摘 要：研究天水市降水時(shí)空特征對(duì)于促進(jìn)本地特色農(nóng)產(chǎn)品增產(chǎn)增收具有實(shí)踐意義。選取天水市7個(gè)氣象站點(diǎn)1981—2020年逐月降水?dāng)?shù)據(jù)，采用降水傾向率法，對(duì)天水市全域降水量的時(shí)序特征進(jìn)行分析。結(jié)果表明，氣象站點(diǎn)年降水量均值為428.8～563.7 mm，年降水量最大值為587.1～875.8 mm，年降水量為239.3～392.1 mm，CV值為0.19～0.25，極值比為1.9～2.7。近40年來(lái)，天水市降水在時(shí)間方面不均衡，有明顯的季節(jié)性和區(qū)域差異。

關(guān)鍵詞：降水量；時(shí)序特征；天水市

中圖分類號(hào)：P426.614 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2024）09–0-03

近年來(lái)，受全球變暖影響各種極端氣候?yàn)?zāi)害頻發(fā)，對(duì)人類的正常生產(chǎn)與生活造成了嚴(yán)重影響。天水市是渭河上游重要的水源補(bǔ)給區(qū)，也是甘肅省重要的特色農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)區(qū)，同時(shí)，天水市地處渭北黃土丘陵溝壑區(qū)與秦嶺山地的交匯區(qū)，長(zhǎng)江上游與黃河上游的交匯區(qū)，是隴東南地區(qū)重要水源地。研究天水市降水量時(shí)序變化特征，對(duì)合理制定區(qū)域防洪排澇策略及保護(hù)區(qū)域內(nèi)人類活動(dòng)、生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

國(guó)內(nèi)學(xué)者廣泛研究了區(qū)域降水突變特征和變化趨勢(shì)。張藝玄等[1]突變檢驗(yàn)分析了暴雨變化趨勢(shì)及特征，發(fā)現(xiàn)1998年后長(zhǎng)江中下游地區(qū)的年均暴雨強(qiáng)度、暴雨日數(shù)和暴雨量較之前明顯增加，暴雨顯著變化的突變點(diǎn)出現(xiàn)在1988年；李軍[2]應(yīng)用Ken-dall法與反距離權(quán)重插值法探究了極端降水事件、年內(nèi)降水強(qiáng)度及年際特征，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)降水量集中在怒江流域的中、下游地區(qū)，極端降水次數(shù)與降水量變化趨勢(shì)基本一致，兩者均表現(xiàn)出波動(dòng)增大趨勢(shì)。綜合相關(guān)文獻(xiàn)資料發(fā)現(xiàn)，研究探討大凌河流域不同尺度水文要素變異情況的較少。因此，結(jié)合前人研究成果和大凌河流域?qū)崪y(cè)長(zhǎng)序列降水量數(shù)據(jù)，應(yīng)用降水傾向率法和降水距平百分率法，深入分析了1980—2020年天水市降水量變化特征和發(fā)展規(guī)律，為保障區(qū)域內(nèi)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及當(dāng)?shù)胤姥纯购挡呗缘闹贫ㄌ峁┮欢ㄖС帧?/p>

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)為甘肅省天水市，位于甘肅省東南部，地處陜、甘、川三省交界，東連祖國(guó)內(nèi)地華中、華東及沿海各地，西通青海、西藏、新疆直至歐亞大陸橋上的歐洲各國(guó)，南鄰祖國(guó)大西南，四川、重慶、云南、貴州，北上翻越六盤山便可進(jìn)入寧夏。天水市正好在祖國(guó)的幾何中心，市區(qū)平均海拔為1 100 m。年平均降水量574 mm，自東南向西北逐漸減少。中東部山區(qū)雨量在600 mm以上，渭河北部不及500 mm。年均日照2 100 h，渭北略高于關(guān)山山區(qū)和渭河谷地，日照百分率在46%～50%，春、夏兩季分別占全年日照的26.6%和30.6%，冬季占22.6%。冬無(wú)嚴(yán)寒，夏無(wú)酷暑，春季升溫快，秋多連陰雨。氣候溫和，四季分明，日照充足，降水適中。

天水市地跨長(zhǎng)江、黃河兩流域，以西秦嶺為分水嶺，北部地區(qū)為黃河水分的渭河流域，面積11 673 km2，占全市總面積的81.49%；南部地區(qū)為長(zhǎng)江水分的嘉陵江流域，面積2 652 km2，占全市總面積的18.51%。境內(nèi)渭河流長(zhǎng)約280 km，沿河接納流域面積1 000 km2的支流有榜沙河、散渡河、葫蘆河、藉河、牛頭河。嘉陵江的主要支流有白家河、花廟河、紅崖河等，流程較短，水量豐沛。研究該區(qū)域降水的時(shí)序變化特征對(duì)于促進(jìn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)活動(dòng)安全生產(chǎn)進(jìn)行、保護(hù)生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定健康發(fā)展具既具有理論意義也具有實(shí)踐意義。

2 研究方法

本研究主要采用的研究方法為降水傾向率法和降水距平成分率法。

2.1 降水傾向率法

建立降水要素時(shí)間變化的一元線性回歸方程，以此來(lái)反映降水的變化趨勢(shì)，其公式如下：

xi=a+bti（i=1，2，…，n）（1）

式（1）中，xi表示第i個(gè)樣本在時(shí)間ti所對(duì)應(yīng)的降水量；a、b均為回歸常數(shù)，可用最小二乘法進(jìn)行估計(jì)，其中，b又稱為趨勢(shì)變化率，則表示降水在研究時(shí)段內(nèi)的變化趨勢(shì)與變化強(qiáng)度；ti表示xi所對(duì)應(yīng)的時(shí)間。若

b＞0則表示降水因子在研究時(shí)段時(shí)間序列中呈上升趨勢(shì)，b＜0表示降水因子在該時(shí)間序列中呈下降趨勢(shì)。b×10稱為降水傾向率，其大小決定xi的變化幅度，單位為mm/10年。

2.2 降水距平百分率法

Pa可以反映某時(shí)段降水與同期狀態(tài)的偏離程度，進(jìn)而可以反映降水量的時(shí)空變化差異。計(jì)算公式如下：

Pa=×100%（2）

式（2）中，P為某時(shí)段的降水量，單位為mm；P為計(jì)算時(shí)段同期平均降水量。

（3）

式（3）中，n=40，因本研究選取1981—2020年40年逐月降水?dāng)?shù)據(jù)。

3 數(shù)據(jù)來(lái)源

3.1 氣象數(shù)據(jù)

研究中所用數(shù)據(jù)主要來(lái)源于中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)、甘肅省統(tǒng)計(jì)局、天水市氣象局。選取天水市7個(gè)氣象觀測(cè)站1981—2020年逐月降水?dāng)?shù)據(jù)，數(shù)據(jù)完整，沒(méi)有缺失。將季節(jié)劃分為春季（3—5月），夏季（6—8月），秋季（9—11月），冬季（12—翌年2月）。

3.2 遙感數(shù)據(jù)

所用到的天水市DEM高程數(shù)據(jù)來(lái)自地理空間數(shù)據(jù)云；天水市行政區(qū)矢量數(shù)據(jù)來(lái)自1∶400萬(wàn)全國(guó)矢量數(shù)據(jù)。

4 研究結(jié)果

4.1 研究區(qū)年降水量的空間特征

年降水量的空間特征描述通過(guò)采用各氣象站點(diǎn)年降水量的最大值、最小值、均值、極值、CV值來(lái)表示。由表1可以看出，各個(gè)氣象站點(diǎn)年降水量均值為428.8～563.7 mm；年降水量最大值為587.1～875.8 mm；年降水量最小值為239.3～392.1 mm；CV值為0.19～0.25，極值比為1.9～2.7。從整體來(lái)看，天水市從1981—2020年近40年的降水量變化幅度不大，較為穩(wěn)定。從年降水量的值來(lái)看，天水市降水空間差異明顯，但是各個(gè)區(qū)內(nèi)的變化幅度基本一致，且差異比較小。

4.2 降水量時(shí)間變化特征

4.2.1 降水量年變化趨勢(shì)分析

為了進(jìn)一步描述天水市年際降水量特征，采用距平變化百分比進(jìn)行分析。將40年的降水時(shí)序，劃分為1981—1990、1991—2000、2001—2010和2011—2020年降水量按照各年代分區(qū)域，計(jì)算各自降水距平百分比，依照計(jì)算結(jié)果，7個(gè)氣象站點(diǎn)的距平百分比都比較小，各個(gè)區(qū)域內(nèi)降水量的距平變化基本一致。其中，除了1990和2010年天水站氣象局外河，谷區(qū)年降水量都低于平均值。渭北區(qū)3個(gè)氣象站年平均降水都高于平均值。關(guān)山區(qū)2個(gè)氣象站年平均降水均低于平均值。7個(gè)氣象站點(diǎn)的距平百分比均較小。為了進(jìn)一步探討市域內(nèi)年際間降水量變化的內(nèi)部差異，將全市域細(xì)分為河谷區(qū)、渭北區(qū)和關(guān)山區(qū)3個(gè)亞區(qū)作深入分析。

（1）河谷區(qū)降水量的年際變化特征。河谷區(qū)天水站近40年來(lái)的降水呈下降的趨勢(shì)（圖2），而麥積站呈上升的趨勢(shì)。其中，天水站降水下降趨勢(shì)為3.321 mm/10年，麥積站降水上升趨勢(shì)為18.054 mm/10年。天水站的最大降水值出現(xiàn)在2003年（803.9 mm），最小值出現(xiàn)在2009年（292.6 mm），極差值為511.3 mm；麥積站的最大降水值出現(xiàn)在2013年（823.1 mm），最小值出現(xiàn)在1982年（318.3 mm），極差值為504.8 mm。

（2）渭北區(qū)降水量的年際變化特征。渭北地區(qū)甘谷站近40年來(lái)的降水呈下降的趨勢(shì)，而秦安站和武山站呈增加的趨勢(shì)（圖3）。其中，甘谷站降水下降趨勢(shì)為0.558 mm/10年，秦安站降水上升趨勢(shì)為1.455 mm/10年，武山站降水上升趨勢(shì)為1.710 mm/10年?？梢缘贸鑫急眳^(qū)3個(gè)氣象站點(diǎn)近40年降水量上升和下降的趨勢(shì)并不明顯。甘谷站的最大降水值出現(xiàn)在2018年（626.9 mm），最小值出現(xiàn)在2010年（324.3 mm），極差值為302.6 mm；秦安站的最大降水值出現(xiàn)在2003年（703.3 mm），最小值出現(xiàn)在1997年（287.3 mm），極差值為416 mm。武山站的最大降水值出現(xiàn)在2003年（587.1 mm），最小值出現(xiàn)在1997年（239.3 mm），極差值為347.8 mm，且秦安站和武山站降水量最大年份和最小年份都出現(xiàn)在2003年和1997年。區(qū)內(nèi)降水變化趨勢(shì)基本一致。

（3）關(guān)山區(qū)降水量的年際變化特征。關(guān)山區(qū)張家川站和清水站近40年降水都呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)（圖4）。其中，張家川站降水增加趨勢(shì)為7.350 mm/10年，清水站上升趨勢(shì)為9.394 mm/10年。張家川站的最大降水值出現(xiàn)在2003年（820.0 mm），最小值出現(xiàn)在1997年（367.3 mm），極差值為452.7 mm；清水站的最大降水值出現(xiàn)在2013年（875.8 mm），最小值出現(xiàn)在1996年（392.1 mm），極差值為483.7 mm。

4.2.2 降水量四季變化趨勢(shì)分析

春季，天水站和麥積站近40年的降水均呈增加的趨勢(shì)。其中，天水站降水增加趨勢(shì)為5.339 mm/10年，麥積站降水增加趨勢(shì)為2.610 mm/10年。天水站的最大降水值出現(xiàn)在2012年（173.2 mm），最小值出現(xiàn)在2009年（9.3 mm），極差值為163.9 mm。麥積站的最大降水值出現(xiàn)在2018年（231.1 mm），最小值出現(xiàn)在2008年（52.8 mm），極差值為178.3 mm。

夏季，河谷區(qū)天水站近40年的降水呈減少趨勢(shì)，麥積站的降水呈增加趨勢(shì)。其中，天水站降水增加趨勢(shì)為1.615 mm/10年，麥積站降水增加趨勢(shì)為15.672 mm/10年。

天水站的最大降水值出現(xiàn)在2019年（482.8 mm），最小值出現(xiàn)在1982年（97.3 mm），極差值為385.5 mm。麥積站的最大降水值出現(xiàn)在2012年（591.1 mm），最小值出現(xiàn)在1982年（85.1 mm）極差值為506 mm。天水站和麥積站夏季最小降水均出現(xiàn)在1982年，且降水幅度差異大。

秋季，河谷區(qū)天水站和麥積站的降水均呈增加趨勢(shì)。其中，天水站降水增加趨勢(shì)為2.834 mm/10年，麥積站降水增加趨勢(shì)為1.099 mm/10年。天水站的最大降水值出現(xiàn)在2003年（266.4 mm），最小值出現(xiàn)在1987年（66.5 mm），極差值為199.9 mm。麥積站的最大降水值出現(xiàn)在2003年（259.9 mm），最小值出現(xiàn)在1987年（65.4 mm），極差值為194.5 mm。天水站和麥積站秋季極值均出現(xiàn)在相同的年份。

冬季，河谷區(qū)天水站和麥積站的降水均呈減少趨勢(shì)。其中，天水站降水減少趨勢(shì)為0.913 mm/10年，麥積站降水減少趨勢(shì)為0.019 mm/10年。天水站的最大降水值出現(xiàn)在1989年（31.1 mm），最小值出現(xiàn)在1985年（5.1 mm），極差值為26.0 mm。麥積站的最大降水值出現(xiàn)在1989年（26.0 mm），最小值出現(xiàn)在1985年（2.4 mm），極差值為23.6 mm。天水站和麥積站秋季極值均出現(xiàn)在相同的年份。

5 結(jié)論

天水市近40年降水區(qū)域和季節(jié)分布極不均衡，存在明顯的區(qū)域性和季節(jié)性差異。年降水量為495 mm，河谷區(qū)天水站年降水呈減少的趨勢(shì)但變幅較小。麥積站的降水呈增加的趨勢(shì)且變幅大，關(guān)山區(qū)年降水呈增加趨勢(shì)且變化幅度次之。渭北區(qū)除甘谷站外降水都呈增加趨勢(shì)且變化幅度平緩。天水市四季變化趨勢(shì)為：春季、夏季和秋季降水都呈增加的趨勢(shì)，夏季變幅最大；冬季降水則呈現(xiàn)出減少的趨勢(shì)，減少的幅度比較平緩。

參考文獻(xiàn)

[1] 張藝玄，胡正華.長(zhǎng)江中下游地區(qū)近60年暴雨變化特征研究[J].氣候與環(huán)境研究，2019，24（6）：755-768.

[2] 李軍.基于日降雨數(shù)據(jù)的遼寧省降雨侵蝕力初步分析[J].水土保持應(yīng)用技術(shù)，2018（3）：8-10.

收稿日期：2024-04-10

作者簡(jiǎn)介：王廣玉（1969—），女，甘肅臨洮人，副教授，研究方向?yàn)檗r(nóng)林氣候、環(huán)境工程及農(nóng)林高職教育等。#通信作者：何敬慧，E-mail：2549940991@qq.com。