煙臺(tái)市多年降水時(shí)序變化特征研究

李太利

（蓬萊市水務(wù)局，山東蓬萊 265600）

煙臺(tái)市多年降水時(shí)序變化特征研究

李太利

（蓬萊市水務(wù)局，山東蓬萊 265600）

本文以煙臺(tái)市氣象站實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法分析了1961—2015年區(qū)域降水時(shí)序變化特征。結(jié)果表明，煙臺(tái)市降水年內(nèi)和年際分配非常不均勻。月尺度降水峰值出現(xiàn)在7月份，季節(jié)尺度降水峰值出現(xiàn)在夏季；年際降水呈線性下降趨勢(shì)，同時(shí)經(jīng)歷了顯著的“豐--＞枯--＞豐--＞豐”的周期變化過程，降水突變發(fā)生在1967年和2008年。結(jié)合不同季節(jié)的變化特征分析結(jié)果，煙臺(tái)市降水變化特征在絕大程度上由夏季決定。

煙臺(tái)市；氣候變化；降水；時(shí)序變化

煙臺(tái)市位于山東半島的北部，是環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈內(nèi)重要節(jié)點(diǎn)城市、山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)骨干城市、“一帶一路”國家戰(zhàn)略重點(diǎn)建設(shè)港口城市，地理區(qū)位優(yōu)勢(shì)極其重要。2015年國內(nèi)生產(chǎn)總值6 446.1億元，總量在山東省居第2位，在全國大中城市位居第20位，是山東省重要的經(jīng)濟(jì)大市，經(jīng)濟(jì)地位較高。然而，煙臺(tái)市是山東省嚴(yán)重的水資源短缺城市之一，人均和畝均水資源量分別只有432 m3和328.1 m3，僅為全國的15.9%和21.6%。水資源短缺已經(jīng)成為制約煙臺(tái)市經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的嚴(yán)重“瓶頸”之一，水資源供需矛盾日益突出。降水作為煙臺(tái)市水資源的重要來源之一，其變化對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展有著密切的關(guān)系。本文以煙臺(tái)市市域范圍內(nèi)的氣象站實(shí)測(cè)降水資料為基礎(chǔ)，對(duì)近60年來區(qū)域降水的年內(nèi)和年際變化特征進(jìn)行分析研究。研究結(jié)果對(duì)系統(tǒng)掌握煙臺(tái)市水資源演變特征、實(shí)現(xiàn)以水資源可持續(xù)利用保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)具有重要意義。

1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與研究方法

項(xiàng)目研究所有資料均來自于中國氣象局國家氣象信息中心，包括煙臺(tái)市境內(nèi)的11個(gè)氣象站1961—2015年逐日實(shí)測(cè)資料。

煙臺(tái)市各個(gè)氣象站逐日降水資料缺失率均在1%以下，對(duì)于缺失的數(shù)據(jù)采用時(shí)間和空間插值2種方法處理。11個(gè)氣象站的逐日資料均采用Von Neumann Ration（N）、Comulative Deviations （Q/n-0.5，R/n-0.5），Bayesian Procedures（U，A）3種統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行均一性檢驗(yàn)，均通過95%置信度檢驗(yàn)。

本文重點(diǎn)研究煙臺(tái)市近60年來降水量的時(shí)序變化特征，采用泰森多邊形法對(duì)氣象站進(jìn)行空間分割。煙臺(tái)市面降雨量采用站降雨量與該站相對(duì)應(yīng)泰森多邊形面積比重相乘獲得。趨勢(shì)變化特征采用線性方程、5年滑動(dòng)平均方法進(jìn)行分析，突變變化趨勢(shì)采用Mann-kendall方法進(jìn)行檢驗(yàn)。

2 降水年內(nèi)變化特征

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，煙臺(tái)市1961—2015年多年平均年降水量為686.5 mm。年內(nèi)逐月降水呈現(xiàn)單峰型分布特征，峰值出現(xiàn)7月份，多年平均降水量為178.5 mm，占全年平均降水量的26.0%；其次為8月份，平均降水量為161.5 mm，占多年平均降水量的23.5%。

就季節(jié)而言，夏季（6~8月）降水量約410.0 mm，占全年降水量的59.7%，其次為秋季（9~11月）約136.1 mm，占全年降水量的19.8%，再次為春季（3~5月）的103.0 mm和冬季（12~次年2月）的37.4 mm，分別占全年的15.0%和5.5%。結(jié)合煙臺(tái)市月降水和季節(jié)降水分布，可以說明區(qū)域年內(nèi)降水分配極其不均勻。

3 降水年際變化特征

煙臺(tái)市年降水年際變化非常不均勻，變異系數(shù)Cv值為0.21，年最大降水量為1 021.9 mm （1964年），最小降水量為400.2 mm（1999年），極值比為2.55。

繪制煙臺(tái)市1961—2015年年降水量的線性與5年滑動(dòng)平均趨勢(shì)圖，見圖1。由圖1可知，煙臺(tái)市從20世紀(jì)60年代以來，降水呈線性下降趨勢(shì)，下降速率為14.8 mm/10 a。根據(jù)5年滑動(dòng)平均曲線，煙臺(tái)市降水呈現(xiàn)明顯的周期性變化特征，大體經(jīng)歷了一個(gè)“豐--＞枯--＞豐--＞豐”的過程。其中1961—1965年、1971—1978年、2003—2015年處于豐水期，1966—1970年、1979—2002年處于枯水期。豐水期的3個(gè)期段（1961—1965年、1971—1978年、2003—2015年）多年平均降水量分別為836.6 mm、775.9 mm、723.6 mm；枯水期的2個(gè)期段（1966—1970年、1979—2002年）多年平均降水量分別為650.5 mm和612.9 mm。

圖1 1961—2015年煙臺(tái)市年降水線性與5年滑動(dòng)平均趨勢(shì)圖

采用MK法分析年際降水的突變變化特征，1961—2015年煙臺(tái)市降水MK統(tǒng)計(jì)值為-1.07，存在2個(gè)突變點(diǎn)。第一個(gè)突變點(diǎn)發(fā)生在1967年，1967年之后煙臺(tái)市降水呈現(xiàn)震蕩型下降趨勢(shì)；第二個(gè)突變點(diǎn)發(fā)生在2008年，之后呈現(xiàn)緩慢上升趨勢(shì)，但是在2014年之后又下降。

分別對(duì)煙臺(tái)市四季降水過程進(jìn)行分析可知，煙臺(tái)市降水春季（3～5月）和冬季（12～次年2月）降水呈現(xiàn)線性緩慢上升趨勢(shì)，上升速率分別為0.5 mm/10 a和0.9 mm/10 a；而夏季（6～8月）和秋季（9～11月）降水則呈現(xiàn)明顯的線性下降趨勢(shì)，下降速率分別為8.2 mm/10 a和8.1 mm/10 a。根據(jù)不同季節(jié)的5年滑動(dòng)平均曲線可以看出，煙臺(tái)市春季、夏季和秋季降水與年降水量一樣，表現(xiàn)出“豐--＞枯--＞豐--＞豐”的周期變化過程，豐枯轉(zhuǎn)折的時(shí)間點(diǎn)也基本一致；而冬季沒有特別明顯的豐枯變化過程。采用MK方法分別分析四季的突變特征，春季降水的MK統(tǒng)計(jì)值為1.02，突變點(diǎn)發(fā)生在2001年，之前降水震蕩變化，上升或下降趨勢(shì)不明顯，之后上升趨勢(shì)明顯。夏季降水的MK統(tǒng)計(jì)值為-0.97，突變點(diǎn)發(fā)生在1967年和2007年，1967年之后降水呈現(xiàn)震蕩性下降趨勢(shì)，2007年之后呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，但2014年之后又下降。秋季降水的MK統(tǒng)計(jì)值為-1.69，突變點(diǎn)發(fā)生在1975年，之后下降趨勢(shì)非常明顯。冬季降水的MK統(tǒng)計(jì)值為0.85，突變點(diǎn)發(fā)生在1979年，整個(gè)過程降水是呈現(xiàn)震蕩型上升趨勢(shì)。

4 結(jié)語

1）1961—2015 年煙臺(tái)市多年平均降水量約686.5 mm，年內(nèi)降水非常不均勻。就季節(jié)而言，夏季降水最多，占全年降水量的19.8%，降水峰值出現(xiàn)在7月份，占全年總降水量的26.0%。

2）煙臺(tái)市降水年際變化也非常不均勻。1961—2015年降水呈現(xiàn)線性下降趨勢(shì)，且經(jīng)歷了明顯的“豐--＞枯--＞豐--＞豐”周期性變化過程。降水過程存在2個(gè)突變點(diǎn)，分別為1967年和2008年。就季節(jié)而言，夏、秋降水呈明顯的線性下降趨勢(shì)，而春、冬季則呈緩慢的線性上升趨勢(shì)。春季、夏季和秋季同樣經(jīng)歷與年降水一樣的周期變化過程，冬季則沒有。同時(shí)，四個(gè)季節(jié)中只有夏季的突變點(diǎn)與年降水基本保持一致，這說明煙臺(tái)市年降水在絕大程度上還是由夏季決定的。

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1009-6159（2017）-04-0007-02

山東省自然科學(xué)青年基金項(xiàng)目（ZR2015EQ004）、國家自然科學(xué)青年基金項(xiàng)目（41501053）和（41501030）聯(lián)合資助。

（責(zé)任編輯 崔春梅）

2016-12-14

李太利（1979—），男，工程師