安徽淮河流域不同级别降水时空变化及对农业影响分析

徐 燕，周亮广

1.滁州学院地理信息与旅游学院，滁州,23900；2.曲阜师范大学地理与旅游学院，日照,276800

安徽淮河流域不同级别降水时空变化及对农业影响分析

徐 燕1,2，周亮广1

1.滁州学院地理信息与旅游学院，滁州,23900；2.曲阜师范大学地理与旅游学院，日照,276800

利用淮河流域安徽段1951-2007年的逐日降水量数据，运用气候倾向率、趋势系数等方法分析不同级别的降水的年际变化；通过空间克里格插值分析不同级别降水的空间分布；并进一步分析各级降水对旱涝灾害的影响。结果表明：1951—2007年淮河流域安徽段年降水总量和总雨日有显著增加趋势，气候倾向率分别为34.2 mm/10a和2.34 d/10a；大雨强度气候倾向率为-0.28 mm/10a，下降趋势明显。50多年来，小雨强度的变化幅度总体上是由西南向东北递减，总雨日的变化幅度总体上是由东南向西北递减(滁州站例外)，六安站都是高值中心，增加趋势最为明显。降水强度和降水总量对旱涝灾受灾情况影响最为显著。

不同级别降水；时空变化；气候倾向率；安徽淮河流域

1 相关研究与问题提出

淮河流域位于我国的东部，长江流域和黄河流域之间，在我国南北气候过渡带上，深受东亚季风的影响，降水的时空差异显著，气象灾害频发，对该地区的农业影响显著。淮河流域在安徽境内总面积约6.7万km2，其中耕地面积约2827.28 khm2，占安徽省耕地总面积的68.22%，其农业地位在安徽省举足轻重[1]。我国是受季风影响显著的国家，主要的农业区也分布在季风区，在平均年降水总量在20世纪60年代到90年代有下降趋势，1990年代后回升的降水变化特征的基础上[2-3]，分析降水及其对农业的影响已有很多的研究成果。

基于降水的时空变化角度的研究有江俊杰等[4-5]利用Mann-kendall和Morlet小波分析等方法，分析了40多年来安徽省冬、夏季降水量有显著增加的趋势，而春秋季降水量随时间的变化不显著。但是此类研究是基于季节降水量的研究，没有涉及不同级别降水量的变化趋势。黄勇等[6-8]将降水量划分为不同的降水级别，分析了安徽省不同级别降水的变化特征，研究结果对于预防旱涝灾害具有参考意义，但是研究数据只参考了个别站点的降水量，还有待深入研究才能得到准确性更高的结果。此外，还有很多学者运用不同的方法针对不同的区域进行了降水的时空分布特征的研究[9-12]。

基于降水及其对农业影响研究的有：崔步礼等[13-14]利用滑动平均等方法研究山东省部分地区的降水变化特征对农业的影响，并结合研究结果为农业生产提出了科学的建议。瞿汶等[15-16]对甘肃省近43年降水情况进行了研究，发现该地区降水资源发生了显著变化。刘德祥等[17]通过不同降水量的差值对西北地区降水变化及对农业影响进行分析。

基于流域尺度的研究也有许多成果，如对黄河流域降水时空分布特征的分析[18]，有利于该区域水资源的合理配置。对淮河流域降水时空分布特点的研究[19]，对治理流域内频发的洪涝灾害具有重要的指导意义。汉江中下游流域的降水量的周期特征[20]也表明该流域防洪压力大，但是研究的方法只涉及小波分析和R/S分析法，分析结果的准确性和可信度还有待提高。蒋跃林等[21]利用降水效益系数来分析降水对农作物产量的影响，并结合江淮分水岭地区农业的特点确定干旱指标，研究结果为农业生产提供了参考。对珠江流域降水的研究[22]表明，降水强度有所加强，而降水日数有所下降，为涝灾的预防有一定指导意义。

本文依据降水强度分级指标[23]，将淮河流域安徽段各气象站点的日降水量划分成不同的级别，研究不同级别降水的时空变化，并分析对旱涝灾害的影响，旨在为该流域农业生产提供理论依据。

2 数据来源与研究方法

淮河流域安徽段1951—2007年逐日降水量数据来源于各市、县气候资料处理部门逐月上报的《地面气象记录月表》，所选站点有寿县、六安市、滁州、蚌埠、阜阳、宿州、亳州(图1)。依据降水强度分级指标，将24小时内降水量在(0,10)毫米之间归为小雨；24小时内降水量在[25,50)毫米之间归为大雨，24小时内降水量在50毫米及以上的归为暴雨。本文选取淮河流域安徽段7个站点的小雨、大雨、暴雨数据，计算各级降水的气候倾向率、趋势系数(r)，并对其进行时空分析，采用趋势分析研究不同级别降水对农业的影响。

图1 安徽淮河流域地理位置图

2.1 气候倾向率

Y=a+bt

(1)

式中，Y为气候要素拟合值(即降水要素),t为时间(即1951-2007年),b·10称为气候倾向率，表示气候要素(即降水要素)每10 a 的变化率；a的符号反映气候要素随时间增加(正号)或减少(负号)的变化趋势。

2.2 趋势系数(r)

(2)

(3)

2.3 空间插值法

在计算各级降水的气候倾向率后，在ArcGIS中利用Kriging插值观察其空间分布规律。

2.4 趋势分析

计算旱涝灾害受灾面积占播种面积的百分比，利用趋势分析方法研究不同级别降水与旱涝灾害受灾率的相关关系。

3 淮河流域安徽段不同级别降水时空变化

3.1 各级降水的年际变化

由1951-2007年淮河流域安徽段不同级别降水的年际变化可知，年小雨量、年大雨量、年暴雨量以及年降水总量在1951-2007年有波动增加的变化，但是年小雨量、年大雨量以及年暴雨量的总体趋势变化不显著(在0.05水平下未通过显著性检验)，年降水总量有显著的增加趋势(在0.05水平下通过了显著性检验)。其中，年小雨量的线性倾向率为6.35 mm/10a，年均大雨量的线性倾向率为3.56 mm/10a，年均暴雨量的线性倾向率为7.97 mm/10a，年总降水量的线性倾向率为34.2 mm/10a(图2)。暴雨量和总降水量的增加趋势较小雨量和大雨量更为明显。

小雨强度、大雨强度、暴雨强度和降水总强度在1951-2007年有波动变化，其中，大雨强度下降趋势最为显著(在0.05水平下通过显著性检验)，其他各级降水强度变化不明显(在0.05水平下未通过显著性检验)。小雨强度的线性倾向率为0.02 mm/10a，增加趋势不明显；大雨强度的线性倾向率为-0.28 mm/10a，有明显的减少趋势(图2)；暴雨强度的线性倾向率为-1.22 mm/10a，下降趋势不明显；降水总强度的线性倾向率为0.09 mm/10a，增加趋势不明显。

年小雨日、年大雨日、年暴雨日以及总雨日在1951-2007年有波动增加的变化，但是年小雨日、年大雨日以及年暴雨日的总体趋势变化不显著(在0.05水平下未通过显著性检验)，只有总雨日有显著的增加趋势(在0.05水平下通过了显著性检验)。小雨日线性倾向率为1.6 d/10a，大雨日的线性倾向率为0.14 d/10a，暴雨日的线性倾向率为0.13 d/10a，总雨日的线性倾向率为2.34 d/10a(图2)。

图2 1951-2007年各级降水的年际变化

3.2 淮河流域安徽段各站点各级降水的时空变化

对淮河流域安徽段7个站点的各级降水随时间变化情况进行分析(表1)，发现蚌埠站的总雨量、总雨日和大雨强度，亳州站的暴雨强度，阜阳站的小雨强度，六安站的总雨日、年小雨量、小雨日、小雨强度，寿县站的总雨日在1951-2007年有显著增加的变化。

表1 各站点各级降水随时间变化的趋势系数

注：*和**分别表示通过0.05和0.01的显著性水平检验，下同。

从各级降水的气候倾向率看(表2)，各地的大雨量和暴雨量、大雨日和暴雨日以及年降水强度的时间趋势变化均未达显著水平。蚌埠、滁州的各级降水都是增加的趋势；亳州站的大雨强度有微弱的减少，其他各级降水均增加；阜阳的小雨日、大雨强度和暴雨强度呈下降趋势，其余各级降水呈增加趋势；位于大别山区的六安，其暴雨强度有所减少，其他各级降水有所增加；寿县站大雨级别的降水呈下降趋势，其他级别降水均增加；宿州的各级降水变化趋势均不明显，其中小雨强度、大雨强度、暴雨量、降水总量和降水强度有微弱的减少，其他各级降水有微弱的增加。

表2 各站点各级降水的气候倾向率

对各站点各级别降水的气候倾向率分析表明，小雨强度和总雨日的气候倾向率变化最为显著，故进一步分析其空间分布(图3)。由淮河流域安徽段小雨强度的气候倾向率分布可以看出，小雨强度的变化幅度总体上是由西南向东北递减；六安站为高值中心，小雨强度增加趋势最为明显，气候倾向率为0.09 mm/10a，并且通过了0.01水平下的显著性检验。宿州站为低值中心，变化最为微弱且为负值(即微弱的减少趋势)，气候倾向率为-0.01 mm/10a。

图3 淮河流域安徽段小雨强度与总雨日的气候倾向率分布

由淮河流域安徽段总雨日的气候倾向率分布可以看出，总雨日的变化幅度总体上是由东南向西北递减(滁州站例外)；六安站总雨日增加趋势最为明显，气候倾向率为4.11 d/10a，并且在0.05水平下通过显著性检验。阜阳站和亳州站总雨日的增加趋势最为微弱，气候倾向率分别为0.29 d/10a和0.72 d/10a。

3.3 不同级别降水对农业的影响3.3.1 旱涝灾害受灾面积的年际变化

安徽省1989年播种面积为12 358.2万亩，到2007年播种面积达到了13280.8万亩，播种面积近20年来有所增加，但是旱涝受灾面积也有所变化。对1989-2007年旱、涝灾受灾面积和播种面积数据进行处理，计算旱、涝灾受灾面积占播种面积百分比，并对其进行分析。

由图4可见，(1)从旱涝灾害的比较看，1989年和1990年旱涝灾受灾的百分比相差不大；1991年涝灾面积占播种面积的百分比达到60%以上，为研究时段中的最大值；从1992年起至2001年几乎都是旱灾受灾面积占播种面积的百分比高于涝灾，其中1993年、1996年、1998年的旱涝灾受灾情况极为接近，都在20%左右；2002年之后，大多是涝灾受灾面积占播种面积的百分比高于旱灾，其中，2004年和2006年旱灾受灾面积占播种面积的百分比略高于涝灾。(2)从旱涝灾害分项看，旱灾面积占播种面积的百分比在2001年之后有下降的趋势，从1989-2007年间旱灾受灾面积占播种面积的百分比在0.1～50.0之间波动，波动大；涝灾受灾面积占播种面积的百分比与旱灾相比波动比较小，在0.2～35.0之间(1991年例外)。(3)总体而言，安徽省旱灾受灾情况比涝灾严重。

图4 1989-2007年旱涝灾受灾面积占播种面积百分比的年际变化

3.3.2 不同级别降水对农业的影响

在分析各级别降水与旱、涝灾受灾面积占播种面积百分比的关系中发现，旱灾受灾面积占播种面积的百分比随降水的增多而减小，其中与总雨日、暴雨强度、大雨强度、小雨量、小雨日、小雨强度关系不大，相关性不高。但是旱灾受灾面积占播种面积的百分比与年降水总量、降水强度、暴雨量、暴雨日、大雨量以及大雨日关系密切(均通过显著性检验)，尤以降水强度和降水总量与其相关性最高(图5)。

图5 1989-2007年安徽省旱灾面积占播种面积的百分比与各级降水的关系

涝灾占播种面积的百分比随降水的增加而增大，其中与小雨量、小雨日、小雨强度、大雨强度、总雨日关系不大，但与大雨量、大雨日、暴雨量、暴雨日、暴雨强度、降水总量、降水强度关系密切(均通过显著性检验)，特别与暴雨量、暴雨日、暴雨强度、降水总量以及降水强度关系密切(在0.01水平下皆通过了显著性检验)(图6)。

对于各级雨量与旱涝灾害的关系分析中发现，小雨级别的降水对旱涝灾害的影响小，说明为更好地进行防涝防旱和农业生产，要特别注重对大雨以上级别的降水的研究。

4 结论与讨论

淮河流域安徽段各级降水在1951-2007年间年总降水量和总雨日有显著的增加趋势；气候倾向率分别为34.2 mm/10a和2.34 d/10a；大雨强度气候倾向率为-0.28 mm/10a，下降趋势明显。

在淮河流域安徽段7个站点气候倾向率的分析中发现，各站点的大雨量和暴雨量、大雨日和暴雨日以及年降水强度的时间趋势变化均不明显。小雨强度的变化幅度总体上是由西南向东北递减；六安站为高值中心，小雨强度增加趋势最为明显；宿州站为低值中心。总雨日的变化幅度总体上是由东南向西北递减(滁州站例外)；六安站总雨日增加趋势最为明显,气候倾向率为4.11 d/10a。

在安徽省1989-2007年旱涝灾的分析中发现，安徽省旱灾受灾情况比涝灾严重，且旱灾受灾面积占播种面积波动大，波动幅度在0.1%～50.0%之间；涝灾受灾面积占播种面积的百分比与旱灾相比波动比较小，基本在0.2%～35.0%之间。研究发现，降水强度和降水总量对旱涝灾害影响最大，趋势分析的结果最显著。

图6 1989—2007年安徽省涝灾受灾面积占播种面积的百分比与各级降水的关系

总之，分析不同级别降水的时空变化，揭示不同级别降水时空分布的特征，对防涝防旱和农业生产具有重要的指导意义。

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(责任编辑：刘小阳)

10.3969/j.issn.1673-2006.2017.11.029

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A

1673-2006(2017)11-0118-06

2017-06-10

安徽高校人文社科重点研究基地项目(SK2015A176)；滁州学院科技创新团队支持计划项目(CXTD201105)；安徽省高校省级质量工程项目(2014jyxm371)；安徽省地理信息集成应用协同创新研究中心项目资助。

徐燕(1992-)，安徽舒城人，硕士研究生，研究方向：地图学与地理信息系统。