沈陽市1951—2013年氣候變化特征及其區域蒸發的響應分析

郭 銳

(遼寧省水文局，遼寧 沈陽 110003)

氣候變化對區域水資源的影響是當前研究的熱點問題。而氣象要素的演變特征分析是氣候變化的關鍵。蒸發是區域水資源的重要輸入來源，氣象要素的變化直接影響區域的蒸發。為了對沈陽市的氣候變化進行分析，結合沈陽市1951—2013年的氣象要素數據，分析沈陽市近63年的氣象變化特征，此外，為分析氣候變化對蒸發的影響，結合區域蒸發數據，分析氣象要素變化和區域蒸發的相關性，研究成果對于氣候變化下沈陽市水資源評估具有重要的參考價值。

1 研究方法

采用非線性趨勢檢驗方法對氣象變化特征進行檢驗，該方法假設時間數據序列(x1，x2，…，xn)為獨立、隨機同變量分布的樣本序列，檢驗統計變量S計算方程為：

(1)

(2)

(3)

(4)

式中，S—正態分布的檢驗統計變量；xi和xj—分別為同一樣本中不同分布的兩個系列，其中1≤j≤i≤n；σs—標準方差；sign—運算符號；n—樣本的總個數；Z—檢驗值，若Z>0，檢驗的時間序列為上升變化趨勢，Z<0，檢驗的時間序列為下降變化趨勢；Z的絕對值大于或等于2.32，1.64，1.28，表示通過置信度分別為99%，95%以及90%的顯著性檢驗水平。在分析氣象要素突變特征時，主要采用累積距平方法進行各個氣象要素的突變分析，各氣象累積距平曲線的轉折點一般為氣象要素突變點。

2 研究成果

2.1 氣象要素演變分析

結合沈陽市1951—2013年氣象要素數據，分析近63年氣象演變趨勢，并結合趨勢檢驗方法對節的氣象要素變化特征進行趨勢分析，分析結果如圖1所示，詳見表1。

圖1 各氣象要素年變化過程分析

表1 各氣象要素不同季節變化趨勢性分析結果

從圖1中可看出，沈陽市近63年日照時數、平均風速、平均氣壓呈現明顯遞減變化趨勢，遞減率分別為41.7/10·a，-0.26/10·a，-0.20/10·a，平均氣溫、平均水汽壓呈現明顯上升趨勢，遞增率分別為0.20/10·a，0.50/10·a，相對濕度無明顯變化。從各季節氣象要素趨勢檢驗結果可以看出，在夏季，各氣象要素均可通過90%的顯著性檢驗，具有明顯變化趨勢，而冬季各氣象要素變化趨勢的顯著性較弱，各氣象要素在春節和秋季變化趨勢的顯著性差異性較大。

2.2 氣象要素突變分析

結合累積距平分析方法對各氣象要素的累積距平進行分析，分析結果如圖2所示，結合圖2判斷轉折點來分析各氣象要素的突變特征。

從各氣象要素的累積距平分析結果可看出，各氣象要素的突變年份差異性較大，但從各氣象要素的變化可看出，各氣象要素主要的突變年份均出現在20世紀70年代以后，除平均氣壓突變年份出現在90年代外，其他氣象要素的突變年份均出現在1970—1989之間，可見，70年代后，沈陽市的氣候出現一定程度的變化。

2.3 氣象要素與區域蒸發相關性分析

結合各氣象要素和區域蒸發數據，分析各氣象要素和蒸發的相關關系，如圖3所示，并定量分析各季節氣象要素和蒸發的相關性，詳見表2。

表2 各氣象要素與區域蒸發季節相關性分析結果

圖2 各氣象要素突變年份分析

圖3 各氣象要素與區域年蒸發相關性分析

從圖3中可看出，日照時數和氣溫是區域主要兩個影響氣象因素，相關系數分別為0.652和0.621，其他要素和蒸發的相關性不高，從表2中可看出，夏季各氣象要素和蒸發的相關性均較年相關性有明顯提高，夏季氣溫和日照時數依然是影響蒸發的兩個重要因素。冬季，各氣象要素和蒸發的相關性逐步減弱，這主要是因為冬季蒸發較低，因此受氣象要素變化影響較弱。

3 主要結論

(1)除相對濕度外，沈陽市各氣象要素變化較為明顯，夏季氣溫下降趨勢顯著性高于其他要素，區域各氣象要素突變轉折主要出現在20世紀70年代后，可以以1969年作為沈陽市氣候變化的轉折點。

(2)氣溫和日照時數是影響沈陽蒸發的主要兩個因素，而這兩要素遞減變化也是區域蒸發遞減變化的主因。