徐陽　孫莉娟　黃進

摘要：利用江蘇省52個氣象站1961-2012年逐日降水資料及單季稻產量逐年數(shù)據，計算了生育期5-10月的降水分配指數(shù)，探討了降水分配格局的時空變化及與產量的潛在聯(lián)系。結果表明，江蘇省單季稻生育期內降水分配呈現(xiàn)出較強的不均勻性，雨量主要集中于50 mm以上日降水事件和夏季的7月，其中北部地區(qū)的降水集中性要明顯高于南部地區(qū)；近50年來單季稻生育期內降水分配格局的不均勻性呈現(xiàn)加劇態(tài)勢，突出體現(xiàn)在南部地區(qū)50 mm以上降水和8月降水對雨量貢獻率的顯著增加；單季稻產量與降水分配格局存在著一定的相關性，降水集中性越高對產量越不利，降水分配指數(shù)中，以50 mm以上降水的雨量貢獻率對產量的負效應最為顯著，且南部地區(qū)的單季稻產量對這一指標的波動更為敏感。

關鍵詞：單季稻；降水分配指數(shù)；江蘇省

中圖分類號：P426.6；S511 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2018）03-0027-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.03.007

Abstract： Based on the data of daily precipitation and single-crop rice yield at 52 meteorological stations in Jiangsu province during 1961 to 2012，the precipitation distribution indices during growing periods from May to October were calculated，and the possible relationship between spatio-temporal variability of precipitation distribution pattern and rice yield was explored. The results showed that，the precipitation distribution during growing periods of single-crop rice in Jiangsu had strong ununiformity，precipitation was mainly concentrated in the daily rainfall events with amount above 50 mm and July of summer，and the precipitation concentration in north Jiangsu was higher than that of south Jiangsu. The precipitation distribution during growing periods of single-crop rice in Jiangsu was intensifying in recent 50 years，and contribution of the rainfall events with amount above 50 mm and the precipitation of August in south Jiangsu had significant increasing trends. There was a certain correlation between precipitation distribution pattern and single-crop rice yield，the higher precipitation concentration would bring the less yield. Among the precipitation distribution indices，the negative impacts of the contribution of rainfall events with amount above 50 mm to yield were more obvious，and single-crop rice yield in south Jiangsu was more sensitive to the variability of the precipitation indicator.

Key words： single-crop rice； precipitation distribution indices； Jiangsu province

在全球氣候不斷變暖和人類城市化進程加劇的大背景下，區(qū)域乃至全球范圍內水氣循環(huán)發(fā)生變異， 強降水、洪澇、干旱等水文氣象極端事件頻發(fā)，對人類農業(yè)生產和社會經濟的發(fā)展產生直接或間接的影響[1]?；诖?，探討區(qū)域降水要素的變化及對水循環(huán)的影響得到了廣泛關注。區(qū)域的水旱災害既與降雨量及強度有關，同時也與降水年內分配的不均勻性關系密切[2]。近年來，采用不同定義類型的降水指數(shù)探討特定時段內降水分配格局的時空變化已成為中國氣象、水文、農業(yè)學者的重要研究方向。

江蘇省位于中國洪澇等極端氣象災害多發(fā)的長江中下游，是中國水稻主產區(qū)之一，全省以種植單季稻為主，產量占全省糧食總產60%左右，約占全國水稻總產的10%，單產則常年穩(wěn)居全國各主產省份之首[3]。鑒于該省對中國糧食安全保障的重要作用，其單季稻生育期內極端氣候事件的演變特征受到了廣泛關注，相關研究主要集中在生育期內高溫熱害和低溫冷害的年際變化[4-6]，而降水分配格局的時空變異則鮮有報道。因此，本研究重點探討了江蘇省單季稻生育期內降水分配格局的時空演變及對產量的潛在影響，以期為揭示氣候變化背景下該地區(qū)降水變異特征以及水稻種植的防災減災起到重要參考作用。

1 材料與方法

1.1 基本數(shù)據

所用氣象數(shù)據來源于江蘇省氣象局提供的本省52個氣象觀測站1961-2012年的逐日降水數(shù)據，這52個站點的空間分布具體見圖1。為保證日降水數(shù)據的科學有效，采用加拿大氣象研究中心研發(fā)的RClimDex軟件對各站點的降水資料進行質量控制和均一性檢驗，結果表明這52個站點的數(shù)據均通過了檢驗。與此同時，本研究以江蘇省農村統(tǒng)計年鑒為依托，收集、篩查、匹配、整理了圖1中各站點所在的52個單季稻種植區(qū)1961-2012年產量數(shù)據。

1.2 降水分配指數(shù)的計算

降水貢獻率（Contribution for precipitation amount，簡稱為CP）是衡量降水分配格局的最常用指標，其表示為某一分類情況下的降水量占總降水量的比值[7]。降水分配格局不僅表現(xiàn)在雨量如何分配在不同強度的日降水事件，還體現(xiàn)在雨量如何分配在不同月份[8]。鑒于江蘇省單季稻全生育期大致為5-10月這6個月[9]，本研究定義了兩類降水分配指數(shù)（Precipitation distribution index，簡稱為PDI），一類為日降水分配指數(shù)，具體為<10 mm、10～20 mm、20～30 mm、30～40 mm、40～50 mm、>50 mm這6個強度降水事件對生育期總降水量的貢獻率，依次記作CP_<10 mm、CP_10～20 mm、CP_20～30 mm、CP_30～40 mm、CP_40～50 mm、CP_>50 mm；另一類為月降水分配指數(shù)，具體為5、6、7、8、9、10月這6個月降水對生育期總降水量的貢獻率，依次記作CP_May、CP_Jun、CP_Jul、CP_Aug、CP_Sep、CP_Oct。在此基礎上，提取計算了各站點生育期內不同類型降水分配指數(shù)的逐年序列（1961-2012年），并采用世界氣象組織推薦并廣泛應用于診斷氣溫、降水、徑流等水文現(xiàn)象的非參數(shù)檢驗法——Mann-Kendall趨勢檢驗（M-K檢驗）來探求PDI的變化趨勢[10]。

1.3 單季稻產量與PDI的相關分析

為了規(guī)避非氣象因素對產量的影響，僅考慮氣象因素與作物產量的相關性，對單季稻產量（y）和某個降水分配指數(shù)（x）的逐年序列先進行一階差分預處理[11]，即：△yt=yt-yt-1；△xt=xt-xt-1。式中，△yt為產量差，△xt為PDI差，t為年份。此后，通過計算△yt與不同月份的△xt之間的Person相關系數(shù)，進而探討研究區(qū)產量與PDI的可能聯(lián)系。

2 結果與分析

2.1 降水分配格局的基本特征

各站點單季稻生育期內日、月降水分配指數(shù)多年均值的統(tǒng)計結果見圖2。由圖2可知，就日降水分配而言，不同強度降水事件的雨量貢獻率差別較大，對生育期降水量貢獻率最大的為50 mm以上的日降水事件，占總降水量的30.1%；就月降水分配而言，不同月份的降水貢獻率呈現(xiàn)單峰性分布，對生育期降水量貢獻率最大的月份為7月，占總降水量的28.4%?？傮w而言，江蘇省降水分配格局呈現(xiàn)出較強的不均勻性，單季稻生育期內的降雨量多集中于暴雨事件和7月。

由圖3a和3b可以發(fā)現(xiàn)，江蘇省CP_>50 mm和CP_Jul的空間分布特征極為明顯，均呈現(xiàn)出由南往北遞增的梯度變化。江蘇省北部的某些地區(qū)CP_>50 mm超了35%，而西北部的CP_Jul大都超過了32%。這表明相對南部地區(qū)，北部地區(qū)單季稻生育期內的降水集中性更高，旱澇風險更大，這與Wang等[12]利用降水集中性指數(shù)（PCI）和降水集中度（PCD）計算的結果相一致。該省特有的地理位置可能是造成降水分配格局南北差異的主要原因。一方面，隨著春夏季節(jié)過渡，副高逐漸北抬加強與江淮梅雨鋒系共同作用，以及東北沿海地區(qū)登陸的臺風，造成江蘇省北部地區(qū)暴雨發(fā)生幾率較高，使得雨量多集中于少數(shù)強降水事件[13]；另一方面，江蘇省南部地區(qū)位于北亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，其雨季較長；而北部地區(qū)位于南溫帶半濕潤季風氣候區(qū)，其雨季較短，這使得江蘇省北部降水更集中于某些月份[14]。

2.2 降水分配格局的變化趨勢

對52個站點降水分配指數(shù)的年際變化序列進行M-K趨勢檢驗分析，具體結果見圖4。由圖4a可以發(fā)現(xiàn)，在超過70%的站點上，CP_<10 mm、CP_10～20 mm、CP_20～30 mm、CP_30～40 mm均呈現(xiàn)減少趨勢，而近75%站點的CP_>50 mm呈現(xiàn)出增加趨勢。這些結果表明江蘇省大部分地區(qū)單季稻生育期內的降水越來越集中于少數(shù)強降水事件。由圖4b可以發(fā)現(xiàn)，在超過60%的站點上，CP_Jun、CP_Jul、CP_Aug均呈現(xiàn)增加趨勢；反觀CP_May、CP_Sep、CP_Oct，其絕大多數(shù)站點呈現(xiàn)出減少趨勢，特別是所有站點的CP_Sep和CP_Oct均呈現(xiàn)出減少趨勢，其中近50%站點的CP_Sep的減少趨勢通過了顯著性檢驗。這些結果表明江蘇省單季稻生育期內月降水分配格局變化顯著，降水越來越集中于夏季的某些月份。

對圖4中呈現(xiàn)顯著增加趨勢的站點進行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)CP_>50 mm和CP_Aug的變化尤為突出。超過20%站點的CP_>50 mm和CP_Aug呈現(xiàn)出顯著增加趨勢，其中CP_Aug呈現(xiàn)顯著增加趨勢的站點比例更是達到了38%。圖5 給出了江蘇省近52年CP_>50 mm和CP_Aug變化趨勢的空間分布情形，可以發(fā)現(xiàn)這兩個指數(shù)呈顯著增加趨勢的站點大都分布在江蘇省南部。由此可見，江蘇省單季稻生育期內降水分配格局變化明顯，尤其是南部地區(qū)暴雨事件和8月降水對雨量的貢獻率呈現(xiàn)出顯著增加的態(tài)勢，這與東亞夏季風的年際變化以及江蘇省的城市化效應關系密切。近30年來，熱帶中、東太平洋海溫的年代際異常導致夏季風減弱、西太平洋副熱帶高壓偏南、偏西，進而使得季風北上受阻，其所攜帶的大量水氣在長江下游特別是淮河以南廣大地區(qū)穩(wěn)定滯留和輻合，因而導致南部地區(qū)暴雨事件及8月降水增加顯著[15]。此外，江蘇省南部地區(qū)較高的城市化水平誘發(fā)了更為強烈的熱島效應、大氣污染以及下墊面阻礙效應，使得對流天氣更易產生、成雨凝結核較多、降水滯留時間更長，進而導致南部地區(qū)降水分配格局的變化更為顯著[16]。

2.3 單季稻產量與降水分配指數(shù)的相關性分析

在一階差分預處理的基礎上，計算了各站點單季稻產量與降水分配指數(shù)的相關系數(shù)，用來探求生育期降水分配格局變化對單季稻產量的可能影響。由圖6a可以發(fā)現(xiàn)，超過60%的站點的CP_<10 mm、CP_10～20 mm、CP_20～30 mm、CP_30～40 mm這4個指數(shù)均和單季稻產量呈正相關，近75%站點的CP_>50 mm與單季稻產量呈負相關，這表明生育期內降水集中于少數(shù)強降水事件會制約單季稻產量的形成。由圖6b可以發(fā)現(xiàn)，超過75%站點的CP_May、CP_Jun與單季稻產量呈正相關，而超過65%站點的CP_Jul、CP_Aug與單季稻產量呈負相關。反觀CP_Sep和CP_Oct，呈現(xiàn)正負相關性的站點比例差異相對較小。7月和8月是江蘇省降水貢獻最大的兩個月份，圖6b的結果表明生育期內降水集中于少數(shù)月份會對單季稻產量的形成帶來一定的負效應。綜合圖6a和圖6b可以得出，生育期內降水分配呈現(xiàn)較高集中性將不利于江蘇省單季稻產量的形成，降水分配指數(shù)的年際變化對產量波動有一定指示作用。值得一提的是，諸多不同類型的降水分配指數(shù)中，CP_>50 mm對單季稻產量的負效應最為明顯，近35%站點的CP_>50 mm與單季稻產量呈現(xiàn)出顯著負相關性，而這些站點多數(shù)分布在江蘇省南部地區(qū)（圖7）。由此可知，江蘇省單季稻產量與CP_>50 mm的相關性有著明顯的地域差異，南部地區(qū)的單季稻種植對強降水的年際波動更為敏感?；诖耍訌妼?0 mm以上強降水事件的監(jiān)測預報，不僅有助于評估降水導致的水稻產量損失，還將為研究區(qū)水稻雨澇災害風險區(qū)劃提供數(shù)據支撐。

3 結論

52個站點降水分配指數(shù)多年均值的統(tǒng)計結果表明，江蘇省單季稻生育期內降水分配格局呈現(xiàn)出較強的集中性，其中50 mm以上日降水事件和7月降水對總雨量貢獻最高。各站點50 mm以上降水和7月降水對生育期總降水量的貢獻率均呈現(xiàn)出明顯的空間梯度變化，其中江蘇省北部地區(qū)的降水分配更不均勻，降水集中性更高。

52個站點降水分配指數(shù)的M-K檢驗結果表明，江蘇省單季稻生育期內降水分配格局變化明顯，降水越來越集中于少數(shù)強降水事件和夏季某些月份。諸多降水指數(shù)中，50 mm以上降水和8月降水對生育期總降水量的貢獻率的增加趨勢最為顯著，這兩個指數(shù)變化趨勢的空間分布圖表明江蘇省南部降水分配格局的變化更為強烈。

各站點單季稻產量與生育期內降水分配指數(shù)的相關性分析表明，降水分配格局的時空變化對產量有著一定的影響?？傮w而言，生育期內降水越集中于少數(shù)降水事件和某些月份，則對單季稻產量越為不利。諸多降水指數(shù)中，CP_>50 mm的負效應尤為突出，應作為指示單季稻產量波動的關鍵指標加以重視。產量與CP_>50 mm相關性的空間分布表明，江蘇省南部地區(qū)的單季稻種植對強降水事件的負效應更為敏感。

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