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摘 要：根据淮河片区及其周边气象站1951—2006年的逐日降水量资料，构建动态泰森多边形模型，分析评价了淮河片区及其南部和北部3种区域尺度的月、季、汛期、年等时段的面降水量特征及其时空变化规律；分析诊断了季、汛期、年等时段的面降水量演变趋势、突变趋势特性。研究表明，3种区域尺度的面降水量集中分布在汛期，北部比南部更为集中，片区、南部和北部7～8月的降水量占年降水量的42%、38%、49%；3种区域尺度的年降水量总体上呈现不显著的增减变化趋势，南部略增、北部略减，但山东半岛东部呈现显著减少趋势；夏季、汛期、连续4个月最大、年降水量序列时间总体上也不存在显著突变。
关键词：动态泰森多边形模型 面降水量 演变趋势诊断 时空变化特征 淮河片区
中图分类号：P33 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）12（c）-0098-02
淮河片区地处我国南北气候过渡地带，淮北属暖温带区，淮南属北亚热带区，片区内降水量分布由南向北递减，年内降水主要集中在6～8月，尤其是6月中旬至7月上旬，年际降水多雨年与少雨年降水量比值可达3～5倍，且洪涝、干旱时常交替发生。受全球气候变暖的影响，亚洲南部部分地区的降水量在1900—2005年间存在减少的趋势，国内外学者采用不同的方法对中国及其各地降水量的时空分布特征及其演变趋势进行了多角度分析研究。该文以淮河片区及其周边气象站1951—2006年的逐日实测降水资料，采用动态式的泰森多边形模型，评价计算淮河片区及其南部、北部3种区域尺度不同时段的面降水量和时空分布特征，研究3种片区面降水量的年内年际变化及其演变趋势、突变趋势，为区域水利、铁路、城市建设等工程的规划与设计和防汛与抗旱提供技术分析支撑。
1 数据来源和研究方法
1.1 分析数据来源
降水量资料来源于中国气象科学数据共享服务网（http：//cdc.cma.gov.cn/），包括淮河片区及其周边基本、基准面气象观测站及自动站1951—2006年的逐日降水量。
1.2 研究评价方法
淮河片区面平均降水量的评价计算面积约329 371 km2，其中南部约191 653 km2、北部约137 718 km2。区域面平均降水量采用泰森多边形法计算，其精度较高，尤其适合于测站分布不均匀的区域。由于各计算区域在不同年份使用的雨量站点是动态式的，其泰森多边形根据实际采用站点进行构建。
区域面平均降水量的演变趋势、突变趋势诊断分别采用时间序列线性倾向率估计法（最小二乘法）、Mann-Kendall法和滑动t检验法进行分析和评价。
2 面降水量特征
2.1 面降水量分布特征
淮河片区1951—2006年多年平均年降水量为844.9 mm，其中夏季为463.6 mm，连续4个月最大563.4 mm，汛期为545.2 mm，非汛期为299.8 mm，分别占多年平均的54.9%、66.7%、64.5%、35.5%，说明淮河片区的降水量高度集中在汛期（或夏季）。历年年最大降水量为1 208.6 mm（2003年），年最小降水量为572.8 mm（1966年），极值比为2.1，变化幅度不大。
淮河片区北部和南部的多年平均年降水量分别为744.2 mm和917.3 mm，淮河片区南部7～9月、夏季、汛期、连续4个月最大的降水量与淮河片区北部基本持平或略偏多，其他时段南部明显比北部偏多，尤其是非汛期南部比北部多约148 mm，其中春季南部多约81 mm。
2.2 面降水量年内变化
淮河片区多年平均降水量介于550～1300 mm，低值区分布在山东北部地区，高值区分布在淮河上游的大别山区和苏北灌溉总渠以南。其中汛期降水量占年降水量的百分比介于55%～75%，夏季降水量占年降水量的百分比介于45%～65%，百分比高值区分布在山东地区。
淮河片区面降水量的年内分布极不均匀，主要集中分布在汛期（或夏季），尤其是7月和8月，其次为6月和9月，其月降水量的多年平均值分别占年降水量多年平均值的24.3%和17.5%，13.0%和9.7%。
淮河片区南部的月、季降水量与淮河片区北部的相比，除7月基本持平、8月北部多于南部（约10%）外，其他不同历时均为南部明显偏多，尤其是冬季及1、2、3月偏多1倍以上。
3 面降水量演变趋势诊断分析
3.1 面降水量变化趋势诊断
1951—2006年淮河片區冬季、非汛期的多年降水量线性变化过程均呈上升趋势，其降水变率分别为1.8、2.2 mm/10a，春季、夏季、秋季、汛期、年的则均呈下降趋势，其降水变率分别为-0.6、-0.8、-1.0、-2.8、-2.0、 -0.5 mm/10a，但均未通过置信水平α=0.05的显著性检验，说明其升降趋势均不显著。
淮河片区南部春季的降水量呈现线性下降的趋势，降水变率为-1.5 mm/10a，夏季、秋季、冬季、非汛期、汛期、连续4个月最大、年的降水量均呈上升的趋势，降水变率分别为7.4、1.5、2.5、3.7、6.1、4.9、9.8 mm/10a，但其升降趋势均不显著。淮河片区北部夏季、秋季、汛期、连续4个月最大、年的降水量均呈现线性下降的趋势，春季、冬季、非汛期的降水量均呈上升的趋势，其升降趋势也均不显著。
淮河片区1961—2006年35个测站中有18个测站的年降水量线性倾向率为正，占统计站数的51.4%，主要分布在淮河水系，且均未通过显著性检验；17个测站为负线性倾向率，主要分布在沂沭泗水系和山东半岛，其中山东半岛沿海有6个站通过了显著性检验。淮河片区的年降水量变化趋势，南部淮河水系以上升为主，北部沂沭泗水系和山东半岛则以下降为主，其中山东半岛沿海下降趋势显著。 3.2 面降水量突变趋势诊断
经Mann-Kendall法分析，淮河片区及其南部、北部1951—2006年夏季、汛期、连续4个月最大、年4种时段降水，其正序列UF曲线，淮河片区前3种序列在信度线以内，不存在突变点。年降水序列超过了信度线，再经滑动t检验法检测，也不存在显著性的突变年。
同样经KM法和滑动t检验法检测，淮河片区南部和北部4种降水序列均不存在显著的突变年。
4 结论
（1）降水量是水文循环的重要组成部分，其变化对水文水资源过程变化具有直接的重要影响，研究降水量的客观变化规律，可为水文循环变化及其未来趋势演变提供技术支撑，为防汛与抗旱提供技术依据。
（2）淮河片区1951—2006年多年平均年降水量为844.9 mm（南部917.3 mm、北部744.2 mm），年降水总量约为2 783亿m3（南部约占片区63%，北部约占37%）。3种区域尺度年降水量的年内分布（月、季）变化均较大，年降水量高度集中在汛期（或夏季）；连续2个月降水量更集中（7～8月占40%～50%）。
（3）3种区域尺度的年降水量总体上呈现不显著的增减变化趋势（片区、南部、北部的降水变率分别为-0.5、9.8、-14.9 mm/10a），南部略增、北部略减，但山东半岛东部呈现显著减少趋势。四季、汛期、非汛期、連续4个月最大降水量总体上均呈现不显著的增减变化趋势。夏季、汛期、连续4个月最大、年降水量序列时间总体上也不存在显著突变。
参考文献
[1] Solomon S，Qin D，Manning M，et al.Climate Change 2007：The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change[M].Cambridge University Press，2007：5-8.
[2] 陈峪，高歌，任国玉，等.中国十大流域近40多年降水量时空变化特征[J].自然资源学报，2005，20（5）：637-643.
[3] 姚惠明，吴永祥，关铁生.中国降水演变趋势诊断及其新事实[J].水科学进展，2013，24（1）：1-10.
[4] KYRIAKIDISA P C，MILLERB N L， KIM J.A Spatial Time Series Framework for Simulating Daily Precipitation at Regional Scales[J]. Journal of Hydrology，2004（297）：236-255.
[5] 中国气象科学数据共享服务网.中国地面气候资料月值数据集[EB/OL].http：//cdc.cma.gov.cn/shuju/index3.jsp？tpcat=SURF&dsid=SURF_CLI_CHN_MUL_MON.
[6] 魏凤英.现代气候统计诊断与预测技术[M].北京：气象出版社，2007：43-45，63-65，69-72.
关键词：动态泰森多边形模型 面降水量 演变趋势诊断 时空变化特征 淮河片区
中图分类号：P33 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）12（c）-0098-02
淮河片区地处我国南北气候过渡地带，淮北属暖温带区，淮南属北亚热带区，片区内降水量分布由南向北递减，年内降水主要集中在6～8月，尤其是6月中旬至7月上旬，年际降水多雨年与少雨年降水量比值可达3～5倍，且洪涝、干旱时常交替发生。受全球气候变暖的影响，亚洲南部部分地区的降水量在1900—2005年间存在减少的趋势，国内外学者采用不同的方法对中国及其各地降水量的时空分布特征及其演变趋势进行了多角度分析研究。该文以淮河片区及其周边气象站1951—2006年的逐日实测降水资料，采用动态式的泰森多边形模型，评价计算淮河片区及其南部、北部3种区域尺度不同时段的面降水量和时空分布特征，研究3种片区面降水量的年内年际变化及其演变趋势、突变趋势，为区域水利、铁路、城市建设等工程的规划与设计和防汛与抗旱提供技术分析支撑。
1 数据来源和研究方法
1.1 分析数据来源
降水量资料来源于中国气象科学数据共享服务网（http：//cdc.cma.gov.cn/），包括淮河片区及其周边基本、基准面气象观测站及自动站1951—2006年的逐日降水量。
1.2 研究评价方法
淮河片区面平均降水量的评价计算面积约329 371 km2，其中南部约191 653 km2、北部约137 718 km2。区域面平均降水量采用泰森多边形法计算，其精度较高，尤其适合于测站分布不均匀的区域。由于各计算区域在不同年份使用的雨量站点是动态式的，其泰森多边形根据实际采用站点进行构建。
区域面平均降水量的演变趋势、突变趋势诊断分别采用时间序列线性倾向率估计法（最小二乘法）、Mann-Kendall法和滑动t检验法进行分析和评价。
2 面降水量特征
2.1 面降水量分布特征
淮河片区1951—2006年多年平均年降水量为844.9 mm，其中夏季为463.6 mm，连续4个月最大563.4 mm，汛期为545.2 mm，非汛期为299.8 mm，分别占多年平均的54.9%、66.7%、64.5%、35.5%，说明淮河片区的降水量高度集中在汛期（或夏季）。历年年最大降水量为1 208.6 mm（2003年），年最小降水量为572.8 mm（1966年），极值比为2.1，变化幅度不大。
淮河片区北部和南部的多年平均年降水量分别为744.2 mm和917.3 mm，淮河片区南部7～9月、夏季、汛期、连续4个月最大的降水量与淮河片区北部基本持平或略偏多，其他时段南部明显比北部偏多，尤其是非汛期南部比北部多约148 mm，其中春季南部多约81 mm。
2.2 面降水量年内变化
淮河片区多年平均降水量介于550～1300 mm，低值区分布在山东北部地区，高值区分布在淮河上游的大别山区和苏北灌溉总渠以南。其中汛期降水量占年降水量的百分比介于55%～75%，夏季降水量占年降水量的百分比介于45%～65%，百分比高值区分布在山东地区。
淮河片区面降水量的年内分布极不均匀，主要集中分布在汛期（或夏季），尤其是7月和8月，其次为6月和9月，其月降水量的多年平均值分别占年降水量多年平均值的24.3%和17.5%，13.0%和9.7%。
淮河片区南部的月、季降水量与淮河片区北部的相比，除7月基本持平、8月北部多于南部（约10%）外，其他不同历时均为南部明显偏多，尤其是冬季及1、2、3月偏多1倍以上。
3 面降水量演变趋势诊断分析
3.1 面降水量变化趋势诊断
1951—2006年淮河片區冬季、非汛期的多年降水量线性变化过程均呈上升趋势，其降水变率分别为1.8、2.2 mm/10a，春季、夏季、秋季、汛期、年的则均呈下降趋势，其降水变率分别为-0.6、-0.8、-1.0、-2.8、-2.0、 -0.5 mm/10a，但均未通过置信水平α=0.05的显著性检验，说明其升降趋势均不显著。
淮河片区南部春季的降水量呈现线性下降的趋势，降水变率为-1.5 mm/10a，夏季、秋季、冬季、非汛期、汛期、连续4个月最大、年的降水量均呈上升的趋势，降水变率分别为7.4、1.5、2.5、3.7、6.1、4.9、9.8 mm/10a，但其升降趋势均不显著。淮河片区北部夏季、秋季、汛期、连续4个月最大、年的降水量均呈现线性下降的趋势，春季、冬季、非汛期的降水量均呈上升的趋势，其升降趋势也均不显著。
淮河片区1961—2006年35个测站中有18个测站的年降水量线性倾向率为正，占统计站数的51.4%，主要分布在淮河水系，且均未通过显著性检验；17个测站为负线性倾向率，主要分布在沂沭泗水系和山东半岛，其中山东半岛沿海有6个站通过了显著性检验。淮河片区的年降水量变化趋势，南部淮河水系以上升为主，北部沂沭泗水系和山东半岛则以下降为主，其中山东半岛沿海下降趋势显著。 3.2 面降水量突变趋势诊断
经Mann-Kendall法分析，淮河片区及其南部、北部1951—2006年夏季、汛期、连续4个月最大、年4种时段降水，其正序列UF曲线，淮河片区前3种序列在信度线以内，不存在突变点。年降水序列超过了信度线，再经滑动t检验法检测，也不存在显著性的突变年。
同样经KM法和滑动t检验法检测，淮河片区南部和北部4种降水序列均不存在显著的突变年。
4 结论
（1）降水量是水文循环的重要组成部分，其变化对水文水资源过程变化具有直接的重要影响，研究降水量的客观变化规律，可为水文循环变化及其未来趋势演变提供技术支撑，为防汛与抗旱提供技术依据。
（2）淮河片区1951—2006年多年平均年降水量为844.9 mm（南部917.3 mm、北部744.2 mm），年降水总量约为2 783亿m3（南部约占片区63%，北部约占37%）。3种区域尺度年降水量的年内分布（月、季）变化均较大，年降水量高度集中在汛期（或夏季）；连续2个月降水量更集中（7～8月占40%～50%）。
（3）3种区域尺度的年降水量总体上呈现不显著的增减变化趋势（片区、南部、北部的降水变率分别为-0.5、9.8、-14.9 mm/10a），南部略增、北部略减，但山东半岛东部呈现显著减少趋势。四季、汛期、非汛期、連续4个月最大降水量总体上均呈现不显著的增减变化趋势。夏季、汛期、连续4个月最大、年降水量序列时间总体上也不存在显著突变。
参考文献
[1] Solomon S，Qin D，Manning M，et al.Climate Change 2007：The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change[M].Cambridge University Press，2007：5-8.
[2] 陈峪，高歌，任国玉，等.中国十大流域近40多年降水量时空变化特征[J].自然资源学报，2005，20（5）：637-643.
[3] 姚惠明，吴永祥，关铁生.中国降水演变趋势诊断及其新事实[J].水科学进展，2013，24（1）：1-10.
[4] KYRIAKIDISA P C，MILLERB N L， KIM J.A Spatial Time Series Framework for Simulating Daily Precipitation at Regional Scales[J]. Journal of Hydrology，2004（297）：236-255.
[5] 中国气象科学数据共享服务网.中国地面气候资料月值数据集[EB/OL].http：//cdc.cma.gov.cn/shuju/index3.jsp？tpcat=SURF&dsid=SURF_CLI_CHN_MUL_MON.
[6] 魏凤英.现代气候统计诊断与预测技术[M].北京：气象出版社，2007：43-45，63-65，69-72.