近60年运城盆地降水演变特征

侯 雨

（万家寨水务控股集团有限公司运行管理中心，山西 太原 030012）

降水是驱动流域水循环演变最重要最直接的因素，降水量增大，地表径流量增大，地下水水位抬升，反之，降水量减少，地表径流量减少，地下水水位降低。近60 a 来，运城盆地地表径流量呈减少趋势，地下水水位持续下降，地下水水位降落漏斗面积急剧扩大，这与降水量的变化有着直接的关系。因此，研究该区降水量的演变规律，对进一步了解该区水循环演变动因有重要意义。

本文拟采用小波变换分析近60 a 来运城盆地降水量的周期性变化规律，研究成果可为目前正在开展的涑水河流域生态保护与修复提供一定的理论支持。

1 研究区概况

运城盆地位于山西省南部，盆地北部为紫金山-峨嵋台地，盆地东、南两侧为中条山环绕，西隔黄河与渭河盆地相望。行政区划包括闻喜县、夏县、盐湖区、永济市、临猗县、万荣县及绛县部分地区，研究区总面积6 140.6 km2。运城盆地年降水量在500～580 mm之间，年内分配极不均匀，季节变化明显，夏季降水量最多，占全年总降水量的65%左右，年最大降水量发生在6～7月，占全年总降水量的35%左右，12月至次年2月降水量最枯，占年降水量的百分比小于10%。

2 研究方法与数据来源

本文主要采用数据为运城盆地降水量数据，均下载自中国气象数据网 (www.data.cma.cn)，时间为1961-2020年逐月数据。拟采用‘Morlet’小波函数对该区1～3、4～6、7～9、10～12月及全年的降水量数据进行连续小波变换，进而得到小波变换系数图及小波方差图，基于小波方差研判降水演变主周期，基于主周期尺度上小波系数正负变化，划分丰水周期及枯水周期。

图1 地理位置图

3 研究结果

3.1 1～3月降水变化特征

由图2（a）可以看出，1～3月降水序列在8 和35 a左右尺度震荡强烈，经历了丰水周期（实线）到枯水周期（虚线）的往复变化过程，且35 a 尺度震荡较8 a强烈，说明在35 a 尺度上为主周期，8 a 尺度则为次周期。图2（b）为35 a 尺度小波系数图，可以看出，1961-1981年为一个不完整的枯水周期（负值），1982-2002年为一个完整的丰水周期（正值），1983-2020年一个不完整枯水周期。

图2 1～3月降水小波变换图

3.2 4～6月降水变化特征

由图3（a）可以看出，4～6月降水序列在3 和24 a左右尺度震荡强烈，经小波方差比较，24 a 尺度小波方差大于8 a 尺度。图3（b）为35 a 尺度小波系数图，可以看出，1961-1968年为一个不完整的丰水周期（正值），1969-1985年为一个完整枯水周期（负值），1986-2000年为一个完整的丰水周期，2001-2015年为一个完整的枯水周期，2016-2020 为不完整的丰水周期。

图3 4～6月降水小波变换图

3.3 7～9月降水变化特征

由图4（a）可以看出，7～9月降水序列在3、8 和23 a 左右尺度震荡强烈，其中，23 a 尺度最为强烈，为周期，3 a 和8 a 为次周期。图4（b）为23 a 尺度小波系数图，可以看出，1961-1971年为一个不完整的枯水周期（负值），1972-1986年为一个完整的丰水周期（正值），1987-2001年为一个完整的枯水周期，2002-2015年为一个完整的丰水周期，2016-2020 为不完整的丰水周期。

图4 7～9月降水小波变换图

3.4 10～12月降水变化特征

由图5（a）可以看出，10～12月降水序列存在8、27 a 左右的演化周期。经比较小波方差，8 a 尺度为主周期，27 a 尺度为次周期。图5（b）为降水序列在8 a 周期尺度上小波系数图变化规律，由此可以判断，1961-1964年为一个不完整的丰水周期（正值），1965-1969年为一个完整的枯水周期（负值），1970-1976年为完整的丰水周期，1977-1982年为完整的枯水周期，1983-1987年为完整的丰水周期，1988-1992年为完整的枯水周期，1993-1996 为完整的丰水周期，1997-2001 为完整的枯水周期，2002-2006年为完整的丰水周期，2007-2012年为完整的枯水周期，2013-2019年为完整的丰水周期。

图5 10～12月降水小波变换图

3.5年降水变化特征

由图6 可以看出，近60 a 全年累计降水序列在3、8 和19 a 左右尺度震荡强烈，其中，在8 a 尺度上震荡最为强烈，为主周期，3 a 和19 a 则为次周期。从主周期尺度上的小波系数变化图（图6-b）可以看出，1961-1964年为一个不完整的降水丰水周期（正值），1971-1975、1981-1985、1991-1996年、2001-2005、2011-2014年均为完整的丰水周期, 而1965-1970、1976-1980、1986-1990、1997-2000年、2006-2010、2015-2019年则均为完整枯水周期。

图6年降水量小波变换图

4 结论

本文利用小波变换法研究运城盆地1961-2020年1～3、4～6、7～9、10～12月及全年降水序列演变趋势。主要结论如下：（1）1～3月降水序列存在8 和35 a左右尺度的变化周期；（2）4～6月降水序列存在3 和24 a 左右尺度的变化周期；（3）7～9月降水序列以23 a 尺度为演变主周期；（4）10～12月降水序列以8 a 尺度为演变主周期；（5）年降水序列存在3、8 和19 a 左右尺度的变化周期。