鲁西南近50年降水量和雨日雨强变化趋势※

孙翠凤，窦 坤，吴雷柱，徐国栋，张 婷

(菏泽市气象局，山东菏泽 274000)

水资源对农业特别是粮食生产的影响至关重要。陈印军等［1］指出，我国水资源短缺问题日益突出，通过扩大灌溉面积来增加粮食产量的难度越来越大。陈学渊等［2］分析了海河流域水资源利用现状与对农业生产的影响程度。在全球气候变化的背景下，干旱、暴雨、连阴雨等灾害性天气，不仅与降水量有关，而且还与雨日、雨强有关，但以往较注重降水量变化的研究，很少对雨日雨强的变化特征进行分析研究。石慧兰等［3］指出，德州旱灾增加主要是降水量减少造成的，涝灾平均10年增加0.05次，主要是特大暴雨等极端灾害性天气气候事件增加造成的。苑文华等［4］指出，降水量和不同强度降水日数的异常变化是形成干旱灾害的主要原因。汪青春等［5］指出，青海近年来虽然夏半年降水量和雨日在减少，但降水强度在增加。目前，尚未见到鲁西南区域平均降水量和雨日雨强趋势变化的系统分析。有关研究表明:在一个更加温暖的地球上，由于海陆风气压梯度增大，亚洲的季风将可能向极地伸展，降水量可能增加，所增加的降水可能主要是在较短的降水时间里以更加强烈的暴雨形式出现［6］。同时，气候变化的主要影响不是来自平均气温和降水变化，而是来自极端天气气候事件频率的变化，平均值的微小变化有可能大大改变极端天气气候事件出现的频率［6］。鲁西南是重要的农业生产区，降水量、雨日、雨强特征对农业生产和城市防汛具有重要影响，该文通过分析鲁西南平均降水量和雨日雨强的变化特征，以期引起对降水资源变化和短时强降水等极端灾害性天气气候事件增加的高度重视。

1 资料和方法

所用资料取自1961～2010年鲁西南9县区 (鄄城、郓城、菏泽、东明、定陶、巨野、曹县、成武、单县)气象观测站降水资料，由于定陶站始建于1963年1月，故该站资料取自1963～2010年。用最小二乘法计算气候变化趋势，用Mann-Kendall方法检验降水量突变，用相关系数定量表示年降水量与降水日数的相关程度，用t检验法进行显著性检验［7］。

2 降水量、降水日数变化分析

2.1 降水量变化分析

1961～2010年鲁西南9县区年平均降水量658.7mm。2003年降水最多，为1 004 mm;1964年次之，为993.8mm。1966年和1988年降水最少，分别为377.1mm和379.6mm。从图1看出，5年和9年平均降水距平百分率均表现出波动变化特点，鲁西南年平均降水量总体变化趋势不明显略呈减少趋势，总体变化趋势呈现“多—少—多”的变化趋势，与山东省近45年区域平均年降水量的变化趋势一致［4］。

图1 鲁西南9站平均降水距平百分率 (黑实线为逐年变化，粗实线为趋势线，细虚线、粗虚线分别为5年、9年滑动平均)

取位于鲁西南西北部的鄄城、中部的菏泽、东南的单县为代表站进行分析 (表1)，鲁西南近50年降水量年代际变化明显，20世纪60年代降水偏多，之后呈减少趋势，20世纪80年代是近50年降水最少时期，20世纪90年代降水量减少但趋势减缓，2000～2010年是近50年降水最多时期，主要是近10年鲁西南夏季降水增多的原因 (近10年夏季平均降水量比20世纪60年代多10%，比20世纪80年代多32%)。

季节分配上，鲁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，仅占4.3%。计算50年四季降水量变化趋势，春季降水量以0.30mm/10年的趋势减少，夏季降水量以2.90 mm/10年的趋势增加，秋季降水量以4.69 mm/10年的趋势减少，冬季降水量以1.11 mm/10年的趋势增加。

空间分布上，鲁西南降水量由东南向西北递减。50年平均年降水量最多的曹县 (694.0mm)较最少的鄄城 (598.7mm)多15.9%。

表1 鲁西南1961～2010年降水量 (mm)

2.2 降水气候突变分析

用Mann－Kendall方法检验近50年鲁西南年平均降水量序列的突变，给出α=0.05(Uα=±1.96)的显著性标准，得出UF和UB曲线 (图2)。可以看出，近50年鲁西南降水发生两次突变，时间分别在1965年和2003年前后。1961～1964年为多雨期，1966～2002年为少雨期，2003～2010年为多雨期。与上述分析一致。

图2 鲁西南年平均降水量Mann-Kendall曲线

2.3 降水日数变化分析

鲁西南≥0.1mm降水日数历年平均75.4天。由图3a看出，近50年鲁西南≥0.1mm降水日数平均值呈减少趋势，每10年减少1.28天，同王颖等关于雨日的减少比降水量的减少明显的多平均每10年减少3.8天［8］的结论一致，但鲁西南雨日减少趋势稍缓。春季减少0.258天，夏季增加0.017天，秋季减少0.29天，冬季增加0.096天，由此可见，鲁西南雨日的减少主要是由于春秋季雨日的减少造成的。鲁西南≥5.0mm降水日数历年平均27.8天。每10年减少0.39天，春季减少0.059天，夏季减少0.01天，秋季减少0.101天，冬季增加0.038天。

鲁西南≥25.0mm降水日数历年平均7.2天。由图3b看出，近50年鲁西南≥25.0mm降水日数平均值呈增加趋势，每10a增加0.12天，春季增加0.018天，夏季增加0.038天，秋季减少0.01天，冬季仅有9站次出现≥25.0mm的降水，全部出现在1960年、1961年、1964年、1967年的鲁西南南部地区。

图3 鲁西南近50年降水日数变化趋势 (a为≥0.1mm降水日数，b为≥25.0mm降水日数)

由表2看出:平均降水日数最多值均出现在20世纪60年代或2000～2010年，最少值大多出现在20世纪80年代，降水日数最多 (少)值与降水量最多 (少)值出现的年代际分布一致。用相关系数t检验法检验各级降水日数变化趋势发现，均未达到一定的显著性水平，即变化趋势不显著。对各级降水日数与年降水量相关系数进行显著性检验发现，各级降水日数均与年降水量显著相关，其中≥150.0mm降水日数的相关性达到0.05的显著性标准，其余各级降水日数的相关性均达到0.001的显著性标准。≥25.0mm降水日数与年降水量相关最为密切。说明从平均状况看，降水量的多少取决于降水日数的多少，特别是≥25.0mm降水日数的多少。

从单站情况看，菏泽、定陶、曹县≥0.1mm降水日数显著下降，达到0.1或0.05的显著性检验;菏泽、定陶≥1.0mm降水日数显著下降，达到0.1或0.05的显著性检验。说明鲁西南中南部地区降水日数减少较北部明显。≥25.0mm、≥50.0mm、≥100.0mm、≥150.0mm降水日数鲁西南南部地区大多呈增加趋势。特别是≥100.0mm的降水日数中北部呈减少趋势，菏泽减少趋势达到0.05的显著性标准;南部呈增加趋势，曹县增加趋势达到0.05的显著性标准。

1981～2010年≥25.0mm、≥50.0mm、≥100.0mm、≥150.0mm的平均降水日数与时间的相关系数分别为0.308、0.303、0.179、0.164，≥25.0mm、≥50.0mm降水日数的增加趋势达到0.05的显著性标准。

表2 鲁西南1961～2010年各级降水日数变化趋势

3 最长连续降水日数、连续无降水日数变化分析

由图4a看出，平均最长连续降水日数 (≥1.0mm)变化趋势不明显略有减少，每10年减少0.033天(近30年以0.128天/10年的趋势增加)。平均最多值出现在1964年 (10.4天)，平均最少值出现在1980年 (3.8天)。由图4b看出，平均最长连续无降水日数呈减少趋势，每10年减少1.014天 (近30年以3.293天/10年的趋势减少)。平均最多值出现在1984年 (101.3天)，平均最少值出现在2003年 (27.4天)，其次是1964年 (28.1天)。

图4 鲁西南近50年最长连续降水日数和无降水日数变化趋势

4 最大连续降水量、日降水量变化分析

1961～2010年平均最大连续降水量呈减少趋势 (图略)，平均10年减少3.719 mm。平均最大值出现在1993年 (208.9mm)，其次出现在1963年 (197.9 mm);平均最小值出现在1988年 (65.9mm)。

1961～2010年平均最大日降水量以0.38mm/10年的趋势略增 (图略)。平均最大值出现在1993年(141.0mm)，其次出现在2006年 (139.6mm);平均最小值出现在1966年 (51.8 mm)，其次出现在1997年 (54mm)。从单站情况看，位于中南部的曹县、巨野、定陶、成武最大日降水量呈增加趋势，平均10年分别增加5.999mm、4.059mm、3.242mm和1.913mm;位于中北部的郓城、东明、菏泽、鄄城及位于最东南部的单县呈减少趋势，平均 10年分别减少 4.115mm、3.083mm、1.973mm、0.759mm和1.631mm。最大日降水量最大值为243.2mm，出现在1965年单县;其次是236mm和229.9mm，分别出现在1993年定陶和曹县。最小值为29.5mm，出现在1988年定陶;其次是36.2mm和36.3mm，分别出现在1966年郓城和曹县。

1981～2010年平均最大连续降水量呈增加趋势 (图5a)，每10年增加6.724mm;平均最大日降水量呈增加趋势 (图5b)，每10年增加4.904mm。

图5 鲁西南近30年最大连续降水量和最大日降水量变化趋势

5 10分钟、1小时最大降水量变化分析

1981～2010年平均10分钟最大降水量以0.707mm/10年的趋势增加 (图6a)，其中位于中南部的定陶、单县、成武增加趋势明显。平均最大值出现在1998年 (24.3mm)，其次出现在2006年 (23.5mm);平均最小值出现在1988年 (13.9mm)。平均10分钟最大降水量20世纪90年代、2000～2010年均明显大于20世纪80年代、2000～2010年增加趋势减缓。其中20世纪80年代均值为16.9mm，20世纪90年代为18.9mm，2000～2010年为18.1mm。

1981～2010年平均1小时最大降水量以1.423mm/10年的趋势增加 (图6b)，其中位于中南部的单县、定陶、成武、巨野增加趋势明显。平均最大值出现在1993年 (79.3mm);平均最小值出现在1997年(28.4mm)，其次出现在1988年 (31.0mm)。平均1小时最大降水量年代际变化与10分钟变化趋势相似，其中20世纪80年代均值为43.4mm，20世纪90年代为48.1mm，2000～2010年为46.5mm。20世纪90年代和2000～2010年分别较20世纪80年代增加4.7和3.1mm。

统计分析9站10分钟、1小时最大降水量出现时间资料，结果表明:10分钟、1小时最大降水量均集中出现在7～8月份，各自占总样本的77.2%和75.2%;把一日分为白天 (08～20时)和夜间 (20～08时)两个时段，10分钟、1小时最大降水量出现在夜间的频率各自占总样本的44.6%和51.1%。

图6 鲁西南近30年10分钟和1小时最大降水量变化趋势

6 结论

(1)近50年，鲁西南平均年降水量总体变化趋势不明显，呈波动变化略减少。1965年和2003年分别发生降水突变。20世纪80年代是鲁西南近50年降水最少时期，2000～2010年是近50年降水最多时期。季节分配上，鲁西南降水集中在夏季;空间分布上，鲁西南降水量由东南向西北递减。

(2)近50年，鲁西南≥0.1mm平均降水日数每10年减少1.28天。各级降水日数均与年降水量显著相关，≥25.0mm降水日数与年降水量相关最为密切，说明从平均状况看，降水量的多少取决于降水日数的多少，特别是≥25.0mm降水日数的多少。雨日的变化间接反映了太阳直接辐射，它影响当地国民经济，特别是影响农作物的选取、布局与产量。要解释雨日气候变化的原因，恐怕比解释降水量与气温气候变化的原因更困难些［8］。

(3)近50年，鲁西南平均最长连续降水、无降水日数均呈减少趋势。平均最大连续降水量以3.719 mm/10年的趋势减少。平均最大日降水量以0.38mm/10年的趋势略增，鲁西南中南部最大日降水量呈明显的增加趋势，中北部呈明显减少趋势。

(4)近30年，鲁西南平均10分钟最大降水量以0.707mm/10年的趋势增加，平均1小时最大降水量以1.423mm/10年的趋势增加，2000年增加趋势减缓。

(5)近50年，鲁西南降水日数减少但降水强度增加，短时强降水出现的月份集中且夜间出现频率高，致使洪涝灾害防御任务更加艰巨。

［1］陈印军，王勇，卢布.国际粮食形势及我国粮食生产潜在危机与对策.中国农业资源与区划，2009，30(1):9～15

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［5］汪青春，李林，刘蓓，等.青海省近40年雨日、雨强气候变化特征.气象，2005，31(3):69～72

［6］英，马丁·帕里著，周克前译.气候变化与世界农业.北京:气象出版社，1994:1～19

［7］魏凤英编著.现代气候统计诊断与预测技术 (第2版).北京:气象出版社，2007:30～31，37～38，63～64

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