汾河流域58年降水量变化特征分析

李文红

（山西省水文水资源勘测局 山西太原 030001）

0 引言

汾河为山西省内第一大河流，发源于宁武县东寨镇管涔山，自北向南纵贯6市45个县、市、区，汇聚吕梁、太行山区的支流，穿越太原、临汾两大盆地，至运城新绛县境急转西行，于禹门口下游万荣县荣河镇庙前村附近汇入黄河。南北长412.5 km，东西宽188 km，干流长716 km，呈带状分布，面积39 471 km2[1]。

在气候变化和人类活动的共同影响下，汾河流域水资源状况日趋恶化。自然降水是汾河流域水资源的主要来源，其时空分布与变化直接关系到水资源的合理开发与利用，在很大程度上影响着工农业生产的发展和人民生活水平的提高。汾河是山西省开发程度最高的河流，因此降水量的变化趋势和特点的研究具有十分重要的意义。

关于汾河流域降水量变化的相关分析，赵学敏等[2]利用汾河流域39个测站近45年（1956-2000年）的月年降水量资料分析得出：汾河流域年、汛期（6-9月）降水量呈逐年减少趋势，且在全流域具有普遍性，降水倾向系数-26.1%、-22.2%，流域趋于干旱化。杨萍果等[3]运用线性倾向估计的方法，利用汾河流域1957-2006年，逐月观测的降水资料，分析了汾河流域降水量的时空分布规律和长期变化趋势，结果表明：近50年来，汾河流域降水量总趋势以21.9 mm/a的变化率减少。2000年后，在全球气候变暖的大背景下，汾河流域气候同样也发生了变化，为研究相应降水量的变化，探讨是否一直趋于干旱化，本文将资料系列延长至2013年，选用水文、气象站具有完整的1956-2013年的月、年降水资料的45站进行分析，进一步研究流域降水量的空间分布特征，以及年、季、月的降水量变化趋势和特征。

1 降水量空间分布特征

汾河流域内地形起伏大，山脉多呈东北向或北北东方向排列，水汽自南或东南方向入境后，受到层层阻隔，由图1汾河流域多年平均降水量图可以看出，年降水量总体上自南向北梯减、山地大于盆地、迎风坡大于背风坡。降水量随着山地高度的增加而增加，尤其芦芽山、关帝山的降水量随高程增加较快；随纬度增高同高程降水量渐趋减小；不同坡向降水量高程关系因水汽来源、山脉走向不同而存在差异。年降水量变化梯度大，存在众多交替出现的高低值中心，低值区主要分布于盆地，太原、运城、临汾盆地低值中心年降水量分别在450、500、550 mm以下，均小于盆地周围山区；高值区几乎全分布在高山地区，最高值平均降水量在700 mm以上。

以1956～2013年系列降水量资料，应用计算机网格法得到流域不同分区的面平均雨量系列。研究表明，汾河流域多年平均降水量507.0 mm，其中汾河上游多年平均值494.5 mm，中游多年平均值493.7 mm，下游多年平均值539.0 mm，呈现明显南多北少的分布特征，其原因与地势及夏季暖湿气流有关。分析上下游各年降水量丰枯出现的频率可以看出，流域同丰同枯出现频率在60%以上，其中同丰出现频率为29.3%，同枯出现的频率为32.8%。

分区降水量中，上游年际降水量变化最大，极值比为3.06，中游降水量变化最小，极值比为2.49。单站最大、最小年降水量比值介于2.5～3.5之间，部分站点高达4倍以上。

图1 汾河流域多年平均降水量

2 降水量的时间变化特征

2.1 年降水量变化特征

表1列出了汾河流域各时段与多年平均降水量的比较成果及丰枯出现的频率。可以看出：20世纪50、60年代降水量充沛，平均降水量比多年平均值偏多43 mm，偏多8.5%，丰水年、偏丰水年出现较多；进入70年代以后降水量呈现逐渐衰减的趋势，丰水年很少出现，枯水年、偏枯水年增多，20世纪90年代达到最甚，仅1年为偏丰水年，平均降水量比多年平均值减少了44 mm，偏少8.7%；进入21世纪降水量呈现回升态势，出现了1年丰水年和4年偏丰水年，平均降水量略多于多年平均值，高出20世纪90年代47.1 mm，尤其是近5年以来除2010年外，其余4年降水量均高于多年平均值，5年平均降水量为551.8 mm，高出多年平均值44.8 mm，与降水量丰沛的20世纪50、60年代相当，流域进入多雨期。

从汾河流域各年降水量变化曲线（图2）可以看出，降水量年际变化较大，丰枯水年交替出现，连续丰水年或枯水年较少出现，连续偏丰水年或偏枯水年较常出现，如：1966—1967年、1975—1977年连续偏丰水年，1979—1981年、1991—1992年、2004—2005连续偏枯水年。

表1 汾河流域各时段降水量比较

图2 1956-2013年汾河流域年降水量变化曲线图

2.2 季降水量变化特征

流域内45个雨量站具有58年（1956-2013年）完整的月、年降水量资料，各年各季降水量采用46站算术平均值。表2列出各时段分季降水量及与多年平均值相比的情况，季降水量变化特征分析如下。

2.2.1 春季

汾河流域春季（3～5月）降水量相对较少，春季多年平均降水量81.3 mm，占全年降水量的16.4%。由表2和图3可以看出：春季降水量最多为185.7 mm（1963年），最少24.9 mm（2001年）。春季降水量整体呈下降的趋势，20世纪50、60年代春季雨量充沛；70年代进入少雨期，多数降雨量低于多年平均值；80、90年代又进入多雨期，多数降水量高于多年平均值；21世纪初降水量又进入少雨量，多数降水量在平均值之下。

2.2.2 夏季

汾河流域夏季（6～8月）是全年降水量最多的季节，季平均降水量284.9 mm，占全年降水量的57.4%。由表2和图4可以看出：夏季最多的降水量为489.6 mm（1988年），最少降水量为132.9 mm（1997年）。各年代夏季降水量顺时序递减。20世纪50、60年代丰水期较多，较少出现连续干早年，60年代后期开始连续干早年出现几率增加，如1968～1970年、1983～1987年、1997～2002年等出现了严重的伏旱。夏季降水量减少是导致年降水量减少的直接原因。

表2 汾河流域各时段分季降水量比较 单位：m m

图3 1956-2013年汾河流域春季降水量变化曲线

图4 1956～2013年汾河流域夏季降水量变化曲线

图5 1956～2013年汾河流域秋季降水量变化曲线

图6 1956～2013年汾河流域冬季降水量变化曲线

2.2.3 秋季

由表2和图5可见，汾河流域秋季（9～11月）是全年降水量次多的季节，季平均降水量117.8 mm，占全年降水总量的23.7%，秋季降水量最多为233.3 mm（1964年），最少为39.6 mm（1957年）。各时段秋季降水量呈现由多到少又到多的波动态势，20世纪50、60年较丰，70、80、90年代较枯，其中80年代后期到90年代末达到最甚，连续14年低于多年平均，到21世纪初又转丰。2000～2013年秋季降水量较多年平均值偏多18.5%，是该时段年降水量较多年均值偏多的主要原因。

2.2.4 冬季

汾河流域冬季（12月～次年2月）是全年降水量最少的季节，季平均降水量12.5 mm，仅占全年降水总量的2.5%。由表2和图6可见，冬季降水量最多的是1975年12月至1976年2月，平均降水量40.3 mm，最少的是1998年12月至1999年2月，整个冬季只有零星降水，平均降水量不足0.1 mm。20世纪70年代和21世纪初各时段冬季降水量较丰，其余年代较枯，其中20世纪90年代最枯，连续10年低于多年平均值。进入21世纪，冬季雨量则相对较丰，2002～2007年连续6年高于多年平均值。冬季整体呈现增加的趋势。2000～2013年冬季降水量较多年平均值偏多2.2%，是该时段年降水量较多年均值偏多的另一个原因。

2.3 月降水量变化特征

汾河流域主汛期为6～9月，四个月降水量占全年降水量的71.3%，其中以7月份降水量为最多，占全年降水量的24.2%，8月份次之，占全年降水量的21.2%。年际间变化幅度最大的是5～9月各月，最大降水量与最小降水量相差100 mm以上，其中7月份相差最大在200 mm以上；1、12月份由于降水量偏小，年际变化较小，最大降水量与最小降水量相差20 mm左右；其他各月变幅在50～100 mm之间。

表3列出了各年代月平均降水量及占年降水量比例，可以看出，各年代降水量月分配变化较大，各月降水量呈现不同的增减趋势。与多年平均相比，21世纪初呈现明显增加态势的有：1、2、9、12月等4个月，呈现明显减少态势的有：3、4、7、8月等4个月，变化幅度较小的有：5、6、10、11月等4个月。

4 结论

1）汾河流域降水量由南向北递减，上下游降水量同丰同枯出现的频率较高，其中同丰出现频率为29.3%，同枯出现的频率为32.8%。

2）年降水量整体呈现下降的趋势，但进入21世纪降水量呈现回升态势，尤其是近5年来降水量均值高于多年平均值44.8 mm，流域进入多雨期。

表3 各年代月平均降水量及占年降水量比例 单位：m m

3）降水量的年内分配发生了明显的改变。表现为，春季、夏季呈现减少的趋势，秋季、冬季呈现增加的趋势；各年代各月降水量呈现不同的增减趋势，其中1、2、9、12月等4个月呈现明显的增加态势，3、4、7、8月等4个月呈现明显的减少态势。

[1]李英明,潘军峰.山西河流[M].北京：科学出版社,2004.

[2]赵学敏，胡彩虹，等.汾河流域降水量变化趋势的气候分析[J].干旱区地理,2007（1）:53-59.

[3]杨萍果，郑峰燕.汾河流域降水量时空变化特征[J].干旱区资源与环境，2008（12）:108-111.