大荔县降水量变化特征及其对农业生产的影响

李 东，韩蓓蓓，雪 婷，张 颢，马耀绒

(1.大荔县气象局,陕西 大荔 715100；2.渭南市气象局，陕西 渭南 714100)

在全球变暖的气候背景下，我国区域降水及气候特征出现了明显的变化，局部地区降水日变化的改变和局地强降水异常，是导致旱涝灾害发生频率呈增加趋势的重要因素之一。前人对全国和全省的降水日变化、雨日变化特征进行了较为深入的研究[1～4]，其中林纾等[5]通过研究指出甘肃省的降水量和雨日的特征，以黄河为界，河西的年降水量在增加，河东的年降水量在减少，减少最明显的区域分别为徽县和康县盆地；蔡新玲[6]等对陕西省近47 a来降水变化整体特征进行研究得出陕西地区年降水量呈明显的减少趋势，主要表现在春秋季降水的减少；汪青春[7]等研究表明青海省近年来夏半年降水量和雨日在减少，但下半年的降水强度却在增强；王大均等[8]认为近40 a来中国降水量的空间分布与相应的时段的雨日数空间分布一致；但顾骏强[9]等指出，浙江省的年降水量在增加，雨日却没有同步增加；李春强[10]等运用小波分析方法对1965-2005年河北省降水量进行分析，也指出在该时间尺度下存在了3个降水周期，但不同地区降水的多尺度效应具有明显差异；笔者通过以大荔县为例，对该县域1961-2016年日降水资料进行深入分析，揭示出大荔县降水变化特征，降水对气候灾害等的影响，对研究该区域生态环境的演变以及制定气候变化影响策略等方面具有重要意义，也为该地区的农业生产决策提供参考依据。

1 资料与方法

1.1 研究区域概况

大荔县域面积1 776 km2，耕地面积9.3万hm2，人口72万人。位于陕西关中平原东部，主要地貌分为黄土台塬、渭河阶地、洛南沙苑、黄河滩地四个类型，属暖温带半湿润、半干旱季风气候。由于受西太平洋副热带高压与地理位置的影响，气候季间差异明显，四季分明，春温回升快，秋季多霖雨。

1.2 资料来源及方法

选取大荔县气象站1961-2016年的年、月及逐日降水资料，通过计算平均值、均方差、变异系数、偏态系数、变化倾向率等指标来分析大荔县近56年来降水量、雨日、雨强等气候变化特征。具体计算方法见参考文献。

季节划分：3-5月为春季，6-8月为夏季，9-11月为秋季，12-次年2月为冬季。

雨日定义为日降水量>0 mm的日数，小雨日定义为日降水量为0～9.9 mm的日数，中雨日定义为日降水量为10.0～24.9 mm的日数，大雨日定义为日降水量为25～49.9 mm的日数，暴雨日定义为日降水量>50 mm的日数。

2 结果与分析

2.1 年降水量的趋势分析

根据统计结果显示，大荔县近56 a间平均降水量为503.51 mm。年降水量趋势方程为Y=-0.9507X+2391.5(其中Y为降水量，X为年份)，由图1可以看出，56 a来该地区降水量总体呈递减趋势，降水量直减率为-9.5 mm·10a-1。其中该县最大年降水量为843.5mm出现在2003年，是多年平均降水量的1.68倍，最小年降水量发生在1986年，仅为282.1 mm，较多年平均降水量偏少4成。根据降水量累积距平图可以看出大荔县年降水量较常年同期偏多的年份占46%，且仅有15个年份的降水量接近常年同期，在2004-2008年连续5 a出现的年均降水偏少的现象。

图1 大荔县年降水量变化及累积距平变化

2.2 年雨日的变化规律

1961-2016年年均降雨日数为81 d，最大年降雨日数出现在1964年，累计降雨日数116 d较常年同期偏多4成，年最小降雨日数为51 d，出现在1995年较常年同期偏少4成。年降雨日数在总体上出现减少的趋势,雨日直减率为-2 d·10a-1；根据降雨日数累积距平图可以看出56 a间有30个年份的降水日数高于常年平均降水日数，降雨日数呈偏态分布，系数为Cs=0.023，为正偏分布。

图2 大荔县年降雨日数变化趋势和累积距平变化

2.3 各年代际之间降水量和降雨日数的变化特征分析

结合表1可知，1961-1990年间的平均降水量为524.59 mm，1991-2016年间的平均降水量为479.84 mm。每个年代际之间的降水量可以看出年降水量的最大值、极差和变异系数总体呈增长趋势，而每10 a平均降水量、降水量最小值的变化波动较大,总体呈递减趋势；说明年代际内降水量的离散程度高，差异大。年代际降雨日数的均值在56 a间总体呈减少趋势，变异系数年代际间呈波动变化趋势，说明雨日数年代际间波动性大，且这种波动随年代际增加或减少的波动幅度都在增加。究其原因，大荔县地处关中平原东部，受西太平洋副热带高压和西风带冷槽的共同影响，导致大气环流发生改变。

表1 年代际间降水量和降雨日数变化分析

2.4 季节性降水量的趋势特征分析

根据图3可以看出该地域春季降水量的减少趋势比较明显，夏季和秋季的降水量呈现出弱的减弱趋势，而冬季降水量却呈现出弱的增加趋势。降水累积距平百分率图可以看出春夏秋冬四季的距平百分率都是负值多于正值，其中秋季的降水距平百分率负值较其他三个季节相比偏多，并在1969-1973、1976-1980、1986-1991、1997-2002和2006-2010年间的秋季都出现连续的降水量减少。

图3 大荔县四季降水量变化及降水量距平百分率变化

2.5 各年代际之间降水量和降雨日数的变化特征分析

通过表2分析可知，在春季及在春季中各年代之间的变异系数变化中，春季的平均降水逐年代减少，变异系数(除70年代外)逐年代呈增长趋势，70年代变异系数仅为0.15(是同期冬季降水变异系数的1/3)，说明该县域55 a间春季降水在年代内分配极不均匀，且年代际间降水波动幅度越来越大。夏季降水波动幅度最小，但夏季平均降水量最大，其较小的变化幅度仍会对全年降水量变化产生较大的影响。

表2 近55 a大荔县四季降水量变化特征分析

2.6 不同等级降雨日数的变化特征

根据雨型统计，全年内小雨雨日变化趋势与年雨日变化趋势基本一致，而10 mm以上降雨日数则呈递减趋势变化；按月份统计，年内雨日随着月份增加先增加后减少，12月份雨日平均最少，平均为2.6 d，9月份雨日最大，平均为10.62 d；以季节雨日计算，春季平均雨日21.08 d，夏季27.46 d，秋季24.88 d，冬季9.2 d。结合表4分析，夏季年代际间雨日均值明显高于其他季节，且年代际离散程度最小，冬季变异系数明显高于春、夏、秋季，表明其年代内雨日离散程度较大，且年代际间波动幅度越来越大。

图4 大荔县不同等级降雨日数变化特征

表3 大荔县四季降水强度变化

2.7 降水强度分析

降水强度定义为单位雨日内所降雨量，降水与雨日之间的关系通过降水强度来表示。通过日降水资料分析得出该县域多年平均降水强度为，其中小雨、中雨、大雨、暴雨多年平均强度分别为2.38、15.82、32.87、71.57 mm·d-1。由表3可以看出，1980年代前后年代际间年降水强度都呈递减趋势，年代际间降水强度的离散程度相差不大。此外，90年代至21世纪，四季降水强度均呈递增趋势，冬季增幅达45%，但其变异系数较大，表明年代际内冬季降水强度波动明显；90年代之前四季降水强度均呈先增加后减少的趋势，冬季降水强度的离散程度高于春季。结合2.1和2.2的分析结果，年代际间降水量和雨日数总体都呈降低趋势，而在80年代前后年代际间降水量和雨日数都出现小幅增加后又呈减少趋势，说明年内平均降水强度总体也是呈减少趋势。

3 降水变化对农业生产的影响分析

近年来大荔县气候存在着变暖变干的趋势，年降水量总量偏少，加之强对流天气出现的频率越来越高，这将对县域农业生产产生不利的影响。根据大荔县历年的灾害显示，20世纪以来呈灾情频，范围广的特征，如2012年的7月大荔县北部塬区，自西向东出现强对流灾害天气，暴雨夹带着冰雹持续了约40 min，其中冰雹的最大直径1.5 cm，最大风力达8级左右，造成全县全县8个镇80个村4830人受灾，约6 341.2 hm2农作物受损，其他电力设施和道路受到不同程度的损坏，直接经济损失约3.3亿。强对流天气、干旱等灾害造成的灾情还有很多，在此就不一一列举了。虽然气候变化不会动摇粮食的自我供应能力，但会给农作物造成损失，也会增加农业生产的物质投入，对技术管理的要求将更高，农业额外投入将会增加。

4 结论与讨论

(1)大荔县年平均降水量为503.5 mm，年降水量总量呈减少趋势，降水量直减率为-9.5 mm·10a-1；年降水量主要集中在夏、秋两季的6、9、10月份，占全年降水量的75.7%，冬季降水量最少仅占全年降水量的3.5%；年际间降水量也总体呈减少趋势。年际间降水波动幅度逐年代减少，但干旱与洪涝年份明显，干旱年份逐年代再增多，不利于本地区农业发展。该地区可通过修建水利工程等措施，对年内、年际间降水进行调节，合理分配本县域水资源。

(2)大荔县的年降雨日数总体也出现减弱趋势，雨日递减率为-2d·10a-1；降雨日数在春季、夏季和秋季分布差异不大，冬季最少仅占全年降雨日数的3%，其中春季和秋季的降雨日数的减弱趋势明显；该地域年降水量的降水日数都呈减少趋势但变化不同步存在时间上存在差异。

(3)就四季而言，80年代前后年代际间年降水强度都呈递减趋势，年代际间降水强度的离散程度相差不大。90年代到21世纪，四季降水强度均呈递增趋势，冬季增幅达45%，但其变异系数较大，表明年代际内冬季降水强度波动明显；

(4)进入20世纪90年代以来，气候变暖，异常气候事件在关中平原频繁出现，春、秋季降水量再减少，春旱和秋旱加剧；而夏季的降水强度在增强，局地强雷暴、强降水天气、洪涝灾害再增多。