安慶地區(qū)1958-2013年降水變化趨勢(shì)及突變分析

徐 旭

(安慶市水文水資源局,安徽 安慶 246000)

降水是地球上人類不可或缺、極其重要的一種氣候資源，同時(shí)又是氣象變化的重要因子之一，對(duì)于一個(gè)區(qū)域的水分狀況起到了決定性的作用[1]。降水研究是區(qū)域氣候變化、水循環(huán)、水平衡、洪水預(yù)報(bào)、水資源規(guī)劃和評(píng)估的重點(diǎn)考慮因子[2]。本文采用線性傾向估計(jì)法、累積距平法、t檢驗(yàn)法、Mann-Kendall突變型檢驗(yàn)法，利用安慶地區(qū)1958-2013年的降水資料(合計(jì)56年)開(kāi)展變化趨勢(shì)及突變分析，以期為了解該地區(qū)氣候變化特征，充分認(rèn)識(shí)和利用降水資源，為流域水資源可持續(xù)發(fā)展提供相關(guān)參考依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本次選取安慶地區(qū)岳西站(北)、沙河埠站(北)、花涼亭站(西)、石牌鎮(zhèn)站(中)、樅陽(yáng)閘站(東)、宿松站(南)共計(jì)6個(gè)雨量站1958-2013年56年同期月降水量作為基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)。在空間上考慮各個(gè)站點(diǎn)控制的面積占安慶地區(qū)的百分比，通過(guò)加權(quán)平均的方法進(jìn)行估算。

1.2 研究方法

(1)線性傾向估計(jì)法。采用一元線性回歸來(lái)分析降水量整體變化趨勢(shì)，線性回歸系數(shù)代表降水量減增速率。

(2)累積距平法。距平值又稱異常值，主要用于來(lái)確定某個(gè)時(shí)段或時(shí)間的數(shù)據(jù)，以及數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期平均值是高還是低，還可以地直觀判斷樣本數(shù)據(jù)的趨勢(shì)。

(3)滑動(dòng)t檢驗(yàn)法。T檢驗(yàn)是均值的檢驗(yàn)方法，給定可靠性a，可得到臨界值ta。當(dāng)丨t0丨≥ta時(shí)，便可否定原假設(shè)H0，表明二者有顯著性差異；當(dāng)丨t0丨

(4) Mann-Kendall法。Mann-Kendall的測(cè)試方法是一種非參數(shù)方法，也稱無(wú)分布測(cè)試，適用于類型變量與順序變量，計(jì)算較為簡(jiǎn)便、并且不受少數(shù)異常值干擾[3]。

2 降水趨勢(shì)與突變分析

2.1 年際、年內(nèi)降水量變化特征

圖1是安慶地區(qū)1958-2013年年均降水量變化趨勢(shì)圖。

圖1 安慶地區(qū)1958-2013年年均降水量變化趨勢(shì)

由圖1可見(jiàn)，安慶地區(qū)年降水量在過(guò)去56年呈緩慢上升趨勢(shì)，降水量的趨勢(shì)方程為：Y=0.763X+1382.9，其中傾向率0.763mm/(10a) ，降水量以每10年7.63mm的速率增加。1983年降水量最多，達(dá)到2009.8mm；1978年降水量最少，為899.8mm；極差較大，為1100mm，多年平均降水量為1404.7mm。1958-2013年年代降水量呈現(xiàn)“少-多-少”趨勢(shì)，20世紀(jì)60年代降水量較少，遠(yuǎn)低于多年平均值(-89.1mm)，到80年、90年代高于多年平均值(+106.9mm，+105.7mm)，進(jìn)入21世紀(jì)后，降水呈下降趨勢(shì)，低于多年平均值(-76.32mm)。

安慶地區(qū)近56年降水主要集中在春季和夏季，不同季節(jié)降水量分別占全年降水量的31.1%(春)、43.5%(夏)、14.72%(秋)、10.62%(冬)。

2.2 突變特征分析

圖2 安慶地區(qū)1958-2013年4季及年均降水量累積距平值曲線

(1)累積距平值。圖2是安慶地區(qū)研究年的累積距平均曲線。由圖2可知：春季降水突變點(diǎn)為1995年、2003年； 夏季降水突變點(diǎn)為1968年、1999年； 秋季降水突變點(diǎn)為1969、1980、1990年； 冬季降水突變點(diǎn)為1967年、1974、1988年； 年均降水突變點(diǎn)1968、1977、1999、2009年。

(2)滑動(dòng)t檢驗(yàn)?？紤]到平均變化能較好的反映氣候基本情況的變化，采用滑動(dòng)t檢驗(yàn)分析對(duì)安慶地區(qū)的4季和年平均降水量進(jìn)行突變型分析。分別取步長(zhǎng)n1= n2= 5, n1= n2= 10,信度選取(α=0.01)，查表得出自由度n1+n2-2時(shí)顯著性水平tα值依次是3.36、2.88。如果|ti|≥tα，則可認(rèn)為正在第i年之前和之后的2段時(shí)間可能存在突變。安慶地區(qū)1958-2013滑動(dòng)t檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量曲線如圖3、圖4所示。 由圖3可知安慶地區(qū)年均降水量在1959年和1964年突然發(fā)生變化，1959年( | ta|= 3.82)為突變?cè)黾樱?964年( | ta|= 3.36)為減少突變。圖4可知安慶地區(qū)冬季在1968、1969、1979年發(fā)生突變，其中1968年( | ta|=3.37)、1969( | ta|=2.88)年為增加突變，1979( | ta|=2.88)年為減少突變。

圖3 滑動(dòng)t檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量(n1=n2=5)

圖4 滑動(dòng)t檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量(n1=n2=10)

(3) M-K檢驗(yàn)。Mann-Kendall試驗(yàn)用于安慶春、夏、秋、冬季節(jié)降水量時(shí)間序列，統(tǒng)計(jì)量曲線如圖5所示。

圖5 安慶地區(qū)1958-2013年季節(jié)降水量M-K檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量曲線

(1)春季。經(jīng)過(guò)比較，發(fā)現(xiàn)UF曲線在1958-1968和1989-2004年兩個(gè)部分的統(tǒng)計(jì)總量大于0，表明在兩個(gè)時(shí)期的降水量呈上升趨勢(shì)；在其他的年份，UF曲線統(tǒng)計(jì)小于0，表明該范圍內(nèi)的降水呈下降趨勢(shì)，考慮UF曲線整體未超過(guò)α=0.05顯著水平線，可以推出：在該時(shí)間范圍內(nèi)降水量增加/減少趨勢(shì)不明顯。在臨界線(Z=±1.96)內(nèi)UF曲線與UB曲線分別在1965-1969、2001-2003、2010年有交點(diǎn)，但是考慮UF曲線未超過(guò)信度線，說(shuō)明在0.05的顯著水平下，春季降水沒(méi)有發(fā)生突變。

(2)夏季。UF曲線在1958-2013年范圍內(nèi)統(tǒng)計(jì)量整體趨勢(shì)大于0，表明總降水呈上升，同時(shí)認(rèn)為UB曲線有超過(guò)α=0.05顯著水平線，表明增加趨勢(shì)顯著的。在臨界線(Z=±1.96)內(nèi)UF曲線與UB曲線分別在1960、1963、1965、1969、2000、2008年有交點(diǎn)，且UB曲線超過(guò)信度線(Z=±1.96)，說(shuō)明在0.05的顯著水平下，夏季降水發(fā)生了突變。

(3)秋季。UF曲線在1963-1982年和1998-2013年兩部分顯示小于0統(tǒng)計(jì)量，表明該區(qū)間降水整體呈下降趨勢(shì)。同時(shí)，考慮UF曲線超過(guò)α=0.05顯著水平線，表明增加、減少趨勢(shì)是顯著的。在臨界線(Z=±1.96)內(nèi)UF曲線與UB曲線分別在1963、1972、1992、1995、2011年有交點(diǎn)，由于UF曲線超過(guò)信度線(Z=±1.96)，說(shuō)明在0.05的顯著水平下，秋季降水發(fā)生了突變。

(4)冬季。UF曲線在1965-1981和1991-2015年兩段區(qū)間內(nèi)，UF曲線顯示統(tǒng)計(jì)量大于0，表明降水呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；在其余年份的趨勢(shì)小于0，表明整體降水呈下降趨勢(shì)；同時(shí) UF、UB曲線超過(guò)α=0.05顯著水平線，表明增加、減少趨勢(shì)顯著。在臨界線(Z=±1.96)內(nèi)UF曲線與UB曲線分別在1969、1976、1990、1993年有交點(diǎn)，同時(shí)由于UF、UB曲線超過(guò)信度線(Z=±1.96)，說(shuō)明在0.05的顯著水平下，冬季降水發(fā)生了突變。

3 結(jié) 論

安慶地區(qū)多年平均降水量1404.6mm； 年最大值2009.8mm(1983年)，最小值899.8mm(1978年)，56年降水量呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。不同季節(jié)降水量分別占全年降水量的31.1%(春)、43.5%(夏)、14.7%(秋)、10.6%(冬)。

此次采用滑動(dòng)T檢驗(yàn)和M-K突變檢測(cè)方法，得出不同的結(jié)果，是由于所使用的突變檢測(cè)方法的靈敏度不同。安慶地區(qū)春季降水量未發(fā)生突變；夏季降水量發(fā)生了減少突變，突變時(shí)間為2000年；秋季降水量發(fā)生了增加突變，突變時(shí)間為1972年；冬季降水量發(fā)生了突變，突變時(shí)間為1976、1993年，其中1976年為減少突變點(diǎn)，1993年為增加突變點(diǎn)。