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福建省降水资源时空变化特征分析

更新时间:2009-03-28

降水是重要的水资源之一,是水资源评价中的重要组成部分,也是农业生产不可缺乏的基本资源[1].降水分布受天气系统和地形影响,气候变化和地形差异导致我国降水分布极不均匀,影响效果差异也大[2].因此深入认识区域降水变化特征,不仅对气候变化下水资源的状况研究具有重要意义,而且对因地制宜开发利用降水资源和防灾减灾决策服务都有指导作用.

福建省地处中国东南沿海(N23°32′~28°19′,E115°51′~120°52′),东临东海,居台湾海峡西岸,陆地面积12.4万km2,下辖9个设区市,地形以山地丘陵为主,占总面积80%以上,素有“八山一水一分田”之称.全省地势总体上为西北高东南低.福建南部属南亚热带,大部分属中亚热带气候区,其西北武夷山脉阻挡了北方冷空气入侵,海洋暖湿气流又源源不断低输向陆地,形成了温暖湿润的亚热带海洋性季风气候,福建年平均气温15.7~22.4℃,年平均降水量1 000~1 800mm,年平均日照时数1 700~2 300 h[3].福建地形复杂,受西风带、季风、热带辐合带等多类天气系统影响,尽管降水充足,但降水分布时空变化大,降水资源分布不均,受全球气候变化影响,降水时空变化的不确定性增加,对各行各业尤其是农业生产影响将愈加凸显,为此对海峡西岸经济区的福建省降水资源进行盘点和时空变化分析具有重要的意义.

1 资料与方法

选取1961—2015年福建省66个县市区逐年降水量数据资料,应用线性倾向估计、显著性检验、突变检测等气候统计与诊断技术对福建省近55年年降水变化进行趋势分析[4]37-38,运用Arcgis地理信息软件对福建省年代降水空间分布变化进行分析.

对于时间序列的线性倾向估计,用合适的一元线性回归方程x=a+bt拟合表示时,回归系数b为倾向值(增减率),可以反映序列增加或减少的倾向程度.时间序列的变化趋势显著性检验,可以通过相关系数的显著性检验进行判断(Mann).如时间序列 Xi,在 i时刻(i=1,2,…,n-1),当 Xj>Xi,ri=1,当 Xj≤Xi,ri=0,j=i+1,…,n.ri为 i时刻以后的数值 Xj(j=i+1,…,n)大于该时刻 Xi的样本个数.计算统计量:

 

对于递增直线,序列为n-1,n-2,…,1,这时Z=1;对于递减直线,Z=-1,Z值在-1~1之间变化.给定显著水平 ɑ,假定 ɑ=0.05,则判据

 

若∣Z∣>Z0.05,则认为变化趋势在ɑ=0.05显著水平下是显著的[4]55-56.

除以上柴油机特征参数外,还可通过柴油机排放气体成分及浓度分析、柴油机振动分析和燃油供给系统的压力监测等,为柴油机故障诊断提供更充分的依据。[9-12]随着科学技术的发展,更多监测技术将在船舶上得到应用,为船舶安全提供更为有利的保障。

航海通信基建工程前期工作主要是指开始施工前的投资决策、规划设计、深化设计、招标管理四个阶段,对应工程可行性研究报告(项目建设书)、初步设计(技术设计)、施工图设计、招标文件四项内容。

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降水序列的突变检测应用Mann-Kendall非参数统计检验方法,按照时间顺序和逆序的统计量曲线在临界线之间的交点来确定突变开始时间[4]63-66.

近55年福建全省年降水分布极不均匀,各县市降水起伏波动大,其中在闽东北有2个降水高值双峰,闽西北一个次峰值区,降水最少区在闽东南,降水由东南向西北递增,由东南向东北递增.这与福建省地势由西北、东北高海拔山区向东南低海拔平原倾斜相一致,年均降水量与海拔成显著正相关,地势高差对降水增效作用明显.福建各地降水变化也极不一致,降水增加变率大值区在闽东北、闽中沿海地带,其中闽东北为全省变率最大区;降水增加变率小值区主要在闽中部至闽西南地带.福建省各年代区域降水差别明显,呈现“少-多-多-多-少-多”的变化特征,年代际降水不稳定,但总体为增多趋势.

2.2.3 年代降水地域分布 从福建省年代平均年降水量地域分布分析结果(图7)看,各年代降水差别明显,量值分布变化大.1960s年代降水高值区在闽西北、闽西和闽北区域,年降水在1600mm以上,降水低值区在闽中部和南部沿海区域,年降水在1400mm以下,局部县市小于1200mm.1970s年代降水量较1960s年代明显增多,主要体现在闽中、闽西南降水增加,降水低值区缩小在闽中部沿海地区.1980s年代闽中、闽西南降水继续增加,1 600~1 800mm区域面积增加显著,降水低值区只在闽中部沿海局部县市,1200mm以下面积继续缩小.1990s年代,在闽东北的西部、闽西北区域降水显著增大,1800mm以上区域面积增加.2000s年代全省降水呈现减少趋势,主要体现在1600mm以下区域面积增大,而1800mm以上区域面积减少明显.2010s年代在闽东北、闽西北降水又明显增加,1800mm以上区域面积增加明显,而在降水低值区的闽东南沿海,1400mm以下区域面积又有所增加.福建省年代际变化为1960s—1990s为逐年代增多,2000s年代略减少,2010s年代又开始略增,呈现“少-多-多-多-少-多”的变化特征,反映出年代际降水不稳定,但总体为增多趋势.

2 结果与分析

2.1 福建省降水时间变化特征

2.1.1 年及年代降水变化 通过对1961—2015年福建省年平均降水量变化趋势分析 (图1),55年平均降水量为1 615.2mm,变化幅度在1 123.6—2 107.3mm之间,最少为2003年,最大为2006年[5].年际降水量呈波动式微弱的增加趋势,平均年递增率为34.11mm/10a,但经过Mann检验显示变化趋势不显著.从年代变化趋势分析,1960s—2010s年代平均降水量分别为 1 506.0、1 585.6、1 636.4、1 699.9、1 626.0、1 659.8mm,也具有增多的变化趋势.1960—1980年代为少雨时期,1980—1990年为降水增加期,1990—2000年为多雨时期,2000年以后降水量又略有减少,年际及年代间差异较大.

  

图1 1961—2015年福建省年平均降水变化趋势

2.1.2 季节降水量变化 福建地处东南沿海,每年受冬、夏季风和台风影响显著,季节降水量分布极不均匀.从季节划分和分配上看,春雨、梅雨、夏雨和秋冬雨4个阶段的降水特征明显(图2),全年降水主要集中在春、夏两季,春季的降水又分为春雨(3~4月)和梅雨(5~6月),春雨主要是从北方南下的变性冷空气与尾随其后的补充冷空气与沿海暖湿气流相互交汇而形成的,梅雨是南下冷气团与来自低纬的暖湿气流交汇于南岭—武夷山一带所形成的静止锋面降水,3~6月的降水量为600~1 100mm,占全年总雨量的52.5%,梅雨的降水量多于春雨.夏季的降水主要来自热带辐合带系统影响所形成的降水,如台风、热带低压扰动所致,另外就是夏季局地热对流形成的降水.从福建各季降水量占全年降水量的百分比看,春夏季降水最多,约占全年降水的81.8%,秋冬季降水明显减少,其中秋季最少,为枯雨期[2,6-8].福建春夏季降水充沛,对农作物生长总体有利,但降水过多又造成洪涝灾害多发.

参考文献:

  

图2 福建省季节降水占年降水量的比例

2.1.3 月份降水量变化 福建月际降水变化干湿分明(见图3),将崇安、平和、福州分别作为福建北部、南部、东部代表站,从资料普查和图型可看出月份降水变化存在2种类型:①单峰型,它的特点是1~6月是雨量上升期,高峰期在6月份,7月降水量突降,降幅达到全年之最,随后雨量再逐月下降.福建南平和三明市的西北部属于这种以锋面降水为主的型式.②双峰型,同样是1~6月雨量上升,高峰期在5、6月份,6月居多,7月出现低谷,显示雨季结束,全省处副热带高压控制,台风盛期尚未到来,降水量相对较少.8月雨量再度上升出现了次峰,这是台风和热带低压降水所致.福建中南部,东部沿海地区大都具有这种特征.9月起全省降水量逐月减少,11~1月达到全年最低值[2,6].

  

图3 福建各月平均降水量分布图

2.1.4 降水突变检测 对1961—2015年福建省年平均降水量变化进行突变检测(图4),突变年为1980年,对1961—1980年和1981—2015年平均降水量进行统计,其值分别1 545.8、1 668.2mm,近35年来降水量显著增多.

2.2 福建省降水空间变化特征

2.2.1 降水区域分布 福建省各县市的平均年降水量1 066.4mm(崇武)~2 051.9mm(周宁),近55年来,全省年平均降水量为1 617.9mm.最少年降水量为625.5mm(崇武,1967年),最多年降水量为3 079.2mm(云霄,2006年)[2].福建降水量分布主要受天气系统和地形、地势影响.分布特征是由东南向西北递增,由东南向东北递增(图5).闽西北降水高值区主要在南平市和三明市西部、龙岩市西北部县市,年降水量在1 700mm以上,其中南平市西部县市(武夷山、邵武、光泽)年降水量在1 800mm以上;闽东北宁德市部分县市(柘荣、周宁、蕉城)为全省降水最大区,年降水量在1 900mm以上,局部超过2 000mm.闽东南沿海(包括泉州市东部、厦门市、漳州市东部和南部)为少雨地区,年降水量在1 400mm以下.降水量与山脉有关,武夷山、鹫峰山区是主要的多雨地区,平均年降水量1 900mm以上;次多雨中心在戴云山脉的德化、博平岭山脉的南靖、平和、云霄,年降水量1 700mm以上,这些地方的多雨现象是由于地形对气流的动力抬升作用影响所致.全省各县市平均年降水量均在1 000mm以上,超过了季风气候温润区的降水标准[2].

  

图4 1965—2015年福建省年平均降水量变化突变检测图

  

图5 1961—2015年福建省年平均降水量分布

2.2.2 降水变化区域分布 从福建各地降水量变化倾向率分析结果(图6)看,降水增加变率大值区在闽东北、闽中沿海地带,递增率在6mm/a以上,其中闽东北为全省变率最大区,递增率在8mm/a以上.降水增加变率小值区主要在闽中部至闽西南地带,呈“J”分布,变率在2mm/a以下,其中局部县(古田、大田、长汀)降水还为负变率,呈减少趋势.受气候变化影响,福建各地降水变化也极不一致.

  

图6 1961—2015年福建省降水倾向率分布

年代划分按 1960 s (1961—1970年)、1970 s (1971—1980年)、1980 s (1981—1990年)、1990 s(1991—2000年)、2000 s(2001—2010年)、2010 s(2011—2015年).

 
  

图7 福建省1961—2010年年平均降水量分布

2.3 降水资源与农业旱涝影响

降水是农业主要用水来源,对农业生产影响很大,造成直接危害就是旱涝灾害,此外还会引发病虫害等衍生灾害,因此降水对农业生产尤其粮食生产极其重要.通过对1961—2015年福建省年平均降水量距平变化分析(图9)可知,1961—1990年大多数年份年降水为负距平,除个别年份(1961、1973、1975、1983、1990年),降水明显少于常年平均,易引发干旱灾害;1991—2015年,降水正距平年份明显增多,大洪涝灾害[9-11],与之前30年相比,刚好相反.根据《中国气象灾害大典(福建卷)》记载,1961—1990年,福建省为干旱灾害多发年代,绝大多数年份有干旱记载,其中除1973、1975年旱情较轻,1963(特旱)、1967、1971、1980、1983、1986年等都有严重旱灾记载 [9];1991—2015年大部分年份洪涝灾害面积大于干旱面积.1971—2014年农作物涝受灾比和成灾比与年降水量相关性分析结果显示,洪涝受灾比和成灾比与年降水量相关显著(系数 r分别为 0.473、0.401,ɑ=0.01).如 1990、1992、1998、2006、2010年洪涝受灾比≥12%且成灾比≥6%,其当年降水距平百分率分别为18.2、21.0、16.2、30.5、20.8%,说明洪涝灾害影响较重的年份与降水量偏多密切相关[11-13].如2003年降水距平为-491.6mm,距平百分率为-30.4%,为近55年来年降水最少年份,当年全省多地市普遍发生干旱,旱灾受灾面积9 060 km2,成灾面积3 890 km2,造成了严重农业经济损失[14].

[3]福建省制图院.福建省地图集[M].福州:福建省地图出版社,2011:2-3.

  

图8 1961—2015年福建省年平均降水量距平变化

3 结论与讨论

近55年福建省年际间降水差异较大,年平均降水量呈波动式微弱的增加趋势,但变化趋势不显著;年代变化趋势也具有增多的变化趋势.全年降水主要集中在春、夏两季,春季最多,秋季最少.各月降水分布不均,干湿分明,存在单峰型(高峰期在6月)和双峰型(高峰期5~6月,次峰期8月),9月起全省降水量逐月减少,11~1月达到全年最低值.1961—2015年福建省年平均降水量突变年为1980年,前后期年平均降水差异明显,后期降水量显著增多.

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[5]阮翠冰,林 忠,林兆华.闽东地区年可利用降水资源时空特征分析[J].中国农业资源与区划,2016,37(10):181-187.

①根据目前气袋制造工艺能力,气动闸最高挡水高度可达10m,宽度可达数百米,可以说在高水头大跨度可起伏的挡水设备方面,气动闸填补了国内空白。近期安装完成的贵阳南明河气动闸,挡水高度8m,跨度60m,是目前世界上挡水高度最高、跨度最长的同类闸坝。

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[1]刘晓冉,李国平,范广洲,等.我国西南地区1960—2000年降水资源变化的时空特征[J].自然资源学报,2007,22(5):783-784.

2014年5月,为认真贯彻落实党的十八大和十八届三中全会精神,加强基层服务型党组织建设,中共中央办公厅印发了《关于加强基层服务型党组织建设的意见》,这是对基层党组织功能定位的深化,是基层党组织建设工作思路创新和方式方法转型的必由之路,具有十分重要的意义〔1〕。

[2]鹿世瑾,王 岩.福建气候[M].2版.北京:气象出版社,2012:62-67.

从图1和图8可看出,年降水量呈现逐年增多趋势,年降水距平振幅波动也随之增大,降水更加不稳定,造成极端降水事件(极多或极少)可能增多,发生洪涝或干旱的不确定性和风险性加大,为此须加强应对气候变化措施,加强防灾减灾基础设施建设和预测预警技术,提高灾害防御能力,尽量减少灾害损失.

并非所有鹿豚的獠牙长得都一样,有些鹿豚的獠牙粗细匀称且对称,有的则弯向额头,还有的会在眼前交叉。至于鹿豚为什么会长出上面这两颗獠牙,科学家暂时还没有定论,它们看起来似乎没有什么实际用处,而更像是一种很有个性的装饰品。

[4]魏凤英.现代气候统计诊断与预测技术[M].北京:气象出版社,2013.

福建降水资源对农业洪涝影响很大,1961—1990年大多数年份降水明显少于常年平均,总体趋于干旱灾害多发;1991—2015年大多数年份降水明显增多,总体趋于洪涝灾害多发和灾情加重,这与气候变化对福建省的影响评估结论相一致.福建省年降水量随年际呈现增多趋势,年降水距平振幅波动增大,降水更加不稳定,发生洪涝或干旱的不确定性和风险性加大,农业产业结构调整和防灾减灾决策及防范都面临新的挑战和考验.

[6]林新彬,刘爱鸣,林 毅,等.福建省天气预报技术手册[M].北京:气象出版社,2013:21-89.

[7]陈瑞闪.台风[M].福州:福建科学技术出版社,2005.

[8]林小红,任福民,刘爱鸣.近46年影响福建的台风降水的气候特征分析[J].热带气象学报,2008,24(4):411-414.

[9]中国气象灾害大典编委会.中国气象灾害大典:福建卷[M].北京:气象出版社,2007:216-220.

[10]张 星,陈 惠,吴菊薪.福建省主要农业气象灾害风险研究[J].气象科学,2009,29(3):394-397.

[11]石慧兰,常 平,陈成国,等.德州市降水及旱涝灾害变化趋势分析[J].中国农业资源与区划,2012,33(3):23-27.

[12]中国气象局.华东区域气候变化评估报告(2012)决策中摘要及执行摘要[M].北京:气象出版社,2013:62-65.

[13]余会康.福建省农作物洪涝灾害影响分析评估.中国防灾减灾之路2015[M].北京:气象出版社,2015:118-125.

[14]国家统计局.中国统计年鉴:2004[EB/OL].[2017-08-07].http://www.stats.gov.cn/tjsj/ndsj/yb2004-c/indexch.htm.

 
余弘泳
《宁德师范学院学报(自然科学版)》2018年第01期文献

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