徐 勇， 王 謙， 高曉平， 張舒雯， 白瑞泉

(江蘇省水文水資源勘測局蘇州分局， 江蘇 蘇州 215129)

降雨是影響氣候變化的重要指標(biāo)之一[1]。隨著我國城市化進(jìn)程的不斷發(fā)展，不同區(qū)域表現(xiàn)出不同的降雨特性，由于降雨的變化導(dǎo)致了干旱、洪澇災(zāi)害的發(fā)生[2]。有關(guān)城市化發(fā)展進(jìn)行對降雨特性的研究，已經(jīng)有很多學(xué)者做了相關(guān)探索。針對蘇州市城市化進(jìn)程對降雨特征的影響，陳德超等[3]通過1956—2006年的蘇州降水資料，從蘇州市城鎮(zhèn)和城郊對比的角度，探討了多年平均降雨的區(qū)域差異與城市化進(jìn)程的關(guān)系。李娜等[4]通過1953—2000年降雨資料，分析了城市化對該地區(qū)降水量、降雨年內(nèi)分配、降雨發(fā)生次數(shù)等的影響。對于近30年以內(nèi)的降雨特性的分析未有表述，也沒有從年代的角度來進(jìn)行降水量比較分析。本文利用1988—2017年蘇州平望、楓橋以及常熟近30年的雨量資料，歸納總結(jié)蘇州1988—2017年30年間的降雨變化情況，對不同階段的降雨規(guī)律進(jìn)行比較分析，從而為蘇州市的降雨和雨水資源利用以及海綿城市的建設(shè)提供參考。

1 資料和方法

本文選取常熟、楓橋、平望3個(gè)雨量站1988—2017年的雨量數(shù)據(jù)，采用滑動(dòng)平均法對降雨年際變化進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并以月份和季節(jié)兩個(gè)角度對應(yīng)不同的年代階段開展年內(nèi)趨勢分析。

滑動(dòng)平均法的計(jì)算公式為

(1)

滑動(dòng)平均法是數(shù)據(jù)發(fā)展趨勢擬合技術(shù)中比較基礎(chǔ)的一種方法，從一組長序列n中，選擇一個(gè)短序列X代表這段數(shù)據(jù)的發(fā)展趨勢，其中K表示序列長度，通常K取奇數(shù)，這樣平均值可以取到序列X的中項(xiàng)?；瑒?dòng)平均可以有效去除一組長序列中極端點(diǎn)的影響，從而較好地顯示長序列的發(fā)展趨勢。

2 降雨年際變化

根據(jù)蘇州市區(qū)位特點(diǎn)和地理位置分布，分別用常熟、楓橋、平望3個(gè)雨量站的雨量數(shù)據(jù)分析蘇州北部地區(qū)、中部地區(qū)以及南部地區(qū)的降雨特點(diǎn)。

2.1 北部地區(qū)降雨年際變化

根據(jù)常熟1988—2017年30年間降水量隨年份變化情況，通過年實(shí)際降水量、年代際降水量、多年平均降水量及5年滑動(dòng)平均值分析降水量隨年份變化趨勢，常熟1988—2017年降雨年際變化見圖1。

圖1 常熟1988—2017年降雨年際變化

由圖1可以看出：從整體上來看，蘇州北部1988—2017年間年降水量變化趨勢較明顯，通過觀察5年滑動(dòng)曲線可以看出，蘇州北部年降水量階段變化周期約為7～8 a。30年間最大降水量為1 673.3 mm(2016年)，年降水量最小值為721.7 mm(1992年)，30 a平均降水量為1 119.8 mm，年降水量的標(biāo)準(zhǔn)方差為233.2 mm，則多雨年份降雨標(biāo)準(zhǔn)為1 353.1 mm，少雨年份降雨標(biāo)準(zhǔn)為886.5 mm。

由年代際變化趨勢曲線可以看出，蘇州北部30 a降雨呈階梯狀遞增趨勢，且在20世紀(jì)90年代(1988—1997年)，即首個(gè)10年年代際降水量遠(yuǎn)低于多年降雨平均值。這個(gè)階段包含30 a間5個(gè)枯水年的其中4個(gè)(1988年、1992年、1994年及1997年)，降水量分別為828.6 mm、721.7 mm、784.3 mm及774.6 mm，20世紀(jì)90年代僅包含了1個(gè)豐水年份(1991年)，且降水量為1 423.7 mm。在21世紀(jì)初(1998—2007年)，年代際降水量較之前10年有所提高，并與多年平均降水量十分接近，該10年年代際降水量值為1 128.14 mm，與多年平均降水量僅差8.4 mm，該10年內(nèi)出現(xiàn)了2個(gè)豐水年(1999年、2001年)及1個(gè)枯水年份(2003年)，3個(gè)典型年年降水量分別為1 359.8 mm、1 356.6 mm及857.4 mm。在21世紀(jì)10年代(1998—2017年)，蘇州北部進(jìn)入雨水較為豐沛的時(shí)段，該時(shí)段的年代際降水量明顯高于其他時(shí)段，且在此期間未出現(xiàn)枯水年份，該時(shí)段年代際降水量值為1 202.6 mm，其中2015年及2016年為豐水年份，降水量分別為1 576.5 mm及1 673.3 mm，2016年亦是蘇州北部30年間雨水最充沛的年份。

2.2 中部地區(qū)降雨年際變化

根據(jù)楓橋1988—2017年30 a間降水量隨年份變化情況，通過年實(shí)際降水量、年代際降水量、多年平均降水量及5年滑動(dòng)平均值分析降水量隨年份變化趨勢，楓橋1988—2017年降雨年際變化見圖2。

圖2 楓橋1988—2017年降雨年際變化

由圖2可以看出：從整體上來看，蘇州中部1988—2017年間年降水量變化趨勢較大，通過觀察5年滑動(dòng)曲線可以看出，蘇州中部年降水量階段變化周期約為8～10 a。30 a間最大降水量為1 985.1 mm(2016年)，年降水量最小值為855.0mm(2003年)，30 a平均降水量為1 192.1 mm，年降水量的標(biāo)準(zhǔn)方差為272.7 mm，則多雨年份降雨標(biāo)準(zhǔn)為1 464.9 mm，少雨年份降雨標(biāo)準(zhǔn)為919.5 mm。

由年代際變化趨勢曲線可以看出，20世紀(jì)90年代至今蘇州中部降雨的平均水平低于多年平均值，在20世紀(jì)90年代10 a內(nèi)，僅包含1個(gè)豐水年(1993年)，該年降水量為1 561.4 mm，另外包含2個(gè)枯水年份(1994年、1997年)，2個(gè)枯水年份降水量僅為891.7 mm及883.9 mm。在21世紀(jì)初的10年內(nèi)，年代際降水量較之前10年有所提高，但仍低于多年平均降水量，該10年內(nèi)出現(xiàn)1個(gè)豐水年(1999年)及2個(gè)枯水年份(2003年及2005年)，降水量分別為1 766.5 mm、855.0 mm及916.9 mm，其中2003年為30年內(nèi)降水量最低的年份，21世紀(jì)初是近30年間降水量波動(dòng)最大的時(shí)段。2008—2017年，蘇州中部進(jìn)入雨水較為豐沛的時(shí)段，該時(shí)段的年代際降水量明顯高于其他時(shí)段，且未出現(xiàn)枯水年份，其中2015—2016年為豐水年份，2016年亦是30年間雨水最充沛的年份。

2.3 南部地區(qū)降雨年際變化

根據(jù)平望1988—2017年30年間降水量隨年份變化情況，通過年實(shí)際降水量、年代際降水量、多年平均降水量及5年滑動(dòng)平均值分析降水量隨年份變化趨勢，平望1988—2017年降雨年際變化見圖3。

圖3 平望1988—2017年降雨年際變化

由圖3可以看出：從整體上來看，蘇州南部1988—2017年間年降水量變化趨勢較大，通過觀察5年滑動(dòng)曲線可以看出，蘇州南部年降水量階段變化周期約為7～9 a。30年間最大降水量為1 602.9 mm(1999年)，年降水量最小值為768.0 mm(2003年)，30年平均降水量為1 165.7 mm，年降水量的標(biāo)準(zhǔn)方差為210.4 mm，則多雨年份降雨標(biāo)準(zhǔn)為1 376.1 mm，少雨年份降雨標(biāo)準(zhǔn)為955.3 mm。

通過比較年代際變化趨勢曲線與多年降雨平均值可以看出，20世紀(jì)90年代及21世紀(jì)10年代蘇州南部降雨的平均水平在此20年間高于多年降雨平均值，在20世紀(jì)90年代10年內(nèi)，僅包含3個(gè)豐水年(1989年、1990年)，降水量分別為1 481.6 mm及1 410.5 mm，另外僅包含1個(gè)枯水年份(1989年)，年份降水量為858.1 mm。在21世紀(jì)初的10年內(nèi)，年代際降水量在所調(diào)查分析的30年內(nèi)達(dá)到最低，且低于多年降雨平均值，該10年內(nèi)出現(xiàn)1個(gè)豐水年(1999年)及1個(gè)枯水年份(2003年)，降水量分別為1 602.9 mm及768.0 mm，即在所調(diào)查的30年內(nèi)，蘇州南部降雨最大年份(1999年)及最小年份(2003年)均出現(xiàn)在21世紀(jì)初。21世紀(jì)10年代是30年間降水量較為穩(wěn)定的時(shí)段。從2008年到2017年間，即21世紀(jì)10年代，蘇州南部進(jìn)入雨水較為豐沛且降雨穩(wěn)定的時(shí)段，該時(shí)段的年代際降水量高于21世紀(jì)初，低于20世紀(jì)90年代。且在此期間未出現(xiàn)枯水年份，其中2015年及2016年為豐水年份，降水量分別為1 393.5 mm及1 521.0 mm。

3 降雨年內(nèi)變化

根據(jù)3個(gè)代表站的1988—2017年雨量資料，將30年資料系列每10年劃分為1個(gè)階段，分析蘇州市降水量月度、季節(jié)分布規(guī)律。

3.1 1988—1997年

1988—1997年，蘇州市降雨主要集中在3—9月，月平均降水量分別為337.5 mm、230.3 mm、285.2 mm、543.9 mm、455.1 mm、498.1 mm及253.0 mm，7個(gè)月降雨占多年總降水量比重為77.26%，降水較少的年份集中在1月、2月、10月、11月及12月份，多年月平均降水量分別為178.8 mm、201.0 mm、138.9 mm、134.6 mm及112.9 mm，降雨較少年份占多年總降水量比重為22.47%，可見蘇州市降雨主要集中在3—9月，即春夏兩季降雨較為明顯，符合蘇州“梅雨”季節(jié)降雨特征，降雨時(shí)間極不均勻，具有明顯隨季節(jié)變化特征。

3.2 1998—2007年

1998—2007年，蘇州市降雨主要集中在3—8月，月平均降水量分別為247.9 mm、247.4 mm、299.5 mm、587.9 mm、384.3 mm及430.3 mm，6個(gè)月降雨占多年總降水量比重為71.78%，降水較少的年份集中在2月、10月、11月及12月份，降雨較少4個(gè)月份多年月平均降水量分別為200.4 mm、158.4 mm、182.5 mm、140.8 mm，降雨較少年份占多年總降水量比重分別為5.93%、4.69%、5.40%及4.16%，總占比為22.47%，可見蘇州市降雨主要集中在3—8月，即春、夏兩季降雨仍較為明顯，降雨時(shí)間極不均勻，具有明顯隨季節(jié)變化特征。

3.3 2008—2017年

2008—2017年，蘇州市降雨主要集中在4—10月，月平均降水量分別為278.9 mm、295.9 mm、668.8 mm、451.6 mm、463.0 mm、301.3 mm及243.2 mm，7個(gè)月降雨占多年總降水量比重為79.94%，降水較少的年份集中在1月、11月及12月份，多年月平均降水量分別為169.3 mm、196.9 mm、126.2 mm，降雨較少年份占多年總降水量比重為14.56%，可見蘇州市降雨主要集中在4—10月，即春夏兩季降雨較為明顯，具有明顯隨季節(jié)變化特征，降雨時(shí)間極不均勻。

與20世紀(jì)90年代和21世紀(jì)初相比，21世紀(jì)10年代總降水量有所增加，且多雨月份有所增加，由20世紀(jì)90年代多年月平均降水量280.8 mm升至21世紀(jì)初多年月平均降水量281.7 mm，到21世紀(jì)10年代多年月平均降水量為305.0 mm，表明近年蘇州市降雨總量明顯增加，相比較之前月平均降水量增加約20 mm。

4 結(jié) 論

通過對1988—2017年蘇州市降雨數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，總結(jié)蘇州市降雨特征規(guī)律。

從時(shí)間上看，蘇州市在所研究時(shí)段內(nèi)，降水量呈較明顯上升趨勢，其中21世紀(jì)10年代為蘇州市降水量最充沛時(shí)段，年均降水量為1 214.26 mm；20世紀(jì)90年代蘇州市降水量較少，年均降水量為1 123.18 mm；從空間上看，蘇州中部地區(qū)多年平均降水量較大，為1 192.2 mm，其次為蘇州南部1 165.7 mm，再次為蘇州北部1 119.8 mm，整體上降水量呈從蘇州中部向南北兩側(cè)降低趨勢。

從月度分布上看，蘇州市降雨主要集中在3—9月，汛期6—9月降水量最大，占全年降雨51.94%，其中6月降水量最為明顯，占全年16.14%；從季節(jié)分布上看，蘇州市降雨主要集中在春季和夏季，降雨時(shí)間極不均勻，具有明顯隨季節(jié)變化特征。

通過20世紀(jì)90年代、21世紀(jì)初和21世紀(jì)10年代3個(gè)年代際降雨特征分析，近年蘇州市降雨總量明顯增加，且多雨月份也有所增加，相比較之前2個(gè)年代際，月平均降水量增加約20 mm。