江苏沿海降雨量多尺度时空变化规律研究——以连云港市为例

黄 平, 韦 丽，王德维, 虞美秀

(1. 上海市松江区水文站，上海 201600；2. 江西省水文局，江西 南昌 332000；3. 江苏省水文水资源勘测局连云港分局，江苏 连云港 222004；4. 河海大学水文水资源学院，江苏 南京 210098)

特殊的地理位置决定了中国是饱受水旱灾害严重影响的国家之一[1-3]。频繁的洪水灾害给社会经济发展和人民生命财产安全造成了巨大影响，尤其是河流两岸和河口沿海地区。河口地区处于内陆河流和海洋连接过渡的特殊位置，常成为经济发展的重点地区，全球超过60%的人口及2/3的大中型城市都构筑在河口之上[4]。因此，沿海地区的防洪减灾一直以来备受关注。连云港市是江苏省沿海三市之一。近年来，频繁发生强降雨事件，城市内涝积水严重，给人民生命财产安全带来了严重威胁。以连云港城区2012年“7·8”特大暴雨造成的严重城市洪涝灾害为例，灾害导致155万人受灾，其中城区受灾人口55万，城区直接经济损失达15.41亿元，全市直接经济损失达27.5亿元，交通大面积瘫痪[5-7]。因此，研究连云港市降雨量时空变化规律对科学建立江苏沿海大规模滩涂围垦与开发的水资源保障体系提供支撑，从而实现沿海经济社会的可持续发展具有十分重要的意义。

大气降水是水资源的主要补给来源，降水量及其时空分布决定了本地水资源量的丰枯变化程度[8-10]。连云港市降水量已有的研究基本都是分析年际变化，且受降水量资料和研究范围所限[11-12]。本文基于长系列日降雨历史观测资料，结合地理信息系统，运用水文统计学等方法，研究连云港市降雨多尺度时空变化特征，其结果可为揭示江苏沿海围垦区水资源开发利用提供参考。

1 研究区概况

连云港市拥有丰富的滩涂资源，且岸外辐射沙洲周围分布有大规模滩涂[13-14]。根据江苏近海海洋综合调查与评价专项的调查，江苏省沿海滩涂总面积50.02万hm2，约占中国滩涂总面积的1/4。根据《江苏沿海滩涂围垦开发利用规划》，沿海滩涂规划建设21个围区，总面积18万hm2。其中，连云港市4个，面积0.97万hm2。连云港市处于北亚热带向暖温带过渡地区，属海洋性气候，具有明显的季风气候特征，四季分明，雨热同季，多年平均降雨量994.5 mm，多年平均蒸发量800～1 000 mm。

2 数据与方法

研究分别收集了1956—2014年位于连云港区域内的33个雨量站日降雨资料(图1),数据系列通过了可靠性、一致性和代表性检验。通过一元线性回归方法和非参数统计检验方法Mann-Kendall法(以下简称MK法)[15-17]，分析年、汛期与非汛期、月降雨量的变化趋势，并利用地理信息系统中克里金插值方法将每个雨量站点的降雨变化趋势插值到整个连云港市，研究连云港市降雨量多时间尺度时空变化特征，做降雨量MK值趋势显著性检验，MK值越负，说明下降趋势越明显。MK值越正，说明增加趋势越明显，MK值大于1.64(1.96)或小于-1.64(-1.96)，说明上升或下降趋势达到了置信水平为90%(95%)的显著性检验。

图1 连云港市雨量站点分布

3 结果与分析

3.1 年代际变化

图2为连云港市年、汛期与非汛期降雨量在不同年代际的变化。由图可以看出年代际年降雨量最大值出现在2000s，为976.8 mm，最小值出现在1980s，为802.2 mm。2010s降雨量为836.3 mm，该年代多年平均降雨量落于1950s—2000s之间的较低值，说明连云港市近10 a来降雨量偏少。年代际汛期与年降雨量变化相似又有不同，二者最大值均出现在2000s，最小值均出现在1980s，2010s降雨量也属于较低值范围。年代际非汛期与年代际汛期降雨量变化稍有不同，非汛期降雨量最大值出现在1970s，最小值出现在1980s，2010s非汛期降雨量为历史最低，说明连云港市近10 a来非汛期降雨量减少显著。

图2 连云港市年、汛期与非汛期降雨量年代际变化

以上分析表明，1950s以来，连云港市年代际年、汛期降雨量总体上呈丰(1950s—1970s)—枯(1980s)—丰(2000s)—枯(2010s)周期性变化，年代际非汛期降雨量总体上呈丰(1950s—1970s)—枯(1980s)—丰(1990s)—枯(2010s)周期性变化，预测连云港市未来几年降雨量呈偏少趋势。

3.2 年际、汛期与非汛期变化

连云港市年、汛期与非汛期降雨量变化过程见图3。由图3可知，年降雨量与汛期降雨量变化波动较相似，基本上互为同升同降，这主要是由于汛期占年降水百分比达到了80%的缘故。二者年最大值均出现在2005年，分别为1 280.3、1 150.8 mm，最小值分别为580.7、447.7 mm，极值比分别为2.20、2.57。非汛期降雨量最大值与最小值分别为335.4、50.8 mm，极值比为6.60。表明连云港年、汛期与非汛期降雨量年际变化较大，其中非汛期年际变化最大。年、汛期与非汛期降雨量均呈不同程度的下降趋势，年降雨量以9.9 mm/10a减幅下降，汛期降雨量以6.0 mm/10a减幅下降，非汛期降雨量以3.7 mm/10a减幅下降。年、汛期与非汛期降雨量距平变化过程见图4，同样表明连云港市降雨量总体上呈丰—枯—丰—枯周期性变化，该市近10 a来处于降水量相对较少时期。

图5—6为降雨量MK值空间分布，表明连云港市年与汛期降雨量变化趋势空间分布一致:除西北部降雨量呈弱上升趋势以外，其他地区均呈下降趋势，尤其是新沂河流域，下降趋势明显，达到了置信水平为95%的显著性检验。西北部降雨量减少没有东南地区严重，可能是由于西北部水库、湖泊等水体面积较大，对区域水循环有改善作用。非汛期降雨量MK值均落于-1.64～0之间，表明连云港市非汛期降雨量呈弱下降趋势。非汛期降水量减少，不利于连云港市水资源保障，同时可能加剧该地区的水资源供需矛盾。

图3 连云港市年、汛期与非汛期降雨量变化过程

图4 连云港市年、汛期与非汛期降雨量距平变化过程

3.3 月变化

图7为连云港市代表月降雨量MK值空间分布。连云港1月份降雨量MK值均落于-1.64～0之间，呈全局弱下降趋势；2月份降雨量MK值均大于0， 且西部大于1.96、 西北部落于1.64～1.96区间，呈全局上升趋势，其中西北部增加趋势达到了置信水平为90%的显著性检验，西部增加趋势达到了置信水平为95%的显著性检验；3月份降雨量除西部呈弱上升趋势外，其他地区均呈弱下降趋势；4月份南部降雨量下降趋势明显，其中东南角通过了置信水平为95%的显著性检验，北部呈弱下降趋势；5月降雨量呈全局上升趋势，其中北部通过了置信水平为90%～95%的显著性检验；6月份降雨量MK值基本上均落于-1.64～0之间，呈全局弱下降趋势；7月降雨量北部呈弱上升趋势，其他地区呈弱下降趋势，其中东南部下降趋势通过了置信水平为90%的显著性检验；8月降雨量呈南降北升趋势；9月降雨量除西部有一小部分面积呈弱上升趋势外，其他均呈弱下降趋势；10月份降雨量整体上呈弱下降趋势，其中南部和东部有部分面积呈显著上升趋势并通过了置信水平为90%的显著性检验；11月降雨量除北部有一小部分面积呈弱上升趋势外，其他均呈弱下降趋势；12月降雨量除东部有一小部分面积呈弱下降趋势外，其他均呈弱上升趋势。

图5 连云港市年降雨量变化趋势空间分布

a)汛期

b)非汛期图6 连云港市汛期与非汛期降雨量变化趋势空间分布

a)1月

b) 2月

c) 4月

d)5月图7 连云港市代表月降雨量变化趋势空间分布

综上，4月份降雨量减少最显著，2、5月份降雨量增加最明显，其他月份总体上在弱上升或弱下降之间，其中6—8、9—11月份降雨量整体上以弱下降为主，说明连云港地区夏季和秋季降雨呈下降趋势。

3.4 日变化

研究统计了连云港地区33个雨量站的年最大日降雨量及其降雨距平(图8)。由图8可以看出，连云港市年最大日降雨量上升趋势并不显著，但在2000年以后，年最大日降雨量增幅显著增加，日降雨距平达到了371.3 mm。说明连云港地区降雨极值频率在2000年以后显著提高，增加了城区洪涝风险。

a)33站年最大日降雨量

b)年最大日降雨量距平图8 连云港市年最大日降雨量及距平

4 结论

论文计算并分析了江苏省沿海城市——连云港市的年代际、年、汛期与非汛期、月降雨量的多尺度时空分布变化特征。结果表明：连云港市年、汛期与非汛期降雨量年际变化大，增加了水资源管理难度，其中非汛期年际变化最大，汛期次之；连云港市年、汛期与非汛期降雨均呈下降趋势；降雨量总体上呈丰—枯—丰—枯周期性变化，该市近10 a来处于降水量相对较少时期；连云港4月份降雨量减少最显著，2、5月份降雨量增加最明显，其他月份总体上在弱上升或弱下降之间；连云港市南部降雨量下降趋势比北部更为明显，可能是北部和西北部水库、湖泊等水体面积较大，对区域水循环有改善作用所致；连云港市年最大日降雨量上升趋势并不显著，但在2000年以后增幅显著增加。