左权县1961—2015年降水变化特征及对农业生产的影响

胡桃花，杨星星，焦 磊，朱彩芬，杨红雁

（1山西省朔州市气象局，山西朔州 036002；2山西省左权县气象局，山西左权 032600；3山西省晋中市气象局，山西晋中 030600）

0 引言

研究全球气候变化规律及影响已成为当今的热点问题，降水量作为衡量气候变化的重要指标之一，近年来，国内诸多学者对中国总体和区域降水量变化状况进行了研究[1-3]。有关省区域研究中，邢轶兰等[4]、王友贺等[5]、苏晓丹等[6]、王涛等[7]分别对甘肃、河南、黑龙江、陕西省降水量进行了分析，结果表明，甘肃、河南省呈微弱上升趋势，黑龙江呈弱减少趋势，陕西省呈显著减少趋势；针对山西省降水量变化的研究中，张炜玮等[8]认为，山西省1958—2013年降水量以-12.6 mm/10 a的速率下降，四季降水除冬季小幅增加外，春夏秋季均有不同程度的下降；李效珍等[9]指出，山西北部大同市1955—2009 年降水量以-8.4 mm/10 a 速率下降，四季中春夏冬季总体上呈减少趋势，秋季呈增加趋势；任兆龙等[10]认为，山西中部太原市1961—2011年降水量以-13.9 mm/10 a 变化率减少，四季降水量均呈现减少趋势，夏、秋季减少最明显；藏曦[11]认为，山西南部运城市1960—2014年降水量以-7.94 mm/10 a速率下降，年际变化显著；张红英等[12]研究了山西东南部长治市1961—2015 年极端降水变化趋势，结果表明，降水日（日降水量≥0.1 mm）呈减少趋势，同时大暴雨、大雪和暴雪日数呈不同程度的增加。由此可见，山西省不同区域年及季节降水趋势反应出不同的结果。

左权县位于山西省东南部，境内山峦起伏，沟壑纵横，属暖温带大陆性半干旱季风气候，四季分明，雨热同季，是典型的山区农业县。年降水量主要集中于6—9月，且分布极不均匀，有的年份降水奇少，形成大旱年，而有的年份却降水特多，又形成洪涝灾，降水量年际、季节变化不稳定性，对当地的农业生产极为不利。因此，笔者利用左权县1961—2015 年的降水资料，对其规律及变化趋势进行分析和研究，以期为当地合理利用降水资源，发展农业生产，开展防灾减灾工作，生态文明建设提供科学依据。

1 资料与方法

1.1 资料来源

本研究利用1961—2015 年左权县气象局逐月降水量气象资料，按12 月至翌年2 月为冬季、3—5 月为春季、6—8 月为夏季和9—11 月为秋季的划分生成逐季序列。计算出年际、年代际、季节降水量平均及距平值，降水量距平基于1961—2015年55年气候平均值。

1.2 研究方法

采用线性倾向估计、5 年滑动平均、距平分析、滑动t检验和Mann Kendall（简称M-K）非参数检验法[13-15]分析1961—2015年左权县降水量变化特征及趋势，采用Word、Excel 内部函数及DPS 等数据统计分析软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 年降水变化特征

2.1.1 年降水年际变化 从左权县年降水量距平随时间变化曲线可以看出（见图1）：左权县1961—2015 年降水量总体以-12.6 mm/10 a速率减少，平均降水量减少了69.3 mm。降水量年际变化幅度非常大，55 年来降水量极大值出现在1971 年，为863.4 mm，极小值出现在1986 年，为311.2 mm，极差达552.2 mm。采用5 年滑动平均曲线分析可知，年降水量整体呈波动式下降趋势，1961—1977年位于距平0线以上波动，为偏多时期，1978—2011 年基本在0 线以下波动，为偏少时期，2011年以来回到0线以上，出现偏多趋势，年降水量总体经历了“多—少—多”变化过程。

2.1.2 年降水年代际变化 由表1 可以看出：左权县20世纪60—90年代平均降水量呈持续减少趋势，90年代减至最少，距平百分率从60年代9.5%，一直下降至90年代-12.0%，90 年代平均降水量较60 年代减少112.3 mm，21 世纪以来平均降水量呈增加趋势，2011—2015年平均降水量达到574.6 mm，距平百分率上升至9.9%，平均降水量较90年代增加114.4 mm，略高于60年代。

表1 左权县年、季降水量及距平

2.1.3 年降水突变分析 从左权县年降水量M-K 曲线（见图2）中可以看出：UF曲线在1961—1967年大于0，降水量呈上升趋势，1968年以来一直处在0以下，降水量呈持续下降趋势，UF曲线与UB曲线在显著水平线内相交于1968、2013、2014年，1968年之后，UF曲线分别在2000 年和2008 年2 次越过α=0.05 显著性检验(U0.05=-1.96)临界线，说明下降趋势非常显著，1968 年为年降水量减少突变年。

2.2 季节降水变化特征

2.2.1 季节降水年代际变化 由表1可以看出，夏、秋季降水量年代际变化趋势与年降水量变化趋势一致，即20世纪60—90年代平均降水量持续减少，90年代达到最少，21世纪开始逐渐增多。2011—2015年期间夏季降水量最多(10.4%)，20 世纪60 年代秋季降水量最多(25.2%)；春、冬季降水量年代际变化起伏较大，春季降水量从20世纪60年代至2011—2015年各年代之间距平百分率正负值按顺序交替出现，且正值逐渐减小，负值逐渐增大，说明春季降水量年代际变化由剧烈逐渐趋向平缓，而冬季降水量在60—80年代期间距平百分率正负值正好与春季反相，即60、80年代春季为正，冬季则为负，70年代春季为负，冬季则为正，90年代开始同步减少，21 世纪00 年代同步增加，2011—2015 年又反相变化，总体冬季振动幅度高于春季。60年代春季降水量最多(19.4%)，70年代最少(-23.5%)，冬季降水量70年代最多(36.3%)，90年代最少(-41.9%)。

2.2.2 季节降水年际变化 由左权县季节降水量距平随时间变化曲线（见图3），可以看出,春、夏、秋3 个季节降水量分别以-0.47 mm/10 a、-4.92 mm/10 a、-7.70 mm/10 a 的速率下降，而冬季降水量则以0.20 mm/10 a 速率微弱增加，55年中，春季平均降水量减少2.6 mm，夏季减少27.1 mm，秋季减少42.4 mm，冬季增加了1.1 mm。统计55年四季降水量对年降水量贡献率，春季占14.6%、夏季占63.0%、秋季占20.1%、冬季占2.3%，可以看出，夏秋两季降水量占年降水量的83.1%，主导着全年降水量的变化趋势。

通过5年滑动平均曲线分析，可以看出，春季降水量（见图3a）年际变化起伏较大，整体减少趋势不太明显，共出现了3次偏多和2次偏少阶段，分别是1961—1972、1984—1994、2006—2015 年偏多阶段和1972—1984、1994—2006 年偏少阶段，1963 年春雨最多，为174.7 mm，2000 年春雨最少，仅为16.0 mm，出现了春季大旱；夏季降水量（见图3b）总体波动平稳，减少趋势明显，1977 年以前降水量偏多，1977 年之后降水量围绕距平0线上下波动，以偏少年份为主，其中1983—1988 年、1993—1995 年、2008—2011 年出现了3 次较明显的低值期，2012以来降水量偏多。1971年夏季降水量最多，为584.9 mm，2008 年夏季降水量最少，为158.6 mm，这2个极值年，分别是该县洪灾和旱灾严重年份。

秋季降水量（见图3c）整体呈明显波动减少趋势，1961—1979 年位于距平0 线以上波动，降水量偏多，1980年以后降水量开始偏少，经历了1985年短暂上升后，偏少趋势一直持续到2010 年，2011—2015 年呈略多趋势，1967年秋雨最多，为228.5 mm，1998年秋雨最少，为22.1 mm，秋季是4 个季节中降水量减少幅度最大的季节。

冬季降水量（见图3d）年际变化起伏最大，整体增加趋势不太明显，经历了1961—1971 年偏少，1972—1980年偏多，1981—1989年偏少，1990—1993年略多，1994—2002 年又偏少，2003 以后偏多的“先少后多”3次演变。冬季降水量是4 个季节降水量在20 世纪90年代大幅度减少之后，率先在2003年提前出现偏多趋势的季节，这与其总体呈增加趋势有一定的关系。

2.2.3 季节降水突变分析 左权县各季节降水量M-K曲线突变分析结果表明（见图4）：春季降水量（见图4a）1972 以前UF 曲线呈现1 个周期性波动，1973—1989 年UF 曲线小于0，降水量呈下降趋势，且下降幅度非常明显，此后，UF曲线经过1990—1998年小幅度升降波动后，在1999—2008年又一次出现明显下降趋势，2008年之后UF曲线大于0，降水量呈上升趋势，虽然UF 与UB 曲线在显著水平线内相交于1962、1965、2005、2008年4个点，但UF曲线均未超过信度线，表明降水量在这些年份未发生突变，进一步对这些交点进行滑动t检验，2005年通过了α=0.05信度水平检验，说明2005 年是春季降水量由少到多的跃变年。夏季降水量（见图4b）1961—1967年降水量为上升趋势，1968年以来降水量整体呈下降趋势，在显著水平线内UF和UB 曲线相交5 点，分别是1965、1966、1967、2001、2009年，经过滑动t检验，这些交点均未通过α=0.05信度水平检验，说明夏季降水量不存在突变现象。秋季降水量（见图4c）总体为下降趋势，只有在1968—1969年出现了1 次短暂上升期，UF 和UB 曲线在显著性水平内相交于1962、1964、1965、1967、1970 年5 个交点，1970 年之后，UF 曲线在1998—2000 年越过α=0.05 显著性检验(U0.05=-1.96)临界线，说明此阶段下降趋势非常显著，1970年为秋季降水量减少突变年。冬季降水量（见图4d）1961—1983 年和2008—2015 年降水量为上升趋势，1984—2007 年降水量为下降趋势，UF 与UB曲线在显著水平线内相交于多个交点，但UF曲线始终没有越过α=0.05显著性检验临界线，经对转折年（1976、2003 年）滑动t检验，通过α=0.05 信度水平检验，说明冬季降水量分别在1976年和2003年发生了由多到少和由少到多的转变。

3 降水对左权县农业生产的影响

农作物生长靠根系从土壤中吸取水分，降水是农田水分主要来源，一年之中降水多少，是否及时均匀，能否保存在土壤中，都影响着农作物生长的好坏和产量的高低。左权县属山区县，山多地少，土地贫瘠，农业全部靠天吃饭。上述研究表明，近55 年来，左权县降水量总体呈减少趋势，降水减少，引发干旱几率增加，将会对农业产生不利的影响。另外，在降水减少的同时，受全球气候变暖影响，左权县温度变化呈升高趋势[16]，由于地形特殊，暴雨呈多发态势，对农业生产威胁较大。

旱灾作为左权县的首要灾害，尤以春旱、夏旱对农业生产威胁最为严重。根据中国半干旱、半湿润地区的干旱等级标准(GB/T 20481—2006)，P（降水距平百分率）＞-25%为正常年份，-50%＜P≤-25%为轻旱年份，-70%＜P≤-50%为中旱年份，P≤-70%为重旱年份。统计左权县1961—2015降水资料，春旱发生频率为29%，即平均每3.4年出现1次轻旱或重旱，所以，当地历来有“春雨贵如油”之说，20 世纪70 年代和90 年代末至21世纪初是春季干旱高发期，对该县农业生产影响最为严重。如1972—1974年、1999—2001年都是连续3 年出现春季大旱，春玉米播种只能靠人力担水或车具运水挖坑点种。夏旱发生频率为18%，频率低于春旱，平均每5.6年出现1次，但灾害程度高于春旱，尤其是头伏、中伏期发生“卡脖旱”即玉米抽雄前的干旱威胁最大[17-18]。研究期内出现过5次夏季大旱，分别是1965、1972、1986、1997 年和2008 年，都对当地农业生产造成重大损失，对人民生活造成重大影响。

暴雨引起的洪涝灾害仅次于旱灾，虽然其范围小，然而一旦发生，灾害十分严重，甚至造成毁灭性灾害。据民政局资料统计，近55 年中，左权县因暴雨引发洪灾14次，最严重有2次，分别是1963年和1996年。如1996 年8 月4 日，全县普降大暴雨，形成的特大洪水，造成30人死亡，全县农田受灾面积1.5万hm2，有43个村的30%房屋被冲毁，各项设施损坏、毁坏极其严重，直接经济损失达3 亿元，这次特大暴雨给当地工农业生产和人民生命财产造成了巨大损失[19]。周广胜[20]指出，随着全球气候持续变暖,极端天气气候事件频繁发生，并且破坏程度越来越强,影响越来越复杂,应对难度越来越大,从而将加大未来中国农业受灾风险和粮食安全的不确定性。

4 结论与讨论

（1）左权县1961—2015 年降水量与春、夏、秋3 个季节降水量均呈下降趋势，而冬季降水量呈上升趋势，气候倾向率分别为-12.6 mm/10 a、-0.47 mm/10 a、-4.92 mm/10 a、-7.70 mm/10 a和0.20 mm/10 a，这种变化结果与张炜玮等[8]研究结论一致，与本省内其他学者研究的区域结果存在一定的差异[9-10]。

（2）左权县年降水量20世纪60—90年代呈减少趋势，90 年代减少幅度最大，21 世纪年以来降水开始呈现增加趋势。年降水量呈减少趋势，春季降水量影响较小，主要是夏、秋季降水量减少造成的，冬季降水量增加对年降水量减少起了抑制作用。

（3）左权县年与秋季降水量分别在1968年和1970年发生了由多到少的突变，与张炜玮等[8]研究结论基本一致，春季降水量在2005 年发生了由少到多的跃变，冬季降水量分别在1976年和2003年发生了多到少和由少到多的转变，夏季降水量无突变现象。

（4）干旱、暴雨洪涝灾害对左权县农业生产发展前景威胁较大，必须树立于长期防大灾、防巨灾的意识，有计划地培育和选用耐旱品种，加强农田水利工程、农业基础设施建设，加大农业抗御干旱和暴雨洪涝的投入力度，最大限度地减轻自然灾害对农业生产的影响。