汤建军

（济宁市水文局，山东 济宁 272000）

气候变化引起水循环系统出现明显的变化，小区域尺度上乃至全球的降水量呈现了新的位态与趋势[1]。近年来，相关学者研究表明降水量不仅引起地表径流年季波动，还对水资源的可持续利用带来不确定性影响[2]。就全国而言，近半世纪以来不同区域降水变化趋势存在差异，其中西北地区降水日数与降水量呈现显著增多趋势[3]；而华北与西南地区降水略有减少[4～5]；东北与华中地区降水倾向斜率不显著，但前者降水强度有一定程度增加[6～7]。济宁地处鲁西南平原，是黄淮地区重要的粮食、蔬菜生产基地，区域降水量变化与农业生产、民生安全息息相关。本文以此为研究区，着重探讨该市年季降水量时空波动性，从而为认识该区域气候变化和水资源管理提供科学依据。

1 资料与方法

济宁位于鲁西南腹地，地处黄淮海平原与鲁中南山地交接地带，总面积11187 km2。全市地形以低山丘陵和平原洼地为主，地势东高西低，高程介于33 m～700 m之间，地貌较为复杂，丘陵山地占28.3%，平原洼地占60.6%，南四湖占11.1%。该市属暖温带季风气候区，四季分明、雨热同期、春秋短促，年平均气温13.3℃～14.1℃，降水量介于597 m～820 mm，无霜期为199 d。

研究数据由中国气象中心提供的“中国地面气候资料月值数据集”，包含市内11个气象站点数据，时间跨度为1951年～2017年，其中部分数据缺失，采用5点3次滤波法进行插值补齐。运用经典统计学、线性回归方法探究区域降水量的变异性与变化趋势，通过地统计学方法对降水量空间分布进行估计。

2 结果分析

2.1 济宁市降水量统计特征

表1为济宁市年、季、月降水量的统计特征，可知该市年降水量最大波动范围介于392.5 mm～1196.1 mm之间，相差达803.6 mm，其平均水平为698.02 mm，属于半湿润区，离散分析显示其变异系数为23.93%，为中等强度变异，说明该市降水量年际波动性较大。四季中以夏季降水量最丰富，达441.51 mm，春秋季降水总量差异不大，分别为103.62 mm、124.17 mm，冬季最少，仅为28.71 mm，就变异性来看，夏＜春＜秋＜冬，说明全球变化背景下该市冬季降水异常的概率较高。月降水量中7月、8月降水最多，平均值为207.04 mm、146.82 mm，5月、6月、9月份降水量介于48.6 mm～68.22 mm之间，其他月份降水局少，仅为7.82 mm～36.49 mm。变异系数表明，1月、11月和12月降水量变异性最大，呈强烈变异(CV＞1)，5月～8月份降水量变异性最小(CV介于52.89%～76.42%)，其他月降水量变异性居中(CV在85.45%～91.71%之间)。正态分布统计表明，除了1月、12月、11月降水量的渐进显著性双尾值＜0.05，未通过检验外，其他月份降水量符合正太分布。

2.2 济宁市降水量年际变化特征

图1为1951年～2017年降水量年、季变化规律。由图可知，就年降水量而言，年值序列在700 mm附近的-347 mm～474 mm区间内波动，其中介于500 mm～900 mm的降雨年数居多，约占16.42%，超过1100 mm和低于400 mm的极多或极少年数分别为3年、2年，异常降雨年数占7.46%。1950年～1960年代呈增加趋势，在1964年～2003年变呈频繁波动，其震荡区间较大，2003年～2011表现出显著减少趋势，2011年～2017年又变为增加趋势。近67年来，其综合线性变化为(y=-0.7732x+2229.9，R2=0.0081)，该趋势并不显著。就春季降水量而言，五点三次滤波分析表明1950年～1960年代末呈现弱的增加趋势，直至1980年代中期为先减少后增大的特征，自此以后呈现峰谷间接性变化，其变化形式为(y=0.1824x-258.3，R2=0.0054)。夏季降水量的年代变化显著，其中1950年～1970年间呈现倒‘U’形演变；1970年～1994年持续升高，斜率达到0.235 mm/a；1994年～2017年呈现峰谷起伏演变，其中2002年达到最低值，其变化趋势为(y=-1.0301x+2485.3，R2=0.0205)。秋季降水量在1950年～1985年间变化平稳，振幅较小，在1985年～2017年间起伏度增加，其综合变化形式为(y=0.2233x-316.79，R2=0.0033)。冬季降水量在 1950年 ～1965年、1965年 ～1985年、1985年～1998年、1998年～2008年这4个时间段内呈现先增加后减少的趋势；在2008年～2017年间水量稳定性强，几乎无波动，总趋势为(y=-0.0659x+159.31，R2=0.0059)。

表1 济宁市降水量描述性统计特征

图1 济宁市降水量年代变化

2.3 济宁市降水量年内变化特征

如图2所示，济宁市降水量年内分配十分不均衡。其中1月～3月和12月的降水结构比相差不大，依次为1.12%、1.52%、1.46%，4月～5月和9月～10月份降水量约占4.79%～6.98%；5月～9月降水量最集中，占全年降水的85%以上，其中以7月份最丰富，达29.66%，8月份次之，为21.03%，6月和9月份降水量差异较小，依次为12.56%、9.72%。各季节降水量分配亦不相同，分别为夏(63.25%)＞秋(17.79%)＞春(14.84%)＞冬(4.13%)。

图2 济宁市降水量年内分配统计

2.4 济宁市降水量空间分布特征

图3 济宁市降水量年内分配统计

以11个站点年降水量的平均值为基础，运用arcgis10.3的Geostastics模块进行空间差值，得出结果见图3。由图3可知，全市年降水量分布介于601 mm～820 mm之间，区间相差近200 mm。其中微山、邹城属于丰水区，其原因是该区地处沂蒙山脉附近，海洋暖湿气流受地形抬升作用易形成云置雨，该地降水量在750 mm～820 mm之间。西北部的梁山县、汶上县和嘉祥县降水量属于低值区，介于601 mm～700 mm。就全市来看，济宁市降水量呈现东南-西北部递减分布的格局，这是因为该市降水的水汽来源主要是西太平洋低纬度带暖温气团的侵入和台风倒槽及东风波输送的大量水汽，受东南季风控制，季风带来的水汽由于传输距离增加而水量减少的缘故。

3 结论

近67年来济宁市降水量分布极度不均衡，7月、8月份降水量达207.04 mm、146.82 mm，占年降水量的近1/2，夏季降水的多寡决定了年降水资源的丰富程度，同时区域雨热同季、降水集中性强的特征，导致该区洪涝灾害风险较高。春季是作物生产与生长的重要时期，春季降水稀少导致区域春旱指数较高，对农业生产十分不利。从空间上来看，全市降水量集中于东南部，西北部存在不同程度雨水缺失，这对本区生态环境与社会生产具有一定影响。降水作为水资源的重要来源之一，降水的变化特征对水资源的时空分布有着深刻影响，本文初步阐明了区域降水特征与规律，可为旱涝灾害防御与水资源管理提供依据，但仍需加强降水量对水循环过程机制的影响研究。