1971-2016 年黑龙江省作物生长季降水量时空演变特征

王晓明，吕佳佳，季生太 ，吴 琼，何 锋，闫 平，韩俊杰，姜丽霞

（1.黑龙江省气象数据中心，黑龙江 哈尔滨150030；2.黑龙江省气象科学研究所，黑龙江 哈尔滨150030；3.黑龙江省生态气象中心，黑龙江 哈尔滨150030）

1 引言

黑龙江省是我国秋粮生产的最大省份， 粮食产量已连续多年居全国首位， 是保障国家粮食安全的压舱石。 而粮食生产与气候条件密切相关，气候条件的优劣直接影响粮食产量的高低。 降水是影响粮食生产的主要气候因子之一，在一定区域、一定时间里降水量多或少往往会引发洪涝或干旱， 使粮食生产受到威胁[1]，并常常导致粮食产量出现一定程度的损失[2]。 因此研究黑龙江省粮食作物生长季节降水量的变化规律和特点， 可一定程度为研究该省旱涝变化趋势提供参考， 这在充分合理利用水分资源及农业防灾减灾中具有重要意义。

多年来， 国内外许多专家学者在气候变化及其影响方面进行了深入探索和研究， 其中在降水方面积累了大量研究成果，研究内容不断更新，贺伟等[3]对1961-2005 年东北地区降水的研究表明， 年降水量变化趋势不明显，春冬季降水为增多趋势，夏秋季则相反， 降水量增多较明显的地区为大兴安岭北部和松嫩平原； 王秀芬等[4]经过研究， 得到了1980-2009 年黑龙江省年降水量明显减少且夏秋季降水减少显著的结论；有研究指出，降水的局地性、突发性、复杂性和多变性也较强[5]，而黑龙江省恰处于中高纬度地区， 受西风带环流系统和副热带环流系统交替影响[6-7]，该区降水的季节、年际变化以及空间差异均较大，王晓雪等[8]研究发现，该区季风年际变化特点也决定了干旱和洪涝的高发，1982 年、2000 年、2007年、2016 年黑龙江省在作物生长季出现了不同程度的干旱，对粮食生产造成了一定影响[9-10]。

在气候变化影响下， 黑龙江省气候资源发生变化，其中水分资源时空特征也随之发生变化，作物种植布局要随之进行相应调整， 以最大限度避免资源浪费或资源不足而影响粮食生产，因此，黑龙江省作物生长季降水的时空分布特征值得研究。 基于此，本文利用黑龙江省1971-2016 年作物生长季日降水资料，详细分析各月降水量演变特征，以期明确黑龙江省降水资源时空分布状态。

2 资料与方法

2.1 资料及定义

本文所用资料包括黑龙江省78 个气象站1971-2016 年作物生长季（5-9 月）逐日降水数据，气象资料来源于黑龙江省气象局整编资料。 为了更好分析降水变化特征， 根据研究站点的地理位置和气候特点，将其划分出4 个区域，分别为大小兴安岭、松嫩平原、三江平原和牡丹江半山区。

一般情况下， 黑龙江省5-9 月为气象定义上的作物生长季，也是黑龙江省作物生长关键时期，其中6-8 为夏季，7 月为盛夏。 本文研究时间段为月尺度，即5 月、6 月、7 月、8 月、9 月。 常年指具有气候意义的1981-2010 年共30 a 的平均状况。

2.2 研究方法

利用气候统计方法， 首先将研究区各研究站点1971-2016 年每年5-9 月的日降水量进行逐日累积得到月降水量， 再根据研究需求对研究区或单站的降水量进行相关统计，采用线性气候倾向率、气候变率[11]、Mann-Kendall 趋势检验法[12]等方法研究降水的演变特征。

3 结果与分析

3.1 降水量长期变化趋势

由图1(a-e)可见，1971-2016 年间，黑龙江省作物生长季各月降水量年际间呈波动式变化， 不同月份变化形势存在差异，5 月降水量呈显著增加趋势（P＜0.05），6-7 月降水量呈上升变化（P＞0.05），8-9 月降水量呈下降趋势（P＞0.05）。 利用Mann-Kendall 趋势检验发现（图略），全研究区、松嫩平原、三江平原5月降水量在2013 年均发生1 次突变、大小兴安岭地区在2010 年发生1 次突变，其它区域的其余月份在研究期间未发生突变。

分区域细致分析每个单站各月降水量演变趋势， 结果表明：5 月降水以增加为主，78 站中仅海伦站降水为减少趋势。6 月份降水呈增加趋势的区域偏北偏西， 大小兴安岭地区有10 站降水量为增加趋势，6 站减少；松嫩平原降水增加的站数较多，为31站，仅庆安、依兰、通河、方正、五常等5 站降水减少；三江平原恰与松嫩平原相反， 其降水增加的站数较少，仅4 站，包括鹤岗、汤原、桦南、勃利，其它15 站减少；牡丹江半山区7 个站降水量均呈减少趋势。 7月份降水仍呈增加趋势，大小兴安岭地区有14 站降水增加，仅嫩江、孙吴降水减少；松嫩平原降水增加与减少的站数相当，19 站增加，17 站减少，减少区域主要位于绥化北部、大庆南部和哈尔滨地区；三江平原7 月降水量以增加趋势为主导，19 站中17 站增加，仅鸡西、鸡东减少；牡丹江半山区5 站增加，2 站减少。 8 月份降水与7 月相比发生逆转，降水呈减少趋势的站数居多，总计52 个站。 大小兴安岭地区有12 站降水为减少趋势，黑河地区孙吴、逊克和伊春地区五营、铁力降水增加；松嫩平原降水减少的站数较多，为27 站，9 站降水增加，且零散分布在松嫩平原；三江平原7 站降水增加，12 站降水减少；牡丹江半山区仅海林站降水呈减少趋势， 其他各站降水均表现为增加趋势。9 月份共有62 站降水呈减少趋势，大小兴安岭、松嫩平原、三江平原、牡丹江半山区降水减少的站数分别占75%、78%、84%、86%； 降水量呈增加趋势的站点总计16 站， 其中松嫩平原站点占50%， 主要位于齐齐哈尔地区， 其它8 站为漠河、新林、嫩江、北安、抚远、富锦、佳木斯和海林。

图1 1971-2016 年黑龙江省作物生长季（a）5 月、（b）6 月、（c）7 月、（d）8 月、（e）9 月降水量变化

年代际尺度上，1971-2016 年大部区域生长季内大部时间降水量年代际间呈小幅变化，5 月总体表现为减少—增多趋势，1970s 降水量较1980s 微弱偏少， 之后呈持续增加态势，2011-2016 年增加较多，4个区域降水量均为研究时期内的最高值。6 月4 个区域降水变化无规律， 但2011-2016 年降水量均较2000s 有所增加。 7 月各区域1970s 至1980s 降水量为增加趋势，1990s 后降水变化规律性不明显。8 月降水量呈增多—减少—增多趋势，1980s 较1970s 降水量增多幅度较大， 增量在29 mm 以上， 且4 个区域1980s 降水量为研究时期内的最高值，1990s 至2000s维持下降态势，进入2010s，大部区域降水量出现小幅增加。 9 月降水量21 世纪前不同区域变化趋势不同，2000s 全研究区降水量均表现为下降趋势， 下降幅度为17-36 mm， 2011-2016 年出现一个升高变化，除牡丹江半山区外，其它3 个区域降水量均达到研究时期内的最高值。

3.2 降水量空间演变特征

1971-2016 年间，研究区作物生长季5 月降水量呈西少东多的分布态势， 大小兴安岭及松嫩平原大部降水量不足50 mm，其中松嫩平原西部较少，不足40 mm，最低值出现于泰来站，降水量为29 mm，高值区位于中部以东区域，降水量在50 mm 以上，最高值出现于绥芬河站，为64 mm。

6 月降水量空间分布特征为东西少、 中部多，高值区处于中部地区， 以伊春地区的铁力站为中心向四周扩展，降水量在90 mm 以上，其中铁力站降水量最多，为114 mm，木兰、巴彦、绥棱、海伦、五常、伊春、鹤岗等7 站降水量在100 mm 以上，其它区域降水量不足90 mm， 漠河站出现降水量最低值， 为66 mm。

7 月各站降水量均在105 mm 以上，总体呈西多东少趋势， 高值区处于松嫩平原东部、 小兴安岭南部，降水量在140 mm 以上，最高值出现于哈尔滨地区的巴彦站，降水量高达170 mm，低值区位于三江平原中部、牡丹江南部和大兴安岭北部，降水量不足120 mm， 其中佳木斯的富锦站降水量最少， 为105 mm，其它区域处于中间状态，降水量在120-140 mm之间。

8 月降水量的空间分布与6 月相似， 呈东西少、中部多态势，高值区包括伊春地区、哈尔滨大部、绥化部分地区及鹤岗西部等地， 降水量在120 mm 以上，降水中心位于伊春地区，伊春站降水量最多，为142 mm， 而低值区位于松嫩平原西部， 降水量不足100 mm，其中泰来站降水量最少，为78 mm。

9 月降水量总体上表现出由西南至东北逐渐增多态势，高值区位于小兴安岭、三江平原，降水量在60 mm 以上， 最高值出现于抚远站， 降水量达78 mm，而松嫩平原西南部为低值区，最低值出现于泰来站，降水量为38 mm。

3.3 降水变率特征分析

气候变率能够很好描述变量围绕平均值变化的离散程度。 研究期间，黑龙江省作物生长季各月降水量的离散程度不同， 总体表现为7 月＞8 月＞6 月＞9月＞5 月，可见盛夏7 月各站降水量大小变化最离散，而春季5 月相对稳定。5 月降水离散程度牡丹江半山区最大，其次是三江平原、松嫩平原，大小兴安岭最小；6 月、7 月降水变率则表现为松嫩平原＞大小兴安岭＞三江平原＞牡丹江半山区；8 月松嫩平原＞三江平原＞大小兴安岭＞牡丹江半山区；9 月三江平原＞牡丹江半山区＞大小兴安岭＞松嫩平原。

从空间分布看，研究期间，5 月降水变率西部小、东部大，讷河站降水离散程度最小，降水变率的高值区处于三江平原西部小部分地区， 最大值出现于鹤岗站。6 月降水变率呈由中部向四周发散减小的变化态势，不存在明显的经向或纬向特征，最大值出现于鹤岗站，最小值出现于逊克站。 7 月降水变率空间分布与5 月相反，表现为西部大、东部小，高值中心处于齐齐哈尔地区北部，大兴安岭部分市（县）及三江平原中部降水变率相对较小，明水站降水变率最大，漠河站最小。8 月降水变率由西北向东南呈逐渐变大又减小的趋势，松嫩平原东部、伊春大部、三江平原北部降水变率较大，最大值出现于鹤岗站，最小值出现于海林站。 9 月降水变率总体表现为西部小、东部大，但高值中心位于三江平原东部，大兴安岭、松嫩平原西南部降水变率相对较小， 密山站降水变率最大，呼玛站最小。

4 结论与讨论

（1）1971-2016 年间，研究区作物生长季5-7 月降水量呈上升变化（P＞0.05），8-9 月降水呈下降趋势（P＞0.05），大部分单站各月降水量演变趋势与研究区各月呈一致变化。

（2）1971-2016 年间，研究区作物生长季各月降水量总体存在中部多的趋势， 空间分布略有差异，6月、8 月降水量的空间分布较为一致， 基本表现为东西少、中部多的分布态势，5 月、7 月降水量空间分布相反，5 月为西少、中东部多，7 月则为西多东少，9 月降水量表现为由西南向东北逐渐增多的趋势。

（3）从降水变率来看，夏季6-8 月研究区各站降水量围绕平均值变化的离散程度大于5 月和9 月，其中盛夏7 月离散程度最大， 这在一定程度上能够反映黑龙江省夏季降水震荡较强， 表现出非连续性和分散性， 另外， 研究区各月平均降水量表现为7月＞8 月＞6 月＞9 月＞5 月， 可见降水量表现为夏季多且7 月最多，这均与姜丽霞等[1，13]的研究结论一致。

黑龙江省为一季作物种植区， 生长季5-9 月是该区粮食生产重要时期， 而夏季作物恰处于营养生长向生殖生长过渡时期， 是作物生长发育和产量形成最关键的时期。 目前该区域的农业生产仍处于“靠天吃饭”的阶段，各地降水资源的分布是农业生产规划的主要参考。 从本文分析结果来看，松嫩平原地区夏季6-8 月降水变率均为最大， 尤其7 月降水量最多且离散程度最大，较易发生异常降水事件，可考虑在部分区域尤其低洼区域增加种植玉米等高秆作物，而三江平原、牡丹江半山区大部时间降水量的离散程度不大，异常降水相对发生少，且其境内水系条件较好，则可考虑一定程度地增加水稻种植面积。 这种综合考虑作物对气象条件的需求以及区域农业气候资源状况进行的种植布局的优化， 可最大限度地合理利用气候资源，从而趋利避害，达到稳产高产。