论文部分内容阅读
摘要 利用周村区1979—2015年降水资料，采用降水变率、线性趋势、滑动t检验等现代气候学诊断方法，分析了近37年来周村区降水量的月、季、年际分布特征及变化趋势，运用Z指标分析了周村区旱涝特征及其对农业的影响。结果表明，1979—2015年周村区降水量呈不显著的增加趋势，春、夏、秋季降水量均呈增加趋势，冬季降水量呈略微减少趋势。周村区年降水量主要集中在4—10月，占全年降水量的90%，7月份降水量最多，1月份降水量最少。近37年来周村区偏旱、偏涝年份各11年，正常年份15年。
关键词 降水量；旱涝特征；农业影响；周村区
Characteristics of Drought and Flood and Its Influence on Agriculture in Zhoucun District in Recent 37 Years
WANG Xian-yun1，WANG Yuan-yuan1，LI Hai-feng2 et al
（1.Zhoucun District Meteorological Bureau of Zibo City，Zibo，Shandong 255300；2.Shenxian County Meteorological Bureau，Shenxian，Shandong 252400）
Abstract Using the precipitation data of Zhoucun District from 1979 to 2015， the month， seasonal and interannual distribution characteristics and changes trend of precipitation in Zhoucun District in recent 37 years were analyzed by using modern climatological diagnosis methods such as precipitation variability， linear trend and sliding t test.Using Z index to analyze the characteristics of drought and flood in Zhoucun District and its influence on agriculture.The results showed that the precipitation increased in Zhoucun District from 1975 to 2015， and the precipitation in spring， summer and autumn showed an increasing trend， and the precipitation in winter showed a slight decrease trend.The annual precipitation in Zhoucun District was mainly concentrated in April to October， accounting for 90% of the annual precipitation， the most precipitation in July， the least precipitation in January.Partial drought and partial floods was 11 years，respectively，normal year was 15 years in Zhoucun District in recent 37 years.
Key words Precipitation； Drought and flood characteristics；Agricultural impact； Zhoucun district
在全球变暖背景下，作为气候对人类最关键的影响因素之一——降水呈现出不同的响应。李聪等[1]研究指出，我国降水量大多呈减少趋势，但具有明显的区域特征。也有研究表明，山东省年降水量呈下降趋势[2]，位于山东省中部的淄博市年降水量却呈缓慢增加趋势，增幅为15.0 mm/10 a[3]。周村区位于山东省中部城市淄博市的西部，地势南高北低，南部多为丘陵，北部为平原，属暖温带大陆性季风气候，四季分明，雨热同季，光照充足，无霜期较长，为农业生产的发展提供了比较充足的气候资源。但由于降水量分布不均，旱澇灾害时有发生，常给国民经济建设和农业生产的发展造成严重损失。笔者利用现代气候学诊断方法，对1979—2015年周村区降水资料进行分析，揭示周村区降水变化规律和旱涝特征，分析其对农业的影响，以期为趋利避害和促进农业可持续发展提供参考。
1 资料与方法
利用周村区1979—2015年逐月、年降水量资料，采用降水变率[4]、线性趋势和滑动t检验[5]等现代气候学诊断方法，对周村区降水量的变化趋势进行分析，并进行显著性检验，采用Z指标计算公式[6]和旱涝等级划分标准（表1）对近37年来周村区降水量进行旱涝特征分析，并总结对农业的影响。四季划分为春季（3—5月）、夏季（6—8月）、秋季（9—11月）、冬季（12月—次年2月）。
降水变率是表示降水量年（或季、月）际变化的一个重要指标，降水变率分为绝对变率和相对变率。降水变率大小反映降水的稳定性或可靠性。一个地区降水丰富、变率小，表明水资源利用价值高。降水变率越大，表明降水越不稳定，往往反映该地区旱涝频率较高[7]。在分析降水量长期变化时，用平均绝对变率和平均相对变率进行分析更具代表性，分别表示降水量绝对变率和相对变率的多年平均变化值。其计算公式为： 平均绝对变率=n1|Ri-|n
平均相对变率=平均绝对变率×100%
式中，n为样本数，Ri为某时段降水量，为该时段历年平均降水量。
2 结果与分析
2.1 降水量变化特征
2.1.1 年变化。从图1可以看出，1979—2015年周村区年降水量平均为623.2 mm，年最多降水量为972.9 mm，出现在2004年；年最少降水量仅为264.4 mm，出现在1989年。近37年来周村区年降水量总体上略呈缓慢增加趋势，变化趋势不显著（没有通过α=0.10的显著性检验），增幅为25.4 mm/10 a，近37年年降水量增加94.0 mm。其中，降水偏多年份有21年，降水偏少年份有16年。降水偏多年份中，除2004、1995年分别较历年平均降水量（623.2 mm）偏多6成、4成外，其余19年年降水量偏多范圍均在3成以内；降水偏少年份中，除1989、2014、2002年分别较历年平均降水量偏少6成、5成、4成外，其余13年年降水量偏少范围均在3成以内。
2.1.2
月变化。由表2可见，周村区降水量以1月最少，其次是12月，分别为5.7、8.7 mm，均占全年降水量的1%；进入2、3月，降水呈增加趋势，但增加幅度不明显；4—6月降水增加幅度变大，7月降水量达到全年最多，为154.9 mm；8月降水量为全年次多，达145.8 mm，9—11月降水量趋于依次明显减少趋势。周村区全年降水量主要集中在4—10月，占全年降水量的90%；高度集中于盛夏7—8月，占全年降水量的48%，降水量分布与农作物主要生长时期的供水需求相吻合。
2.1.3
季变化。从各季降水量来看，以夏季最多，为378.4 mm，占全年降水量的61%；秋季次之，为119.9 mm，占全年降水量的19%；春季降水量为99.9 mm，占全年降水量的16%；冬季最少，为25.0 mm，仅占全年降水量的4%。故周村区具有冬季雨雪稀少、春秋易旱、盛夏易涝的气候特点。
从图2可以看出，近37年周村区年降水量总体呈增加趋势主要由春、夏、秋季降水量的增加所致，变化趋势大小依次为1.2、17.2、7.1 mm/10 a，其中，夏季降水量增加趋势最显著。冬季降水量总体变化趋势不明显，呈略微减少趋势，趋势为-0.2 mm/10 a。
2.2 降水变率
由表3可见，周村区年降水量的绝对变率为127.0 mm，相对变率为20%，表示年降水量的平均变幅为±127.0 mm，平均变化范围为496.2～750.2 mm。从各月来看，12月相对变率最大，为91%，其次是11和1月，均在80%以上；7月相对变率最小，为40%，其次是6和8月，均为45%。
2.3 旱涝特征分析及其对农业的影响
2.3.1
全年旱涝分析。由表4～5可见，1979—2015年周村区极涝（1级）年份仅1年，出现在2004年，占总年份的3%；大涝（2级）年份有3年，占总年份的8%；偏涝（3级）年份有7年，占总年份的19%；正常（4级）年份有15年，占总年份的41%；偏旱（5级）年份有5年，占总年份的14%；大旱（6级）年份有4年，占总年份的11%；极旱（7级）年份有2年，占总年份的5%，分别出现在1989和2014年。
2.3.2
春季旱涝分析及其对农业的影响。春季是周村区春播和冬小麦拔节、抽穗、灌浆期，需要良好的墒情和充足的水分供应。但春季大风天数多、气温回升快，土壤水分流失快，降水多寡会直接影响春播作物的播种进度和冬小麦的后期生长。Z指标统计结果表明，周村区春季旱涝相当，近37年中各有10年出现了不同程度的旱灾或涝灾。从实际灾情数据来看，略偏旱或偏涝对作物的影响不大，即忽略偏旱或偏涝2个等级后，发现春旱的频率大于春涝，平均4.6年出现1次有影响的春旱（大旱及以上等级），平均7.4年出现1次春涝（大涝及以上等级），且春旱对农业的影响远大于春涝，特别是春旱与其他季节相连导致的长时间干旱对作物的影响更大，损失惨重。如1981年先遭受春旱，后遭受秋旱，同时与来年的冬、春旱相连，致使当年冬小麦出苗不全，来年小麦返青、拔节、抽穗及乳熟等各发育期均受到影响，减产严重。1986、2014年春旱严重，导致部分春播作物凋萎枯亡，冬小麦减产。
2.3.3
夏季旱涝分析及其对农业的影响。夏季是周村区降水量最为集中的时段，多数年份能够满足夏季作物生长对水分的需求。Z指标统计结果表明，37年中正常年份为21年，占57%；有7年发生不同程度的旱灾，其中极旱2年、大旱3年，平均7.4年出现1次较严重的夏旱。尤其1989年，夏季降水量仅占历年平均降水量的34%，特别是7—8月降水量仅为52.1 mm，占历年平均降水量的17%，加上秋季连旱，造成几十年来特大旱灾，夏玉米等农作物严重减产。2002年8月降水量仅为15.2 mm，刷新历史最小极值，对夏季作物造成严重影响。2014年夏季降水量为历史次少年份，春夏连旱，玉米减产，有的山旱田地段甚至绝产，对农业生产造成严重损失。夏季偏涝年份有9年，略多于偏旱年份，其中，极涝2年、大涝4年。较严重的涝灾平均6.2年出现1次。2004、1995年因夏季降水量明显偏多，部分农田有不同程度的内涝发生，对农作物产量有一定影响。
2.3.4
秋季旱涝分析及其对农业的影响。秋季是秋收秋种的关键时段。由于入秋后雨量骤减，周村区大部分年份仅靠自然降水不能满足冬小麦播种、出苗的要求。Z指标统计结果表明，37年中有12年出现了不同程度的秋旱，其中极旱2年、大旱4年，平均6.2年出现1次较严重的秋旱。最严重的秋旱出现在1988年，秋季降水量仅为7.9 mm，加之气温偏高，造成秋播困难，造墒播种后，冬小麦出苗较差，减产严重。另有11年为涝年，其中，极涝2年、大涝3年，较严重的涝灾平均7.4年出现1次。如2003年秋季降水量达307.3 mm，为常年降水量的2.6倍，造成全区多数农田内涝，冬小麦播种期推迟。 3 结论与讨论
（1）1979—2015年周村区降水量呈不显著的增加趋势，倾向率为25.4 mm/10 a；全年降水量主要集中在4—10月，占全年降水量的90%，且高度集中于盛夏7、8月份，占全年降水量的48%。全年7月份降水量最多，1月份降水量最少。
（2）近37年来周村区春、夏、秋季降水量均呈增加趋势，傾向率分别为1.2、17.2、7.1 mm/10 a，冬季降水量呈略微减少趋势，倾向率为-0.2 mm/10 a。
（3）近37年来周村区偏旱、偏涝年份各11年，正常年份15年。周村区旱涝灾害发生的特点是旱涝并重，且呈阶段性和季节性。
（4）在全球气候变暖的大背景下，旱、涝及大风、冰雹等灾害发生的不确定性进一步加剧，但就影响而言，周村区在指导农业生产和发展农村经济工作中，应首先考虑以抗旱为主，兼顾防涝，建议从以下几个方面采取应对措施：①政府决策部门应根据自然环境和农业自然灾害发生规律，因地制宜制定减灾应急预案，确定农业生产避灾减灾的种植模式，提高农业适应气候变化的能力。②气象部门应加强气候变化领域的基础研究，积极开展气象预测、监测的科研、服务、应用，以提高对极端天气事件的预报、预警能力，达到减灾防灾的目的，以最大限度减少极端气象事件对农业的影响。③农业部门应加强农业基础设施建设。加强农田基本水利、灌溉设施的建设和低产田土改造，增强各地抗旱、排涝与防渍的能力，提高农业抵御气象灾害的能力，增强农业的稳定性。农田水利建设需要强调节水、科学灌溉，研制适应气候变化的农业生产新工艺，开发自动化、智能化农业生产技术，强化综合防治自然灾害的工程设施建设。
参考文献
[1] 李聪，肖子牛，张晓玲.近60年中国不同区域降水的气候变化特征[J].气象，2012，38（4）：419-424.
[2] 廉丽姝，李为华，朱平盛.山东省近40年气候变化特征[J].气象科技，2006，34（1）：57-61.
[3] 卢兆民，姜冬梅，赵敏芬，等.淄博市近40年降水及气温时空特征分析[J].安徽农业科学，2010，38（21）：11216-11219.
[4] 杨观竹.陕西省年、月降水量的理论频数分布[J].高原气象，1983，2（2）：36-41.
[5] 魏凤英，张京江.华北地区干旱的气候背景及其前兆强信号[J].气象学报，2003，61（3）：354-363.
[6] 张书余.干旱气象学[M].北京：气象出版社，2007：76.
[7] 李海凤，戴诚，王先芸.莘县近50年旱涝特征分析[J].山东气象，2008，28（4）：35-37.
关键词 降水量；旱涝特征；农业影响；周村区
Characteristics of Drought and Flood and Its Influence on Agriculture in Zhoucun District in Recent 37 Years
WANG Xian-yun1，WANG Yuan-yuan1，LI Hai-feng2 et al
（1.Zhoucun District Meteorological Bureau of Zibo City，Zibo，Shandong 255300；2.Shenxian County Meteorological Bureau，Shenxian，Shandong 252400）
Abstract Using the precipitation data of Zhoucun District from 1979 to 2015， the month， seasonal and interannual distribution characteristics and changes trend of precipitation in Zhoucun District in recent 37 years were analyzed by using modern climatological diagnosis methods such as precipitation variability， linear trend and sliding t test.Using Z index to analyze the characteristics of drought and flood in Zhoucun District and its influence on agriculture.The results showed that the precipitation increased in Zhoucun District from 1975 to 2015， and the precipitation in spring， summer and autumn showed an increasing trend， and the precipitation in winter showed a slight decrease trend.The annual precipitation in Zhoucun District was mainly concentrated in April to October， accounting for 90% of the annual precipitation， the most precipitation in July， the least precipitation in January.Partial drought and partial floods was 11 years，respectively，normal year was 15 years in Zhoucun District in recent 37 years.
Key words Precipitation； Drought and flood characteristics；Agricultural impact； Zhoucun district
在全球变暖背景下，作为气候对人类最关键的影响因素之一——降水呈现出不同的响应。李聪等[1]研究指出，我国降水量大多呈减少趋势，但具有明显的区域特征。也有研究表明，山东省年降水量呈下降趋势[2]，位于山东省中部的淄博市年降水量却呈缓慢增加趋势，增幅为15.0 mm/10 a[3]。周村区位于山东省中部城市淄博市的西部，地势南高北低，南部多为丘陵，北部为平原，属暖温带大陆性季风气候，四季分明，雨热同季，光照充足，无霜期较长，为农业生产的发展提供了比较充足的气候资源。但由于降水量分布不均，旱澇灾害时有发生，常给国民经济建设和农业生产的发展造成严重损失。笔者利用现代气候学诊断方法，对1979—2015年周村区降水资料进行分析，揭示周村区降水变化规律和旱涝特征，分析其对农业的影响，以期为趋利避害和促进农业可持续发展提供参考。
1 资料与方法
利用周村区1979—2015年逐月、年降水量资料，采用降水变率[4]、线性趋势和滑动t检验[5]等现代气候学诊断方法，对周村区降水量的变化趋势进行分析，并进行显著性检验，采用Z指标计算公式[6]和旱涝等级划分标准（表1）对近37年来周村区降水量进行旱涝特征分析，并总结对农业的影响。四季划分为春季（3—5月）、夏季（6—8月）、秋季（9—11月）、冬季（12月—次年2月）。
降水变率是表示降水量年（或季、月）际变化的一个重要指标，降水变率分为绝对变率和相对变率。降水变率大小反映降水的稳定性或可靠性。一个地区降水丰富、变率小，表明水资源利用价值高。降水变率越大，表明降水越不稳定，往往反映该地区旱涝频率较高[7]。在分析降水量长期变化时，用平均绝对变率和平均相对变率进行分析更具代表性，分别表示降水量绝对变率和相对变率的多年平均变化值。其计算公式为： 平均绝对变率=n1|Ri-|n
平均相对变率=平均绝对变率×100%
式中，n为样本数，Ri为某时段降水量，为该时段历年平均降水量。
2 结果与分析
2.1 降水量变化特征
2.1.1 年变化。从图1可以看出，1979—2015年周村区年降水量平均为623.2 mm，年最多降水量为972.9 mm，出现在2004年；年最少降水量仅为264.4 mm，出现在1989年。近37年来周村区年降水量总体上略呈缓慢增加趋势，变化趋势不显著（没有通过α=0.10的显著性检验），增幅为25.4 mm/10 a，近37年年降水量增加94.0 mm。其中，降水偏多年份有21年，降水偏少年份有16年。降水偏多年份中，除2004、1995年分别较历年平均降水量（623.2 mm）偏多6成、4成外，其余19年年降水量偏多范圍均在3成以内；降水偏少年份中，除1989、2014、2002年分别较历年平均降水量偏少6成、5成、4成外，其余13年年降水量偏少范围均在3成以内。
2.1.2
月变化。由表2可见，周村区降水量以1月最少，其次是12月，分别为5.7、8.7 mm，均占全年降水量的1%；进入2、3月，降水呈增加趋势，但增加幅度不明显；4—6月降水增加幅度变大，7月降水量达到全年最多，为154.9 mm；8月降水量为全年次多，达145.8 mm，9—11月降水量趋于依次明显减少趋势。周村区全年降水量主要集中在4—10月，占全年降水量的90%；高度集中于盛夏7—8月，占全年降水量的48%，降水量分布与农作物主要生长时期的供水需求相吻合。
2.1.3
季变化。从各季降水量来看，以夏季最多，为378.4 mm，占全年降水量的61%；秋季次之，为119.9 mm，占全年降水量的19%；春季降水量为99.9 mm，占全年降水量的16%；冬季最少，为25.0 mm，仅占全年降水量的4%。故周村区具有冬季雨雪稀少、春秋易旱、盛夏易涝的气候特点。
从图2可以看出，近37年周村区年降水量总体呈增加趋势主要由春、夏、秋季降水量的增加所致，变化趋势大小依次为1.2、17.2、7.1 mm/10 a，其中，夏季降水量增加趋势最显著。冬季降水量总体变化趋势不明显，呈略微减少趋势，趋势为-0.2 mm/10 a。
2.2 降水变率
由表3可见，周村区年降水量的绝对变率为127.0 mm，相对变率为20%，表示年降水量的平均变幅为±127.0 mm，平均变化范围为496.2～750.2 mm。从各月来看，12月相对变率最大，为91%，其次是11和1月，均在80%以上；7月相对变率最小，为40%，其次是6和8月，均为45%。
2.3 旱涝特征分析及其对农业的影响
2.3.1
全年旱涝分析。由表4～5可见，1979—2015年周村区极涝（1级）年份仅1年，出现在2004年，占总年份的3%；大涝（2级）年份有3年，占总年份的8%；偏涝（3级）年份有7年，占总年份的19%；正常（4级）年份有15年，占总年份的41%；偏旱（5级）年份有5年，占总年份的14%；大旱（6级）年份有4年，占总年份的11%；极旱（7级）年份有2年，占总年份的5%，分别出现在1989和2014年。
2.3.2
春季旱涝分析及其对农业的影响。春季是周村区春播和冬小麦拔节、抽穗、灌浆期，需要良好的墒情和充足的水分供应。但春季大风天数多、气温回升快，土壤水分流失快，降水多寡会直接影响春播作物的播种进度和冬小麦的后期生长。Z指标统计结果表明，周村区春季旱涝相当，近37年中各有10年出现了不同程度的旱灾或涝灾。从实际灾情数据来看，略偏旱或偏涝对作物的影响不大，即忽略偏旱或偏涝2个等级后，发现春旱的频率大于春涝，平均4.6年出现1次有影响的春旱（大旱及以上等级），平均7.4年出现1次春涝（大涝及以上等级），且春旱对农业的影响远大于春涝，特别是春旱与其他季节相连导致的长时间干旱对作物的影响更大，损失惨重。如1981年先遭受春旱，后遭受秋旱，同时与来年的冬、春旱相连，致使当年冬小麦出苗不全，来年小麦返青、拔节、抽穗及乳熟等各发育期均受到影响，减产严重。1986、2014年春旱严重，导致部分春播作物凋萎枯亡，冬小麦减产。
2.3.3
夏季旱涝分析及其对农业的影响。夏季是周村区降水量最为集中的时段，多数年份能够满足夏季作物生长对水分的需求。Z指标统计结果表明，37年中正常年份为21年，占57%；有7年发生不同程度的旱灾，其中极旱2年、大旱3年，平均7.4年出现1次较严重的夏旱。尤其1989年，夏季降水量仅占历年平均降水量的34%，特别是7—8月降水量仅为52.1 mm，占历年平均降水量的17%，加上秋季连旱，造成几十年来特大旱灾，夏玉米等农作物严重减产。2002年8月降水量仅为15.2 mm，刷新历史最小极值，对夏季作物造成严重影响。2014年夏季降水量为历史次少年份，春夏连旱，玉米减产，有的山旱田地段甚至绝产，对农业生产造成严重损失。夏季偏涝年份有9年，略多于偏旱年份，其中，极涝2年、大涝4年。较严重的涝灾平均6.2年出现1次。2004、1995年因夏季降水量明显偏多，部分农田有不同程度的内涝发生，对农作物产量有一定影响。
2.3.4
秋季旱涝分析及其对农业的影响。秋季是秋收秋种的关键时段。由于入秋后雨量骤减，周村区大部分年份仅靠自然降水不能满足冬小麦播种、出苗的要求。Z指标统计结果表明，37年中有12年出现了不同程度的秋旱，其中极旱2年、大旱4年，平均6.2年出现1次较严重的秋旱。最严重的秋旱出现在1988年，秋季降水量仅为7.9 mm，加之气温偏高，造成秋播困难，造墒播种后，冬小麦出苗较差，减产严重。另有11年为涝年，其中，极涝2年、大涝3年，较严重的涝灾平均7.4年出现1次。如2003年秋季降水量达307.3 mm，为常年降水量的2.6倍，造成全区多数农田内涝，冬小麦播种期推迟。 3 结论与讨论
（1）1979—2015年周村区降水量呈不显著的增加趋势，倾向率为25.4 mm/10 a；全年降水量主要集中在4—10月，占全年降水量的90%，且高度集中于盛夏7、8月份，占全年降水量的48%。全年7月份降水量最多，1月份降水量最少。
（2）近37年来周村区春、夏、秋季降水量均呈增加趋势，傾向率分别为1.2、17.2、7.1 mm/10 a，冬季降水量呈略微减少趋势，倾向率为-0.2 mm/10 a。
（3）近37年来周村区偏旱、偏涝年份各11年，正常年份15年。周村区旱涝灾害发生的特点是旱涝并重，且呈阶段性和季节性。
（4）在全球气候变暖的大背景下，旱、涝及大风、冰雹等灾害发生的不确定性进一步加剧，但就影响而言，周村区在指导农业生产和发展农村经济工作中，应首先考虑以抗旱为主，兼顾防涝，建议从以下几个方面采取应对措施：①政府决策部门应根据自然环境和农业自然灾害发生规律，因地制宜制定减灾应急预案，确定农业生产避灾减灾的种植模式，提高农业适应气候变化的能力。②气象部门应加强气候变化领域的基础研究，积极开展气象预测、监测的科研、服务、应用，以提高对极端天气事件的预报、预警能力，达到减灾防灾的目的，以最大限度减少极端气象事件对农业的影响。③农业部门应加强农业基础设施建设。加强农田基本水利、灌溉设施的建设和低产田土改造，增强各地抗旱、排涝与防渍的能力，提高农业抵御气象灾害的能力，增强农业的稳定性。农田水利建设需要强调节水、科学灌溉，研制适应气候变化的农业生产新工艺，开发自动化、智能化农业生产技术，强化综合防治自然灾害的工程设施建设。
参考文献
[1] 李聪，肖子牛，张晓玲.近60年中国不同区域降水的气候变化特征[J].气象，2012，38（4）：419-424.
[2] 廉丽姝，李为华，朱平盛.山东省近40年气候变化特征[J].气象科技，2006，34（1）：57-61.
[3] 卢兆民，姜冬梅，赵敏芬，等.淄博市近40年降水及气温时空特征分析[J].安徽农业科学，2010，38（21）：11216-11219.
[4] 杨观竹.陕西省年、月降水量的理论频数分布[J].高原气象，1983，2（2）：36-41.
[5] 魏凤英，张京江.华北地区干旱的气候背景及其前兆强信号[J].气象学报，2003，61（3）：354-363.
[6] 张书余.干旱气象学[M].北京：气象出版社，2007：76.
[7] 李海凤，戴诚，王先芸.莘县近50年旱涝特征分析[J].山东气象，2008，28（4）：35-37.