三江平原多年降水演变分析

王洪丽

(哈尔滨市双城区水务局，黑龙江 哈尔滨 150100)

1 研究区域概况

三江平原位于黑龙江省东部，北起黑龙江、南临兴凯湖、西邻小兴安岭、东至乌苏里江，总面积约10.89万km2，总人口862.5万人，人口密度约为79人/km2。属温带湿润、半湿润大陆性季风气候，降水季主要集中于夏秋季，光照时数适中，雨热同期，适合一年一熟的水稻、大豆，尤其是优质水稻和高油大豆等农作物的生长。三江平原有着非常丰富的自然资源储备，是我国重要的商品粮生产基地，被中国国家地理杂志评选为中国十大“新天府”之一。

2 资料与数据来源

早在二十世纪八九十年代，已经有学者开始关注极端气候变化所带来的严重后果[1]，近年来关于极限降水演变特征的研究也越来越多。地球表面平均温度在过去的百年间以0.74 ℃/10 a的速度升高[2]，表明全球气温增长持续加快。在未来全球持续变暖情况下，极端高温事件将会增加，具体来说，热浪持续时间更长，频率更高；干旱的地区干旱加剧，湿润的地区降水增加[3]，导致发生干旱和洪涝灾害的频率、强度总体上均呈上升趋势[4]。

本文所采用的气象数据资料来源于国家气象科学数据中心中国地面气候资料日值数据集(V3.0)。研究区域内选取了4个时间序列长、数据记录完整、空间代表性强的气象站(佳木斯站、富锦站、宝清站、和虎林站)1959—2018年的逐日降水资料。

所选各站基本资料见表1。

表1 气象站概况

3 极限降水指标

表2 极限降水指标

4 结果与分析

4.1 一日最大降水量

基于该地区4个测站60年间的逐日降水资料可以计算出每年的一日最大降水量，画出其随时间变化的折线图(如图1所示)，进行线性拟合后可以看出变化趋势：四个测站中佳木斯站的回归系数为正值，说明佳木斯站60年间一日最大降水量呈上升趋势；富锦站、宝清站、虎林站的回归系数均为负值且绝对值均大于佳木斯站，说明佳木斯站的上升幅度远远小于其他3个站的下降幅度，富锦站的拟合直线相较来说更陡。因此，综上4个测站结果来看，该地区一日最大降水量呈现波动下降趋势，其中富锦站下降趋势最为明显，下降速度为1.60 mm/10 a。

图1 不同站年一日最大降水量随时间变化趋势

计算出一日最大降水量之后进行了时间序列的趋势分析和突变检验，运用的是M-K非参数检验方法，其结果见表3。

表3 不同站一日最大降水量倾向率和M-K显著性检验 mm·10a-1

M-K趋势检验表明，三江平原地区除佳木斯站之外的三个气象站一日最大降水量均呈下降趋势且佳木斯站的降水倾向率的绝对值并不算大，因此总体来看一日最大降水量呈波动下降趋势，这与线性倾向估计法检验结果相同。突变检验以富锦站为主，见图2。

图2 富锦站一日最大降水量M-K突变检验

结果表明，UF和UB两条曲线在1959年前后相交，在1987年前后出现明显的突变点，表示富锦站一日最大降水量下降趋势从1959年开始显现，在1987年出现突变点。

4.2 强降水量

本文将一年中日降水量从小到大进行排序，取大于等于95%分位值的降水量之和作为这一年的强降水量。

以富锦站1959年为例，计算其强降水量，见表4。

按照以上方法分别计算出4个测站60年间的强降水量，画出其随时间变化的折线图，并进行线性拟合可以看出变化趋势，得到图3。分析得出强降水量随时间变化的趋势：四个测站中只有佳木斯站的回归系数为正值，说明该站强降水量逐年增加，但上升趋势不明显；富锦站、宝清站及虎林站的回归系数均为负值且绝对值远大于佳木斯站，宝清站的拟合直线最陡。因此，综上4个测站结果来看，三江平原地区强降水量总体上呈下降趋势，其中宝清站下降趋势最为明显，下降速度为8.55 mm/10 a。

表4 富锦站1959年强降水量

图3 不同站强降水量随时间变化趋势

计算出强降水量之后进行了时间序列的趋势分析和突变检验，运用的是M-K非参数检验方法，其结果见表5和图4。M-K趋势检验表明，三江平原地区4个气象站的强降水量均呈现下降趋势，佳木斯站的降水倾向率最小即下降趋势最微弱。这与线性倾向估计法检验结果基本相同。结果表明，宝清站强降水量的下降趋势从1962年开始显现，在1987年出现突变点。

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表5 不同站强降水量倾向率和M-K显著性检验 mm·10a-1

4.3 最大一次降水量

计算出60 a的年最大一次降水量之后画出其随时间变化的折线图，进行线性拟合后发现4个测站的回归系数均为负值，可以明显地看出变化趋势，宝清站的拟合直线下降得最快。由图5可以看出三江平原地区4个测站近60年来的最大一次降水量均呈波动下降趋势。其中宝清站下降最为明显，以6.83 mm/10 a的速度下降。

图4 宝清站强降水量M-K突变检验

图5 不同站年最大一次降水量随时间变化趋势

利用1959—2018年三江平原地区4个测站的降水资料，对单站年最大一次降水量指标进行时间序列的M-K趋势分析和M-K突变检验，其结果见表6。

表6 不同站最大一次降水量倾向率和M-K显著性检验 mm·10a-1

趋势检验表明，4个站的降水倾向率均为负值，说明三江平原地区4个测站的年最大一次降水量均呈现下降趋势，这与线性倾向估计法分析结果相同。突变检验结果以佳木斯站和宝清站为主，见图6。

图6 不同站年最大一次降水量M-K突变检验

佳木斯站最大一次降水量下降趋势从1961年开始显现,在1978年出现突变点，宝清站最大一次降水量的下降趋势从1965年开始显现,在1966年出现突变点。

4.4 连续干旱日数

连续干旱日数表征干旱程度，用来判断一个区域是否容易受到旱灾侵袭，本文将日降水量小于1 mm的最长连续天数定义为连续干旱日数。

得到连续干旱日数随时间变化的折线图后进行线性拟合，可以看出其随时间的变化趋势，由图7可以看出：4个测站的回归系数均为负值，说明该地区的连续干旱日数在4个站均呈现波动下降趋势，其中虎林站的回归系数绝对值最大即下降趋势最明显，拟合直线最陡峭，以2.24 d/10 a的速度下降。可见，三江平原地区连续干旱日数整体以缓慢的速度下降。

图7 不同站连续干旱日数随时间变化趋势

分别对1959—2018年三江平原地区4个测站的单站连续干旱日数进行时间序列的M-K趋势分析和突变检验，结果见表7。

趋势检验表明，三江平原地区4个气象站的降水倾向率均为负值，说明连续干旱日数均呈现下降趋势，此结果与上述线性倾向趋势分析结果是一致的。突变检验结果以宝清站和虎林站为主，见图8。

图8 不同站连续干旱日数M-K突变检验

宝清站连续干旱日数的减少趋势从1996年开始显现,在2006年出现突变点，虎林站连续干旱日数的减少趋势从2003年开始显现,在2015年出现突变点。

4.5 暴雨日数

三江平原地区暴雨多集中在7—8月，本文把日降水量大于50 mm的天数定义为暴雨日数。

画出4个测站的暴雨日数随时间变化的折线图，并进行线性拟合，可看出该地区暴雨日数的变化趋势，直线趋于平稳，见图9，三江平原地区佳木斯站的暴雨日数逐年增长，以0.06 d/10 a的速度上升；宝清站下降趋势较为缓慢，以0.12 d/10 a的速度下降。其余两个测站的回归系数非常接近0，说明暴雨日数无明显变化趋势。综上4个测站的结果来看，该地区60年间暴雨日数并无明显变化。

基于该地区的日降水资料可以得出4个测站每一年的暴雨日数，之后运用M-K非参数检验方法进行了时间序列的趋势分析和突变检验，其结果见表8。趋势检验表明，三江平原地区四个测站的暴雨日数均无明显变化趋势，说明三江平原地区近60年暴雨日数变化逐渐趋于平稳，这与线性倾向估计的结果大致相同。突变检验表明，60年中，三江平原地区暴雨日数尚未发生突变。

5 结 论

运用三江平原4个气象站1959—2018年的逐日降水资料，计算一日最大降水量等五个极限降水指标，从而对该地区近60年极限降水事件的演变规律进行研究。得出一日最大降水量在除佳木斯站之外的3个测站均随时间下降，表明该地区的一日最大降水量在西部有下降趋势，在东部有上升趋势；强降水量在4个测站均呈下降趋势即该地区强降水量逐渐减少；最大一次降水量在4个测站均呈下降趋势即该地区最大一次降水量逐渐减少；连续干旱日数在该地区呈缓慢下降趋势；暴雨日数无明显变化趋势，整体来看变化趋于平稳，没有发生突变。并且该地区极限降水具有一定的季节差异性。

图9 不同站暴雨日数随时间变化趋势