張 平，夏 軍，鄒 磊，馬協(xié)一

(1.武漢大學(xué) 水資源與水電工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430072；2水資源安全保障湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，武漢 430072)

0 引 言

氣候環(huán)境變化及其對人類社會與生態(tài)環(huán)境的影響已成為全球各國關(guān)注的重大科學(xué)問題之一。IPCC第四次評估報告表明，氣候變暖已成為毋庸置疑的客觀事實(shí)[1]。20世紀(jì)90年代以來，淮河流域洪水災(zāi)害呈現(xiàn)出加劇趨勢，同時全球變暖所驅(qū)動的降水時空格局變化將進(jìn)一步加劇洪澇等自然災(zāi)害。因此，研究淮河流域降雨空間時空變化特征，對于認(rèn)識淮河流域氣候變化下洪澇災(zāi)害規(guī)律具有重要意義，同時以水資源分區(qū)為單位研究降雨時空變化規(guī)律，將有助于氣候變化條件下水資源的合理開發(fā)、保護(hù)和利用。

很多學(xué)者對淮河流域的降水分布?xì)夂蛱卣骷昂禎骋?guī)律做出了研究。張正濤等[2]的研究發(fā)現(xiàn)淮河流域洪澇災(zāi)害高風(fēng)險區(qū)主要集中在流域中上游，中高風(fēng)險區(qū)分布在流域中部，西南部以及東部部分地區(qū)，而流域北部和南部處于低風(fēng)險區(qū)。高超[3]通過對淮河流域1985-2007年降雨資料分析，發(fā)現(xiàn)降雨量和極端降雨無突發(fā)性的增加和減少趨勢，夏季降水量變幅較大，并預(yù)測2011-2060年降水量雖然有微弱增加，但卻沒有通過MK顯著性檢驗(yàn)，年內(nèi)降水仍以春夏為主。顧萬龍[4]等通過對淮河流域84個氣象站1961-2005年降水資料分析了淮河流域降水的不均勻性及集中期，發(fā)現(xiàn)淮河流域降水的年內(nèi)分配存在明顯的不均勻性，其中降水的不均勻及集中突出顯示在北部地區(qū)。鄭詠杰[5]等利用邊際熵以淮河流域1961-2005年36個氣象站日降水資料為基礎(chǔ)研究了不同尺度下的降水變化特征，結(jié)果表明淮河流域降水量較小的季節(jié)或地區(qū)，同時降水量的年際變化也比較大，同時北部地區(qū)的降水不均勻性及其較小的降水量加劇了該區(qū)的干旱風(fēng)險。盧燕宇[6]等對近45年降水分布進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)淮河流域降水的空間分布基本呈現(xiàn)南高北低、山區(qū)多于平原、近海多于內(nèi)陸的格局。梁樹獻(xiàn)[7]對淮河流域6-8月旱澇分布特征的分析顯示淮河流域降水有前澇后旱的趨勢，6-8月降水有10年的顯著周期。王新龍[8]采用Z指數(shù)法，數(shù)理統(tǒng)計(jì)及正交函數(shù)分解研究了1953-2007主汛期降水的時空分布規(guī)律，結(jié)果顯示淮河流域汛期發(fā)生洪澇災(zāi)害的趨勢變化并不顯著，洪澇類型多為一致性梅雨型洪澇。張翔[9]等對淮河-沙潁河流域降雨時空變化規(guī)律的研究結(jié)果表明：淮河-沙潁河流域與渦河流域降雨存在一定的地區(qū)差異性，流域南部各站降雨隨機(jī)性大，北部規(guī)律卻不明顯。周文艷[10]利用淮河流域1998-2003年32個站夏季逐小時降水資料，分析了降水的區(qū)域統(tǒng)計(jì)特征，結(jié)果表明：區(qū)域內(nèi)降水空間分布不均勻，區(qū)域內(nèi)平均降水強(qiáng)度和區(qū)域內(nèi)降水分布面積之間關(guān)系密切。佘敦先[11]等分析淮河流域27個氣象站點(diǎn)1960-2009年逐日降水，發(fā)現(xiàn)淮河大多數(shù)站點(diǎn)最大日降水又增加，少數(shù)減少，但趨勢不明顯，單個站點(diǎn)最大日降水發(fā)生在20世紀(jì)60-70年代，汛期居多。魏鳳英[12]等使用小波變換、廣義極值分布等方法分析了近86年來淮河流域夏季降水年際和年代際震蕩概率分布，結(jié)果表明淮河流域夏季降水存在顯著的準(zhǔn)2年振蕩，20世紀(jì)90年代末以來，淮河流域降水處于年代際偏多期，極端降水時間概率顯著增加。王勝[13]等對淮河流域主汛期極端降水事件研究發(fā)現(xiàn)其總體有增加趨勢，以流域中西部趨勢最為顯著，典型震蕩周期為2～3年。

以上對淮河流域的研究多針對整個淮河流域分析流域內(nèi)降雨的空間分布、年代際趨勢變化及降雨周期、極端降雨分布特征或者針對小區(qū)域的不同時間尺度下的氣候變化研究，很少有將流域以水資源分區(qū)界限劃分，進(jìn)行嵌套式流域降雨空間分布特征的研究。

本文以淮河蚌埠以上流域?yàn)檠芯繀^(qū)域，以三級資源分區(qū)界限將其分為四個分區(qū)，分別為王蚌區(qū)間南岸、王蚌區(qū)間北岸、王家壩以上南岸、王家壩以上北岸。采用MK檢驗(yàn)和趨勢分析法分析了研究區(qū)域內(nèi)1956-2016年112個雨量站點(diǎn)及四個分區(qū)年降水量趨勢變化，并通過Morlet小波分析對整個研究區(qū)域及四個水資源分區(qū)1956-2010年面平均降雨進(jìn)行小波變換，繪制降水量序列的小波變換系數(shù)圖及小波方差圖，揭示區(qū)域降水變化的周期性規(guī)律。通過分析蚌埠以上研究區(qū)域及四個水資源分區(qū)降雨時空變化規(guī)律以揭示受淮河地理位置影響的流域內(nèi)南北氣候變化差異及研究空間尺度對研究結(jié)果的影響，這對洪澇災(zāi)害預(yù)防、氣象預(yù)測、農(nóng)業(yè)生活及水資源的合理利用開發(fā)都有很重要的意義。

1 研究區(qū)概況

淮河流域是我國第六大流域，介于東經(jīng)111°55′～121°25′之間、北緯30°55′～36°36′之間，總面積約27 萬km2?；春恿饔蛭鞲邧|低，河流自西向東匯入長江，途經(jīng)河南、湖北、安徽、江蘇和山東等五個省份，全長1 000 km，是中國重要的南北氣候分界線。多年平均降雨量約920 mm，降雨年內(nèi)時空分布不均，多集中在主汛期和流域南部，遇極端降水或長時間持續(xù)性降水極易引發(fā)洪澇災(zāi)害。自建國以來，1954、1957、1975、1991、2003、2007等年該流域頻繁發(fā)生特大洪水。2003、2007年全流域洪災(zāi)直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)450億多元，給國民經(jīng)濟(jì)造成重大損失。洪澇災(zāi)害已成為嚴(yán)重制約淮河流域社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。本文所研究區(qū)域位于淮河流域西部，以三級水資源分區(qū)為界將研究區(qū)域劃分為四個水資源分區(qū)，其中王蚌區(qū)間北岸跨越南北氣候分界線，其他三個水資源分區(qū)位于南部氣候帶[14]。淮河流域[15]多年平均降水總量2 353 億m3，地表水資源多年平均為471 億m3，地下水資源量為356 m3。2014年淮河上游(王家壩以上)降雨量為1 010 mm，淮河中游(王家壩至洪澤湖出口)降雨量為880 mm；淮河上游的地表水資源量為80 億m3，淮河中游的地表水資源量為260 億m3；淮河流域上游的地下水資源量45億m3，淮河中游的地下水資源量為160 億m3。2014年淮河流域各類供水工程總供水量為605.4 億m3，地表水占72.8%，地下水占25.8%；淮河流域總用水量為536.7 億m3，其中農(nóng)業(yè)灌溉用水占63.8%，工業(yè)用水占15.1%，林牧漁畜用水占7.5%；總耗水量為345.3 億m3,耗水率為64.3%，其中農(nóng)業(yè)耗水量為250.1 億m3，耗水率達(dá)73%?；春恿饔?014年人均用水量為335.5 m3，萬元GDP用水量為88.4 m3。2014年淮河流域天然徑流量為471.0 億m3，平衡差為10.4 億m3。

圖1 蚌埠以上研究區(qū)域雨量站點(diǎn)分布示意圖Fig.1 Distribution of rainfall stations in the area above Bengbu

2 資料和方法

本研究采用的數(shù)據(jù)是淮河水利委員會水文局提供的淮河流域蚌埠以上區(qū)域均勻分布的112個雨量站1956-2010年逐日降水觀測資料。各水資源分區(qū)及整個研究區(qū)域內(nèi)面平均降雨通過泰森多邊形方法求得。所采用的數(shù)據(jù)包括55年資料，其中通過趨勢分析，及小波分析，各分區(qū)降雨資料具有一定的周期性，且在不同的時間段有不同的變化趨勢，同時包含不同的豐平枯年，具有一定的代表性。

2.1 趨勢分析方法

為研究蚌埠以上區(qū)域降雨的時空變化趨勢，檢驗(yàn)降雨序列突變點(diǎn)，采用世界氣象組織(WMO)推薦的Mann-Kendall非參數(shù)統(tǒng)計(jì)方法，該方法為一種非參數(shù)統(tǒng)計(jì)方法，優(yōu)點(diǎn)在于不需要樣本遵循一定的分布，也不受少數(shù)異常值的干擾，適合于水文氣象等非正態(tài)分布的數(shù)據(jù)[16-19]。該方法還能明確顯示出水文時間序列演變趨勢是否存在突變現(xiàn)象以及突變開始的時間，并能指出突變的區(qū)域。

2.1.1 序列相關(guān)性分析

MK趨勢檢驗(yàn)的研究[20]表明：若氣象序列自相關(guān)性較高，直接進(jìn)行MK檢驗(yàn)將會有誤差，應(yīng)先進(jìn)行自相關(guān)檢驗(yàn)。

其中自相關(guān)系數(shù)計(jì)算公式(1)如下：

(1)

其中r1的5%置信區(qū)間可用公式(2)計(jì)算：

(2)

其中n為氣象序列長度，如果r1處于區(qū)間之內(nèi)，則認(rèn)為氣象序列是獨(dú)立的，否則需要先剔除其自相關(guān)性：x′i=xi-r1xi-1。

2.1.2 Mann-kendall統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)

對于具有n個樣本的時間序列x，構(gòu)造秩序列：

Sk=∑ki=1ri(k=2,3,…,n)

(3)

其中當(dāng)xi>xj時，ri=1，否則ri=0(j=1,2,…,i)。統(tǒng)計(jì)量Sk是第i個時刻的數(shù)值大于j時刻數(shù)值個數(shù)的累計(jì)值。在時間序列隨機(jī)獨(dú)立的假定下，定義統(tǒng)計(jì)量：

(4)

式中S1=0，E(Sk)和var(Sk)是累積數(shù)Sk的均值和方差，在系列獨(dú)立的情況下，可用下式算出：

(5)

將樣本序列逆序，重復(fù)上述過程，同時使UBk=-UFk。

2.1.3 Mann-Kendall趨勢檢驗(yàn)

對于具有n個樣本量的時間序列變量x1,x2,…,xn，Mann-Kendall統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)為：

(6)

式中：sgn(·)為符號函數(shù)。

計(jì)算式為：

(7)

構(gòu)造Mann-Kendall法的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量為：

(8)

若|Zc|≥zα0/2，則表示拒絕零假設(shè)，通過顯著性水平為α0的雙邊顯著性檢驗(yàn)，認(rèn)為時間序列存在顯著的趨勢性。若Zc為正值，則表示時間序列隨時間推移呈現(xiàn)增加趨勢；若Zc為負(fù)值，則表示系列隨時間推移呈現(xiàn)減小趨勢。當(dāng)α0=0.05時，Mann-Kendall統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)的臨界值為±1.96。

2.2 小波分析

小波分析是一種信號的時間尺度分析方法，具有高分辨率的特征，能在時頻兩域表征信號局部特征，對信號進(jìn)行多尺度分析，可以自動調(diào)整時頻窗，以適應(yīng)實(shí)際分析的需要[21,22]。小波分析在水文氣象時間序列分析中應(yīng)用比較廣泛，可以給出序列不同層次的變化尺度和時間，很好的適應(yīng)于包含確定性因素和隨機(jī)干擾因素的水文序列。

在水文系統(tǒng)小波分析中，使用較多的是Morlet小波[23]，Mexicanhat小波[24]，和正交小波(Haar小波)[25]等。本文選用Morlet小波函數(shù)，對于給定的Morlet小波和時間序列，連續(xù)小波變換為[26]：

(9)

實(shí)測水文序列多為離散序列，需要對時間序列進(jìn)行離散化，如f(kΔt)(k=1,2,…,N)，Δt為取樣時間間隔，離散化后的計(jì)算公式為：

(10)

對水文序列做小波變換后得到的小波系數(shù)是序列在不同時間尺度和不同時間位置上的投影，可以用來描述水文序列的組成結(jié)構(gòu)和多時間尺度變化特性[27]。本文利用Morlet小波對降水序列進(jìn)行周期分析。

此外，為了反映波動能量隨尺度的分布情況，將時間域上關(guān)于尺度a的所有小波變換系數(shù)的平方進(jìn)行積分，得到小波方差[28]：

(11)

式中：var(a)為在a尺度下的小波方差。根據(jù)小波方差隨時間尺度a的變化過程圖，確定降水序列中存在的主要周期。

3 分析結(jié)果

3.1 分區(qū)年降雨分析

通過對112個雨量站多年平均降雨量插值到整個蚌埠以上研究區(qū)域，并獲取研究區(qū)域上的降雨量等值線圖，來分析研究區(qū)域內(nèi)降雨的空間變化規(guī)律。蚌埠以上研究區(qū)域雨量分布如圖2所示。

從整個蚌埠以上研究區(qū)域，112個雨量站點(diǎn)多年平均降雨分布圖圖2可以看出，年降雨存在明顯的空間分布不均現(xiàn)象，整個區(qū)域降雨呈現(xiàn)出北部降水明顯偏少，南部明顯偏多現(xiàn)象與盧燕宇[29]對淮河流域降水空間分布的分析結(jié)果相同。對于水資源分區(qū)來說，王蚌區(qū)間北岸雨量站多年平均降雨量明顯偏少，大部分面積在年平均降雨量在100 mm以下；其他3個分區(qū)降水量偏多，多年平均降雨在100 mm左右。并且研究區(qū)域南部部分站點(diǎn)年平均降雨出現(xiàn)異常的極大值，北部出現(xiàn)異常的極小值。從圖2中可以看出，研究區(qū)域內(nèi)南北降雨空間分布存在明顯的分界線，這條分界線位置也與南北氣候分界線的位置相一致。王蚌區(qū)間北岸跨越南北氣候分界線，使其水資源分區(qū)內(nèi)出現(xiàn)降雨南北空間分布不均現(xiàn)象，增加了分區(qū)內(nèi)水資源開發(fā)利用難度。由于研究區(qū)域南部接近淮河流域下游，南部偏多的降雨量將加劇淮河流域的洪澇災(zāi)害。進(jìn)一步運(yùn)用線性回歸法分析水資源分區(qū)年降雨隨時間的變化規(guī)律。整個研究區(qū)域及各分區(qū)年降雨回歸分析結(jié)果如圖3所示。

圖2 雨量站多年平均降雨量空間分布Fig.2 The spatial distribution of annual average rainfall

圖3 整個研究區(qū)域及各分區(qū)年降雨年際變化規(guī)律Fig.3 The regularity of annual rainfall in the entire study area and four regions

從圖3可以看出4個分區(qū)中王蚌區(qū)間南岸面平均降雨有增加趨勢，且增長率為6.62 mm/a，其他3個分區(qū)面平均降雨有不同程度減小的趨勢，王家壩以上北岸面平均降雨的遞減速率為4.26 mm/a，王蚌區(qū)間北岸面平均降雨遞減速率為0.56 mm/a，王家壩以上南岸面平均降雨遞減速率為0.69 mm/a。由于受到王蚌區(qū)間南岸年降雨遞增趨勢的影響，整個蚌埠以上研究區(qū)域年降雨也呈現(xiàn)出遞增趨勢，遞增速率為0.33 mm/a。2003年王蚌區(qū)間南岸降雨異常偏大，年降雨量約為其他年份平均降雨量的3倍。查閱文獻(xiàn)，在2003年6月21日到7月22日，淮河流域出現(xiàn)長達(dá)30 d的強(qiáng)降雨，淮河流域入汛后出現(xiàn)7次強(qiáng)降雨，降雨量一般有200～500 mm，其中在安徽北部、江蘇中部達(dá)500～700 mm[30,31]。

3.2 雨量站MK統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)

為了進(jìn)一步分析驗(yàn)證研究區(qū)域內(nèi)降雨隨時間變化規(guī)律，采用MK統(tǒng)計(jì)分析方法，計(jì)算研究區(qū)域內(nèi)112個雨量站統(tǒng)計(jì)Z值，并繪制于圖4，同時就各分區(qū)年降雨量變化也做了MK趨勢統(tǒng)計(jì)分析。

圖4 雨量站年降雨量Mann-Kendall統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)Fig.4 Mann-Kendall test of annual rainfall of rainfall stations

通過對研究區(qū)域雨量站年雨量做Mann-Kendall統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果如圖4所示，結(jié)果表明：雨量站點(diǎn)年降雨量有增加趨勢的站點(diǎn)多集中在分區(qū)王蚌區(qū)間南岸，且在王蚌區(qū)間南岸的大多數(shù)站點(diǎn)的年降雨量隨時間的增加趨勢已通過顯著性檢驗(yàn)；同時，其他3個分區(qū)的雨量站年降雨量多數(shù)處于減少趨勢，有極少數(shù)的站點(diǎn)有顯著的增加趨勢。綜合4個分區(qū)雨量站年降雨趨勢變化，王蚌區(qū)間南岸年降雨呈現(xiàn)明顯的增加趨勢，這與上面王蚌區(qū)間南岸分區(qū)面平均年降雨量回歸分析結(jié)果完全吻合。

對分區(qū)面平均年降雨量做Mann-Kendall統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 分區(qū)年降水趨勢檢驗(yàn)結(jié)果Tab.1 The results of annual precipitation trend test

由表1可知：①除王蚌區(qū)間南岸的年降雨量有增加趨勢外，其他3個分區(qū)年降雨量均為減少趨勢。整個研究區(qū)域蚌埠以上面平均年降雨量呈現(xiàn)減少趨勢。②王家壩以上北岸降雨量減少趨勢通過顯著性水平為5%的檢驗(yàn)，其他均未通過顯著性檢驗(yàn)。王蚌區(qū)間南岸檢測值接近判定標(biāo)準(zhǔn)臨界值，可認(rèn)為其有較顯著的增加趨勢。

3.3 分區(qū)MK趨勢檢驗(yàn)

為了進(jìn)一步分析各水資源分區(qū)及整個研究區(qū)域年際降雨的變化趨勢，對整個研究區(qū)域及各分區(qū)1956-2010年降雨量進(jìn)行Mann-Kendall非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢測。結(jié)果如圖5所示。

圖5 整個研究區(qū)域及各分區(qū)年降雨Mann-Kendall突變檢驗(yàn)Fig.5 Mann-Kendall test of the entire study area and four regions

檢驗(yàn)結(jié)果表明：在0.05的顯著性水平下：①王家壩以上北岸年降雨量在1956-2010這55年的時間段內(nèi)UF在大部分年份小于零且總體有減小的趨勢，說明這段時間內(nèi)，王家壩以上年降雨呈現(xiàn)減小的趨勢，這與上面對分區(qū)王家壩以上北岸年降雨回歸分析及Mann-Kendall統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)的結(jié)果一致。②王蚌區(qū)間北岸的UF與UB兩條曲線交于1962年及1992年，其中在1962年到1992年，UF曲線有增加趨勢，在1969-1992年期間UF值均大于零且整體有增加趨勢，說明這段時間內(nèi)降雨呈現(xiàn)增加趨勢，1992年之后UF曲線有減小趨勢，且在2000年后UF值小于零，說明蚌埠區(qū)間北岸這段時間內(nèi)年降雨呈現(xiàn)減小趨勢。③王家壩以上南岸UF曲線在所研究年份內(nèi)在零值附近，趨勢不顯著，其中1969-1992年UF曲線大于零，降雨量呈現(xiàn)增加趨勢，1993-2010年UF多數(shù)小于零但有增加趨勢，說明這段時間內(nèi)，王家壩以上南岸降雨呈現(xiàn)較小趨勢。④王蚌區(qū)間南岸UF與UB曲線相交于2002年，2002年是七年降雨量突變點(diǎn)，UF曲線在1956-1963年小于零說明這段時間年降雨量呈現(xiàn)減小趨勢，1963-1992年UF在零附近變化，趨勢不明顯，1992-2003年值小于零，年降雨呈現(xiàn)減小趨勢。2002年后UF曲線有明顯增加趨勢，且從2003年開始大于零，表明2002年為其年降雨量由減小趨勢變?yōu)樵黾于厔莸耐蛔凕c(diǎn)。⑤整個研究區(qū)域蚌埠以上UF曲線與王蚌區(qū)間南岸的UF曲線變化相似，1956-1963年，UF曲線小于零，說明年降雨呈現(xiàn)減小趨勢，1963-1995年間UF基本大于零，年降雨呈現(xiàn)增加趨勢，1995年后UF曲線在零附近變化，趨勢不明顯。整個蚌埠以上研究區(qū)域的降雨變化趨勢不明顯與盧燕宇[29]對整個淮河流域降雨時空變化的分析結(jié)果相一致。

3.4 分區(qū)小波分析

為分析分區(qū)降雨及整個研究區(qū)域降雨的振蕩周期，對4個水資源分區(qū)及整個研究區(qū)域內(nèi)年降雨量做小波分析。對各分區(qū)的年降水序列小波分析的結(jié)果如圖6所示：以時域a為橫坐標(biāo)，頻域b為縱坐標(biāo)。繪制年降雨小波變換系數(shù)等值線圖，小波變換系數(shù)為正值，表征降水偏多，反之，降水偏少。

圖6 整個研究區(qū)域及分區(qū)小波變換系數(shù)等值線圖Fig.6 Contour map of wavelet transform coefficients of the entire study area and four divisions

通過小波分析系數(shù)等值線圖：不同區(qū)域的振蕩周期略有不同。其中如圖6(a)所示，分區(qū)王家壩以上北岸的年降雨有3，6，12，25 a左右的振蕩周期。其中3 a左右的振蕩周期在20世紀(jì)70年代較為明顯，6 a左右的振蕩周期一直明顯，在40年代初到50年代末尤為明顯，為主周期。圖6(b)顯示王蚌區(qū)間北岸存在6 a，12 a左右的振蕩周期，其中6 a的振蕩周期為主周期。2010年后的負(fù)相位等值線圖未完全閉合，說明2010年后的一段時期，王蚌區(qū)間北岸將處于降水偏少期。圖6(c)顯示王家壩以上南岸的年降水量有6a，15 a左右的振蕩周期。6 a左右的振蕩周期在20世紀(jì)60年代中期到80年代末較為明顯，15 a左右的振蕩周期在20世紀(jì)40年代中期到50年代末較為顯著，2010年所有正相位等值線并未閉合，表明2010年后一段時期降水將處于偏多期。圖6(d)顯示王蚌區(qū)間南岸年降雨量的振蕩周期為6 a，16 a左右，其中6 a左右振蕩周期在20世紀(jì)40年代末期到50年代中后期，60年代末期到80年代末期較為明顯，16 a左右為振蕩主周期，在整個研究時間段都很明顯，存在少-多-少-多-少-多六個循環(huán)。2010年正相位等值線并未閉合，表明2010年以后一段時期內(nèi)將處于降雨量偏多期。圖6(e)顯示蚌埠以上整個研究區(qū)域年降雨有6 a，14 a左右的振蕩周期，6 a左右的振蕩周期在整個研究時間段都較為明顯，為振蕩主周期。為進(jìn)一步分析確定整個研究區(qū)域及分區(qū)年降雨的主要振蕩周期，繪制小波方差圖，如圖7所示。

圖7 整個研究區(qū)域及分區(qū)的小波方差圖Fig.7 Wavelet variance map of the whole study area and four divisions

從圖7小波方差圖可以看出，王家壩以上北岸分區(qū)年降雨存在2，6，14，26 a的主周期，其中第一主周期為6 a，第二、三、四主周期依次為14，3，26 a，說明王家壩以上北岸年降雨主要存在6 a左右的振蕩周期。對于王蚌區(qū)間北岸年降雨，其主要周期依次為3，6，13 a。其中峰值最大的在3 a處，說明王蚌區(qū)間北岸降雨主要存在3 a左右的振蕩周期。王家壩以上南岸年降雨的主周期依次為15，6，3 a，從小波方差圖峰值可以看出15 a的振蕩顯著。從王蚌區(qū)間南岸分區(qū)小波方差圖看出，其第一、二、三振蕩周期依次為20，9，6 a。第一主周期為20 a，王蚌區(qū)間南岸降雨受20，9，6 a左右周期振蕩的共同作用。對于整個蚌埠以上研究區(qū)域來說，其主周期依次為6，3，14 a，其中第一主周期為6 a，說明整個蚌埠以上研究區(qū)域年降雨主要受6 a左右周期的影響。4個水資源分區(qū)及整個蚌埠以上流域年降雨的主周期各不相同，但它們也有相似性，都有共同6 a的主周期。魏鳳英[32]在研究淮河流域夏季降水的振蕩特征時，也發(fā)現(xiàn)淮河流域夏季降雨在6～8 a附近小波方差比其周邊周期突出。

4 結(jié)論與討論

淮河流域地處南北交界，由于其特殊的地形特征極易發(fā)生洪澇災(zāi)害，本文選取淮河流域西部蚌埠以上作為研究區(qū)域，將其以三級水資源區(qū)為界劃分為四個分區(qū)，用Mann-Kendall趨勢檢驗(yàn)法和小波分析方法研究各分區(qū)降雨時空變化關(guān)系，及各分區(qū)降雨時空變化與整個蚌埠以上研究區(qū)域降雨時空變化關(guān)系。主要結(jié)論如下：

(1)蚌埠以上4個分區(qū)中，1956-2010年王蚌區(qū)間南岸面降雨量呈現(xiàn)明顯的遞增趨勢，其他3個分區(qū)均有不同程度減少趨勢，整個蚌埠以上研究區(qū)域由于王蚌區(qū)南岸降雨量遞增趨勢的影響也呈現(xiàn)遞增趨勢。整個研究區(qū)域的多年平均降雨量空間分布呈現(xiàn)北部低南部高的不均勻分布，由于南部靠近水系，將加劇淮河流域的洪澇災(zāi)害。

(2)利用Mann-Kendall統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法對各分區(qū)及整個蚌埠以上區(qū)域1956-2010年降雨進(jìn)行趨勢分析的結(jié)果表明：王家壩以上北岸面降雨有顯著減少趨勢，并通過顯著性水平為0.05的雙邊檢驗(yàn)，同時王蚌區(qū)間南岸面降雨也有明顯的增加趨勢，檢驗(yàn)值接近判定標(biāo)準(zhǔn)臨界值，這與王蚌區(qū)間南岸降雨年際變化規(guī)律的分析結(jié)果一致。在顯著性水平為0.05的顯著性水平下，王蚌區(qū)間南岸降雨量在整個研究區(qū)域內(nèi)趨勢不明顯，說明2003年降雨量的突變導(dǎo)致Mann-Kendall統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)Z值出現(xiàn)偏差，同時也使其回歸分析結(jié)果有偏差。

(3)對各分區(qū)及整個蚌埠以上研究區(qū)域降雨量進(jìn)行小波分析，結(jié)果顯示：小波系數(shù)等值線圖與小波方差圖分析得出的整個研究區(qū)域及4個水資源分區(qū)年降雨振蕩周期基本一致。不同水資源分區(qū)的降雨量變化周期不同，這對以水資源分區(qū)為單位的水資源開發(fā)利用方式提出了挑戰(zhàn)。各分區(qū)及整個研究區(qū)域有6 a左右的共同振蕩周期。短周期表明了區(qū)域降水變化頻繁，將加劇區(qū)域洪澇災(zāi)害。

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