第28卷第6期 2008年12月 水文 Vo1.28 No.6 Dec..2008 JOURNAL OF CHINA HYDROLOGY 苏州1956年以来的降水变化及其空间差异研究 陈德超 ,张晓波 ,陆建伟 ,黄 铿。 (1.苏州科技大学环境科学与工程学院,江苏 苏州 215011; 2.江苏省水文水资源勘测局苏州分局,江苏 苏州 215006; 3.南京大学地理与海洋科学学院,江苏 南京 210093; 4.江苏省环境科学与工程重点实验室,江苏 苏州 215011) 摘要:本文采用苏州大市自1956年以来的逐月降水观测数据,运用距平百分率(R)分析和GIS技术,对该地区近半个 世纪来的降水变化特征及其空间分异规律进行研究。首先系统分析了1956 ̄2006年苏州降水的年际、年内变化特征。并 参照国际标准评价其降水正常概率;然后分别从苏州市域和城郊对比的角度,探讨了多年平均降水的区域差异及其与 城市化的关系。 关键词:苏州;降水变化;空间差异;气象统计方法 中图分类号:P332.1 文献标识码:A 文章编号:lo00—0852(2008)06—0068—05 近百年来,以全球变暖为主要特征的全球气候与环境发生 了重大变化,气候变化问题目前已成为人类共同面临的严峻挑 战[1-21。降水是区域气候的基本要素之一,也是水资源主要的补 给来源。苏州地处长江三角洲中部,太湖流域的下游,属北亚热 带季风海洋性气候,又长期处在我国的梅雨区[31。近半世纪来, 苏州城市化发展迅猛,城市雨岛效应可能是苏州降水量变化及 城郊分异的一个不可忽视的因素翻。类似的研究,在区域降水的 时空差异上及统计分析的方法上已比较成熟 ,但对具体的区 域,影响降水的特色原因的探讨上略显薄弱。研究苏州地区降水 时空分布特征及其变化趋势,不仅有助于推动该地区的更深入 的气候变化研究,为政府相关部门提供决策依据,而且对我们认 识长江下游地区的水资源变化也有重要的意义。 1资料与方法 1.1 资料来源 图1本文采用的苏州市主要雨量站分布图 1.2研究方法 本研究所需的基础资料来源于江苏省水文水资源勘测局苏 对长时间、广地域降水序列的研究,为凸显其特征,本研究 运用气象统计方法,在Excel、SPSS、ArcView等软件中对近51 年来的降水数据进行处理。主要的统计变量包括: 州分局,并以历年《苏州统计年鉴》和南京大学大气科学系资料 为补充。苏州市域现有雨量观测站27处(不包括太湖水面),根 据研究需要,本文选用9个主要站点(见图1)的1956~2006年 的逐月降水数据。具体包括:望亭、瓜泾口、湘城、常熟、平望、浏 河闸1956 ̄2006年逐月降水量,昆山1960~2006年逐月降水 ∑ (1)均值: L 量,张家港闸1962-2006年逐月降水量,枫桥1983~2006年逐 月降水量。数据来源权威,其可靠性、时间分辨率和连续性均能 满足本文的要求。 … 孽n 收稿日期:2008—03—10 基金项目:江苏省高校自然科学基金(07KJD170191)和苏州科技学院科研基金(Z1080)项目 作者简介:陈德超(1973一),男,山东枣庄人,副教授,博士,硕士生导师。主要从事城市化与水环境演变、环境规划与管理等研究。 第6期 陈德超等:苏州1956年以来的降水变化及其空间差异研究 69 (3)距平百分率:R: 刍 x100% (4)降水变差系数:c 鲁=—・V—— / (nM -1一 式中: 为样本值;M为样本均值。 另外,为了研究降水空间分异规律,在ArcView软件中还运 用了IDW(InverseDistanceWeighted)内插方法。 2苏州1956年以来的降水变化特征 苏州市地处太湖流域的下游,以太湖为中心的浅碟形平原 的底部,境内河湖众多,是典型的平原水网地区。苏州市东与上 海市接壤,南连浙江的嘉兴、湖州,西及西南与无锡毗邻,北枕长 江,南依太湖,是江苏省最东南部的省辖市。全市位于北纬30。 47 ~32o02 、东经119。55 ~121。20 之间,属于北亚热带湿润性季 ( 风海洋性气候,四季分明,气候温和,雨量充沛。8 R 6 % ∞ 2 O 2.1 苏州1956年以来降水年际变化特征 根据雨量站1956—20o6年的资料统计,苏州市多年平均 降水量为1 115.7mm,样本标准差为235.4mln, 值为O.2l (见表1)。最大年均降水量为1783.1mm,出现在1999年,最 小年均降水量为594.6mm,出现在1978年,倍比为3.0,降 水年际变化较大。 表1 苏州市1956-2006年实测降水资料统计表 l l 统计参数 统计年限 lI 统计年数 卜I均值_—————.(mm)I1^ S(——————广———~mm) l 1956-2006 51 1 1 15.7 235.4 0.21 据苏州市1956 ̄2006年降水累积距平百分率(见图2)分 析,近51年来有5个时段雨量偏少:1966—1970年、1971~ 1975年、1976-1980年、1986-1990年、2001~2006年,其中 降水量最少的是1971-1975年, 一12.5%,年降水量最小值 是594.6ram(1978年),R=一46.7%;有5个时段雨量偏多: 1956-1960年、1961~1965年、1981~1985年、1991~1995年、 1996-2000年,其中最多的是1996~2000年,R=14.6%,年雨 量最大值是1 783.1mm(1999年),R=59.8%。近51年来,降 水偏多与偏少的年数大致相当,说明研究区域近半世纪来降水 量基本正常。 图2苏州市1956-2006年降水累积距平百分率(R) 由图3可知:(1)1956~1978年,曲线较稀疏,降水波动小, 1979~2006年,曲线较稠密,降水波动大。(2)以1978年为界,前 段降水有减少的趋势,而后段增加的趋势明显,其变化呈典型 的正敞“V”型走势。在今后一段时期内,降水可能仍然会增加, 这和全球变暖可能导致沿海局部地区的降水增加相吻合[1J。 4 1956 1962 1968 1974 1980 1986 1992 1998 2004 1959 1965 1971 1977 1983 1989 1995 2001年 图3 1956-2006年苏州市降水距平百分率曲线和降水趋势线 根据国际标准,R 50%为涝,50%>R>25%为偏涝,25%≥ R≥一25%为正常,一25%>R>一50%为偏早,R≤~50%为旱【“】。由 图3可见,苏州近51年来,有la为涝,1999年;3a偏涝,1957 年、1962年、1993年;3a偏旱,1971年、1972年、1978年;旱年 没有;这51年中降水灾害年总数7a。44a为正常降水,正常降 水概率86.3%。可见,单就降水指标而言,苏州的气候资源还是 比较优越的。 2_2苏州1956年以来降水年内变化特征 1956~2006年,苏州全市降水在年内时程分布上很不均匀, 如图4所示,各月份之间降水差异甚大。6月份降水量最多,为 175.2ram;12月份降水量最少,仅为36.6mm,倍比为4.79。 苏州地区降水不仅各月分配不均,集中在春夏季,而且汛 期、非汛期差异明显,汛期集中了全年降水量的65.8%(见表 2,,所以很有必要区分这两个时段来讨论。 '80 0 160 0 140 0 月降水量120 0 (mm)100 0 80 0 60 0 40 0 2O 0 0 0 月份 图4全市1956-2006年平均雨量分配图 图5在降水距平百分率上同时把苏州市年度与汛期、非汛 期作比较。可以看出,绝大多数年份里,汛期距平百分率曲线与 5 L %L O 5 n D n 5 — 70 水文 表2苏州市降水量的年内分配统计表 春季(3~5月) 夏季(6~8月) 秋季(9-11月) 冬季(12-2月) 第28卷 汛期(6-9月) 降水量(mm】 占全年% 降水量(mm1 占全年% 降水量(mm)l占全年%  ̄g!it(mm)I占全年% 降水量(m 占全年% 292.31 26.2 475.29 42.6 213.10 I 19.1 8 135.oo 1 l2.1 734.13 65.8 年度曲线在演变上有很好的一致性,这与汛期集中了全年大部 分降水有关,而非汛期曲线与年度曲线相比则波动较大;同时可 以看出,在1978年以后非汛期降水的明显增加对年度降水曲线 的上扬有绝对的贡献。另外,图中有一异常现象,即1965-1968 年非汛期为正距平,而年度和汛期都是负距平,特别是在1967 年非汛期降水量(572.0mm)大于汛期降水量(337.9mm)。这可能 与20世纪60年代末期苏州降温有关 。 一 一一—_p% —— % 一1.O 1956 1962 1968 1974 1980 1986 1992 1998 2004 1959 1965 1971 1977 1983 1989 1995 2001筵 图5 1956-2006年苏州市年度、汛期、非汛期降水距平百分率曲线图 说明:r%为汛期降水距平百分率p%为非汛期降水距平百分率y%为年 度降水距平百分率 3苏州地区降水空间差异性分析 降水的时空分布,直接影响水资源的时空分布,因此,降水 分析除了要关注时程分配外,还要研究其空间差异。以下分别从 距平百分率、等降水量线和城郊差别的角度,具体探讨苏州五县 一市降水空间分异规律。 3.1 五县(市)降水距平区域差异 由图6可见,五县(市)降水变化在时间和数量上变化基本 一致,特别是取峰值的时间能完全吻合。在峰值之间,处在负距 平时,相对变化则较大,表现在各自曲线的离散程度大。从细节 来看,张家港降水处在峰值时较多,常熟和吴江降水变化惊人一 致,很多时段完全重合或走势一致。昆山曲线处在中间位置,降 水量取五市中的极值的年份少。 3.2多年平均降水量空间分异 为了对全市域的降水分布特点有比较直观地认识,根据苏 州全市雨量站的多年(1956-2006年)观测数据,在地理信息系 统软件中采用IDW(Inverse Distance Weighted)内插法,绘制出 图7所示的等降水量线分布图。从图中可以看出,苏州在空间地 域分布上,降水差异不大,总降水量比较均匀,降水量变化范围 6 (100%)4 2 ——O cs% 一~ % 一2 ——p"% ——f % —6 -8 1962 1968 1974 1980 1986 1992 1998 2004 1965 1971 1977 1983 1989 1995 2001芷 图6 1962~2006年苏州市属五县降水距平百分率 说明:cs%一常熟ks%-ff ̄山p %一吴江lh%-太仓zjg%一张家港 图7苏州市多年平均降水量等值线图 在1040 ̄1 160mm之间,降水最大的吴漤为1 163.1mm,最小 的十一圩港为1 036.8mm;降水量大致呈现从西南部太湖向东 北部长江递减的规律。另据对五县一市范围年度 值分析, 其值在0.19-0.21之间波动,也说明苏州市域降水空间分布差 异不大。 笔者认为,之所以呈现上述分布规律可能的原因有二:首 先苏州市全市面积有限,经纬度跨度不大,所以五县一市的气 候特征本来就具有同一性;其次,苏州地处太湖流域下游,整个 地势比较低平,没有大的局地性因素影响降水的再分配。 3.3城、郊降水差异及其与城市化的关系探讨 这部分主要是作城郊在地域上的横向对比和时间序列上 的纵向对比。消除地形因素和区域气候因子的影响后,试图揭 示苏州城市化在降水特征上的反映。 解放初至20世纪7O年代末,苏州城市空间发展主要体现 第6期 陈德超等:苏州1956年以来的降水变化及其空问差异研究 71 为沿河或马路在古城区内外兴建了不少企业多为点状开发,城 市形态保持星状 I。1978年后,城市的非农业人口迅速增加,随 着城市人口的膨胀,城区面积日益扩大。2001年初,国务院批 复同意吴县撤县建区,苏州城市空间又开始从“一体两翼,古 区(枫桥站)、郊区(望亭、瓜泾口、湘城三站)的降水数据分4个 时间段作城郊降水差异的比较(见表3)。首先,必须消除其它干 扰因子的影响,比如说地形和区域气候因素的影响。苏州全市地 势低平,平原占总面积的55%,低山丘陵仅占3%[151,气候条件基 本一致,所以地形起伏对降水的影响基本上可以忽略;另外,把4 站历年降水量曲线和3年滑动平均曲线生成在同一坐标下(见 图8),可知各站年降水时序上是比较稳定的,由此,区域气候因 城居中”的轴向扩展向“五县组团,四角山水”[141的分散组团式 城市空间模式迈进。 由上述城市化过程可知,苏州20世纪80年代初开始城市 化特征明显,以后城市化进程加快,因此,采用1983 ̄2006年市 素也可以忽略。 降20o0 降1 600 水 量1 800 水 量1 400 (1砌) mm) 1 600 l 200 1 000 1 200 1 000 800 800 1983 1987 1993 1995 1999 2003 1983 1987 1993 1995 1999 2003 1985 1989 1993 1997 2001 2005 1985 1989 1993 1997 2001 20o5 枫桥 年份 望亭 年份 降1 800 降1 600 水 量1 600 水 量1 400 (trim) (mm) 1 4O0 1 200 1 200 l 000 1 000 800 800 1983 1987 1993 1995 1999 2003 60o 1985 1989 1993 1997 20o1 2005 1983 1987 1993 1995 1999 2003 瓜泾口 年份 1985 1989 1993 1997 2001 20o5 湘城 年份 图8 1983~2006年枫桥、望亭、瓜泾口、湘城的历年降水量和3年滑动平均曲线 说明:红线一年度降水量;绿线一3年滑动平均值 表3 1983-2006年苏州市各时段城郊降水差异比较 \年劈 1983地点\ -1990 1991-1995 1996-2O00 2o01~20o6 累积降水均值 差异百分率 累积降水均值 差异百分率 累积降水均值 差异百分率 累积降水均值 差异百分率 (nunI (%) (舯) (%) (mm) (%) (Hun) (%) 市区(枫桥) 1 250.O 1 175.0 1 232.1 1 O98.8 望亭 1 167.3 6.6 1 102.4 6.2 1 O51.3 14.7 993.3 9.6 瓜泾口 1 130.0 9.6 l 123.8 4-4 1 243.9 一1.0 1 O27.1 6.5 湘城 1 O34.5 17.2 1 O45.6 l1.O l 032.6 16-2 l 1l1.6 一1.2 72 水文 的城郊降水差异受到了当时城市化过程的影响。 参考文献: 第28卷 表3中的差异百分率是由各时段内的市区累积降水均值与 郊区站累积降水的差值除以相应的市区累积降水均值的商表 示。它能表示在不同时段降水量均值的城郊相对差异,以便客观 地阐述问题。 [1】朱诚,等.全球变化科学导论【M】.南京:南京大学出版社,2003. 【2】周淑贞,张超.城市气候学导论【M】.上海:华东师范大学出版社, 1985. 从表3中数据可见,城郊差异总体上是显著的,特别是在 80年代中后期至90年代前期,大部分差异百分率大于6%,有 的甚至达10%以上;在枫桥站与望亭站的差异上,表现得尤为 明显,而且这种差异的趋势还在变大;瓜泾口和湘城站与枫桥 站的降水累积差异,在很多时段内也大于5%。这就说明在 【3]伍光和,等.自然地理学【M].北京:高等教育出版社,2003. 『4]4周丽英,杨凯.上海降水百年变化趋势及其城郊的差异[J】.地理学 报,2001(4):467-476. 【5】李华昭,李春光,王延贵,等.济宁市近4o年降水特征分析【J】.山东 气象,2004(4):25-26. 1995年以前的苏州城镇化已经影响到气候。但在表中也出现 了两个负值,即郊区降水也有大于城区的时段,这个除了不确 定的偶然因素外,仍然和城市化进程的特点密不可分:9o年代 后期,苏州“自下而上”i16]的发展模式已成熟,产生城乡一体化的 明显格局。 [6]6朱岐武,王艳平.开封市近50年的降水特征分析[J].黄河水利职业 技术学院学报,2006(4):17-18. 【7】周长艳,李跃清,彭俊.高原东侧川渝盆地降水与水资源特征及变 化[J】.大气科学,2006(6):1217-1226. 【8】杨馥祯.近五十多年海口降水特征分析阴.湖北气象,2002(3):12 ̄ 14. 4结论 纵观近51年来苏州地区的降水变化,笔者认为: (1)分段逻辑曲线模拟表明,苏州市近半世纪来降水变化 呈正敞“V”型走势。以1978年为界,前期降水波动少,呈 [9】周连童,黄荣辉.我国华北地区春季降水的年代际变化特征及其可 能成因的探讨[J】.气候与环境研究,2006(4):441-450. [1O】张万诚,万云霞,肖子牛.中国西南纵向岭谷区近百年降水的时空 变化特征fJ1.自然资源学报,2006(5):802-809. 【l1】叶瑾琳,王绍武.近百年全球降水变化.气候变化规律及其数值模 拟研究论文【C】.北京:气象出版社,1996.23-35. 【12】《气候变化国家评估报告》编写委员会.中国气候变化国家评估报 逐年下降趋势;后期降水波动加剧,呈上升趋势;1978年以 后非汛期降水的增加对年度降水曲线的上扬有绝对的贡献。 参照国际标准,近51年来,苏州降水总体正常,正常降水概 率86-3%。 告【M】.北京:科学出版社,2006. 【13】朱利青.苏州城市空间发展的历史、现状和展望【JJ.常熟高等专科 学校学报,2003(5):17-19. (2)据1956~2006年降水数据统计,苏州降水年内分配很 不均匀,6月份降水量最多,为175.2mm;12月份降水量最少,仅 为36.6mm,倍比为4.79。汛期降水集中了全年降水量的65.8%。 (3)从苏州大市范围看,多年平均降水量的空间分布差异不 大,最大的吴漤为1 163.1mm,最小的十一圩港为1036.8mm,总 【14】陈德超,袁中金.快速城市化背景下的苏南地区建设用地扩展研 究啊.国土与自然资源研究,2006(3):31-32. 【15】http://tw.people.com.cIl,G 26741,26760,26845,93O378.htm1.苏州概 况[EB/OE1. 【16】袁中金.对苏州城市化若干问题的思考【J】.苏州城市建设环境保 护学院学报,2000(4):18-22. 体呈现从南部太湖向北部长江递减的分异规律。 (4)消除地形和区域气候因素的影响后,城郊差异总体上是 显著的,特别表现在枫桥站与望亭站的差异上,说明近20年来 Study on Distribution Change of Precipiration in Suzhou Region since 1956 CHEN De—chao 4 ZHANG Xiao—bo2,LU Jian—wei .HUANG Keng3 (1.School of Environmental Science and Engineering,Suzhou University of Science and Technology,Suzhou 215011,China;2.Suzhou Hydroloy and Watger Resources Survey Bureau of Jiangsu Province,Suzhou 215006,China;3.School of Geographic and Oceanoragphic Science,Nanjing University,Nanjing 210093,China;4.Key Laboratory of Environmental Science and En ̄neering of Jiangsu Province,Suzhou 215011,Chia)n Abstract:Based on the monthly precipitation data since 1956,this paper analyzed spatial-temporal distribution characteristics of precipitation in Suzhou in later half past century by the meteorological statistical method and GIS.Through the preeipiatiton's anomaly percentage(R)curve,both flood season and yearly precipiattion characteristics in the past 5 1 year were analyzed in the study area.The results show that the precipitation distribution is basically norma1.Otherwise,according to the contours of annual average precipitation from 1956 to 2006 and accumulted preciapitation diference of urban and suburb in the past 20 years,the spatil diaference was studied. Key words:Suzhou;precipitation change;spatial diference;meteorological statistics method