吉林省松原市旱涝变化特征研究

王子一，郑 蕾，王鲲鹏

(1.四平市气象局，吉林 四平 136000；2.松原市气象局，吉林 松原 138000)

松原市是吉林省重要的农牧业生产基地，其粮食和畜牧业产量对吉林省整体农业生产有重要影响。松原市春季干旱少雨，夏季炎热，降水集中，冬季漫长，降雪量小，寒冷干燥[1]，这一气候特征使松原地区具有旱涝突变明显、影响范围大等特点，容易造成农业减产，降低农民收入，影响本地农业经济。判断旱涝标准的指标有很多种，目前学界比较主流的观点认为，气温升高和降水异常是造成旱涝变化的主要原因之一[2]，笔者分析松原市所辖5个市县1971年—2020年的降水数据，探索松原地区的旱涝变化特征规律，以期减少松原地区旱涝灾害损失，促进松原市社会经济可持续发展[3]。

1 资料和方法

1.1 资料

本文采用1971年—2020年这50年中松原地区所辖4县1区5个测站的年降水资料，资料来源为天擎系统。

1.2 方法

1.2.1 旱涝等级划分方法

1.2.1.1 单站旱涝指标(Z指数)。因为Z指数能够忽略平均降水量的不同所产生的区域差异，所以笔者假设松原地区的降水量服从Pearson-Ⅲ型分布，对其进行处理后，能够得到服从标准正态分布的降水量的序列，且其能够较好地反应对应站点的旱涝程度。我们首先根据各站的降水数据进行计算，分别得出其降水量标准化距平序列,然后对其进行Z值变换[4]。

将概率密度函数Pearson-Ⅲ型分布转换为以Z为变量的标准正态分布。其转换公式为：

(1)

式中：CS为偏态系数；φi为标准变量，均可由降水资料序列计算求得，计算公式为：

(2)

(3)

1.2.1.2 地区旱涝等级的划分(W指数)。具体为：

Wi=Ii-Li

(4)

1.2.2 统计方法

表1 单站(Z指数)和区域旱涝(W指数) 等级指标划分标准

运用线性回归法分析W指数(年)的趋势并对其进行显著性检验。以每个站点基于Z指数划分的旱涝等级作为被检测信号，对其实现连续一维小波变换，得到小波分析等值线图，对每个站点旱涝情况进行分析，找出其年际旱涝转变的周期性变化规律[6-7]。

2 结果分析

2.1 年旱涝变化趋势特质

通过分析1971年—2020年这50年松原地区5个市县的年降水资料，计算出50年来W指数的变化曲线，从线性趋势可以看出：W指数年际变化幅度较大且某些年份数值比较极端，W值最大为2019年，可达160%，最小值为2001年，达到-180%。通过对W指数10年滑动平均变化曲线进行分析，笔者发现在1971年—2020年这50年中，松原地区的W指数上升趋势较弱，且具有较为鲜明的阶段性特征变化，1970年—1980年，松原地区偏旱为主；1980年—2000年期间，松原地区整体轻微偏涝；2000年—2010年又转为轻微偏旱；2010年之后整体偏涝，且趋势逐渐严重。

图1 1971年—2020年松原地区年W指数曲线

2.1.1 松原地区整体W指数变化

通过表1的等级划分标准，可得松原地区1971年—2020年旱涝等级，如表2所示。在这50年中正常年份数为25年，不正常年份25年，分别是特涝年10年，大涝年2年，偏涝年5年；干旱年份出现频次相对较低，特旱年7年，大旱年1年，无偏旱年份。通过分析W指数得出的特旱和大旱年份降水距平百分率为-21%～-38%，其中特旱年份的降水距平百分率均小于-30%，50年中最小值为2001年，距平百分率为-38%；特涝和大涝年份的降水距平百分率为19%～36%，特涝年份降水距平百分率均大于31%，50年中的最大值为1998年，距平百分率为36%；偏涝年份主要集中在1983年—1995年和2008年之后，降水距平百分率在10%～17%；50年中松原地区无偏旱年份；正常年份的降水距平百分率为-1%～5%。综上可以看出，1971年—2020年这50年中，松原地区的W指数里旱年和涝年与降水距平百分率对应关系基本一致。

2.1.2 松原各县市W指数变化

通过表2可以看出，1971年—2020年这50年中松原地区各县市旱涝年份存在较大差异。宁江区和长岭县出现大旱年份最多，同为8年；前郭县和乾安县出现特旱年份最多，均为3年，其中乾安县在1995年—1997年这3年出现连旱(大旱)，宁江区在1995年—1996年出现连旱(大旱)，松原地区所有市县在这50年中未出现偏旱年份；特涝年份出现最多的是宁江区和乾安县，均为6年；大涝年份出现最多的是扶余市，为6年；部分市县存在明显的旱涝交替现象：宁江区1989年(大旱)—1990年(大涝)、乾安县1997年(大旱)—1998年(特涝)、长岭县1982年(大旱)—1983年(特涝)，1993年(大旱)—1994年(特涝)；整体上松原地区涝年多于旱年，且容易出现极端旱涝年份，其中夹杂连旱、旱涝交替等现象，说明该地区整体旱涝分布具有明显的复杂性。

表2 1971年—2020年松原地区旱涝等级分布年份

2.2 旱涝变化的周期性

为更直观地分析松原地区及所辖各市县的旱涝周期变化特质，利用松原地区5个站的Z指数作为被监测信号，实现一维连续小波变换，分别得到松原地区各市县的旱涝小波分析图(图2)，纵坐标为周期，横坐标为年份。

通过松原地区各市县Z指数小波分析图可以看出：在1971年—2020年这50年尺度下，松原地区各市县均存在一个非常明显的主周期，分别是扶余25年、宁江34年、前郭32年、乾安20年、长岭35年，其特点是波动周期长，强度大；每个市县还伴随着4年～6年的副周期，周期强度相对较弱；松原地区的整体波动周期与各市县的周期基本相呼应，主周期25年且波动明显，在1971年—2010年40年间还存在有一个6年的波动周期，震荡周期较强。

扶余 宁江

前郭 乾安

长岭 松原全地区

3 结论

①通过分析松原地区5个站点1971年—2020年的W干旱指数，对其进行10年滑动平均后发现，松原地区W指数呈现轻微的上升趋势；②在1971年—2020年这50年中，涝年17年(10年特涝、2年大涝、5年偏涝)，干旱年份8年(7年特旱、1年大旱、无偏旱年份)，正常年份为25年；③在50年的时间尺度上，松原地区旱涝突变特征明显，宁江、前郭和长岭旱涝周期相近，而扶余和乾安旱涝周期相近，旱涝分布不均；④对松原地区各市县W指数进行分析，结果显示松原地区整体W指数以0.114/10 a的速度递增。