武都區(qū)50年氣溫與降水的變化趨勢及相關性分析

王潤科

（隴南師范高等?？茖W校 地理系，甘肅 成縣 742500）

自工業(yè)革命以來，大量燃燒石油、煤炭等化石燃料使大氣中的溫室氣體濃度急劇增加，造成溫室效應，冰川消退反映出全球氣候變暖的趨勢是明顯的，根據(jù)政府間氣候變化委員會（IPCC）關于全球氣候變化的第三次評估報告（2001）指出，20世紀90年代以來，全球氣候變化加劇，自19世紀60年代以來平均地表氣溫不斷上升，20世紀已上升(0.6±0.2)℃，氣溫變化突出的兩個時間段是1910～1945年和1976～2O00年。[1]氣溫變化的結(jié)果將影響一個地區(qū)，一個國家乃至全球的降水情況，以我國為例，我國幅員遼闊，地形東西不相同，地貌呈階梯狀分布，西高東低，西部以高原為主，東部多丘陵，造成了東西部氣候差異，為此我國研究氣候方面的學者、專家對我國不同地區(qū)氣溫、降水分布及年降水量的空間特征、時間變化特征、及降水變化規(guī)律進行了分析和預測，[2-8]各方面的研究普遍認為自20世紀80年代初期以來，我國大部分地區(qū)氣候發(fā)生變化，氣候紊亂，各地區(qū)氣溫和降水量也會因為這種變化而不同。

氣溫和降水量的變化會影響人類的生產(chǎn)生活，比如農(nóng)業(yè)種植、工業(yè)生產(chǎn)、居民生活等，造成了一系列社會和經(jīng)濟問題，因此有必要研究氣溫和降水的變化規(guī)律，研究結(jié)果能為區(qū)域經(jīng)濟和社會發(fā)展提供幫助?；诖耍瑸榱搜芯课涠紖^(qū)氣溫和降水的變化特征，以武都區(qū)氣象站提供的1959至2008的月氣溫和降水資料為依據(jù)，利用統(tǒng)計分析的方法對武都區(qū)50年來的氣溫、降水的變化特征進行分析，并研究氣溫和降水的相關性。

1 研究區(qū)域概況

武都區(qū)位于甘肅省東南部，地處長江流域嘉陵江水系白龍江中游，屬于長江上游地區(qū)，其地理坐標為北緯 32°47′～33°42′、東經(jīng) 104°34′～105°38′，區(qū)域總面積為4683km2，海拔667～3600m，地理位置上屬于南方地區(qū)，溫度帶屬于北亞熱帶向暖溫帶過渡區(qū)，氣候垂直差異，具有亞熱帶、溫帶和寒溫帶氣候三個特點。境內(nèi)山川秀麗，素有“隴上江南”和“植物大觀園”美譽。區(qū)域年平均氣溫14.5℃，降水量400～900mm，無霜期120天至284天，城區(qū)無霜期300天以上。獨特的地理位置使本區(qū)適宜種植經(jīng)濟作物，如花椒、油橄欖、茶葉等，目前在電子商務的推動下，本區(qū)特色農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速。

2 氣溫變化分析

2.1 季平均氣溫變化特征

依據(jù)武都區(qū)氣象局提供的1959～2008月平均氣溫數(shù)據(jù)，用簡單的算術平均法分別計算春夏秋冬各季度平均氣溫(四季劃分依據(jù)氣象劃分法，3～5月為春季，6～8月為夏季，9～10月為秋季，11月～次年2月為冬季)及每年平均氣溫。使用公式計算如下：

根據(jù)公式（1），分別求出武都區(qū)的季度平均氣溫及年平均氣溫，并把求出的季平均氣溫按十年為一周期計算每十年各季季平均氣溫，計算結(jié)果如表1所示。

結(jié)合武都區(qū)氣象站其他統(tǒng)計資料，利用求出的季度平均氣溫及年平均氣溫數(shù)值對武都區(qū)50年春夏秋冬四季平均氣溫變化趨勢分析，結(jié)果表明：武都區(qū)四季平均氣溫日振幅均呈下降趨勢，冬季的下降幅度為最大；季平均最高溫度和最低溫度在年際變化表現(xiàn)出一致的變化節(jié)奏，即50年來的氣候變暖主要是從20世紀80年代中期開始，廣泛集中在90年代。分析結(jié)果與參考文獻[9]認為最高平均氣溫自1985年開始四季均增高，夏、秋季尤其明顯的研究方法雖然不同，但結(jié)果是一致的。

利用表1數(shù)據(jù)求出各季度氣溫平均值的曲線擬合方程，夏季曲線擬合線性方程為y=0.007x+24.007，冬季曲線擬合線性方程為y=0.016x+14.344，對計算結(jié)果分析可知：年平均氣溫和四季平均氣溫都發(fā)生一定的變化，均呈現(xiàn)升高趨勢，不同季節(jié)變化的不同，冬季上升幅度最大，夏季上升的幅度最小，夏季情況和全年基本相似，其曲線性擬合增長率為0.07℃每10年，增幅為1.18%.冬季氣溫和全年相比變幅較大，整體來看呈上升趨勢，其線性擬合增長率為0.16℃每10年，增幅高達12.22%.

表1 武都區(qū)1959～2008年四季平均氣溫變化表（單位：℃）

2.2 氣溫變化距平分析

分別做出武都區(qū)50年平均氣溫距平曲線圖（圖1），分析50年來武都區(qū)氣溫變化情況，分析表明：武都區(qū)年平均氣溫上下波動明顯，總體呈上升趨勢，另外從圖上看出，20世紀70年代初到80年代前期武都區(qū)氣溫較低，氣溫呈負距平，90年代氣溫開始上升，曲線上升，氣溫呈正距平，因此可以把武都區(qū)氣溫以80年代中期分為界分為冷，暖兩個階段，80年代中期之前冷期，之后為暖期，這種變化與全國的氣溫增暖時間基本一致。[10-11]

圖1 1959～2008平均氣溫距平圖

以50年的年平均氣溫距平每10年求一個平均值，用來討論50年來的氣溫變化情況。計算結(jié)果表明1959～1968年氣溫距平平均值為-1.0℃，1969～1978年氣溫距平平均值為-1.4℃，1979～1988年氣溫距平平均值為-3.3℃，1989～1998年氣溫距平平均值為1.5℃，1999～2008年氣溫距平平均值為1.8℃，由10年氣溫距平平均值變化可以看出，每10年氣溫距平平均值差值在0.6～0.7℃左右，這表明武都區(qū)的年代氣溫呈穩(wěn)定上升趨勢。

3 降水量的變化特征分析

3.1 降水的年內(nèi)變化特征

利用武都區(qū)1959～2008年月降水資料，統(tǒng)計50年間各月降水量的最大值和最小值，并計算50年各月降水平均值，計算降水量平均值的公式如下：

式中，i=1，2，…，12，j=1，2，…，50，根據(jù)降水量月平均值計算降水在各月的分配情況，用百分數(shù)表示，結(jié)果如表2所示。對結(jié)果的分析表明：武都地區(qū)年內(nèi)降水量分配不均勻，降水主要集中在每年5～9月份，這四個月降水量占全年降水量的79.1%；降水量平均值最大月(7月)降水量占全年降水量的18.62%，最小月(12月)降水量僅占全年降水0.19%。其次，根據(jù)氣象站制定的季節(jié)劃分標準，統(tǒng)計春夏秋冬四季降水的平均值，春季為354mm，夏季為787mm，秋季為394mm，冬季為20mm，冬季降水量最少，僅為全年降水量的1.29%；夏季降水量最多，占全年降水量的50.6%，春季和秋季降水量分別為22.75%和25.36%.[12]

多月平均降水量只能反映降水的集中趨勢，其值不能用來衡量一個地區(qū)降水是否穩(wěn)定，故可用降水變率來反映降水年內(nèi)變化特征。降水變率是一個重要指標，是水資源評價時普遍采用的一個重要因子。為了便于月份之間的比較，表征降水變率的大小時用變差系數(shù)CV，其公式為：[13]

公式（3）中：S為標準差，n為觀測年數(shù)。CV的大小直接說明了降水年際變化的起伏程度，CV值大表示降水的年際變化劇烈。

變差系數(shù)是反映事件離散程度的量值，其值越大，降水量的離散程度越大，因此年內(nèi)變差系數(shù)能較好地反映出降水在年內(nèi)各月的分配情況。同月年際間降水變率分析，降水較多的季節(jié)降水相對穩(wěn)定，變差系數(shù)穩(wěn)定在0.39～0.49之間，而降水稀少季節(jié)的變率大，穩(wěn)定性差，變差系數(shù)在1.0以上（表2），同月年際間的降水變化大，為0～66mm.

3.2 降水的年際變化特征

降水分布的年際變化反映了年與年之間的降水分配情況，除了季節(jié)分配不均勻，各年降水多少也不一樣，有的年份多，有的年份少。利用武都區(qū)近50年的年平均降水數(shù)據(jù)作50年降水變化分布圖（圖2），圖中包括降水量平均值分布圖，降水距平百分率平均值分布圖，最大日降水量平均值分布圖，最大日降水量出現(xiàn)日平均值分布圖。包含的所有圖用以分析武都區(qū)降水年際變化特征，分析表明：近五十年來，武都降水總體呈上升趨勢，1959～1967年平均降水量的變化趨勢450.25mm.1968年降水急劇增加，年平均降水量高達到4523.13mm，此年發(fā)生洪澇災害。1968年之后降水又有所減少，1971年降水只有225.23mm，雖然降水量少，但根據(jù)《武都縣志》，此年發(fā)生過洪澇災害。1971年之后降雨反彈，1990年降水量大達到1971年之后二十年間的最大值為507.75mm，進入21世紀，降水量基本上趨于平緩，2006年以后降水呈逐年增加的趨勢。降水距平百分率分析表明，20世紀50年代末降水偏少（-20%），70年代降水緩慢增加，偏多（20%～50%），80年代曲線振幅很大，有兩個低谷，一個高峰，90年代后得益于國家退耕還林的等政策的實施，植被得到保護，武都區(qū)降水量明顯增多。

表2 武都區(qū)1959～2008年各月降水量分配表(單位：mm)

圖2 1959～2008年近50年降水變化圖

4 氣溫與降雨量相關性分析

相關分析研究現(xiàn)象之間相互依賴的關系，探討現(xiàn)象之間依存關系的相關方向和相關程度，是一種統(tǒng)計方法，地理系統(tǒng)中的大多數(shù)要素之間具有相關關系的。

在探討氣溫和降水直線相關時，就是要研究他們之間的相關程度和相關方向，相關程度就是地理要素之間相互關系是否密切，相關方向可分為正相關和負相關。而用來度量氣溫和降水直線相關程度和方向的指標，就是相關系數(shù)。相關系數(shù)r的計算公式為：

公式（4）中，xi表示各月氣溫值，表月平均氣溫值，表示各月降水值，表示月平均降水值，r為氣溫和降水之間的相關系數(shù)，相關系數(shù)r為正時，表示要素之間呈正相關，相關系數(shù)r為負時，表示要素之間呈負相關，相關系數(shù)介于-1≤r≤1之間的數(shù)值，相關系數(shù)r的值越大，表示要素之間相關程度密切。利用武都區(qū)1959～2008年多月平均氣溫和多月平均降水的值，計算了二者相關系數(shù)r，經(jīng)計算相關系數(shù)為0.97，相關系數(shù)接近于1，這表明武都區(qū)氣溫和降水相關程度高。為了確定相關系數(shù)的意義，通常要做相關系數(shù)的顯著性檢驗，顯著性檢驗以確定樣品之間的差異，我們對整體假說認為是純粹偶然變化，或是由我們所做的假設與總體真實情況之間不一致所引起的。當α為0.001時，其臨界相關系數(shù)αr=0.82，可見0.97＞0.82，這表明武都區(qū)多月平均氣溫和降水之間是高度相關的。

5 結(jié) 論

通過對武都地區(qū)50年的月平均氣溫和降水數(shù)據(jù)分析，春夏秋冬四季的季平均溫度變化呈增加趨勢；各季節(jié)變化幅度有差異，冬季上升幅度最大，夏季最?。粴鉁卦谀觌H間以20世紀80年代后期為界分為冷暖兩個階段。降水年內(nèi)變化大，多數(shù)年份降水量距平百分率位于-25～+25之間，總體來看，降水在季節(jié)分配上主要集中在夏季，占全年降水的50%左右，冬季降水最少僅占1.29%，降水分布的年際變化明顯，武都區(qū)50年年際降水總趨勢是增加——減少——增加，20世紀80年代以前降水隔年增多或減少的變化幅度不大，從20世紀80年代初期至今降水波動上升。

武都氣溫和降水的相關性分析結(jié)果顯示多月平均氣溫和多月平均降水之間是顯著相關的。

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