基于聚類分析與Box-Cox轉(zhuǎn)換的跨項(xiàng)目缺陷預(yù)測(cè)方法

戴曉峰 王莉萍

摘? ?要：文章基于江蘇省1981—2014年逐日降水資料，根據(jù)極端降水的時(shí)間趨勢(shì)、空間分布特征，從年際變化和季節(jié)變化兩個(gè)尺度研究極端降水特征。結(jié)果表明：（1）時(shí)間趨勢(shì)上，在研究的近30年（1981—2014年）里，極端降水頻率呈下降趨勢(shì)，而極端降水量明顯增多。（2）時(shí)間突變上，1991年為一個(gè)時(shí)間突變點(diǎn)。（3）空間分布上，蘇南地區(qū)受極端降水影響的程度比蘇北地區(qū)大。（4）四季變化上，夏季是受極端降水影響最大的季節(jié)，春季和冬季極端降水較有規(guī)律。

關(guān)鍵詞：極端降水;時(shí)空變化;江蘇省;地理信息系統(tǒng)

近20年來(lái)，全球乃至區(qū)域極端氣候事件，尤其是極端降水事件，發(fā)生的頻率不斷增加，強(qiáng)度不斷增強(qiáng)，給人們的生命安全乃至整個(gè)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)造成嚴(yán)重的影響。極端降水事件主要受人類活動(dòng)和全球氣候變暖影響，具有時(shí)空變異特性，是衡量氣候變化的一個(gè)重要指標(biāo)。通常降水偏多會(huì)導(dǎo)致地表徑流增多，進(jìn)而引起洪澇和泥石流等災(zāi)害;降水偏少會(huì)導(dǎo)致土壤和地下水的減少，引起干旱[1]。極端降水對(duì)人類社會(huì)和自然環(huán)境造成嚴(yán)重危害，引起了全世界的關(guān)注，并成為各國(guó)學(xué)者研究的熱點(diǎn)。

江蘇省近年來(lái)氣候變化頻繁，主要包括如下幾個(gè)方面：（1）氣候?yàn)?zāi)害發(fā)生的頻率明顯增加。（2）氣候持續(xù)變暖。（3）氣候?yàn)?zāi)害對(duì)人們生活的影響越來(lái)越大。進(jìn)一步了解降水特征及極端降水事件的時(shí)空變化規(guī)律，對(duì)江蘇省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)劃與針對(duì)氣候變化的適應(yīng)性對(duì)策制定均有重要意義。本文根據(jù)極端降水的時(shí)間趨勢(shì)、空間分布特征，從年際變化和季節(jié)變化兩個(gè)尺度研究極端降水特征。

1? ? 研究資料與方法

1.1? 資料來(lái)源

由“中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)”提供的“江蘇地區(qū)氣象觀測(cè)站1981—2014的逐日降水量”作為數(shù)據(jù)源，選取26個(gè)觀測(cè)站點(diǎn)，其數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)質(zhì)量控制，各要素?cái)?shù)據(jù)的質(zhì)量及完整性得以明顯提高。

1.2? 研究方法

1.2.1? 反距離加權(quán)插值

反距離加權(quán)插值法是相似相近的原理，即距離越相近的兩個(gè)物體，性質(zhì)就越相近;反之，距離相遠(yuǎn)，則相似性越小。它以插值點(diǎn)和樣本點(diǎn)的距離為權(quán)重進(jìn)行加權(quán)平均，離插值點(diǎn)越近的樣本點(diǎn)賦予的權(quán)重就越大[1]。

1.2.2? 氣候傾向率

氣象的傾向率用線性趨勢(shì)法來(lái)表示，線性趨勢(shì)法用于以圖形方式顯示數(shù)據(jù)趨勢(shì)，有助于分析預(yù)測(cè)問(wèn)題，這種分析稱為回歸分析。通過(guò)回歸分析法，可以擴(kuò)展趨勢(shì)線圖來(lái)預(yù)測(cè)實(shí)際數(shù)據(jù)的未來(lái)價(jià)值。線性趨勢(shì)線是適用于簡(jiǎn)單線性數(shù)據(jù)集的最佳擬合直線，如果數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)成類似于直線的形狀，則說(shuō)明數(shù)據(jù)是線性的。線性趨勢(shì)線通常表示事物是以恒定速率增加或減少。

1.2.3? Mann-kendall檢驗(yàn)

Mann-Kendall突變分析（簡(jiǎn)稱M-K檢驗(yàn)法）是世界氣象組織（World Meteorological Organization，WMO）推薦的，基于Kendall秩相關(guān)的非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法，具有檢測(cè)范圍廣、定量高的優(yōu)點(diǎn)，不需要樣本，且服從一定的分布，已廣泛應(yīng)用于氣候序列突變分析中[2]。

2? ? 研究結(jié)果與分析

2.1? 極端降水的時(shí)間變化特征

（1）極端降水年際變化特征：通過(guò)計(jì)算江蘇省26個(gè)氣象站逐年極端降水的指數(shù)，并建立極端降水時(shí)間序列，分析極端降水指數(shù)年際變化特征。江蘇省近30年極端降水閾值總體波動(dòng)不大，較為平穩(wěn)，年際傾向率為﹣0.032 mm/a，呈輕微下降趨勢(shì)。極端降水量呈明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì)，年際傾向率達(dá)到2.350 4 mm/a。極端降水日數(shù)的變化趨勢(shì)可以直接反映極端降水頻率的變化趨勢(shì)，江蘇省地區(qū)極端降水日數(shù)在近30年呈微弱下降趨勢(shì)，年際傾向率為﹣0.050 7 d/a。近30年間，日最大降水量的線性趨勢(shì)與極端降水閾值相似，都呈微弱上升趨勢(shì)，年際傾向率為0.224 7 mm/a。1981—2014年江蘇地區(qū)5日最大降水的變化以增長(zhǎng)為主，增長(zhǎng)幅度沒(méi)有極端降水量明顯，年際傾向率為0.112 4 m/a。極端降水強(qiáng)度呈現(xiàn)大幅度增長(zhǎng)趨勢(shì)，年際傾向率為0.339 7 mm/a?？偟脕?lái)說(shuō)，極端降水量與極端降水強(qiáng)度呈明顯而穩(wěn)定的增長(zhǎng)趨勢(shì)，極端降水日數(shù)與極端降水閾值呈輕微的下降趨勢(shì)，日最大降水量與5日最大降水量呈微弱的上升趨勢(shì)?？梢钥闯?，在本研究的近30年里，江蘇省極端降水量、極端降水強(qiáng)度呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，而由極端降水日數(shù)可以看出，極端降水頻率呈小幅度下降趨勢(shì)。

（2）極端降水季節(jié)變化特征：從季節(jié)上看，夏季的日最大降水量最大，秋季其次，然后是春季，日最大降水量最小的是冬季。極端降水量的季節(jié)變化與日最大降水量相似，在夏季達(dá)到最大，在冬季最小。由此可以看出，夏季的極端降水最嚴(yán)重。

（3）極端降水突變分析：對(duì)江蘇地區(qū)極端降水量進(jìn)行突變分析，繪制MK曲線圖，發(fā)現(xiàn)極端降水總趨勢(shì)是上升的，特別是1995年以后，上升趨勢(shì)明顯。1991年，在0.05置信度水平下，極端降水量發(fā)生了突變。

2.2? 極端降水的空間變化特征

2.2.1? 年極端降水空間分布特征

江蘇地區(qū)的閾值空間分布基本呈現(xiàn)由西北向東南逐漸遞增趨勢(shì)，具有一定的規(guī)律性。江蘇省極端降水量的分布規(guī)律為：江蘇南部地區(qū)的極端降水量基本大于江蘇北部地區(qū)，與閾值分布規(guī)律相似。日最大降水的值與極端降水量的規(guī)律相反，江蘇西北部的日最大降水量普遍高于江蘇東南部的日最大降水量，但是日最大降水量的分布規(guī)律性不明顯。5日最大降水量的規(guī)律為：江蘇西南部的5日最大降水量的值基本大于江蘇東北部的值。極端降水的日數(shù)一定程度上可以代表極端降水的頻率，極端降水日數(shù)規(guī)律是江蘇西北地區(qū)基本小于東南地區(qū)，位于江蘇南半邊的市降水日數(shù)基本比較高。江蘇省極端降水強(qiáng)度的規(guī)律為：江蘇省西南地區(qū)的極端降水強(qiáng)度普遍高于江蘇東北地區(qū)?？梢?jiàn)，南京市及周邊市區(qū)受極端降水的影響較大，徐州市與鹽城市受極端降水的影響小。

2.2.2? 極端降水季節(jié)空間分布特征

研究極端降水的季節(jié)變化能更好地了解一年內(nèi)不同地區(qū)的極端降水變化特征。極端降水量總體夏季最多，取值范圍為254.03～426.7 mm。冬季最少，取值范圍為6.01～ 46.26 mm。春季和秋季極端降水量值相當(dāng)，春季的取值范圍為26.85～116.66 mm，秋季的取值范圍為40.51～133 mm。其中，冬季極端降水量的空間分布是最具有規(guī)律的，由西北向東南呈階梯式增加，冬季受極端降水影響最大的是江蘇東南部地區(qū)，主要是蘇州市、無(wú)錫市、常州市和南通市。春季的極端降水量的空間分布基本呈北部向南部階梯式增加，但分布規(guī)律不明顯，春季受極端降水影響最大的是江蘇南部及西南部地區(qū)，主要是南京市、無(wú)錫市、蘇州市、鎮(zhèn)江市和常州市。夏季的極端降水空間分布各個(gè)地區(qū)基本相差不大，中部和北部降水量相對(duì)較多，主要是連云港市、南京市、泰州市和揚(yáng)州市。秋季的極端降水量東部地區(qū)普遍大于西部地區(qū)，秋季受極端降水影響最大的是江蘇中部及北部部分地區(qū)，主要是南通市、鹽城市、蘇州市和泰州市。

3? ? 結(jié)語(yǔ)

江蘇地區(qū)的極端降水總體呈上升趨勢(shì)，各個(gè)站點(diǎn)都有不同程度的上升，且夏季是受極端降水影響最大的季節(jié)。在江蘇這個(gè)區(qū)域中，江蘇中部及東南部是受極端降水影響最大的地區(qū)。本文對(duì)江蘇地區(qū)極端降水的時(shí)空分布及季節(jié)性分布進(jìn)行了研究，對(duì)江蘇地區(qū)的極端降水特征有一定的認(rèn)識(shí)，但極端降水形成的氣候因素、人為活動(dòng)因素有待進(jìn)一步的研究。

[參考文獻(xiàn)]

[1]趙麗，楊青，韓雪云，等.1961—2009年新疆極端降水事件時(shí)空差異特征[J].中國(guó)沙漠，2014（2）：550-557.

[2]賀振，賀俊平.1960年至2012年黃河流域極端降水時(shí)空變化[J].資源科學(xué)，2014（3）：490-501.

[3]符淙斌，王強(qiáng).氣候突變的定義和檢測(cè)方法[J].大氣科學(xué)，1992（4）：482-493.