安慶地區1958-2013年降水變化趨勢及突變分析

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，同時又是氣象變化的重要因子之一，對于一個區域的水分狀況起到了決定性的作用[1]。降水研究是區域氣候變化、水循環、水平衡、洪水預報、水資源規劃和評估的重點考慮因子[2]。本文采用線性傾向估計法、累積距平法、t檢驗法、Mann-Kendall突變型檢驗法，利用安慶地區1958-2013年的降水資料(合計56年)開展變化趨勢及突變分析，以期為了解該地區氣候變化特征，充分認識和利用降水資源，為流域水資源可持續發展提供相關參考依據。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

本次選取安慶地區岳西站(北)、沙河埠站(北)、花涼亭站(西)、石牌鎮站(中)、樅陽閘站(東)、宿松站(南)共計6個雨量站1958-2013年56年同期月降水量作為基礎研究數據。在空間上考慮各個站點控制的面積占安慶地區的百分比，通過加權平均的方法進行估算。

1.2 研究方法

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

(2)累積距平法。距平值又稱異常值，主要用于來確定某個時段或時間的數據，以及數據的長期平均值是高還是低，還可以地直觀判斷樣本數據的趨勢。

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

(4) Mann-Kendall法。Mann-Kendall的測試方法是一種非參數方法，也稱無分布測試，適用于類型變量與順序變量，計算較為簡便、并且不受少數異常值干擾[3]。

2 降水趨勢與突變分析

2.1 年際、年內降水量變化特征

圖1是安慶地區1958-2013年年均降水量變化趨勢圖。

圖1 安慶地區1958-2013年年均降水量變化趨勢

由圖1可見，安慶地區年降水量在過去56年呈緩慢上升趨勢，降水量的趨勢方程為：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“少-多-少”趨勢，20世紀60年代降水量較少，遠低于多年平均值(-89.1mm)，到80年、90年代高于多年平均值(+106.9mm，+105.7mm)，進入21世紀后，降水呈下降趨勢，低于多年平均值(-76.32mm)。

安慶地區近56年降水主要集中在春季和夏季，不同季節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是安慶地區研究年的累積距平均曲線。由圖2可知：春季降水突變點為1995年、2003年； 夏季降水突變點為1968年、1999年； 秋季降水突變點為1969、1980、1990年； 冬季降水突變點為1967年、1974、1988年； 年均降水突變點1968、1977、1999、2009年。

(2)滑動t檢驗。考慮到平均變化能較好的反映氣候基本情況的變化，采用滑動t檢驗分析對安慶地區的4季和年平均降水量進行突變型分析。分別取步長n1= n2= 5, n1= n2= 10,信度選取(α=0.01)，查表得出自由度n1+n2-2時顯著性水平tα值依次是3.36、2.88。如果|ti|≥tα，則可認為正在第i年之前和之后的2段時間可能存在突變。安慶地區1958-2013滑動t檢驗統計量曲線如圖3、圖4所示。 由圖3可知安慶地區年均降水量在1959年和1964年突然發生變化，1959年( | ta|= 3.82)為突變增加，1964年( | ta|= 3.36)為減少突變。圖4可知安慶地區冬季在1968、1969、1979年發生突變，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t檢驗統計量(n1=n2=5)

圖4 滑動t檢驗統計量(n1=n2=10)

(3) M-K檢驗。Mann-Kendall試驗用于安慶春、夏、秋、冬季節降水量時間序列，統計量曲線如圖5所示。

圖5 安慶地區1958-2013年季節降水量M-K檢驗統計量曲線

(1)春季。經過比較，發現UF曲線在1958-1968和1989-2004年兩個部分的統計總量大于0，表明在兩個時期的降水量呈上升趨勢；在其他的年份，UF曲線統計小于0，表明該范圍內的降水呈下降趨勢，考慮UF曲線整體未超過α=0.05顯著水平線，可以推出：在該時間范圍內降水量增加/減少趨勢不明顯。在臨界線(Z=±1.96)內UF曲線與UB曲線分別在1965-1969、2001-2003、2010年有交點，但是考慮UF曲線未超過信度線，說明在0.05的顯著水平下，春季降水沒有發生突變。

(2)夏季。UF曲線在1958-2013年范圍內統計量整體趨勢大于0，表明總降水呈上升，同時認為UB曲線有超過α=0.05顯著水平線，表明增加趨勢顯著的。在臨界線(Z=±1.96)內UF曲線與UB曲線分別在1960、1963、1965、1969、2000、2008年有交點，且UB曲線超過信度線(Z=±1.96)，說明在0.05的顯著水平下，夏季降水發生了突變。

(3)秋季。UF曲線在1963-1982年和1998-2013年兩部分顯示小于0統計量，表明該區間降水整體呈下降趨勢。同時，考慮UF曲線超過α=0.05顯著水平線，表明增加、減少趨勢是顯著的。在臨界線(Z=±1.96)內UF曲線與UB曲線分別在1963、1972、1992、1995、2011年有交點，由于UF曲線超過信度線(Z=±1.96)，說明在0.05的顯著水平下，秋季降水發生了突變。

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

3 結 論

安慶地區多年平均降水量1404.6mm； 年最大值2009.8mm(1983年)，最小值899.8mm(1978年)，56年降水量呈現增加趨勢。不同季節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T檢驗和M-K突變檢測方法，得出不同的結果，是由于所使用的突變檢測方法的靈敏度不同。安慶地區春季降水量未發生突變；夏季降水量發生了減少突變，突變時間為2000年；秋季降水量發生了增加突變，突變時間為1972年；冬季降水量發生了突變，突變時間為1976、1993年，其中1976年為減少突變點，1993年為增加突變點。