浙東海島地區(qū)近64年降水變化規(guī)律分析—以舟山島為例

侯 婷，龔浩哲

（1.浙江省舟山市水利局，浙江 舟山 316000；2.浙江省舟山市定海區(qū)水利局，浙江 舟山 316001）

全球氣候變化已成為全世界面臨的共同挑戰(zhàn)。IPCC第五次評估報告指出全球氣候變暖加速了水文循環(huán)，降水規(guī)律也發(fā)生了明顯的改變[1]。根據(jù)我國《氣候變化國家評估報告》的研究結(jié)果，我國近100 a來平均降水存在顯著的年際和年代際振蕩以及區(qū)域性變化，從降水量的空間分布區(qū)域變化來看，長江下游、華南、東南地區(qū)以及西部內(nèi)陸河年降水量顯著增加[2]。降水作為氣候變化的重要指標(biāo)之一，在很大程度上決定了區(qū)域的水資源數(shù)量。舟山市是我國第一個以群島建制的地級市，人均水資源僅為全國的1/3左右，在發(fā)展過程中形成了本地水、大陸引水和海水淡化水3種水資源并用的模式，面臨較大的水資源壓力[3]。近年來隨著國家級新區(qū)、自由貿(mào)易試驗區(qū)等一系列國家戰(zhàn)略的實施，水資源供需矛盾越來越突出。目前，大多數(shù)的研究主要集中在舟山市多源供水模式上[4-7]，幾乎沒有對舟山市降水變化規(guī)律及其對水資源量影響進(jìn)行研究。本文以舟山本島為研究區(qū)域分析了降水變化規(guī)律，為舟山島水資源開發(fā)和管理提供科學(xué)依據(jù)，對合理利用有限的水資源有著重要意義。

1 研究區(qū)概況

舟山島位于浙江省東北部東海海域，為全國第四大島，全島面積502 km2，其中山丘面積占62%，平原面積占38%。舟山島屬于北亞熱帶南緣季風(fēng)海洋性氣候，四季分明，溫暖濕潤，光照充足，具有春季多海霧，夏秋多臺風(fēng)，易干旱內(nèi)澇的氣候特點。舟山島多年平均氣溫16.3 ℃，多年平均降水量1 373 mm，降水量主要集中在5 — 6月份的梅雨季和8 — 9月份臺風(fēng)季。西北— 東南向的山脊將舟山島分為南、北2大片，地勢中間高、兩邊低，山脊兩側(cè)溝谷發(fā)育，河流眾多，均屬浙東北沿海諸河水系。各河流的上游屬山溪性河流，下游河道坡降平緩且受潮汐影響，具有濱海平原河流的特點；河流絕大部分獨流入海，入?？诰O(shè)有水閘，可防御潮水倒灌入內(nèi)河。

2 研究資料及方法

舟山島上設(shè)有大沙、定海、長春嶺、沈家門等4個水文站，長期觀測雨量資料。定海站的降水?dāng)?shù)據(jù)滿足可靠性、一致性、代表性的要求，因此，選取舟山市水文站提供的定海站1956 — 2019年各年降水量的數(shù)據(jù)構(gòu)建時間序列，運用線性回歸法、去趨勢預(yù)置白Mann - Kendall檢驗法[8-10]（TFPW - MK）進(jìn)行降水趨勢分析；應(yīng)用Pettitt突變檢驗法[11]進(jìn)行突變點檢測。本研究中所有數(shù)據(jù)處理和分析計算均通過Matlab編程實現(xiàn)，為避免因置信區(qū)間不同造成誤差，分析中顯著性統(tǒng)一設(shè)置為α = 0.05。

3 計算結(jié)果與分析

3.1 舟山島降水趨勢分析

舟山島1956 — 2019年歷年降水量及線性趨勢見圖1。由圖1可知，降水量年際變化大，波動較明顯；年降水量整體上呈增加趨勢，增速達(dá)到4.7 mm/a。研究時段內(nèi)，年降水量變化范圍在628.4 ～ 2 104.0 mm，多年平均降水量為1 399.5 mm，最大年降水量2 104.0 mm發(fā)生在2019年，最小年降水量628.4 mm發(fā)生在1967年，極值比為3.3倍。

圖1 舟山島年降水量及線性趨勢圖

Mann - Kendall檢驗法在水文統(tǒng)計領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，但如果原始序列存在自相關(guān)性會顯著放大序列的趨勢[12]。研究表明，當(dāng)一階自相關(guān)系數(shù)大于0.30時，將對檢驗結(jié)果產(chǎn)生不可忽視的誤差；只有一階自相關(guān)系數(shù)小于0.10，產(chǎn)生的誤差可忽略不計；相對一階自相關(guān)性而言，高階自相關(guān)性的影響可忽略不計[13]。應(yīng)用Matlab中自帶的偏自相關(guān)函數(shù)（PACF）檢驗定海站1956 — 2019年降水序列的相關(guān)性，得到一階自相關(guān)系數(shù)為0.27。對原始降水序列進(jìn)行去趨勢預(yù)置白處理，再進(jìn)行PACF檢驗，得到一階自相關(guān)系數(shù)為0.09，滿足小于0.10的要求。通過去趨勢預(yù)置白處理在盡可能小地破壞原序列趨勢的基礎(chǔ)上剔除序列的顯著自相關(guān)性，保證了Mann - Kendall趨勢檢驗結(jié)果的精度。

應(yīng)用Mann - Kendall檢驗法對去趨勢預(yù)置白處理后的序列進(jìn)行趨勢分析，結(jié)果見圖2。從圖2可知：U統(tǒng)計量從1974年開始持續(xù)為正值，降水量從1974年開始持續(xù)呈增大趨勢；1956 — 1974年，U統(tǒng)計量有正有負(fù)，這段時間降水量出現(xiàn)波動；1999 — 2003年、2015 — 2019年，U統(tǒng)計量超出α = 0.05時的臨界線，這2段時間內(nèi)降水量呈現(xiàn)明顯的增大趨勢。經(jīng)計算，定海站1956 — 2019年降水量TFPW -MK統(tǒng)計量為2.46，大于α = 0.05時的臨界值1.96，表明舟山島近64 a降水量整體上呈現(xiàn)明顯的增加趨勢。

圖2 舟山島年降水量TFPW-MK趨勢檢驗結(jié)果圖

3.2 舟山島降水突變分析

采用Pettitt突變檢驗法對定海站1956 — 2019年降水序列的突變點進(jìn)行檢驗，結(jié)果見圖3。Pettitt法識別出1972年為年降水量的突變點，突變檢驗得到的統(tǒng)計值P為0.035 5，小于0.050 0，說明檢驗出的突變點在統(tǒng)計意義上是顯著的。該結(jié)果與Mann - Kendall檢驗法基本一致。

圖3 舟山島年降水量Pettitt突變檢驗結(jié)果圖

4 結(jié) 語

降水時間序列是確定性成分和隨機(jī)成分的組合。本研究表明，浙江省舟山群島新區(qū)舟山島近64 a的年降水量整體上呈明顯的增加趨勢，通過α = 0.05顯著性檢驗，增速達(dá)到4.7 mm/a。降水量從1974年開始持續(xù)呈增大趨勢，其中1999 — 2003年、2015 — 2019年2個時間段的降水量增大趨勢最為顯著。1972年是舟山島年降水量的突變點，降水量從1972年開始發(fā)生顯著變化。由于全球變暖和氣候因素的影響，降水的時空序列不確定性增強(qiáng)，需引起相關(guān)部門重視。