鶴壁市降水量演變趨勢分析

李希偉

（河南省鶴壁水文水資源勘測局）

0 引言

在人類活動的影響下，大氣中溫室氣體濃度增加，全球氣候呈現(xiàn)出變暖的趨勢，政府間氣候變化小組（IPCC）在2013 年的第五次氣候變化評估報告中表明，1880-2012 年，全球海陸表面平均溫度升高了0.85 ℃。氣候變暖必將對降水、徑流以及蒸發(fā)等水文循環(huán)造成影響，導(dǎo)致水資源的時空差異，進而影響中國以及其他國家社會經(jīng)濟的發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的演變。

鶴壁市位于太行山東麓和華北平原的過渡地帶，地理坐標(biāo)東經(jīng)113°59′～114°45′，北緯35°26′～36°02′，屬于暖溫帶半濕潤型季風(fēng)氣候，四季分明，春季多風(fēng)少雨，夏季炎熱濕潤，秋季秋高氣爽，冬季寒冷多霧，降水量的年際變化、季節(jié)變化和月際變化都很大。降水量是導(dǎo)致旱澇災(zāi)害發(fā)生的重要影響因素，降水量的年際變化往往引起河川徑流量的年際變化，研究降水量的時空分布特征和演變趨勢，對了解鶴壁市的旱澇氣候變化規(guī)律具有重要意義，對防汛抗旱決策有積極作用。因此，對鶴壁市降水的演變趨勢進行研究分析十分必要。

1 資料來源與方法介紹

1.1 資料來源

項目對鶴壁市9個監(jiān)測站點（前嘴、朝歌、盤石頭、大柏峪、新村、淇門、白寺、鶴壁、灣子）1951-2019年逐月的降水資料進行了整理分析，分析匯總出一長時間序列的年、季節(jié)、月降水量數(shù)據(jù)資料。這些站點在整個鶴壁市分布均勻，具有良好的代表性，其匯總分析的結(jié)果能反映鶴壁市的整體降水特征。

1.2 方法介紹

項目主要采用了非參數(shù)Mann-Kendall 趨勢分析檢驗法（以下簡稱M-K法）對鶴壁市1951-2019年的年、季、月降水量數(shù)據(jù)進行全面的研究分析。M-K 法具有適用范圍廣，人為因素影響小，定量化程度高的優(yōu)點，可用于檢驗非正態(tài)分布特征的變量，不受少數(shù)異常值的影響，常常被用于評估氣候要素時間序列趨勢的研究中，其檢驗統(tǒng)計量的公式如下：

式中：sign（ ）為符號函數(shù)，當(dāng)xi-xj〉、 0時，sign（xi-xj）分別為1、0或-1；M-K統(tǒng)計量公式在s 或 0時分別為：

式中字母含義同上。當(dāng)z值為正值時，表示呈正相關(guān)趨勢變化，為增加趨勢；z值為負值時，表示呈負相關(guān)趨勢變化，為減少趨勢；|z|值在 1.28、1.64、2.32 時，分別表示通過了置信度90%、95%、99%的顯著性檢驗。

2 鶴壁市各年降水情況

經(jīng)統(tǒng)計分析，鶴壁市1951-2019 年多年平均降水量為607.30 mm，其中有31 a的降水量處于平均水平之上，其他年份的降水量均低于多年平均水平。

由于受季風(fēng)年際差異的影響，鶴壁市年際間降水量差異較大（降水距平如圖1所示），經(jīng)常會出現(xiàn)豐水年和枯水年。從圖1可以看出鶴壁市降水變率較大，這也必將導(dǎo)致鶴壁市河川徑流的年際差異。鶴壁市降水量在1963年達到1 173.20 mm，為統(tǒng)計數(shù)據(jù)序列中的最高值，而1997 年鶴壁市全年降水量為275.20 mm，為統(tǒng)計數(shù)據(jù)序列中的最小值，僅占1963 年全年降水量的23.50%。

3 Mann-Kendall檢驗法分析降水量的變化趨勢

3.1 在Excel中實現(xiàn)Mann-Kendall趨勢檢驗

圖1 1951-2019年鶴壁市降水距平圖

3.2 降水量年際變化和季節(jié)變化特征分析

表1給出了1951-2019年的年、季降水量M-K趨勢分析結(jié)果。1951-2019年的降水量M-K趨勢分析表明：年均降水量在年際間表現(xiàn)出了負相關(guān)趨勢變化，但減少趨勢不顯著，沒有通過任何顯著性檢驗。從季節(jié)變化趨勢來看，春季和冬季呈現(xiàn)增長趨勢，且冬季增長趨勢顯著，Z值達到2.04，通過了信度95%的顯著性檢驗。夏季和秋季呈現(xiàn)下降趨勢，且夏季下降趨勢明顯，Z值達到-1.57，通過了信度90%的顯著性檢驗。

表1 鶴壁市年、季降水量Mann-Kendall檢驗值表

3.3 降水量月際變化特征分析

鶴壁市的月際降水量的Mann-Kendall 檢驗值見表2。由表2可以看出，鶴壁市的月際降水量呈上升趨勢的月份有1、2、4、5、6、9 月份，其中1 月份和5 月份上升趨勢明顯，Z 值分別達4.45和1.47，分別通過了信度99%的顯著性檢驗和信度90%的顯著性檢驗；呈下降趨勢的月份有3、7、8、10、11、12月份，其中10 月份下降趨勢明顯，Z 值達1.54，通過了信度90%的顯著性檢驗。

表2 鶴壁市的月際降水量的Mann-Kendall檢驗值表

4 總結(jié)

文章簡要分析鶴壁市1951-2019年各年降水情況，主要采用了非參數(shù)Mann-Kendall趨勢分析檢驗法對這60余年來鶴壁市降水情況進行了全面分析，進而研究鶴壁市降水量的演變趨勢。文章詳細敘述了如何在excel中實現(xiàn)Mann-Kendall趨勢分析，主要對鶴壁市降水量的的年際變化、季節(jié)變化以及月降水變化進行了分析研究，以此得到鶴壁市60 余年來降水量的演變趨勢。

主要的研究成果為：鶴壁市1951-2019年多年平均降水量為607.30 mm，年際間降水量差異較大，經(jīng)常會出現(xiàn)豐水年和枯水年，降水變率較大；鶴壁市降水量在年際間表現(xiàn)出了負相關(guān)趨勢變化，但減少趨勢不顯著；鶴壁市春季和冬季呈現(xiàn)增長趨勢，夏季和秋季呈現(xiàn)下降趨勢；鶴壁市1月份和5月份增長趨勢顯著，10月份呈現(xiàn)明顯的下降趨勢。