1951—2015年濰坊市降水特征分析

覃平陽 吳國燦

摘要? ? 對(duì)濰坊市1951—2015年共55年的年降水量和每年的最大日降水量進(jìn)行了趨勢分析和突變檢驗(yàn)。結(jié)果表明，絕大部分降水都集中于夏、秋兩季，夏季占全年降水量的62.3%。日降水量>50 mm、達(dá)到暴雨級(jí)別的共有104 d，均出現(xiàn)在夏、秋兩季。每年總降水量和四季的降水量均呈現(xiàn)出減少趨勢，年降水量在1975年左右出現(xiàn)了突變現(xiàn)象。只有春季的最大日降水量呈現(xiàn)出緩慢增加趨勢，每年的最大日降水量和夏季、秋季以及冬季的最大日降水量均為下降趨勢，最大日降水量在1985年和2008年左右出現(xiàn)了突變現(xiàn)象。因此，在全球變暖的大背景下，位于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候的半濕潤區(qū)的濰坊市正面臨著降水量減少、干旱現(xiàn)象加劇等現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞? ? 年降水量;最大日降水量;線性傾向估計(jì);Mann-Kendall突變檢驗(yàn);山東濰坊;1951—2015年

中圖分類號(hào)? ? P457.6? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼? ? A? ? ? ? 文章編號(hào)? ?1007-5739（2019）10-0158-04

Abstract? ? The trend analysis and sudden change test were applied to the annual precipitation and annual maximum daily precipitation in Weifang City during 1951-2015.Most of the annual precipitation in concentrated in the summer and autumn.The precipitation in summer accounted for 62.3% of the annual precipitation.The total days of daily precipitation over 50 mm was 104 d，which were all in summer and autumn.All of the annual and seasonal precipitations showed a decreasing trend，while the annual precipitation changed suddenly in 1975.For the maximum daily precipitation，the increasing trend was only found in summer.The annual maximum daily precipitation changed suddenly in 1985 and 2008.Therefore，under the background of global warming，the Weifang City，located in sub-humid region of the warm temperate continental monsoon area，faces with reduced precipitation and intensified drought.

Key words? ? annual precipitation;maximum daily precipitation;linear trend estimate;Mann-Kendall mutation test;Weifang Shandong;1951-2015

政府間氣候變化組織（IPCC）第五次評(píng)估報(bào)告指出，自1861年以來，全球近地面氣溫一直呈現(xiàn)上升趨勢。20世紀(jì)以來，中國氣溫的升溫率為0.44 ℃/100 a，特別是近20～30年氣溫升高顯著。在全球變暖的背景下，半干旱半濕潤地區(qū)的降水量正在逐漸減少[1]。對(duì)中國降水的時(shí)空分布特征分析表明，在空間分布上表現(xiàn)出南澇北旱，在季節(jié)變化上，特別是北方區(qū)域，夏、秋兩季較多，春、冬兩季較少[2]。近10～20年來，很多研究人員利用不同方法和站點(diǎn)觀測資料對(duì)全國或區(qū)域的降水變化趨勢進(jìn)行了分析，揭示了降水變化的一些規(guī)律[3-6]。

濰坊市位于山東省中部丘陵地帶，屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候的半濕潤區(qū)，降水集中、雨熱同季、春秋短暫、冬夏較長[7-9]。本研究采用濰坊市觀測站點(diǎn)自1951年1月至2015年12月共55年降水量的日值觀測，對(duì)其進(jìn)行年降水量和每年的最大日降水量的趨勢分析和突變檢驗(yàn)，為災(zāi)害預(yù)警等方面提供借鑒。

1? ? 資料與方法

1.1? ? 研究區(qū)域

濰坊市位于山東中部的丘陵地帶，南依泰沂山脈，北瀕渤海萊州灣，平均海拔100～200 m。研究區(qū)域?qū)儆谂瘻貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候的半濕潤區(qū)，降水較為集中，四季相對(duì)分明。春季干旱少雨，夏季高溫多雨，秋季天高氣爽，冬季寒冷干燥。年平均氣溫約為12.3 ℃，年平均降水量約650 mm，是山東省乃至中國北方主要的糧食和蔬菜產(chǎn)地。其地理位置如圖1所示。

1.2? ? 數(shù)據(jù)來源

本研究所用數(shù)據(jù)來自中國地面氣候資料日值數(shù)據(jù)集。全國共有824個(gè)基準(zhǔn)、基本氣象站，觀測信息包括1951年1月以來的氣壓、氣溫、降水量、蒸發(fā)量、相對(duì)濕度、風(fēng)向風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)和0 cm地溫要素的日值數(shù)據(jù)。選取濰坊市的氣象觀測站，站點(diǎn)編號(hào)為54843，所選數(shù)據(jù)起止時(shí)間為1951年1月1日至2015年12月31日。年平均值計(jì)算時(shí)間為1月1日至當(dāng)年12月31日。季節(jié)劃分：3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季，12月至翌年2月為冬季。日降水量的取值為20：00至翌日20：00累計(jì)降水量，最小單位是0.1 mm。

1.3? ? 研究方法

1.3.1? ? 線性傾向估計(jì)。該方法通常用來反映某一氣象要素在較長時(shí)間內(nèi)的變化傾向或變化趨勢[10-11]。以變量y表示某氣象要素（本研究中為降水量），表示時(shí)間，建立如下的回歸方程：

其中UF1=0，所有的UF組成一條曲線。將此方法應(yīng)用到反序列中，計(jì)算得到另一條曲線UB，則2條曲線在置信區(qū)間內(nèi)的交點(diǎn)確定為突變點(diǎn)。給定顯著性水平α=0.05（相應(yīng)的臨界值為±1.96），若|UFk|>Uα，則說明該序列存在明顯的趨勢變化。

2? ? 結(jié)果與分析

2.1? ? 每年降水總量變化特征

1951—2015年濰坊市年降水量的中位數(shù)為594.2 mm，平均值為613.9 mm。55年中，大部分年份的降水量在400～800 mm之間，是典型的半濕潤區(qū)域。只有7年的降水總量 >800 mm（分別為1960年、1964年、1970年、1973年、1974年、1990年和2011年），5年的降水總量<400 mm（分別為1977年、1981年、1986年、2002年和2006年）。最大年降水量出現(xiàn)在1964年，為1 298.5 mm;最小年降水量出現(xiàn)在1977年，為295.7 mm。前者為后者的4倍之多，反映了年降水量的劇烈變化。若以10年為界，從年代際變化來看，20世紀(jì)60年代最多，10年平均值達(dá)到689.4 mm;80年代最少，10年平均值僅為536.5 mm。

采用線性傾向估計(jì)方法對(duì)年降水量隨時(shí)間的變化進(jìn)行回歸分析。結(jié)果表明，1951—2015年濰坊市的年降水總量呈現(xiàn)出隨年份減少的趨勢，其氣候傾向率為-22.45 mm/10 a，通過了顯著性水平為0.05的檢驗(yàn)。從季節(jié)變化來看，夏季降水量最多，約占全年的62.3%;冬季最少，僅占全年的4.7%。4個(gè)季節(jié)的降水量都呈現(xiàn)出隨年份減少的趨勢，降水總量氣候傾向率分別為-15.4、-16.67、-2.93、13.2 mm/10 a。線性傾向估計(jì)結(jié)果見表1。圖2為各季節(jié)降水量隨時(shí)間的變化關(guān)系及回歸結(jié)果，可見夏季的降水量隨年份的減少趨勢尤其明顯，春季、秋季和冬季的降水量也呈隨年份緩慢減少的趨勢[21-22]。

采用Mann-Kendall方法對(duì)每年的總降水量進(jìn)行突變檢驗(yàn)，結(jié)果如圖3所示。1951—1975年濰坊市年降水量有增加趨勢，1975年左右出現(xiàn)了突變現(xiàn)象，之后降水量呈現(xiàn)出減少趨勢。

2.2? ? 每年最大日降水量變化特征

1951—2015年濰坊市每年最大日降水量的中位數(shù)為67.9 mm，平均值為74.7 mm，55年中共有104 d日降水量 >50 mm，達(dá)到了暴雨級(jí)別，均出現(xiàn)在夏、秋兩季。最大日降水量出現(xiàn)在1964年8月13日，為188.8 mm。

采用線性傾向估計(jì)方法對(duì)年降水量隨時(shí)間的變化進(jìn)行回歸分析。結(jié)果表明，1951—2015年濰坊市的每年最大日降水量呈現(xiàn)出隨年份增加而遞減的趨勢，其氣候傾向率為-4.54 mm/10 a，通過了顯著性水平為0.05的檢驗(yàn)。從季節(jié)變化來看，只有春季出現(xiàn)了最大日降水量隨年份的緩慢增加趨勢，氣候傾向率為0.25 mm/10 a，而夏季、秋季和冬季的最大日降水量都呈隨年份減少的趨勢，氣候傾向率分別為-4.13、-1.19、-0.10 mm/10 a。最大日降水量線性傾向估計(jì)結(jié)果見表2。圖4為各季節(jié)最大日降水量隨時(shí)間的變化關(guān)系及回歸結(jié)果，可見夏季的最大日降水量隨年份減少的趨勢尤其明顯，秋季和冬季的最大日降水量也隨著年份為緩慢減少趨勢，只有春季為緩慢增加的趨勢[23]。

采用Mann-Kendall方法對(duì)每年的最大日降水量進(jìn)行突變檢驗(yàn)，結(jié)果如圖5所示。1951—1985年濰坊市每年的最大日降水量變化較多，無特別明顯的趨勢，1985年和2008年左右出現(xiàn)了突變現(xiàn)象[24]。

3? ? 結(jié)論與討論

對(duì)1951—2015年濰坊市每年總降水量和每年最大日降水量進(jìn)行了線性傾向估計(jì)和Mann-Kendall突變檢驗(yàn)分析，結(jié)果表明：

（1）濰坊市全年降水量大約為650 mm，其中大部分集中于夏、秋兩季，夏季降水量占到全年降水量的62.3%。在1951—2015年這55年中，最大日降水量>50 mm，達(dá)到暴雨級(jí)別的日數(shù)有104 d，全部集中在夏、秋兩季。因此，夏季降水量的多少對(duì)全年的旱澇有決定性影響。

（2）每年總降水量和四季的降水量均呈現(xiàn)減少趨勢，尤其是年降水總量和夏季降水量，氣候傾向率分別為-22.45、 -16.67 mm/a。年降水量在1975年左右出現(xiàn)了突變現(xiàn)象，1975年以后降水量呈現(xiàn)出了減少趨勢。

（3）對(duì)最大日降水量而言，只有春季的最大日降水量呈現(xiàn)緩慢增加趨勢，每年的最大日降水量和夏季、秋季以及冬季的最大日降水量均為下降趨勢，全年和夏季的氣候傾向率分別為-4.54 mm/10 a和-4.13 mm/10 a。最大日降水量在1985年和2008年左右出現(xiàn)了突變現(xiàn)象。

以上結(jié)果表明，濰坊市的降水量在時(shí)間上分布極不均勻，而且在全球變暖的大背景下，處于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候的半濕潤區(qū)的濰坊市正面臨著降水量減少、干旱現(xiàn)象加劇等災(zāi)害現(xiàn)象。因此，在未來氣候變暖背景下深入研究降水的時(shí)空分布特征對(duì)于該市的防災(zāi)減災(zāi)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展等有著重要的影響。

4? ? 參考文獻(xiàn)

[1] STOCKER T F，D QIN，PLATTNER G K，et al.The fifth assessment report of the intergovernmental panel on climate change[M].United Kingdom and New York：Cambridge University Press，2013：1-40.