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Temporal and Spatial Evolution of Precipitation in Shuozhou City from 1972 to 2025 and Its Impact on Agriculture
LIRui, WULindong, LUOHuanmei, WANGQianjun, ZHANGHong
Chin Agric Sci Bull ›› 2026, Vol. 42 ›› Issue (18) : 100-110.
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Abbreviation (ISO4): Chin Agric Sci Bull
Editor in chief: Yulong YIN
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Temporal and Spatial Evolution of Precipitation in Shuozhou City from 1972 to 2025 and Its Impact on Agriculture
Shuozhou City, located in the semi-arid and ecologically fragile region of northern Shanxi, is highly sensitive to precipitation changes due to its rain-fed agricultural system. Climate change has intensified spatiotemporal fluctuations in precipitation and increased the frequency of droughts and floods, severely affecting agricultural stability. This study aims to reveal the spatiotemporal patterns of precipitation evolution and their dual impacts on agriculture, providing scientific support for optimizing local agricultural planning and disaster risk prevention and management capabilities. Based on precipitation data of 54 years (1972-2025) from six counties and districts in Shuozhou, we applied linear trend estimation, the Mann-Kendall test, and Morlet wavelet analysis to examine precipitation trends and their effects on agriculture. Results showed that the annual precipitation in Shuozhou decreased gradually from west to east, with higher values in the western regions. Both annual and daily maximum precipitations showed increasing trends, rising by 18.0 mm per decade and 1.5 mm per decade, respectively. Precipitation during spring, summer, and autumn had all increased significantly, while winter precipitation showed no notable change. Since 1991, precipitation had steadily increased across decades, with the most pronounced growth occurring between 2016 and 2025; average precipitation over the past 30 years had been significantly higher than in earlier periods. Precipitation was concentrated from May to September, accounting for 70% of the annual total, with July and August alone contributing 48%. Extreme precipitation events peaked from late July to mid-August, with a record high of 117.1 mm recorded in Shuocheng District. Annual precipitation showed a sudden shift in 2023 and exhibited a 3-year cycle, while daily extreme precipitation experienced two abrupt shifts (in 1979 and 2001) and followed a 2-5 year cycle. The impact of precipitation changes on agriculture is mixed: increased rainfall helps alleviate spring and summer droughts, improves soil moisture, and promotes higher yields of drought-tolerant crops. However, more frequent short-term heavy rains in summer and prolonged rainy spells in autumn increase risks of flooding, water logging, crop lodging, and disease outbreaks. Uneven spatial distribution further intensifies regional disparities in agricultural vulnerability. Overall, over the past 54 years, Shuozhou has experienced an upward trend in precipitation, with greater concentration and increased extremity. While this generally benefits dry land farming, seasonal imbalance and frequent extreme events threaten production stability. Future strategies should account for regional differences-improving drainage and flood prevention in eastern areas and promoting rainwater harvesting and supplementary irrigation in western areas, while optimizing crop varieties and sowing schedules to achieve efficient water use and effective disaster mitigation. This research provides a scientific basis for climate resource utilization and agricultural planning in the region.
Shuozhou City / spatial-temporal variation of precipitation / linear trend estimation / Mann-Kendall test / impact on agricultural
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利用山西省30个地面气象站1957-2003年降水、气温、蒸发量资料,对近47 a来山西省气候变化特征做了详细分析,结果表明:①近47 a来山西省降水总体呈减少趋势,而气温则呈上升趋势,减少和上升速度均显著高于全国水平,上世纪90年代以来这种趋势尤为明显。②以上世纪80年代末为界,近47 a来山西省气候分为冷、暖2个阶段,前为冷期,后为暖期。③47 a间有2个明显干燥期,上世纪60年代中后期至70年代中期;90年代中后期至本世纪初。④47 a来气候出现异常的年份有8 a,主要集中在60年代和70年代,出现极端异常的年份有4 a,主要集中在80年代后期至本世纪初,表明气候变化越来越显著。
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利用山西省108个地面气象站1961-2005年降水量资料,研究了近45年来山西省降水变化。结果表明:东亚季风对处于季风边缘带山西省年降水量空间分布的影响十分明显,进一步分析夏季降水,发现了更为精细的山西省季风边缘带;1964年和1965年仍然是山西省降水量最多和最少的年份;年降水量的下降趋势十分显著,下降最显著的地区出现在阳泉以西的喇叭型中部区域内;20世纪70年代末发生了降水突变,北太平洋海温导致东亚季风的年代际变化是山西降水突变的可能原因;降水存在准3年、准6~7年的年际和准11年、准16年的年代际周期振荡。
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利用山西68个台站逐日最高气温、降水等资料,采用百分位值极端事件定义方法和Mann-Kendall突变检验、小波分析等方法,研究山西1961-2008年极端高温和极端强降水事件的变化特征。结果表明:1961年以来,山西极端高温日数呈显著增加趋势,趋势为5.9 d/10 a,20世纪90年代中期以前变化趋势不明显,1997年以来增多趋势显著。与此同时,极端强降水事件趋于减少。极端高温事件在2001年发生了突变,2001年以后极端高温事件显著增多。极端高温日数有3~4 a,8~12 a及30 a的周期,极端强降水日数有准3 a,6~10 a及准16 a的周期。极端高温事件的增加与气候变暖有密切联系,Nino_3区海温、欧亚地区的纬向环流及西太平洋副热带高压(下称西太副高)对极端高温事件有很大影响,当Nino_3区海温偏高、纬向环流偏强、副高面积偏大、位置偏西时,容易导致极端高温日数偏多。极端强降水的发生则与东亚季风和Nino_3区海温有密切联系,当季风强盛、Nino_3区海温偏低时,往往引起极端强降水事件增多。
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为了了解山西省东南部地区天气气候的极端程度,掌握气象要素的变化范围和时空分布的离散特征,选取山西省东南部(长治市、晋城市)16个县市1976—2015年的逐日气温和降水资料,对该区域气温极值和降水极值时空变化规律加以分析。结果表明:① 近40 a来气温极端值总体呈上升趋势。研究其空间分布发现:极端最高值出现在黎城县,极值为40.2 ℃;极端最低值出现在沁源县,为-27.7 ℃。从时间分布来看:极端最高气温主要出现在5月下旬到7月下旬,且6月下旬出现频率最高;气温极端最低值主要出现在12月下旬至次年1月中旬,1月出现气温极低值频率最高。② 1976—2015年极端降水量强度最大值呈明显上升趋势。近40 a日降水量最大值出现在南部的晋城,为221.2 mm;从极端降水量空间分布来看:晋东南中部地区为低值区,西北部和南部分别为高值区;年极端降水量主要出现在7、8月,而7月的上旬和下旬是年极端降水量的高发期。③ 近40 a来气温极值和降水极值都存在一定的振荡周期。最高气温极值存在着准4 a振荡周期;极端最低气温存在准12 a的振荡周期;年极端降水量存在准15 a和8 a的振荡周期。④ 对气温和降水极值突变分析发现:气温极端最高值有明显突变,极端降水量和气温极端最低值有突变,但趋势不明显。极端降水和气温极值均具有明显的区域特征。
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