康平地区云水资源的时间分布和演变特征

张军 张玮琦 金树志

摘 要：利用中国地面测站1959—2016年逐日降水资料和EC再分析资料，对康平地区的年降水量、云水资源和降水量的相关性进行了研究，结果表明：（1）康平地区1959—2016年的年平均降水量为516mm，存在“2年-2年半”的震荡周期且呈逐年增加的趋势，在1967年降水量突变增加。其中夏季降水贡献率为68%，秋季、春季和冬季的贡献率分别为16%、15%和1%。7月降水最多，1月降水最少。（2）康平降水量和EC再分析资料的气柱液态水含量在1981—2016年间的相关系数达0.6，在2005—2016年降水量和气柱液态水含量、中云量以及低云量的相关系数分别达0.9、0.84和0.77。研究结果可为康平地区未来开展作业预报、防灾减灾和人工影响天气等工作提供参考。

关键词：康平地区;降水量;云水资源;时间分布;演变特征

中图分类号 P426文献标识码 A文章编号 1007-7731（2019）21-0152-03

康平县位于辽宁省北部，全县区域面积2175km2，地处北纬42°31′～43°02′，东经122°45′～123°37′。总人口37万人，其中农村人口27.5万人，城市人口9.5万人。北与内蒙古科左后旗毗邻，东隔辽河与昌图相望，南接法库，西临彰武，位于沈阳“一小时经济圈”内，是沈阳经济区北部腹地的重要支撑点之一，是沈阳城市发展四大空间战略的向北门户，是环渤海经济圈及辽宁中部城市群上的重要节点，同时也是辽、吉、蒙“两省一区”结合部的区域中心。

康平地区的万亩松地处辽蒙防风阻沙带南缘，是国家三北防护林重要工程。近年来，康平受干旱灾害影响较为严重，尤其是2019年7月以来的持续高温，导致干旱加剧，农林业受损。因此，研究康平地区的降水分布、云雨资源特征等，对于开展防灾减灾和人工影响天气等工作，显得尤为重要。以往的研究往往针对整个辽宁省，而单独针对康平县的相关研究较少。为此，笔者采用地面降水资料和再分析资料，研究了康平地区近60年来的降水特征，分析气柱液态水含量云量和降水的相关性，并且从大气环流的角度分析降水异常偏多和偏少背后的气象学机理。

1 资料和方法

本研究采用中国地面测站逐日降水资料集和欧洲中心再分析资料（EC-Interim reanalysis data），计算康平地区当地的降水和相关云参量的演变特征;通过合成分析相关大气参量的方法，分析造成降水异常的大气环流原因。

1.1 降水资料 地面测站站号54244，时间跨度为1959—2016年，逐日时间分辨率。

1.2 再分析资料 时间跨度为1981—2016年，0.125～1°空间分辨率，逐月时间分辨率。

2 结果与分析

2.1 康平地区年降水量特征

2.1.1 降水逐月分布 由表1可知，康平地区降水量最大的3个月份为7、8、6月份，分别为146mm、124mm和83mm;降水量最小的3个月为1、12和2月份，分别为2mm、2mm和3mm。康平的年平均降水量为516mm（仅指液态降水，下同），其中夏季（6、7、8月）平均降水量为353mm，占年总降水量的68%;春季（3、4、5月）平均降水量为74mm，占年降水量的15%;秋季（9、10、11月）降水量为82mm，占年降水量的16%;冬季（12、1、2月）平均降水量为7mm，仅占年降水量的1%。由此可见，康平地区夏季降水是其主要的降水来源，占年降水量超过2/3，其他3个季节降水量之和不及夏季降水量的50%。

2.1.2 年降水量總体变化趋势和季节分布特征 通过最小二乘法建立年降水量对年份的一元回归方程，可以得到y=0.8224x-1118（x：年份，y：年降水量），如图1所示。由图1可知，近57年来康平地区的年降水量保持增长的趋势。其中，年降水量最大的4个年份依次为：1998、2010、2005、1959;年降水量最少的4个年份依次为：1982、1996、2002、2006。

2.1.3 年降水量突变趋势 对康平地区年降水量的时间序列进行Mann-Kendall检验（MK检验），得到结果如图2所示。由图2UF曲线可知，康平地区在1961—2016年期间，年降水量均呈增加的趋势（UF>0），其中，在1960年代末期至1970年代末期和1980年代中期至1990年代末期存在显著增加的趋势，这种趋势超过显著性水平0.05临界线。根据UF和UB曲线的交点位置，确定康平地区年降水量在1960年代末期的增加是一种突变现象，具体是从1967年开始的。

2.1.4 年降水量的周期性变化 对康平地区年降水量的时间序列进行功率谱分析，结果如图3所示。由图3可知，在周期为2.375年时，功率谱处于峰值，且超过了显著性水平为0.05的标准谱，所以可以认为康平地区年降水量存在2年-2年半的周期振荡特征。

2.2 EC云参量与降水关系 提取EC再分析资料（0.125°）的康平地区上空的tclw参量（气柱液态水含量），和降水进行对比分析，如图4所示。由图4可知，气柱液态水含量和降水量的年际变化有一定的相关性，计算得到1981—2016年气柱液态水含量和降水量的相关系数为0.6;在2000年后，两者的相关性更显著，2005—2016年这11年间的气柱液态水含量和降水量的相关系数为0.9。

提取EC再分析资料的康平地区上空的tcc参量（总云量），与降水进行对比分析，如图5a所示。计算得到1981—2016年总云量和降水量的相关系数为0.35;在2000年后，两者的相关性更显著，2005—2016年这11年间的总云量和降水量的相关系数为0.58。

提取EC再分析资料的康平地区上空的lcc参量（低云量），与降水进行对比分析，如图5b所示。计算得到1981—2016年低云量和降水量的相关系数为0.46;在2000年后，两者的相关性更显著，2005—2016年这11年间的低云量和降水量的相关系数为0.77。

提取EC再分析资料的康平地区上空的mcc参量（中云量），与降水进行对比分析，如图5c所示。计算得到1981—2016年中云量和降水量的相关系数为0.43;在2000年后，两者的相关性更显著，2005—2016年这11年间的中云量和降水量的相关系数为0.84。

提取EC再分析资料的康平地区上空的hcc参量（高云量），与降水进行对比分析，如图5d所示。计算得到1981—2016年高云量和降水量的相关系数为0.08，2000年前和2000年后，高云量和降水量的相关系数分别为0.05、0.1。

通常情况下，相关系数处于0.8～1.0为极强相关，0.6～0.8为强相关，0.4～0.6为中等强度相关，0.2～0.4为弱相关，0.0～0.2为极弱相关或者无相关。由以上结论可知，康平地区的年降水量和EC再分析资料当地的气柱液态水含量、总云量、低云量以及中云量均呈中等强度相关关系，与高云量不存在相关关系。其中，年降水量和气柱液态水含量的相关关系最明显，在所研究的時间序列1981—2016年间，相关系数达0.6。此外，值得注意的是，年降水量和气柱液态水含量、总云量、低云量以及中云量的相关关系随着年代的推进，更加显著。在近10年（2005—2016年间），年降水量和气柱液态水含量以及中云量的相关系数均增强为极强相关，年降水量和低云量的相关系数也增强、为强相关。

3 结论与讨论

通过研究康平地区的年降水演变特征、年降水和EC再分析资料的云参量的相关关系，以及降水异常年份的天气形势背景，并选取若干和降水量相关性较好的再分析参量，从天气尺度和中尺度对康平地区的降水异常的机理进行了分析，结果表明：

（1）康平地区1959—2016年，年平均降水量516mm。夏季降水占主要部分，贡献率达68%，秋季、春季和冬季的贡献率分别为16%、15%和1%。其中，7月降水最多，1月降水最少。

（2）年降水量呈逐年增加的趋势，增长曲线为y=0.8224x-1118（x：年份，y：年降水量），1967年降水量发生突变增加，在1960年代末期至1970年代末期和1980年代中期至1990年代末期，降水量的增加最为显著。在1959—2016年，年降水量存在2年-2年半的振荡周期。

（3）康平地区降水量和EC再分析资料的气柱液态水含量以及云量均存在一定的相关关系，且在近10年间相关关系更明显。降水量和气柱液态水含量在1981—2016年间的相关系数达0.6。2005—2016年，降水量和气柱液态水含量、中云量以及低云量的相关系数分别达0.9、0.84和0.77。

参考文献

[1]陶诗言.中国之暴雨[M].北京：北京科学出版社，1980.

[2]朱乾根等.天气学原理[M].北京：科学出版社，2000.

[3]魏凤英.现代气候统计诊断与预测技术[M].北京：气象出版社，2007. （责编：张宏民）