江蘇沿海降雨量多尺度時(shí)空變化規(guī)律研究
——以連云港市為例

黃 平, 韋 麗，王德維, 虞美秀

(1. 上海市松江區(qū)水文站，上海 201600；2. 江西省水文局，江西 南昌 332000；3. 江蘇省水文水資源勘測(cè)局連云港分局，江蘇 連云港 222004；4. 河海大學(xué)水文水資源學(xué)院，江蘇 南京 210098)

特殊的地理位置決定了中國(guó)是飽受水旱災(zāi)害嚴(yán)重影響的國(guó)家之一[1-3]。頻繁的洪水災(zāi)害給社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成了巨大影響，尤其是河流兩岸和河口沿海地區(qū)。河口地區(qū)處于內(nèi)陸河流和海洋連接過渡的特殊位置，常成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重點(diǎn)地區(qū)，全球超過60%的人口及2/3的大中型城市都構(gòu)筑在河口之上[4]。因此，沿海地區(qū)的防洪減災(zāi)一直以來(lái)備受關(guān)注。連云港市是江蘇省沿海三市之一。近年來(lái)，頻繁發(fā)生強(qiáng)降雨事件，城市內(nèi)澇積水嚴(yán)重，給人民生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)了嚴(yán)重威脅。以連云港城區(qū)2012年“7·8”特大暴雨造成的嚴(yán)重城市洪澇災(zāi)害為例，災(zāi)害導(dǎo)致155萬(wàn)人受災(zāi)，其中城區(qū)受災(zāi)人口55萬(wàn)，城區(qū)直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)15.41億元，全市直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)27.5億元，交通大面積癱瘓[5-7]。因此，研究連云港市降雨量時(shí)空變化規(guī)律對(duì)科學(xué)建立江蘇沿海大規(guī)模灘涂圍墾與開發(fā)的水資源保障體系提供支撐，從而實(shí)現(xiàn)沿海經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。

大氣降水是水資源的主要補(bǔ)給來(lái)源，降水量及其時(shí)空分布決定了本地水資源量的豐枯變化程度[8-10]。連云港市降水量已有的研究基本都是分析年際變化，且受降水量資料和研究范圍所限[11-12]。本文基于長(zhǎng)系列日降雨歷史觀測(cè)資料，結(jié)合地理信息系統(tǒng)，運(yùn)用水文統(tǒng)計(jì)學(xué)等方法，研究連云港市降雨多尺度時(shí)空變化特征，其結(jié)果可為揭示江蘇沿海圍墾區(qū)水資源開發(fā)利用提供參考。

1 研究區(qū)概況

連云港市擁有豐富的灘涂資源，且岸外輻射沙洲周圍分布有大規(guī)模灘涂[13-14]。根據(jù)江蘇近海海洋綜合調(diào)查與評(píng)價(jià)專項(xiàng)的調(diào)查，江蘇省沿海灘涂總面積50.02萬(wàn)hm2，約占中國(guó)灘涂總面積的1/4。根據(jù)《江蘇沿海灘涂圍墾開發(fā)利用規(guī)劃》，沿海灘涂規(guī)劃建設(shè)21個(gè)圍區(qū)，總面積18萬(wàn)hm2。其中，連云港市4個(gè)，面積0.97萬(wàn)hm2。連云港市處于北亞熱帶向暖溫帶過渡地區(qū)，屬海洋性氣候，具有明顯的季風(fēng)氣候特征，四季分明，雨熱同季，多年平均降雨量994.5 mm，多年平均蒸發(fā)量800～1 000 mm。

2 數(shù)據(jù)與方法

研究分別收集了1956—2014年位于連云港區(qū)域內(nèi)的33個(gè)雨量站日降雨資料(圖1),數(shù)據(jù)系列通過了可靠性、一致性和代表性檢驗(yàn)。通過一元線性回歸方法和非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法Mann-Kendall法(以下簡(jiǎn)稱MK法)[15-17]，分析年、汛期與非汛期、月降雨量的變化趨勢(shì)，并利用地理信息系統(tǒng)中克里金插值方法將每個(gè)雨量站點(diǎn)的降雨變化趨勢(shì)插值到整個(gè)連云港市，研究連云港市降雨量多時(shí)間尺度時(shí)空變化特征，做降雨量MK值趨勢(shì)顯著性檢驗(yàn)，MK值越負(fù)，說明下降趨勢(shì)越明顯。MK值越正，說明增加趨勢(shì)越明顯，MK值大于1.64(1.96)或小于-1.64(-1.96)，說明上升或下降趨勢(shì)達(dá)到了置信水平為90%(95%)的顯著性檢驗(yàn)。

圖1 連云港市雨量站點(diǎn)分布

3 結(jié)果與分析

3.1 年代際變化

圖2為連云港市年、汛期與非汛期降雨量在不同年代際的變化。由圖可以看出年代際年降雨量最大值出現(xiàn)在2000s，為976.8 mm，最小值出現(xiàn)在1980s，為802.2 mm。2010s降雨量為836.3 mm，該年代多年平均降雨量落于1950s—2000s之間的較低值，說明連云港市近10 a來(lái)降雨量偏少。年代際汛期與年降雨量變化相似又有不同，二者最大值均出現(xiàn)在2000s，最小值均出現(xiàn)在1980s，2010s降雨量也屬于較低值范圍。年代際非汛期與年代際汛期降雨量變化稍有不同，非汛期降雨量最大值出現(xiàn)在1970s，最小值出現(xiàn)在1980s，2010s非汛期降雨量為歷史最低，說明連云港市近10 a來(lái)非汛期降雨量減少顯著。

圖2 連云港市年、汛期與非汛期降雨量年代際變化

以上分析表明，1950s以來(lái)，連云港市年代際年、汛期降雨量總體上呈豐(1950s—1970s)—枯(1980s)—豐(2000s)—枯(2010s)周期性變化，年代際非汛期降雨量總體上呈豐(1950s—1970s)—枯(1980s)—豐(1990s)—枯(2010s)周期性變化，預(yù)測(cè)連云港市未來(lái)幾年降雨量呈偏少趨勢(shì)。

3.2 年際、汛期與非汛期變化

連云港市年、汛期與非汛期降雨量變化過程見圖3。由圖3可知，年降雨量與汛期降雨量變化波動(dòng)較相似，基本上互為同升同降，這主要是由于汛期占年降水百分比達(dá)到了80%的緣故。二者年最大值均出現(xiàn)在2005年，分別為1 280.3、1 150.8 mm，最小值分別為580.7、447.7 mm，極值比分別為2.20、2.57。非汛期降雨量最大值與最小值分別為335.4、50.8 mm，極值比為6.60。表明連云港年、汛期與非汛期降雨量年際變化較大，其中非汛期年際變化最大。年、汛期與非汛期降雨量均呈不同程度的下降趨勢(shì)，年降雨量以9.9 mm/10a減幅下降，汛期降雨量以6.0 mm/10a減幅下降，非汛期降雨量以3.7 mm/10a減幅下降。年、汛期與非汛期降雨量距平變化過程見圖4，同樣表明連云港市降雨量總體上呈豐—枯—豐—枯周期性變化，該市近10 a來(lái)處于降水量相對(duì)較少時(shí)期。

圖5—6為降雨量MK值空間分布，表明連云港市年與汛期降雨量變化趨勢(shì)空間分布一致:除西北部降雨量呈弱上升趨勢(shì)以外，其他地區(qū)均呈下降趨勢(shì)，尤其是新沂河流域，下降趨勢(shì)明顯，達(dá)到了置信水平為95%的顯著性檢驗(yàn)。西北部降雨量減少?zèng)]有東南地區(qū)嚴(yán)重，可能是由于西北部水庫(kù)、湖泊等水體面積較大，對(duì)區(qū)域水循環(huán)有改善作用。非汛期降雨量MK值均落于-1.64～0之間，表明連云港市非汛期降雨量呈弱下降趨勢(shì)。非汛期降水量減少，不利于連云港市水資源保障，同時(shí)可能加劇該地區(qū)的水資源供需矛盾。

圖3 連云港市年、汛期與非汛期降雨量變化過程

圖4 連云港市年、汛期與非汛期降雨量距平變化過程

3.3 月變化

圖7為連云港市代表月降雨量MK值空間分布。連云港1月份降雨量MK值均落于-1.64～0之間，呈全局弱下降趨勢(shì)；2月份降雨量MK值均大于0， 且西部大于1.96、 西北部落于1.64～1.96區(qū)間，呈全局上升趨勢(shì)，其中西北部增加趨勢(shì)達(dá)到了置信水平為90%的顯著性檢驗(yàn)，西部增加趨勢(shì)達(dá)到了置信水平為95%的顯著性檢驗(yàn)；3月份降雨量除西部呈弱上升趨勢(shì)外，其他地區(qū)均呈弱下降趨勢(shì)；4月份南部降雨量下降趨勢(shì)明顯，其中東南角通過了置信水平為95%的顯著性檢驗(yàn)，北部呈弱下降趨勢(shì)；5月降雨量呈全局上升趨勢(shì)，其中北部通過了置信水平為90%～95%的顯著性檢驗(yàn)；6月份降雨量MK值基本上均落于-1.64～0之間，呈全局弱下降趨勢(shì)；7月降雨量北部呈弱上升趨勢(shì)，其他地區(qū)呈弱下降趨勢(shì)，其中東南部下降趨勢(shì)通過了置信水平為90%的顯著性檢驗(yàn)；8月降雨量呈南降北升趨勢(shì)；9月降雨量除西部有一小部分面積呈弱上升趨勢(shì)外，其他均呈弱下降趨勢(shì)；10月份降雨量整體上呈弱下降趨勢(shì)，其中南部和東部有部分面積呈顯著上升趨勢(shì)并通過了置信水平為90%的顯著性檢驗(yàn)；11月降雨量除北部有一小部分面積呈弱上升趨勢(shì)外，其他均呈弱下降趨勢(shì)；12月降雨量除東部有一小部分面積呈弱下降趨勢(shì)外，其他均呈弱上升趨勢(shì)。

圖5 連云港市年降雨量變化趨勢(shì)空間分布

a)汛期

b)非汛期圖6 連云港市汛期與非汛期降雨量變化趨勢(shì)空間分布

a)1月

b) 2月

c) 4月

d)5月圖7 連云港市代表月降雨量變化趨勢(shì)空間分布

綜上，4月份降雨量減少最顯著，2、5月份降雨量增加最明顯，其他月份總體上在弱上升或弱下降之間，其中6—8、9—11月份降雨量整體上以弱下降為主，說明連云港地區(qū)夏季和秋季降雨呈下降趨勢(shì)。

3.4 日變化

研究統(tǒng)計(jì)了連云港地區(qū)33個(gè)雨量站的年最大日降雨量及其降雨距平(圖8)。由圖8可以看出，連云港市年最大日降雨量上升趨勢(shì)并不顯著，但在2000年以后，年最大日降雨量增幅顯著增加，日降雨距平達(dá)到了371.3 mm。說明連云港地區(qū)降雨極值頻率在2000年以后顯著提高，增加了城區(qū)洪澇風(fēng)險(xiǎn)。

a)33站年最大日降雨量

b)年最大日降雨量距平圖8 連云港市年最大日降雨量及距平

4 結(jié)論

論文計(jì)算并分析了江蘇省沿海城市——連云港市的年代際、年、汛期與非汛期、月降雨量的多尺度時(shí)空分布變化特征。結(jié)果表明：連云港市年、汛期與非汛期降雨量年際變化大，增加了水資源管理難度，其中非汛期年際變化最大，汛期次之；連云港市年、汛期與非汛期降雨均呈下降趨勢(shì)；降雨量總體上呈豐—枯—豐—枯周期性變化，該市近10 a來(lái)處于降水量相對(duì)較少時(shí)期；連云港4月份降雨量減少最顯著，2、5月份降雨量增加最明顯，其他月份總體上在弱上升或弱下降之間；連云港市南部降雨量下降趨勢(shì)比北部更為明顯，可能是北部和西北部水庫(kù)、湖泊等水體面積較大，對(duì)區(qū)域水循環(huán)有改善作用所致；連云港市年最大日降雨量上升趨勢(shì)并不顯著，但在2000年以后增幅顯著增加。