菏泽市降水特征及其空间差异研究

2017-06-22霍东亚王建国王鑫杨丽春史鲁豪

治淮 2017年6期

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菏泽市降水特征及其空间差异研究

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近百年来，以全球变暖为主要特征的全球气候与环境发生了重大变化，气候变化问题目前已成为人类共同面临的严峻挑战。降水是区域气候的基本要素之一，也是水资源主要的补给来源。菏泽市地处鲁西南，系黄河冲积平原，属半湿润大陆性季风气候，旱涝表现出明显的季节性。1～5月时间段内降雨偏少，蒸发较强。这时正是小麦拔节成熟期和春夏播种的关键时候，往往出现春旱，影响作物生长。7、8月份常出现高强度的降雨，产生较大径流；加上菏泽市属于平原区，坡地汇流慢，河网汇流能力较低，因此容易引起内涝。随着旱季的到来，9～10月又常出现秋旱，影响小麦播种。本文旨在研究菏泽市降水时空分布特征及其变化趋势，探讨影响降水的主要原因，为防汛抗旱提供决策依据，并且对认识菏泽市的水资源变化也有重要意义。

一、资料与方法

1.资料来源

本研究所需的基础资料来源于菏泽市水文局。菏泽市域现有雨量观测站49处，本文选用资料系列长、代表性好的21处站点1954～2015年的逐月降水数据，用算术平均法计算出菏泽市8县1区1954～2015年的逐月降水量。数据来源权威，其可靠性、时间分辨率和连续性均能满足本文的要求。

2.研究方法

对长时间、广地域降水序列的研究，为凸显其特征，本研究运用水文统计方法，利用EXCEL、SPSS及GIS软件对近62年来的降水数据进行处理。主要的统计变量包括：

式中：Mε为样本值；M为样本均值。

二、菏泽市1954年以来降水年际变化特征

表1 菏泽市1954～2015年实测降水资料统计表

1.菏泽市1954年以来降水年际变化特征

根据菏泽市8县1区1954～2015年的资料统计（见表1），菏泽市多年平均降水量661mm，样本标准差为156.3mm，Cv值为0.25，Cs值为0.50。Cv是衡量数据系列相对离散度的一个参数，Cv越大表明数据系列越离散。据对8县1区年度Cv值分析，其值在0.25～0.27之间波动。Cs是反映数据系列的分布在均值两边的对称程度的参数。Cs＞0，表明50%以上的年份降水量达不到均值（661mm），亦即均值所对应的频率小于50%。据分析8县1区年度Cs值在0.28～1.19之间波动，其中东明县Cs值最小，郓城县Cs值最大。菏泽市降水年际变化大，最大年均降水量为1048mm，出现在1964年；最小年均降水量为372mm，出现在1988年，倍比为2.82。

表2 菏泽市降水量的年内分配统计表

图1 菏泽市1954～2015年降水累积距平百分比图

图2 菏泽市1954～2015年月平均雨量分配图

据菏泽市1954～2015年降水距平百分比（见图1）分析，近62年来，研究区域降水偏多的年数有27年，偏少的年数有35年。（1）1954～1971年，降水距平百分比曲线稀疏，降水波动小；1972～2002年降水距平百分比曲线稠密，降水波动大。（2）以1972年为界，1954～1971年降水量偏多，累积降水距平百分比为8.5%；1972～2002年降水量偏少，累积降水距平百分比为-9.1%。（3）以2003年为界，2003～2011年降水量偏多，累积降水距平百分比为20.7%。（4）2012～2015年降水量偏少，累积降水距平百分比为15.6%。

根据国际标准，R≥50%为涝，50%＞R＞25%为偏涝，25%≥R≥-25%为正常，-25%＞R＞-50%为偏旱，R≤-50%为旱。由图1可见，菏泽市近62年来，有2年为涝，1964年、2003年；有7年偏涝，1957年、1963年、1967年、1993年、2004年、2005年、2009年；有44年正常年份；有9年偏旱，1966年、1981年、1986年、1988年、1997年、2001年、2002年、2012年、2013年；旱年没有。这62年中降水灾害年总数15年，灾害年降水概率29.0%；正常年降水概率71.0%。单就降水指标而言，菏泽市有超过四分之一的年份属旱涝年，旱涝发生的概率比较大。

2.菏泽市1954年以来降水年内变化特征

据1954～2015年菏泽市降水资料分析，全市降水在年内时程分布上很不均匀。如图2所示，各月份之间降水差异甚大。7月份降水量最多，为177mm，1月份降水量最少，仅为9mm，倍比为19.7。

菏泽市降水不仅各月分配不均，集中在春夏季，而且汛期、非汛期差异明显，汛期集中了全年降水量的70.2%（见表2），所以很有必要区分。

图3在降水距平百分比上同时将菏泽市年度与汛期、非汛期作比较。可以看出，绝大多数年份里，汛期距平百分比曲线与年度曲线在演变上有很好的一致性，而非汛期曲线与年度曲线相比则波动较大，这与汛期集中了全年大部分降水有关。如2004年、2005年均为偏涝年份，非汛期降水少，距平百分比分别为-23%、-36%；而汛期降水分别占全年降水的83%、86%，距平百分比分别为-59%、-64%。系列中1964年年度降水和非汛期降水均为最大，该年度汛期、非汛期降水都是正距平，汛期降水618mm，距平为0.33；非汛期降水430mm，距平为1.18。

四、菏泽地区降水差异性分析

图3 1954～2015年菏泽市年度、汛期、非汛期降水距平百分比曲线图

图4 1954～2015年菏泽市9县区降水距平百分比图

降水的时空分布直接影响水资源的时空分布，因此降水分析除了要关注时程分配外，还要研究其空间差异。以下分别从距平百分比、等降水量线的角度，具体探讨菏泽市8县1区降水量分布规律。

1.菏泽市8县1区降水距平区域差异

菏泽市8县1区降水变化的在时间和数量上基本一致，特别是取峰值的时间能完全吻合。在峰值之间，处在正距平时相对变化较大，表现在各自曲线的离散程度大（见图4）。

2.多年平均降水量空间差异

为了对全市域的降水分布特点有比较直观的认识，根据菏泽市1954～2015年降水观测数据，在地理信息系统软件中采用IDW（InverseDistanceWeighted）内插法，绘制出图5所示的多年平均降水量线等值线图。从图中可以看出，降水量变化范围在地区上的分布总体是南部大于北部，东部大于西部。由于受地理位置、大气环流等因素影响，菏泽市的降水区域分布不均，其中单县降水量最大，为694mm，鄄城降水量最小，为604mm，降水量总体呈现自东南向西北递减的差异规律。就多年平均降水量的年内分配而言，10～12月份各区比较均匀。3～5月份是南部和西部略大，东部略小，北部偏小。6～9月份的降水量分布与年分布基本相似，南部大于北部，东部大于西部。