临沂地区1960—2020年降水量演变特征分析

陈奉丽

(临沂市水文中心，山东 临沂 276002)

临沂地区地形较为复杂，区域西北部地势较高，而东南部地势较低，地势影响下临沂地区从南向北降水逐步递减，北部山区降水量明显低于南部平原区的降水量，北部山区降水量年均值低于800mm，而南部平原区降水量年均值一般在800mm以上，东南部区域降水量在850mm以上。受地形影响外天气系统也是临沂地区降水时空分布影响的主要因素，夏季降水天气系统主要受气旋影响，江淮及河南南部是气旋波主要多生成的地区，气旋生成后向东北方向受高空西风槽引导由鲁南及苏北入海，使得临沂地区东南部产生较为明显的降水过程。临沂地区降水量多年均值为823.5mm，近60年降水量最大的年份为1974年，年降水量达到1179.8mm，降水量最小的年份为1988年，其降水量仅为510.4mm，最少年份降水量为最多降水量的0.5倍。临沂地区在时程分布上差异也较大，全年降水量中夏季降水量的占比达到63.3%，春季和秋季降水量占比较低，干旱发生频次较大。近些年来，对于临沂地区降水变化特征取得一定成果，但是均未能对临沂地区降水变化进行系统分析，为对临沂地区降水进行系统分析，结合临沂地区20个雨量站点1960—2020年日降水数据，并采用当前在国内水文要素趋势分析应用较为成熟的Mann-Kendall方法，对临沂地区不同时间尺度降水进行趋势分析。研究成果气候变化下临沂地区水资源影响具有参考价值。

1 研究资料及方法

1.1 研究资料

选用临沂地区20个雨量站点1960—2020年日降水观测数据，分析近60年临沂地区降水变化特征，对选取的降水资料序列分别进行可靠性、一致性、代表性的检验，均通过检验，降水数据系列可用来分析不同时间尺度下临沂地区的降水变化特征。

1.2 研究方法

降水量变化趋势采用Mann-Kendall方法进行显著性检验，该方法主要通过对年和季节尺度降水数据系列进行特征统计，其统计变量计算方程为：

(1)

(2)

(3)

(4)

式中，S—降水观测数据系列趋势检验特征统计变量；xi和xj—降水观测数据系列正向和反向样本统计数据系列；σs—计算降水观测数据数据系列的标准方差；sign—变量计算符号；n—降水统计数据序列样本总数；Z—不同检验水平下的变量特征值，当Z>0表示降水量总体呈现递增变化；反之则表示降水量总体呈现递减变化。99%置信检验水平下|Z|高于2.32，95%置信检验水平下|Z|在1.64～2.32之间，90%置信检验水平下|Z|在1.28～1.64之间。

此外对降水变化倾向率采用一元线性回归方程进行计算：

(5)

2 降水量变化特征分析

2.1 年尺度变化分析

结合临沂地区20个雨量站点1960—2020年日降水观测数据，对其不同年代际降水量距平值、离差累积值、极差值进行统计，并采用Mann-Kendall方法对其不同年代际降水量变化特征进行趋势检验，年尺度降水量统计检验结果见表1。

表1 临沂地区年尺度降水量变化特征统计结果

从临沂地区年尺度降水量变化特征统计结果可看出，临沂地区不同年代际降水量距平值总体呈现负值，1960—2020年降水量距平均值为-26.98mm，2000—2020年临沂地区降水量有所递增，其他年代际降水量均呈现递减变化。各年代际降水序列的离差累积值主要表征降水数据系列的离散程度，离散累积值越大表明其距离降水均值的离散程度越高，可看出，近60年临沂地区年尺度降水量离差累积值在-0.23～2.19之间，2010年代降雨离散程度较高，60年代临沂地区年尺度降水量的离散程度相对较低。年尺度降水序列极差统计值主要反映其年代际之间降水变化的差异性，从各年代际降水量极差值可看出，其不同年代际降水量极差值在-1.52～4.75之间，2010年代极差值最大，80年代极差值最小，各年代际之间的降水量极差值差异性相对较低。从各年代际降水量变化趋势检验值可看出，近60年临沂地区降水量Mann-Kendall趋势检验值为-0.40，表明临沂地区降水量总体呈现递减变化，但递减趋势检验统计值未通过90%置信水平的显著性检验，递减趋势不显著。80年代临沂地区年降水递减趋势最为显著，可通过95%的置信水平的显著性检验，90年代递减趋势最弱。通过对临沂地区近60年降水量倾向率进行统计分析，其各年代际之间的降水量年递减率为-15.3mm/10a。

2.2 月尺度变化分析

考虑到临沂地区降水量主要集中在汛期，时程分布差异较大，在年尺度降水量变化特征统计分析基础上，对临沂地区汛期和非汛期降水量变化特征值进行统计，并对其变化趋势进行显著性检验，统计检验结果见表2—3。

表2 临沂地区汛期尺度降水量变化特征统计结果

表3 临沂地区非汛期尺度降水量变化特征统计结果

从临沂地区汛期和非汛期尺度降水量变化特征统计结果可看出，临沂地区降水主要集中在汛期的6—9月，其占年降水量的比重高于60%，汛期各年代际降水量变化特征统计值和年尺度具有一致性，非汛期临沂地区降水变化离散程度和极差变化幅度总体要小于汛期，各年代际非汛期降水量变化相对较为稳定。从汛期和非汛期各年代际降水量变化趋势检验结果可看出，汛期和非汛期降水量均总体呈现递减变化，其趋势检验统计值分别为-0.29和-0.82，均未通过90%置信水平的显著性检验，递减趋势不显著。

2.3 季节尺度变化分析

在临沂地区年和月尺度降水变化特征分析的基础上，结合临沂地区20个雨量站点1960—2020年日降水观测数据，对其不同季节降水量均值进行统计，并分析各年代际不同季节降水量变化特征统计值，并对其趋势进行检验，结果分别见表4—7。

表4 春季临沂地区1960—2020年春季水面蒸发变化特征

表5 夏季临沂地区1960—2020年春季水面蒸发变化特征

表6 秋季临沂地区1960—2020年春季水面蒸发变化特征

表7 冬季临沂地区1960—2020年春季水面蒸发变化特征

受地形影响外天气系统也是临沂地区降水时空分布影响的主要因素，夏季降水天气系统主要受气旋影响，江淮及河南南部是气旋波主要多生成的地区，气旋生成后向东北方向受高空西风槽引导由鲁南及苏北入海，使得临沂地区东南部产生较为明显的降水过程，因此夏季降水量占全年降水量的比重高于50%，降水也主要集中在这个季节，夏季降水量变化特征和年特征总体具有一致性，夏季降水量总体呈现递减变化，各年代际线性倾向率为-7.1mm/10a，秋季和春季降水量相对较少，春季降水量总体呈现递增变化，秋季降水量总体呈现递减变化，递减趋势检验值均未通过90%置信水平的显著性检验，各年代际秋季和春季降水线性倾向率分别为-5.3和1.1mm/10a。冬季临沂地区主要以降雪为主，其不同年代际降水变化特征较为稳定，变幅较低，其年代际之间的降水线性倾向率为2.1mm/10a。

3 结语

(1)临沂地区夏季和秋季降水量递减趋势较为明显，各年代际线性倾向率分别为-7.1和-5.3mm/10a，90年代后降水波动特征加大，使得临沂北部出现重旱频次明显增多。

(2)临沂地区春季降水量目前总体处于偏多期，尤其是2010年以后，递增趋势较为明显，通过线性倾向率分析未来也将处于递增变化，可一定程度减缓临沂地区春旱影响。

(3)对临沂地区降水空间变化特征未分析，存在不足，在后续研究中应针对区域降水空间变化进行深入分析。