李鴻雁　楊巍　李峰平

摘要：基于嫩江流域17個氣象站點1959—2010年逐日降水數(shù)據(jù)，選取降水量、降水日數(shù)和降水強度作為代表性指標，采用Mann－Kendall趨勢檢驗法和線性回歸法系統(tǒng)研究了嫩江流域降水的時空變化特征。結果顯示：近51年來，①嫩江流域平均年降水量、夏季和秋季降水量分別以6mm／（10a）、4mm／（10a）和5 mm／（10a）的速率呈下降趨勢，而春、冬兩季降水量分別以2mm／（10a）和1mm／（10a）的速率增加;空間上，年降水量和季節(jié)降水量在流域上游多于下游。②嫩江流域平均年、夏季和秋季降水日數(shù)分別以1.5d／（10a）、1.1d／（10a）和1.2d／（10a）的速率下降，且上游下降較明顯;春、冬兩季降水日數(shù)則以0.1d／（10a）、0.7d／（10a）的速率呈增加趨勢，且中游增加趨勢明顯;流域降水日數(shù)在年和季節(jié)尺度上均表現(xiàn)出上游多于下游的空間特征。③嫩江流域平均年降水強度、夏季和秋季降水強度分別以-0.018mm／（d·10a），-0.007mm／（d·10a）和-0.105mm／（d·10a）下降，而春、冬兩季降水強度分別以0.051mm／（d·10a）和0.047mm／（d·10a）上升;空間上，年和春、夏、冬3個季節(jié)降水強度表現(xiàn)為流域上游弱于下游，而秋季降水強度在嫩江中游干流附近較大，其他地區(qū)降水強度較小。結果表明，在全球氣候變化下，嫩江流域年和季節(jié)的降水特征在1959—2010年間均有不同程度改變，并呈現(xiàn)出明顯的空間分布特征。

關鍵詞：嫩江流域;降水量;降水日數(shù);降水強度;降水特征

中圖分類號：P467

DOI：10.16152/j.cnki.xdxbzr.2020－03－013

The spatiotemporal distribution of precipitationcharacteristics in Nenjiang River Basin

LI Hongyan， YANG Wei， LI Fengping

Abstract： Based on the daily precipitation data of 17 meteorological sites in the Nenjiang River Basin from 1959 to 2010， precipitation amount，? precipitation days and precipitation intensity were selected as representative indicators， and the spatial and temporal change characteristics of precipitation in Nenjiang Basin were studied by Mann－Kendall trend test and linear regression method.The results show that， for nearly 51 years： ①The average annual precipitation in the Nenjiang Basin， the precipitation in summer and autumn decreased at the rate of 6mm／（10a）， 4mm／（10a） and 5 mm／（10a）， respectively， while the precipitation in spring and winter increased at a rate of 2mm／（10a） and 1mm／（10a）; spatially， annual and seasonal precipitation in the? upstream is more than downstream. ② The average annual， summer and autumn precipitation days in the Nenjiang Basin decreased at a rate of 1.5d／（10a）， 1.1d／（10a） and 1.2d／（10a） respectively， and the? decrease? in the upstream was more obvious; the number of days of precipitation in the basin showed the spatial characteristics that is more in upstream? than downstream on the year and seasonal scale. ③ The average annual precipitation intensity， summer and autumn precipitation intensity in the Nenjiang Basin decreased by -0.018mm／（d.10a），-0.007mm／（d.10a） and-0.105mm／（d.10a）， while the inereasing rate precipitation intensity in the spring and winter seasons was 0.051mm／d.10a and 0.047mm／da.Precipitation intensity of spring， summer and winter is shown to be weaker in the upper reaches of the basin than downstream， while the precipitation intensity in autumn is larger near the main stream in the middle of the Nenjiang River.The results show that under global climate change， the annual and seasonal precipitation characteristics in the Nenjiang River Basin during 1959—2010 have changed in different degrees， and exhibit obvious spatial distribution characteristics.

Key words： Nenjiang River Basin; precipitation amount; precipitation days; precipitation intensity; precipitation characteristics

降水是最重要的水文氣象要素之一，同時也是全球水循環(huán)的關鍵組成部分［1］，也是最為活躍的要素。20世紀以來，全球平均氣溫明顯升高［2-3］，嚴重影響全球和區(qū)域水文循環(huán)［4-6］，加劇了降水的時空分布差異性［7-8］。研究發(fā)現(xiàn)，近半個世紀我國平均年降水量呈現(xiàn)出比較明顯的年代和多年代尺度波動［9-13］。降水的趨勢性變化將對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)狀況、河流、湖泊等水文過程產生深刻影響［14-15］。因此，變化環(huán)境下降水時空變化研究引起了氣象、水文、生態(tài)等領域的高度關注。

嫩江流域地處我國東北中高緯度地區(qū)，對全球變化具有高度的敏感性［16-17］。近年來，許多學者圍繞東北地區(qū)降水變化情況進行研究，并取得了較大進展。唐蘊等［18］對東北地區(qū)1951—2000年間降水的時空分異特征進行了分析，得出東北地區(qū)降水整體上呈現(xiàn)下降趨勢，且具有明顯的周期性;陸志華等［19］分析了松花江流域1960—2010年的年降水和四季降水的時空變化特征;繆馳遠等［20］對嫩江、哈爾濱兩地48年的夏季降雨量多時間尺度變化特征進行了研究。目前，針對東北地區(qū)降水的研究大多側重于對降水量的分析，而對降水日數(shù)、降水強度等降水特征指標的分析相對較少。因此，本文選取東北重要的糧食和濕地分布區(qū)嫩江流域為研究區(qū)，從降水量、降水日數(shù)和降水強度3個方面分析流域降水特征，進一步明確嫩江流域四季降水的時空分異規(guī)律，從而為流域農業(yè)生產、生態(tài)環(huán)境決策及水資源管理提供科學參考［21］。

1 研究區(qū)概況

嫩江流域位于119°15′～127°40′E 和44°26′～51°37′N，發(fā)源于大興安嶺的伊勒呼里山南麓，由北向南流經(jīng)嫩江、鄂倫春、訥河等多個縣（市、旗），在三岔河口處匯入松花江干流，全長1 370 km，流域面積29.7萬km2。 本文以吉林省扶余縣三岔河口以上匯水區(qū)為研究區(qū)， 如圖1所示。 嫩江流域地處東亞季風區(qū)的北部邊緣， 屬于寒溫帶半濕潤大陸性氣候。 冬季長且寒冷， 夏季期短且多雨， 年平均氣溫1～4℃， 歷史最低氣溫-39.5℃， 最高氣溫則達到40.1℃。

2 材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及處理

本研究選取嫩江流域17個氣象站1959年4月—2012年3月的逐日降水數(shù)據(jù)（圖1），數(shù)據(jù)來源于國家氣象中心中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)（http：／／data.cma.cn／）。為了了解嫩江降水的季節(jié)特征，本研究根據(jù)嫩江流域氣候地理位置條件，將一年劃分為四個季節(jié)：春季（4～5月）、夏季（6～8月）、秋季（9～10月）和冬季（11月次年3月）［19，22］。與之對應，年降水量、降水日數(shù)、降水強度的水文年度，即計算時段為當年4月翌年3月。

本研究采用泰森多邊形法計算流域平均降水數(shù)據(jù)，同時，采用克里金法進行插值分析降水的空間分布特征。

2.2 研究方法

本文分別選取Mann－Kendall檢驗法和回歸直線法分析嫩江流域的降水時程變化趨勢和降水參數(shù)的變化率。

1）Mann－Kendall趨勢檢驗

秩次相關檢驗是一種非參數(shù)統(tǒng)計檢驗方法，與參數(shù)統(tǒng)計檢驗法相比，該方法不需要樣本已知確定的分布，也不受少數(shù)異常值的干擾，能夠準確地檢驗序列的變化趨勢，并且計算比較簡單，是目前比較常用的趨勢診斷方法。

式中，t為“結”的寬度，∑表示所有的“結”的總數(shù)。

當|Zc|>Z（1-α／2）時，樣本序列在α顯著水平下存在顯著變化趨勢，其中，Z（1-α／2）是標準正態(tài)分布中值為概論為1-α／2時對應的統(tǒng)計值，Z>0表明序列存在上升趨勢，Z<0則表明下降趨勢。

2）線性回歸法

線性回歸方程是根據(jù)樣本資料通過回歸分析所得到的反映一個變量（因變量）對另一個或一組變量（自變量）的擬合關系的數(shù)學表達式，即指在一組具有相關關系的變量樣本（x與y）間，一條最好地反映x與y之間映射關系的直線。

其中，為氣象要素的擬合值，x為年份序列號，和分別為氣象要素和年份序列的平均值;回歸系數(shù)的符號表示降水的趨勢傾向，若大于（小于0），說明隨時間x的增加y呈上升趨勢（下降趨勢），稱為年際變化幅度（氣候變化率）。

3 結果與分析

3.1 嫩江流域降水量時空變化特征

3.1.1 時程趨勢性分析 嫩江流域近51年來年降水量情況如圖2和表1所示，年降水量在300～760mm之間變化，整體呈現(xiàn)下降趨勢。從不同季節(jié)上看，夏季降水量占據(jù)年降水量的大部分，春、冬兩個季節(jié)的降雨量呈現(xiàn)上升趨勢;而夏、秋兩個季節(jié)的降水量呈現(xiàn)下降趨勢。Mann－Kendall檢驗結果表明，年、春季、夏季的降水量變化趨勢不顯著，而秋冬季節(jié)降水量的變化趨勢顯著。

3.1.2 空間分布特征分析 圖3和圖4分別為嫩江流域降水量和降水量變化率的空間分布情況，可以看出，嫩江流域中游年降水量最大，最大降水量出現(xiàn)在北安站，年降水量為525mm，下游年降水量明顯減少，最小降水量出現(xiàn)在通榆，年降水量為382mm（圖3）;大部分地區(qū)年降水量呈現(xiàn)下降趨勢（圖4），其中，流域下游白城站下降幅度最大，線性傾斜率大約為-22mm／（10 a）;部分地區(qū)呈現(xiàn)緩慢上升趨勢，其中，克山站上升幅度最大，其線性傾斜率為6mm／（10a）。

嫩江流域春季降水量最大地點在北安站附近，多年平均春季降水量大約為62mm，下游處降水量最小，約為38mm;流域內春季降水量除明水外，都呈現(xiàn)出上升趨勢，其中，扎蘭屯的降水量上升幅度最大，為5.8mm／（10 a）。

夏季降水量在流域中游兩岸支流的博克圖、扎蘭屯、小二溝附近和克山、北安、明水附近較多，最大降水量為360mm，而在下游通榆、泰來附近的降水量較少，最小降水量為280mm;由圖4可以看出流域內大部分地區(qū)夏季降水量呈下降趨勢，而明水、克山附近少部分地區(qū)降水量呈現(xiàn)上升趨勢，以明水站上升趨勢最大（6.6mm／（10a））。

空間上，秋季降水量在上游地區(qū)較大，下游較少（圖3）。各站點中北安秋季降水量最大，為83mm，而最小降水量出現(xiàn)在通榆，為44mm;流域內秋季降水量均呈現(xiàn)下降趨勢，其中北安的降水量的減小趨勢最大，為-9.5mm／（10a）。

冬季降水量在流域上游明顯多于下游，最大降水量出現(xiàn)在嫩江站，降水量為28mm，而最小降水量出現(xiàn)在通榆，降水量為11mm;整體上，冬季降水量均呈現(xiàn)上升趨勢，中上游站點的上升趨勢最為明顯，其中扎蘭屯站線性傾斜率最大，為3.0mm／（10a）。

3.2 嫩江流域降水日數(shù)時空變化特征

3.2.1 時程趨勢性分析 嫩江流域近51年來年降水日數(shù)變化情況如圖5和表2所示，年降水日數(shù)在一定范圍內波動，但整體呈現(xiàn)下降趨勢。從不同季節(jié)上看，一年中的降水日數(shù)多集中于夏季，而春、秋、冬3個季節(jié)的降水總日數(shù)相近，春、冬兩個季節(jié)的降雨日數(shù)呈現(xiàn)上升趨勢;而夏、秋兩個季節(jié)的降水日數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢。Mann－Kendall方法檢驗結果表明夏季和秋季降水日數(shù)變化趨勢顯著，年、春季、冬季的降水日數(shù)變化趨勢不顯著。

3.2.2 空間分布特征分析 嫩江流域年降水日數(shù)空間變化如圖6所示，可以看出多年平均狀況下，嫩江流域年降水日數(shù)上游要多于下游，尤其在博克圖、小二溝、嫩江、北安附近居多，最大平均年降水日數(shù)可達110d;降水日數(shù)較少的地方集中在白城、通榆附近，最少的降水日數(shù)出現(xiàn)在通榆，為65d;年降水日數(shù)變化趨勢如圖7所示，多數(shù)地區(qū)的年降水日數(shù)均呈現(xiàn)減少的趨勢，減少的趨勢最大的站點為小二溝，線性傾斜率為-4.8d／（10a），只有扎蘭屯和齊齊哈爾呈現(xiàn)微弱的增加趨勢，線性傾斜率分別為0.7d／（10a）、0.8d／（10a）。

與年降水日數(shù)相似，春季降水日數(shù)最大值集中在博克圖、小二溝、嫩江、北安附近，約為17d，降水日數(shù)最小值出現(xiàn)在通榆附近，多年平均春季降水日數(shù)為11d;大部分地區(qū)春季降水日數(shù)呈現(xiàn)增加趨勢，其中安達的增加趨勢最大，為0.7 d／（10a），而在小二溝附近和通榆、乾安、長嶺附近呈現(xiàn)微弱的減少趨勢，其中，乾安站減小趨勢最大，為-0.4 d／（10a）。

夏季降水日數(shù)在博克圖、小二溝附近較多，最多的降水日數(shù)為49d，通榆附近降水日數(shù)最小，為10d;如圖7所示，流域內夏季降水日數(shù)均呈現(xiàn)減少的趨勢，小二溝附近降水日數(shù)變化率最大，為-3.2d／（10a），中下游地區(qū)降水日數(shù)變化趨勢較為平緩。

秋季降水日數(shù)較多的地區(qū)在博克圖、小二溝、嫩江、北安處附近，降水日數(shù)最多為17.7d，降水日數(shù)最少的地點在白城、通榆、烏蘭浩特附近，最小降水日數(shù)為11.1d;而嫩江流域秋季降水日數(shù)均呈現(xiàn)減少趨勢，且上游的趨勢明顯大于下游;與夏季相似，小二溝附近的降水日數(shù)變化最大，為-2.1d／（10a），而降水日數(shù)變化較小的區(qū)域在索倫，變化率為-0.7d／（10a）。

冬季降水日數(shù)與秋季降水日數(shù)具有相似的空間分布特征，嫩江站冬季降水日數(shù)最多，可達28d，白城、通榆附近降水日數(shù)較少，最小降水日數(shù)為11.1d;流域內冬季降水日數(shù)大多呈現(xiàn)增加趨勢，在齊齊哈爾附近增加趨勢變化最大，變化率為2.3 d／（10a），只有北安、博克圖和嫩江三個站點的降水日數(shù)呈現(xiàn)不明顯的下降趨勢，斜率為-0.4d／（10a）。

3.3 嫩江流域降水強度時空變化特征

3.3.1 時程趨勢性分析 降水強度是指單位時間內的降水量。本文以年（季節(jié)）降水量除以年（季節(jié)）降水日數(shù)，獲取研究期（1959—2010年）內嫩江流域年（季節(jié)）降水強度。圖8為嫩江流域年和季節(jié)降水強度年際變化曲線，可以看出51年來嫩江流域年降水強度呈現(xiàn)緩慢的下降趨勢;從不同季節(jié)上看，春、夏、秋、冬四個季節(jié)的降水強度差距較大，其中夏天的降水強度要遠遠大于其他季節(jié)，春秋降水強度相似，而冬季的降水強度最弱，夏季和秋季降水強度呈現(xiàn)微弱的下降趨勢，而春季和冬季降水強度則呈現(xiàn)緩慢的上升趨勢。Mann－Kendall檢驗結果表明年、春季、夏季、秋季的降水強度變化趨勢不顯著，而冬季的變化趨勢顯著。

3.3.2 空間分布特征分析 嫩江流域降水強度及其變化率空間分布如圖9和圖10所示。 由圖9可以看出嫩江流域上游的多年平均降水強度低于下游， 其中博克圖的年降水強度最小， 為4.3mm／d， 而通榆的降水強度最大， 為5.8 mm／d; 嫩江流域年降水強度上游大多呈現(xiàn)微弱的上升趨勢， 而下游呈現(xiàn)微弱的下降趨勢， 變化趨勢在-0.2～0.22 mm／（d·10a）范圍內浮動。

流域內除博克圖站以外其他地區(qū)春季降水強度在3.0 mm／d以上， 其中通榆春季降水強度最大， 為3.9 mm／d; 多數(shù)地區(qū)春季降水強度呈現(xiàn)上升趨勢， 上升趨勢最大的點為烏蘭浩特， 上升率為0.3 mm／（d·10 a），而在索倫附近、 明水附近呈現(xiàn)下降趨勢， 最大的下降率為-0.16mm／（d·10a）。

嫩江流域夏季降水強度的空間變化和春季降水強度相似， 且分別在通榆和博克圖表現(xiàn)為最大和最小值， 分別為8.6 mm／d和6.7 mm／d; 而變化趨勢與春季降水強度截然不同， 夏季降水強度在小二溝、 富裕、 明水一帶增加趨勢最為顯著， 最大增加率為0.5 mm／（d·10a）， 在索倫、 白城等少數(shù)地方呈現(xiàn)微弱的下降趨勢， 最大的下降率為-0.3 mm／（d·10a）。

從圖9中可以看出秋季降水強度在北安、富裕附近較大，最大值為4.7mm／d，最小值在博克圖附近，降水強度為3.6 mm／d;如圖10所示，大多數(shù)地區(qū)秋季降水強度呈現(xiàn)下降趨勢，下降的最大斜率為-0.4 mm／（d·10a），只有在小二溝附近和通榆附近呈現(xiàn)上升趨勢，最大傾斜率為0.3mm／（d·10a）。

嫩江流域冬季降水強度在0.7～1.3mm／d之間，且上游要略低于下游，降水強度最大值出現(xiàn)在長嶺附近，而降水強度最小值在博克圖附近;流域內冬季降水強度均呈增加趨勢，變化率在0.001 7～0.014 5 mm／（d·10a）之間，相比而言，右岸增加趨勢較左岸明顯。

4 結 語

本文對1959—2010年嫩江流域降水量、降水日數(shù)、降水強度進行了系統(tǒng)地分析，結果表明，嫩江流域的降水情況具有明顯的時空分異特征，通過本文的定量計算與分析，可以得出以下結論：

1）近51年來，嫩江流域平均年降水強度、夏季、秋季降水量呈下降趨勢，而春、冬兩季降水量呈現(xiàn)上升趨勢;空間上，嫩江流域年降水量和季節(jié)降水量從上游到下游逐漸減少;整體上，流域下游年降水量和夏季降水量下降趨勢較大，而秋季降水量在流域中游下降趨勢較大，春、冬兩個季節(jié)降水量增加速率的最大值都出現(xiàn)在嫩江中游右岸。

2）嫩江流域平均年、夏季和秋季降水日數(shù)大多呈現(xiàn)下降趨勢，而春、冬兩季的降水日數(shù)呈現(xiàn)上升趨勢;空間上，嫩江流域降水日數(shù)在年和季節(jié)尺度上均表現(xiàn)出上游多于下游的空間特征;年、夏季、秋季降水日數(shù)在中下游的減小趨勢較小，而上游的變化趨勢較大;春、冬兩季的降水日數(shù)變化都在中游呈現(xiàn)最大的上升趨勢。

3）嫩江流域平均年降水強度、夏季、秋季降水強度近51年來呈下降趨勢，而春、冬兩季的降水強度呈現(xiàn)上升趨勢;年和春、夏、冬3個季節(jié)降水強度在流域上游低于下游，中上游的降水強度最小，而秋季的降水強度在嫩江中游干流附近較大;整體上，流域年和夏、秋兩季降水強度下降趨勢最大的點都位于下游，而在中上游均呈現(xiàn)微弱的上升趨勢，春、冬兩個季節(jié)上升趨勢較大的地點則都位于下游附近。

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（編 輯 亢小玉）

收稿日期：2020－01－14

基金項目：國家自然科學基金青年基金項目（41701020）；吉林省科技發(fā)展計劃項目（20170520086JH）

作者簡介：李鴻雁， 女，內蒙古通遼人，教授， 博士，? 從事流域中長期徑流預報研究。

通信作者：李峰平， 女， 內蒙古扎蘭屯人， 講師，博士，從事水文水資源方面的研究。