云南盤龍河流域53年來相對(duì)濕度變化特征分析與預(yù)測

王平，程清平，2，孔國陳，王倩

（1云南師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院，云南 昆明 650500；2福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350007）

云南盤龍河流域53年來相對(duì)濕度變化特征分析與預(yù)測

王平1，程清平1，2，孔國陳1，王倩1

（1云南師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院，云南 昆明 650500；2福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350007）

根據(jù)盤龍河流域麻栗坡氣象站1961～2013年逐月相對(duì)濕度觀測數(shù)據(jù)，應(yīng)用線性趨勢法、Mann-Kendall檢驗(yàn)、方差分析外推法、R/S分析、均生函數(shù)預(yù)測模型等，分析了盤龍河流域53年來相對(duì)濕度變化特征，并對(duì)未來變化趨勢作了預(yù)測。結(jié)果表明：年和各季相對(duì)濕度均呈減少趨勢，尤以春季減少貢獻(xiàn)最大；除年和夏、冬季相對(duì)濕度外，各季相對(duì)濕度均有顯著的突變特征；年相對(duì)濕度20年和夏季19年的變化周期十分顯著，置信度達(dá)99%；盤龍河流域年和各季相對(duì)濕度在2014-2028年將呈波動(dòng)減少趨勢。

盤龍河流域；相對(duì)濕度；變化特征；預(yù)測

1 前言

氣候與人類社會(huì)的發(fā)展息息相關(guān)，氣候變化不僅影響著農(nóng)林漁牧等產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)狀況，而且對(duì)生態(tài)環(huán)境、人體健康、人居設(shè)施以及其他一些經(jīng)濟(jì)活動(dòng)也有著重大影響［1］。濕度的大小是一個(gè)地區(qū)干濕程度的標(biāo)志之一［2］，其變化會(huì)影響干濕狀況，而干濕狀況又會(huì)對(duì)氣候的暖濕或者暖干化產(chǎn)生重要影響。

相對(duì)濕度是表示空氣中水汽距離飽和的程度，是表征空氣濕度大小的重要物理量。其變化受大氣環(huán)流形式、云量、降水、風(fēng)、地形等因子的影響［3-4］。近年來，有不少國內(nèi)外學(xué)者對(duì)相對(duì)濕度變化作了研究。Akinbode等［5］對(duì)尼日利亞Akure省1992～2001年相對(duì)濕度的研究發(fā)現(xiàn)相對(duì)濕度呈減少趨勢；James等［6］得出相對(duì)濕度減少10%的情況下，蒸發(fā)量增加了28.33%～59.42%。Uchiyama等［7］對(duì)相對(duì)濕度研究表明，相對(duì)濕度呈減少趨勢，并且與水滴蒸發(fā)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。徐宗學(xué)等［8］的研究得知，西藏地區(qū)近42年來相對(duì)濕度總體上隨時(shí)間呈微弱上升的趨勢。靳英華等［9］報(bào)道吉林省近50年來年及春、夏、秋、冬4季的相對(duì)濕度在波動(dòng)中下降，下降趨勢不顯著，相對(duì)濕度的變化與溫度和風(fēng)速變化呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與降水變化呈正相關(guān)關(guān)系。劉明春等［2］的研究發(fā)現(xiàn)，武威市各地年、年代相對(duì)濕度總體呈減少趨勢，相對(duì)濕度的時(shí)間序列存在著6～8年的變化周期，冬季相對(duì)濕度呈增加趨勢，其他季節(jié)呈減小趨勢。以上研究成果表明全球及我國空氣相對(duì)濕度的長期變化趨勢是上升或降低，且存在季節(jié)和地域等的差異。

對(duì)空氣相對(duì)濕度在全球氣候變化背景下的長期變化趨勢的研究目前較少［9］，尤其是對(duì)云南相對(duì)濕度盤龍河流域?yàn)橹袊颇细咴吘壞蟻啛釒蛟侥媳睙釒н^渡的典型地區(qū)之一。本文首次對(duì)該流域相對(duì)濕度變化特征進(jìn)行分析，并對(duì)未來變化趨勢進(jìn)行預(yù)測，旨在揭示在全球和中國氣候變化背景下，該流域相對(duì)濕度與全球和中國的響應(yīng)，以便為該地區(qū)氣候資源的利用提供依據(jù)和參考。

2 資料來源與方法

2.1 研究地區(qū)概況

盤龍河為紅河左岸一級(jí)支流，中越國際河流。發(fā)源于蒙自市鳴鷲鄉(xiāng)，呈西北-東南向流經(jīng)硯山、文山、西疇、馬關(guān)、麻栗坡等縣，在船頭出國境，入越南后稱瀘江，于越池匯入紅河干流，在云南省境內(nèi)河長252.6km，流域面積6100.2km2。盤龍河流域大部分位于北回歸線以南，以中亞熱帶為主，海拔600m以下區(qū)域?yàn)楸睙釒?，以上區(qū)域?yàn)槟蟻啛釒?。流域年降水量?00～1800mm之間，由下游至上游逐漸遞減，由濕潤型逐漸變?yōu)榘霛駶櫺图撅L(fēng)氣候。麻栗坡氣象站位處盤龍河中游，年日照時(shí)數(shù)1627.5h，年平均氣溫17.7℃，降水量1063.2mm，蒸發(fā)量1360.0mm，相對(duì)濕度86%。是滇東南著名的熱區(qū)之一。

2.2 資料來源

以麻栗坡氣象站（站號(hào)56996，23°08′N，104°42′E，海拔1094.4m）作為代表站，資料年代序列為1961～2013年，包括累年各月相對(duì)濕度觀測資料。年相對(duì)濕度按自然年統(tǒng)計(jì)，即每年1～12月之和，季節(jié)相對(duì)濕度分別按3～5月為春季、6～8月為夏季、9～11月為秋季、12月～次年2月為冬季、5～10月雨季、11月～至次年4月為旱季進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。標(biāo)準(zhǔn)氣候值以世界氣象組織（WMO）設(shè)定的時(shí)段（1971～2000）的年平均相對(duì)濕度為準(zhǔn)。

2.3 研究方法

采用線性趨勢法分析相對(duì)濕度變化趨勢，Mann-Kendall檢驗(yàn)法（簡稱M-K）［10-11］分析相對(duì)濕度的突變特征，方差分析外推法［12］分析相對(duì)濕度的變化周期，R/S分析法［13］對(duì)未來變化趨勢作出預(yù)測，均生函數(shù)預(yù)測模型［14］預(yù)報(bào)2014-2028年相對(duì)濕度值。

3 結(jié)果與討論

3.1 年變化

線性回歸分析顯示（圖1），53年來盤龍河流域年相對(duì)濕度呈下降趨勢，其傾向率為-0.20%/10a（P= 0.2），53年來減少了10.4%，這與劉明春等［2］、Akinbode等［5］、Surratt等［6］、靳英華等［9］的研究結(jié)果具有一致性變化特征，并以春季相對(duì)濕度減少貢獻(xiàn)最大，年相對(duì)濕度1985年最大為87.3%，1983年最小為80.7%。5年滑動(dòng)平均曲線（圖1）顯示，年相對(duì)濕度大致經(jīng)歷了下降（1961～1972年）—上升（1972～1981年）—下降（1981～1989年）—上升（1989～2005年）—下降（2005～2013年）5個(gè)階段。累積距平顯示（圖2），年相對(duì)濕度在1961～1987年呈減少趨勢，1988～1998年呈波動(dòng)上升趨勢，1999～2013年呈顯著的減少趨勢。

圖1 1961-2013年盤龍河流域年和各季相對(duì)濕度變化曲線

圖2 1961～2013年盤龍河流域相對(duì)濕度累積距平曲線

3.2 季節(jié)變化

春季相對(duì)濕度呈極其顯著的減少趨勢，其傾向率為-1.02%/10a（P＜0.0001），20世紀(jì)60～70年代呈減少趨勢，80年代至2002年呈增加趨勢，2003年以來呈減少趨勢（圖1）。夏季傾向率為-0.30%/10a（P= 0.1），60～70年代呈減少趨勢，80年代呈增加趨勢，90年代至2008年呈波動(dòng)增加趨勢，2009年以來呈減少趨勢。秋季傾向率為-0.65%/10a（P＜0.01），60～70年代呈減少趨勢，80～90年呈波動(dòng)增加趨勢。2000年以來呈減少趨勢。冬季傾向率為-0.04%/10a（P=0.8），60～70年代呈減少趨勢，90年代至2005年呈增加趨勢，2006～2013年呈減少趨勢。干季傾向率為-0.29%/10a（P＜0.01）。雨季傾向率為-0.57%/10a（P＜0.0001）。干、雨季年際變化特點(diǎn)與冬季具有一致性特點(diǎn)。

3.3 突變特征

圖3 1961～2013年盤龍河流域相對(duì)濕度突變檢驗(yàn).

利用M-K突變檢測法對(duì)各氣候要素進(jìn)行突變檢測，若正序列UFk曲線和逆序列UBk曲線交于一點(diǎn)，并且該點(diǎn)在臨界線之間，則該點(diǎn)對(duì)應(yīng)點(diǎn)即為突變點(diǎn)，UFk＞0表明序列呈上升趨勢，UFk＜0則表明呈下降趨勢，當(dāng)它們超過臨界線時(shí)，表明上升或下降顯著［10-11］。從圖3可知春季在正序列UF與逆序列UB之間于2003年交一點(diǎn)，并于2006～2013年突破-1.96（α=0.05）的臨界線，呈顯著的突變減少。夏季在正序列UF與逆序列UB之間于多次交于一點(diǎn)，未突破+ 1.96的臨界線，因此，夏季沒有發(fā)生突變。秋季在正序列UF與逆序列UB之間于2004/2005年交于一點(diǎn)，并于1991～1992年、1995～1998年突破1.96的臨界線，但在此之前UF和UB之間未有交點(diǎn)，因此沒有發(fā)生突變?cè)黾樱?011～2013年突破-1.96的臨界線，這說明秋季在2005年發(fā)生了顯著的突變減少。冬季在正序列UF與逆序列UB之間于1961/1962年交于一點(diǎn)，并于1964年突破1.96的臨界線，但交點(diǎn)位于端點(diǎn)處，一般不可取，因此，冬季沒有發(fā)生突變。干季在正序列UF與逆序列UB之間于2004年交于一點(diǎn)，并于2011～2013年突破-1.96的臨界線，這說明干季在2004年發(fā)生顯著的突變減少。雨季在正序列UF與逆序列UB之間于2004年交于一點(diǎn)，并于2008～2013年突破-1.96的臨界線，這說明雨季在2004年發(fā)生了突變減少。年相對(duì)濕度在正序列UF與逆序列UB之間于1963/1964年交于一點(diǎn)，并于1966～1967年突破-1.96的臨界線，但交點(diǎn)位于端點(diǎn)處，不可取，因而，年相對(duì)濕度沒有發(fā)生突變?？傮w來看，年和各季相對(duì)濕度均在21世紀(jì)以來呈突變減少趨勢。

表1 1961～2013年盤龍河流域相對(duì)濕度變化周期（a）

3.4 變化周期

方差分析法顯示，年相對(duì)濕度有20年的變化周期（表1），十分明顯，置信度達(dá)99%。春季有5年的變化周期，置信度較低。夏季有19年的變化周期，十分顯著，置信度達(dá)99%。秋、冬、旱、雨季分別有2、10、17、17年的變化周期，不明顯，未通過95%的置度檢驗(yàn)。

3.5 未來變化趨勢預(yù)測

3.5.1 R/S分析法

R/S分析法能對(duì)氣候變化的持續(xù)性（0.5＜H＜1）和反持續(xù)（0＜H＜0.5）性成分的強(qiáng)度進(jìn)行定量的比較，因此具有重要的應(yīng)用意義［13］。利用R/S分析所得盤龍河流域年和各季相對(duì)濕度Hurst分別為0.63、0.92、0.63、0.67、0.70、0.77、0.85＞0.5，表明未來年和各季相對(duì)濕度具有長期相關(guān)性，且整體變化將繼承過去的整體變化趨勢，仍將呈減少趨勢。

3.5.2 均生函數(shù)預(yù)測模型

均生函數(shù)預(yù)測模型主要有逐步回歸方案、正交篩選方案、最優(yōu)子集建模3種方案［15］，本文利用1961-2013年相對(duì)濕度序列，建立最優(yōu)子集回歸預(yù)測模型對(duì)盤龍河流域年和各季相對(duì)濕度序列建立預(yù)報(bào)方程（表2）。根據(jù)雙評(píng)分準(zhǔn)則［16］，CSC值越大越好或者擬合均方根誤差RMSE越小越好。利用最優(yōu)子集建模進(jìn)行預(yù)測的結(jié)果和實(shí)測值的擬合曲線如圖4所示（在此僅繪制年擬合曲線），實(shí)測值與預(yù)測值在最大值和最小值之間吻合較好，年和各季相對(duì)濕度擬合相對(duì)誤差絕對(duì)值REAV（表2）遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于20%誤差允許范圍［17］，模擬效果十分理想，模擬精度符合標(biāo)準(zhǔn)要求。年和各季相對(duì)濕度2014～2028年預(yù)測值如下表3，年和各季相對(duì)濕度傾向率分別為-0.274% 10a（P=0.7）、-2.382%10a（P＜0.0001）、-2.288%10a（P＜0.01）、-0.049%10a（P=0.9）、-0.262%10a（P= 0.5）、-0.964%10a（P＜0.05）、-1.532%10a（P＜0.0001）均呈減少趨勢，且未來15年的減少趨勢仍以春季和夏季貢獻(xiàn)最大，這與過去整體變化趨勢具有較好的一致性。這預(yù)示著盤龍河流域未來氣候可能由暖濕逐漸向暖干方向變化，可能對(duì)該地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成不利影響。

前人在利用均生函數(shù)預(yù)測模型［14-15，17］和R/S分析法［18-20］對(duì)未來氣候變化趨勢做預(yù)測時(shí)，多以其中某種方法為主，預(yù)測的氣候要素主要是氣溫和降水。本研究將上述2種方法結(jié)合起來應(yīng)用于盤龍河流域相對(duì)濕度的預(yù)測，取得了較好的效果，R/S分析法對(duì)年和各季相對(duì)濕度未來變化趨勢預(yù)測與均生函數(shù)預(yù)測模型對(duì)2014-2028年所得預(yù)報(bào)值變化趨勢十分吻合。

表2年和各季相對(duì)濕度最優(yōu)子集預(yù)報(bào)方程

表3年和各季2014~2028年相對(duì)濕度預(yù)測值（%）

圖4 盤龍河流域相對(duì)濕度實(shí)測值與預(yù)測值擬合曲線

4 結(jié)論

（1）53年來盤龍河流域年相對(duì)濕度呈減少趨勢，其傾向率為-0.20%/10a，53年來減少了10.4%，尤以春季貢獻(xiàn)最大。

（2）春、秋、干、雨季均通過α=0.05的顯著性檢驗(yàn)，突變減少趨勢顯著。

（3）年和夏季相對(duì)濕度分別存在20年和19年的周期，置信度達(dá)99%，變化周期十分顯著。

（4）均生函數(shù)預(yù)測模型所得年和各季相對(duì)濕度預(yù)報(bào)值變化趨勢與R/S分析所得十分吻合，2014～2028年盤龍河流域相對(duì)濕度將呈波動(dòng)減少趨勢。

（5）相對(duì)濕度減少將導(dǎo)致盤龍河流域土壤濕度降低，可能對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)帶來不利影響。

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Variation characteristics analysis and Forecast of relative hum idity over past 53 years in Panlong river basin of Yunnan

Wang Ping1，Cheng Qing-ping1，2，Kong Guo-chen1，Wang Qian1
（1.School of Tourism and Geographical Sciences，Yunnan Normal University，Kunming，Yunnan 650500，China.）2.College of Geographical Sciences，F(xiàn)ujian Normal University，F(xiàn)uzhou，F(xiàn)ujian 350007，China.）

Based on monthly relative humidity data from 1961 to 2013 from Ma Lipo meteorological station in Panlong river basin，the relative humidity variation characteristics in past 53years were analyzed and its changing tendency in future was forecasted by linear trend method，Mann-Kendall test，R/S analysis and the prediction model of mean generation function.The results show that both annual and seasonal relative humidity present reduce trend with the largest contribution in spring；except annual，summer and winter relative humidity the rest relative humidity display significantly mutation characteristics.Annual relative humidity for 20 years and summer for 19 years change cycles were significant with 99%confidence.Annual and seasonal relative humidity of Panlong river basin will see a fluctuating decrease trend in the 2014-2028.

Panlong river basin；relative humidity；variation characteristic；forecast

P46

A

1673-8411（2016）01-0015-04

2015-08-15

“低緯高原環(huán)境與區(qū)域發(fā)展”云南省特色優(yōu)勢學(xué)科群建設(shè)項(xiàng)目和“云南老山自然保護(hù)區(qū)綜合科學(xué)考察”項(xiàng)目資助。

王平（1965-），男，副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事區(qū)域自然地理和自然環(huán)境保護(hù)研究，ynwangping@163.com。