1980年—2016年农安县降水变化特征分析

吕姗姗

（农安县气象局，吉林 农安 130200）

农安县地处松辽平原中部，东经124°32′～125°46′，北纬43°54′～44°57′。农安县西面与公主岭接壤，南部和长春市绿园区、宽城区交接，北部与前郭交壤，东部与扶余县相邻，总面积543 005.9 hm2。农安县是吉林省重点产粮大县，本文依据1980年—2016年以来农安县的降水量统计数据，分析变化规律、突变情况，并对发生明显变化的影响因素做初步的研究，并对其未来的发展趋势做出初步预估，希望能够更加全面地了解农安县的降水变化情况，服务农业经济的发展。

1 资料与方法

1.1 资料来源

本文使用的降水统计资料均来源于农安县气象站。文章选取1980年—2016年气象数据序列在过去37年来的对比分析，从统计学的角度来看，这样长的时间序列可以得到更充分可信的结果。四季按气象方法划分：春季（3月—5月）夏季（6月—8月）、秋季（9月—11月）、冬季（12月—次年2月）。

1.2 研究方法

运用趋势分析法[1]、滑动平均法[2]、变差系数法[3]、累计距平[4]、Mann-Kendall突变检验[5]、R/S分析[6]等分析方法，对农安县1980年—2016年降水量的年际、年代际、季节变化特征、突变特征进行分析，并且对变化原因进行初步研究，对未来的初步变化趋势进行了分析。

2 降水量变化特征分析

2.1 降水量年际变化特征

从农安县降水年际变化分析（图1）可知，从1980年—2016年，农安县年降水量略有减少，平均减少率-13.83 mm/10 a。通过分析5年滑动曲线可以看出，20世纪80年代—20世纪90年代，农安县的年降水量上下波动不大。90年代末快速减少，2000年初期达到波谷后继续增加，相邻年份之间也存在较大差异，1998年和1999年差值最大，相差为361.9 mm。

图1 1980年—2016年农安县降水量年际变化曲线Fig.1 Annual Variation Curveof Precipitation in Nong'an County from 1980 to 2016

2.2 降水量季节变化特征

对农安县1980年至2016年春季、夏季、秋季和冬季的季降水量进行统计分析（图2）。其中，春季的平均降水量是72.6 mm，1990年出现了最大值，为191.9 mm，2001年降水量最小，只有26 mm。夏季平均降水340.3 mm，最大573.4 mm，出现于2005年，最小为169.7mm，2014年出现。秋季平均为73.1 mm，2016年秋季降水量最大，为160 mm，2011年秋季降水量最小，为26.5 mm。降水量冬季平均为12.9 mm，2012年冬季降水量最大，为40.1 mm，1985年最小，为4.8 mm。由此可以说明，农安降水集中季节是夏季。

图2 1980年—2016年农安县四季降水量变化曲线Fig.2 Four season precipitation change curve of Nong'an County from 1980 to 2016

2.3 降水量年代际变化特征

以年代的划分方式来分析统计农安县的降水量，与此同时借助变差系数法，通过计算得出变差系数，由表1可知，年均降水量80年代为533.3 mm，是3个年代里的最大值，最少在21世纪初，只有472.6 mm。年降水量年代际变异性较大，最大变异系数为80年代的0.198，而21世纪初的0.162，是最小值。以上说明20世纪80年代的降水波动之大，而21世纪初的波动之小。

表1 1980年—2016年农安县降水量年代际统计表Tab.1 Interdecadal statisticsof precipitation in Nong'an County from 1980 to 2016

不同季节在不同年代里的降水平均值差异较为明显。37年的春季降水量平均值为72.6 mm，20世纪90年代的春季降水平均值最大，为87.5 mm，20世纪80年代春季降水的平均值最小，为67.2 mm。变差系数也是90年代最大，说明这段时间里降水量的波动最大，80年代最小，说明这段时间里的降水量上下浮动较小；1980年至2016年，夏季降水的平均值为340.3 mm，其中20世纪80年代最大，是358.1 mm，而21世纪初最小，只有301.2 mm，变差系数21世纪初最大，说明这段时间里夏季的降水大小波动较大，20世纪90年代变差系数最小，说明这段时间里，夏季降水的大小波动较小；37年里秋季降水量的平均值为73.1 mm，其中20世纪90年代最大，为79.5 mm，21世纪初最少，为72.1 mm，变差系数20世纪90年代最大，20世纪80年代最小，由此可见不同年代秋季降水多少的浮动情况；37年冬季降水的平均值为12.9 mm，其中21世纪初冬季降水平均值最大，为15.9 mm，20世纪80年代最小，只有9.7 mm。而变差系数20世纪80年代最大，21世纪初最小，可知21世纪初的不同冬季的降水量相互差异较大。

2.4 降水量突变特征

气候从一种气候常态向另一种气候常态的突然性的变化，称之为气候突变[7]。图3是1980年—2016年里农安县各年年降水量的距平和累积距平统计，20世纪80年代初期年降水量差较大，累积曲线先在1982年下降至最低，而后开始大幅升高，期间虽然也有波动下降，但上升为主体趋势。1999年左右，累积曲线达最高点，之后的2000年、2001年和2002年降水量较少，导致累积曲线大幅下降。之后的时间里，累积曲线起伏波动不断，正负降水量距平基本持平。

图3 1980年—2016年农安县年降水量距平曲线Fig.3 Anomaly curve of annual precipitation in Nong'an County from 1980 to 2016

对农安县1980年—2016年的年降水量进行突变检验（图4）。由图可知，UF与UB曲线在临界线内相交6次，但两者都没有超出过临界线，由此判断，年降水量没有突变过。

图4 1980‐2016农安县年降水量Mann‐Kendall突变检验曲线（u0.05=±1.96）Fig.4 Mann‐Kendall mutation test curve of annual precipitation in Nong'an County from 1980 to 2016

分析1980年—2016年农安县春季、夏季、秋季和冬季降水量的距平和累积距平，得到图5。累积距平曲线的上升和下降说明了该时间点降水量距平的正和负，也就间接说明降水量的大和小。春季图中，20世纪80年代农安县各年的春季降水量较平均值低的年份较多，在90年代初曾短暂上升，之后逐年下降，累积距平最低点出现在1994年，21世纪初，累积曲线开始下降，到了2007年后逐步回升。20世纪80年代末，夏季累积降水距平呈现上升趋势，也就是说，这段时期的夏季为多雨时期。21世纪初，曲线明显向下滑动。2015年降水量距平达到最低点。20世纪80年代，秋季降水量的累积距平曲线出现了小的起伏，波谷出现在1985年，之后缓慢回升。1990年—2016年这段时间，曲线波动较大，1996年左右曲线达到最高点，这说明1990年—1996年这段时间降水较多，而后直到2016年，曲线下降上升反复，波动情况不一。冬季图中，曲线一直位于零线以下，80年代，曲线一直下滑，说明这段时间降水较少，从90年代开始，曲线开始有起有伏，也就说明降水有多有少，21世纪开始，曲线开始滑动上升，整体上升趋势明显，说明这段时间降水较多。

图5 1980年—2016年年农安县四季降水量距平和累积距平曲线Fig.5 Seasonal precipitation anomaly and cumulative anomaly curve of Nong'an County from 1980 to 2016

对农安县近37年春天、夏天、秋天和冬天Mann-Kendall突变检测表明,在研究期间,春天是呈整体减少的线性趋势,UF和UB曲线在2014年交叉,显著水平不存在超过临界线后,春季没有降水突变；80年代到90年代早期,夏季降水量出现了下降,但在1980年代末,有反弹现象,UF和UB曲线相交于临界线内多次，但在那之后,没有超出过临界线,可以确定夏季降水未出现突变。20世纪80年代—20世纪90年代，秋季降水减少，20世纪90年代中期—21世纪初，近10年的秋季降水增加，然后逐渐减少，UF曲线和UB曲线没有超过临界线，这也就表示，秋季降水量无突变发生。20世纪90年代初—21世纪初，冬季降水量略有增加，同时，虽然UF曲线和UB曲线相交多次，却终究未超出0.05的显著水平，也就是说，降水量在冬季未曾突变。从20世纪80年代—90年代，降水先增后减。

3 降水变化原因简要分析

农安县年降水量出现了减少的趋势主要是由于随着城市开发加速，建筑设施等逐渐占用了生态面积，使得水域面积减少，蒸发量减少，另外水汽输送带到达的地区偏南，农安地区水汽通量较少，从而导致了降水量减少。

4 未来趋势分析

利用重标极差R/S（Rescaled Range Analysis）分析方法应用于时间序列的特性分析，最大的优点是不用假定R/测定的时间序列的分布特征，也就是说，无论时间序列是正态分布还是非正态分布，R/S的分析结果都是稳定不受影响的[8]。

根据R/S分析方法，根据农安县1980年—2016年的降水量要素，计算得出季节和年平均序列的Hurst指数（表2）。根据表格分析结果，降水量的四季和年平均H值也均大于0.5，说明降水量也将保持之前的减少趋势。其中夏季和年平均降水量的减少趋势最强（持续性强度：较强），春季、秋季和冬季次之（持续性强度：较弱）。

表2 农安县1980年—2016年降水量各季节及年平均Hurst指数Tab.2 Seasonal and annual average Hurst index of precipitation in Nong'an County from 1980 to 2016

在未来一段时间里，降水量将保持之前的减少趋势。由于随着城市开发加速，建筑设施等占用了生态面积，水域面积减少，蒸发量减少[9]，另外水汽输送带到达的地区偏南，农安地区水汽通量较少，从而导致了降水量减少。其中夏季和年平均降水量的减少趋势最强，春季、秋季和冬季次之。

5 结语

1980年—2016年，农安县年降水量呈现略微下降趋势，下降速率为-13.83 mm/10a。而春冬季降水略有增多，增长率为9.58 mm/10a、3.12 mm/10a，夏秋季降水量有所减少，减少率为-24.7 mm/10a、-1.7 mm/10a。农安县年、春、夏、秋、冬降水量均未发生过突变。在未来一段时间里，降水量将保持之前的减少趋势，可能对玉米产量造成不利影响，农户应加强干旱应对处置能力，而气象部门应从提升人工影响天气能力、农业气象服务精细化等方面采取应对行动。