倫貝爾市林區(qū)的降水典型代表年。對(duì)典型年1998、2013年的逐月降水量峰值判斷分析可知，1998、2013 年典型年的月降水量呈現(xiàn)出雙峰值的變化形態(tài)，4 個(gè)站的主峰值均出現(xiàn)在7 月，次峰值為5 月，這主要是受到東北冷渦天氣系統(tǒng)的影響，夏季降水要高于全年其他時(shí)期。