郭宗凱，郭 飛，王 一，李 琳，朱明宇，孔 瑜

(1.遼寧省氣象裝備保障中心，遼寧 沈陽(yáng) 110166； 2.沈陽(yáng)師范大學(xué) 外語(yǔ)部，遼寧 沈陽(yáng) 110166)

氣候變化對(duì)全球水資源的影響隨著流域及地理分布的不同呈不同的變化特征，氣候變化直接影響水資源及生態(tài)環(huán)境安全，關(guān)系到國(guó)家及地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展[1-3]。全球氣候變暖[4]使降水在區(qū)域時(shí)空分布上出現(xiàn)新的格局與波動(dòng)[5-7]。大氣降水是水資源的重要組成部分，是人類用水的主要來(lái)源，因此研究降水資源時(shí)空變化對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，保障糧食生產(chǎn)安全，水資源利用等具有重要意義。降水隨著時(shí)間變化的規(guī)律性日益受到關(guān)注[8]。唐紅玉等[9]研究表明，三江源地區(qū)1956-2004年降水量呈減少趨勢(shì)。刁軍等[10]報(bào)道，沈陽(yáng)地區(qū)1951-2010年降水量呈弱減少趨勢(shì)。曾麗紅等[11]研究表明，吉林省1960-2008年降水減少的區(qū)域大于降水增加的區(qū)域。任利利等[12]報(bào)道，1960-2011年漢江上游降水量差異呈明顯的區(qū)域分布特征。黃秋霞等[13-17]研究認(rèn)為，隨著時(shí)間推移降水量存在非線性突變現(xiàn)象，線性與周期性變化相對(duì)穩(wěn)定，不同地區(qū)存在較大差異。可見，降水量受地形地勢(shì)經(jīng)緯度及流域的影響存在明顯的空間差異。為此，選擇1960-2019年遼寧省大氣降水資料，研究其降水資源的時(shí)空分布及變化特征，以期為遼寧省大氣降水資源的合理規(guī)劃與利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

遼寧省位于東北地區(qū)的南部(E118°53'～125°46'，N38°43'～43°26')，全省陸地總面積14.8萬(wàn)km2，占全國(guó)陸地總面積的1.5%。遼寧呈馬蹄形，東部山地，西部為丘陵，中部遼河平原及南部沿海平原。境內(nèi)主要水系有遼河、渾河、大凌河、太子河、繞陽(yáng)河及中朝兩國(guó)界河鴨綠江等，中型河流有45條。遼寧屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，雨熱同季，日照豐富。年均日照時(shí)數(shù)2 000～3 000 h，年均氣溫5.1～12.4℃，年降水量440～1 085 mm，東、西差異較大，無(wú)霜期平均150 d左右。

1.2 材料

遼寧省62個(gè)國(guó)家級(jí)自動(dòng)氣象基準(zhǔn)站大氣日降水量資料來(lái)源于遼寧氣象信息服務(wù)中心，分別統(tǒng)計(jì)了1960-2019年歷年各月、季和年降水量。

1.3 方法

1.3.1 四季劃分 采用常規(guī)方法進(jìn)行劃分，春季為3-5月，夏季為6-8月，秋季為9-11月，冬季為12月至翌年2月。

1.3.2 指標(biāo)分析 1960-2019年遼寧省年、季降水量區(qū)域分布情況及特征參照文獻(xiàn)[18]的方法，采用Surfer制圖分析；年、季降水量隨時(shí)間序列相對(duì)穩(wěn)定線性變化趨勢(shì)，參照文獻(xiàn)[19]的方法，采用傾向率方法分析；降水量的非線性變化現(xiàn)象與特征，參照文獻(xiàn)[20]的方法，利用Mann-Kendall突變檢驗(yàn)方法進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 降水量及傾向率的空間分布

2.1.1 年降水量與傾向率 從圖1看出，1960-2019年遼寧省年降水量和傾向率空間分布的變化。

1) 年降水量。各地年降水量平均為440.9～1 084.9 mm，由西向東呈逐漸增大趨勢(shì)。高值中心位于遼寧東部山區(qū)的鳳城、寬甸、丹東和東港一帶，歷年平均降水量在900.0 mm以上，最大值出現(xiàn)在1985年的寬甸縣，為1 692.3 mm。低值中心位于遼寧西北部丘陵區(qū)的阜新、彰武、建平、北票、朝陽(yáng)、葉柏壽和凌源一帶，歷年平均降水量在500.0 mm以下；最小值出現(xiàn)在1980年的北票市，為173.8 mm。遼寧中部平原及南部沿海包括鐵嶺東南部、沈陽(yáng)、鞍山、撫順、遼陽(yáng)、營(yíng)口及大連地區(qū)降水量居中，為500～900 mm。原因：遼寧東部與吉林交界，位于長(zhǎng)白山余脈、千山至龍崗山區(qū)的特殊地理環(huán)境盛行偏南風(fēng)，因此降水較多[21]；遼寧西部與內(nèi)蒙古接壤，位于蒙古高原南緣呈三階坡降地帶，地勢(shì)呈U字形，常有西北的冷空氣與南部的暖濕空氣在空中交匯，空中云雨在坡降的作用下加速飄過遼西地區(qū)，是造成遼西降水量少的主要原因之一[22]。

2) 傾向率。各地年降水傾向率平均為-36.88～-0.65 mm/10a，從西北至東南逐漸減小(即負(fù)值增大)，由于地理位置不同，各地降水傾向率差異很大。東部山區(qū)的鳳城、寬甸、丹東和東港一帶為降水傾向率負(fù)值中心，傾向率≤-20.00 mm/10a，降水量線性減少120 mm以上，鳳城傾向率為-36.88 mm/10a，降水量線性減少達(dá)221.3 mm。

遼寧西北部的鐵嶺、阜新、朝陽(yáng)、錦州、葫蘆島北部和沈陽(yáng)西部，降水傾向率≥-10.00 mm/10a，降水量線性減少60.0 mm以下，彰武降水傾向率僅為-0.65 mm/10a。遼河平原的東部及沿海地帶降水傾向率為-20.00～-10.00 mm/10a，降水量線性減少60～120.0 mm?？梢?，遼寧東部山區(qū)降水量豐厚地區(qū)其減少速率最高，西北部降水量匱乏區(qū)其減少速率較低。

2.1.2 四季降水量及傾向率 從圖2可看出1960-2019年遼寧省春、夏、秋、冬四季降水量空間分布的變化。

1) 春季。各地(彰武-丹東)降水量平均為67.3～148.6 mm，從東至西呈逐漸遞減趨勢(shì)。高值中心位于東部摩離紅山及本溪的摩天嶺以東，包括本溪和丹東等地，平均降水量達(dá)142.6 mm，最大值出現(xiàn)在2007年的丹東市，為310.0 mm。低值中心位于西北部丘陵區(qū)的朝陽(yáng)、葫蘆島及阜新一帶，平均降水量為67.4 mm；最小值出現(xiàn)在1980年的彰武縣，為12.0 mm。中部平原區(qū)包括鐵嶺、沈陽(yáng)、遼陽(yáng)、鞍山及南部沿海的營(yíng)口、盤錦和大連，其降水量為70.0～100.0 mm，各地降水均呈增加趨勢(shì)，傾向率(海城-丹東)為0.58～9.06 mm/10a；以東部懷仁、新賓、撫順和中南部海城、盤錦降水量變化傾向率最小。東南部沿海降水傾向率平均為6.93 mm/10a，降水量線性增加41.6 mm。中南部平原區(qū)以海城為中心以及東部山區(qū)新賓、桓仁降水傾向率平均為1.66 mm/10a，降水量線性增加10.0 mm左右。遼西及遼河上游降水傾向率為3.00～6.00 mm/10a，降水量線性增加18～36 mm。

2) 夏季。各地(北票-寬甸)降水量平均為296.1～709.7 mm，東南至西北呈逐漸遞減趨勢(shì)。高值中心位于遼東山區(qū)本溪摩天嶺以東地區(qū)，包括桓仁、寬甸和丹東一帶，平均降水量在670.8 mm以上，最大值出現(xiàn)在1985年的寬甸縣，為1 378.5 mm。低值中心位于西部北票、朝陽(yáng)和建平一帶，平均降水量為323.0 mm；最小值出現(xiàn)在1981年遼西地區(qū)的北票市，為94.6 mm。遼寧東北部、遼河平原和南部沿海地區(qū)降水量為400.0～600.0 mm，降水均呈減少趨勢(shì)，降水傾向率(鳳城-黑山)為-35.28～-0.50 mm/10a。其中，遼寧東部山區(qū)的鳳城、寬甸和岫巖降水量減少最為明顯，降水傾向率平均為-28.98 mm/10a，降水量線性減少173.9 mm。遼寧中部向北延伸，即黑山、遼中、彰武、法庫(kù)和康平一帶夏季降水量減少相對(duì)緩慢，降水傾向率平均為-2.65mm/10a，降水量線性減少15.9 mm。遼河下游以及遼西地區(qū)降水傾向率為-20.00～-10.00 mm/10a，降水量線性減少60～120 mm。

3) 秋季。各地(朝陽(yáng)-鳳城)降水量平均為68.1～184.5 mm，東南至西北呈逐漸遞減趨勢(shì)。高值中心位于摩天嶺以東地區(qū)的鳳城、寬甸和丹東一帶，最大值出現(xiàn)在1959年的鳳城市，為422.8 mm。低值中心位于遼寧西北部的朝陽(yáng)、阜新和鐵嶺一帶，最小值出現(xiàn)在1962年的康平縣，為12.3 mm。遼河平原中部以及南部沿海為100.0～130.0 mm。秋季降水除遼西朝陽(yáng)地區(qū)呈弱增加趨勢(shì)外，其余地區(qū)均呈減少趨勢(shì)。降水傾向率(鳳城-喀左)平均為-9.14～2.22 mm/10a。東部的鳳城和寬甸降水量減少最明顯。遼河流域以及南部沿海地區(qū)秋季降水傾向率為-2.00～-7.00 mm/10a。

4) 冬季。各地(北票-鳳城)降水量平均為5.4～42.1 mm，從東南至西北呈逐漸遞減趨勢(shì)。高值中心位于摩天嶺以東的鳳城、寬甸和丹東一帶，降水量平均為38.2 mm，最大值出現(xiàn)在1959年的鳳城市，為139.7 mm。低值中心位于朝陽(yáng)和阜新一帶，降水量平均為5.7 mm，最小值分別于1960年、1974年、1999年、2008年和2011年出現(xiàn)在凌海、義縣和綏中等多地，降水量均為0。東北部的鐵嶺、遼河平原及南部沿海地區(qū)降水量為10.0～30.0 mm。冬季降水量除大連地區(qū)降水量呈減少趨勢(shì)外，其余地區(qū)均呈增加趨勢(shì)。降水傾向率(旅順-西豐)為-2.30～4.45 mm/10a。大連地區(qū)冬季降水傾向率平均為-0.89 mm/10a，降水量線性減少5.3 mm；鐵嶺地區(qū)的西豐、昌圖和開原為遼寧省冬季降水量增加最多的區(qū)域，降水傾向率平均為3.31 mm/10a，降水量線性增加19.9 mm。

2.2 降水量的變化與突變年

2.2.1 年降水量的變化與突變 從圖3a看出，1960-2019年遼寧省年平均降水量為660.0 mm，具有階段性變化特點(diǎn)，1958-1965年、1985-1999年和2010-2019年年際間波動(dòng)性較大。峰值和谷值均出現(xiàn)在2010年以后，2010年出現(xiàn)最大值，為977.6 mm；2014年出現(xiàn)最小值，為447.1 mm；年降水量平均極差為530.5 mm。序列總體變化呈下降趨勢(shì)，趨勢(shì)線方程為y=-0.964 4x+2 583，序列相關(guān)系數(shù)為-0.141，全省平均降水量減少趨勢(shì)不顯著(P>0.10)，氣候傾向率為-9.64 mm/10a，降水量線性減少57.9 mm。經(jīng)Mann-Kendall突變檢驗(yàn)(圖3b)，1965-1975年UF和UB曲線多次相交，1975年相交后UF曲線在1983年超出臨界值(u0.05=-1.96)下限，因此1975年為由多變少的突變點(diǎn)。1984年UF曲線位于回歸臨界值范圍內(nèi)，2010-2012年UF和UB曲線再次多處相交，但UF曲線始終位于臨界值范圍內(nèi)。年降水量突變后(1976-2019年)較突變前(1958-1975年)平均減少43.8 mm。

2.2.2 四季降水量的變化與突變 從表1可知1960-2019年遼寧省春、夏、秋、冬四季降水量的變化與突變年。

1) 春季。春季降水量平均為101.3 mm，占年降水量的15.0%。最大值為178.3 mm，出現(xiàn)在2010年；最小值為47.0 mm，出現(xiàn)在2001年；降水量變化幅度較大，降水傾向率為3.616 mm/10a，線性增加21.7 mm。春季降水量呈弱增加趨勢(shì)，序列相關(guān)系數(shù)為0.181，序列相關(guān)不顯著。經(jīng)Mann-Kendall突變檢驗(yàn)，UF和UB曲線在1959-1966年、1977-1991年、1998年以及2004年多處相交于臨界值(u0.05=±1.96)，每次相交之后UF值始終在臨界值內(nèi)變化，所以春季降水量不存在突變點(diǎn)。當(dāng)2004年UF和UB兩條曲線相交之后，降水量呈由少變多的變化過程。2005-2017年較1960-2004年降水量平均增加24.8 mm。

2) 夏季。夏季平均降水量為423.0mm，占年降水量的64.5%。最大值出現(xiàn)在1985年，為653.9 mm；最小值出現(xiàn)在2014年，為260.8 mm；降水量變化幅度小于春季，降水傾向率為-11.369 mm/10a，線性減少68.2 mm。夏季降水量總體呈減少趨勢(shì)，序列相關(guān)系數(shù)為-0.182，序列相關(guān)不顯著。經(jīng)Mann-Kendall突變檢驗(yàn)，UF和UB曲線相交于1968年，UF曲線從1960-1983年持續(xù)走低，并在1980-1984年超越臨界值(u0.05=-1.96)下限，因此，在1968年出現(xiàn)顯著的氣候突變點(diǎn)，突變后(1969-2019年)較突變前(1958-1968年)夏季降水量平均減少52.7 mm。

3) 秋季。秋季平均降水量為118.3 mm，占年降水量的17.5%。最大值出現(xiàn)在1972年，為194.8 mm；最小值出現(xiàn)在2018年，為61.0 mm；降水量變化幅度與春季相近，降水傾向率為-4.079 mm/10a，線性減少24.5 mm。秋季降水量總體呈減少趨勢(shì)，序列相關(guān)系數(shù)為-0.210，序列相關(guān)不顯著。經(jīng)Mann-Kendall突變檢驗(yàn)，UF和UB曲線相交于1994年并發(fā)生突變。突變后(1995-2019年)較突變前(1958-1994年)秋季降水量平均減少20.6 mm。

表1 1960-2019年省春、夏、秋、冬四季降水量與突變年

4) 冬季。冬季平均降水量為18.8 mm，占年降水量的2.8%。最大值出現(xiàn)在1990年，為43.3 mm；最小值出現(xiàn)在2011年，為4.6 mm；降水量離散度大于其余各季，降水傾向率為0.785 mm/10a，線性增加4.7 mm。冬季降水呈弱增加趨勢(shì)，序列相關(guān)系數(shù)為0.139，序列相關(guān)不顯著。經(jīng)Mann-Kendall檢驗(yàn)，UF和UB曲線于1964年和2009-2014年多次相交，但UF曲線始終在臨界值(u0.05=±1.96)范圍內(nèi)波動(dòng)，冬季降水量突變點(diǎn)不顯著。

3 結(jié)論與討論

中國(guó)是典型的季風(fēng)氣候，受西太平洋副熱帶高壓作用下形成了夏季的東南季風(fēng)，副熱帶高壓對(duì)歐亞天氣形勢(shì)影響非常巨大，夏季副熱帶高壓和赤道低壓隨著太陽(yáng)直射點(diǎn)的北移而向北移動(dòng)，隨著海洋季風(fēng)給大陸帶來(lái)大量的水汽。從大氣環(huán)流形式看，副熱帶高壓3-4月開始影響珠江流域一帶，5-7月影響長(zhǎng)江流域，8-10月影響東北和華北[23-27]。西太平洋副熱帶高壓的變化是中國(guó)大陸夏季高溫多雨的主要原因，正常環(huán)流形式風(fēng)調(diào)雨順，副熱帶高壓若偏南、偏西會(huì)造成江南雨多，東北地區(qū)雨少；副熱帶高壓如果進(jìn)入高緯度繼續(xù)偏北，遼寧地區(qū)降水偏少而發(fā)生干旱[28-29]。2016年6月西太平洋副熱帶高壓強(qiáng)度較常年同期面積偏大、強(qiáng)度偏強(qiáng)；全國(guó)降水量偏多[24]。2017年西太平洋副熱帶高壓強(qiáng)度較常年偏弱，中國(guó)南方地區(qū)降水偏多，部分地區(qū)暴雨較多，東北和華北等地降水偏少，干旱持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)[30]。2018年6月西太平洋副熱帶高壓位置偏東于日本海，強(qiáng)度略偏強(qiáng)，中國(guó)降水量偏少狀態(tài)，而遼寧、內(nèi)蒙古和河北北部發(fā)生持續(xù)干旱[31]。2019年，春季西太平洋副熱帶高壓在低緯度異常偏強(qiáng)、偏西及偏南，造成氣溫偏高和降水空間分布不均導(dǎo)致旱澇災(zāi)害并存[32]；夏季前期西太平洋副熱帶高壓位置明顯偏南，使江南多雨，東北地區(qū)雨少，但在夏季后期，副熱帶高壓迅速向北移動(dòng)，雨帶從江南快速轉(zhuǎn)移到北方地區(qū)[33]；6月西太平洋副熱帶高壓偏南略偏強(qiáng)，全國(guó)降水量與常年同期持平，南方暴雨增多，東北、華北、黃淮和云南等地高溫少雨[34]。

高值中心位于遼寧東部山區(qū)的鳳城、寬甸、丹東和東港一帶，歷年平均降水量在900.0 mm以上，最大值出現(xiàn)在1985年的寬甸縣，為1 692.3 mm。低值中心位于遼寧西北部丘陵區(qū)的阜新、彰武、建平、北票、朝陽(yáng)、葉柏壽和凌源一帶，歷年平均降水量在500.0 mm以下；最小值出現(xiàn)在1980年的北票市，為173.8 mm。

遼寧省年降水資源呈東南多和西北少的分布特點(diǎn)，與孫鳳華等[6]對(duì)遼寧降水資源分析的結(jié)果相一致。年降水量空間差異較大，降水高值中心位于遼寧東部山區(qū)的鳳城、寬甸、丹東和東港一帶，低值中心位于遼寧西北部丘陵區(qū)的阜新、彰武、建平、北票、朝陽(yáng)、葉柏壽和凌源一帶，相差2.05倍。從不同季節(jié)看，春夏秋冬四季降水的空間分布特點(diǎn)與年降水分布特點(diǎn)呈一致性。春季本溪和丹東降水最多，朝陽(yáng)和北票最少，相差2.12倍；夏季桓仁、寬甸和丹東降水最多，北票、朝陽(yáng)和凌源降水最少，相差2.08倍；秋季鳳城、寬甸和丹東降水最多，朝陽(yáng)和阜新最少，相差2.53倍；冬季鳳城、寬甸和丹東降水最多，朝陽(yáng)和阜新較少，相差6.70倍。

遼寧省年降水資源總量呈減少趨勢(shì)，降水傾向率為-36.88～-0.65 mm/10a。東部丹東地區(qū)降水量減少最明顯，降水傾向率≤-20.00 mm/10a；西北部阜新和朝陽(yáng)降水量減少不明顯，降水傾向率≥-5.00 mm/10a。在不同季節(jié)，春季降水呈增加趨勢(shì)，中部平原傾向率大于南、北兩側(cè)，變化在0.58～9.06 mm/10a；夏季降水量呈減少趨勢(shì)，降水傾向率為-35.28～-0.50 mm/10a，與年降水量變化一致；秋季除遼西朝陽(yáng)地區(qū)降水量增加外，其余各地降水量呈減少趨勢(shì)，降水傾向率為-9.14～2.22 mm/10a；冬季除遼南大連地區(qū)降水量呈減少趨勢(shì)外，其余各地降水量呈增加趨勢(shì)，降水傾向率為-2.30～4.45 mm/10a。

遼寧年平均降水量線性變化呈不顯著減少趨勢(shì)，與孫鳳華等[6,10,22]對(duì)遼寧中部、西部降水年際變化研究結(jié)果一致，遼寧東部的岫巖、鳳城和皮口年降水量呈顯著減少趨勢(shì)(P<0.05)。從四季變化看，全省春季降水呈不顯著的弱增加趨勢(shì)，其中西部的朝陽(yáng)、東部的丹東降水量呈顯著增加趨勢(shì)(P<0.05)；夏季降水呈減少趨勢(shì)(P<0.05)，其中熊岳、岫巖、鳳城、皮口和莊河降水量呈顯著減少趨勢(shì)(P<0.05)；秋季降水量減少趨勢(shì)不顯著，其中遼北的昌圖、法庫(kù)和西豐降水量呈顯著減少趨勢(shì)(P<0.05)；冬季降水呈不顯著弱增加趨勢(shì)，其中大連地區(qū)冬季降水量呈減少趨勢(shì)，且皮口和旅順冬季降水量呈顯著減少(P<0.05)。

遼寧省年降水量突變顯著，突變點(diǎn)出現(xiàn)在1975年，突變點(diǎn)前后年降水量平均減少43.8 mm。從四季看，春季降水突變?cè)?004年，由少變多，突變后平均增加24.8 mm；夏季降水量突變?cè)?975年，由多變少，突變之后平均減少52.7 mm。秋季降水量突變?cè)?004年，由多變少，突變后平均減少20.6 mm；冬季降水量無(wú)突變點(diǎn)，變化趨于平穩(wěn)。

遼寧大氣降水資源在空間分布上，從大田農(nóng)作物耗水量(522～622 mm)[22]看，東部山區(qū)降水資源豐富，易發(fā)生澇災(zāi)；而西部丘陵區(qū)降水資源匱乏，易發(fā)生干旱災(zāi)害；遼河平原降水資源基本符合農(nóng)作物耗水的要求。由于降水資源在年際變化上存在較大的波動(dòng)性，所以遼寧中部和西部地區(qū)發(fā)生干旱的概率相對(duì)較高[35-36]。從研究結(jié)果看，遼寧大氣降水資源總體呈減少趨勢(shì)，在時(shí)間尺度上夏季降水資源減少最為明顯，在空間分布上，遼東和遼南地區(qū)降水資源減少最明顯。隨著降水量的減少，未來(lái)水資源供需矛盾愈加突出，遼寧西、北地區(qū)干旱強(qiáng)度與頻率增大，東、南地區(qū)干旱頻率增大，降水資源的減少使地方工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展受到一定限制。