云南巧家县降水量及蒸发量变化特征及趋势分析

袁震洲，方德祥，祝成锐，卞志华，王志宏

（浙江华东测绘地理信息有限公司，浙江杭州，310030）

0 引言

巧家县坐落于云南省东北部、昭通市西南部的金沙江畔，属于亚热带季风气候类型，有“西部小三亚”之称的它一年中只有三季，没有冬季。其气候的主要特点是干湿季节分明，每年的11月～次年的4月为干季，降水量占全年降水量的10%，降水保证率也很小。每年的5～10月为雨季，降水量占全年总降水量的90%左右，蒸发量大，土壤干枯，空气十分干燥，太阳辐射强，日照时间长。由于该县光热资源十分丰富，且位于金沙江畔，该县成为农业重县、冬季旅游重县、热带水果出口重县等。同时，坐落于该县、总装机1 600万kW的世界第二大水电站白鹤滩巨型电站已开工建设。因此，研究巧家县地区的降水量和蒸发量的变化特征和趋势，可以对该县的农业、林果业和电站的前期施工建设提供一定的借鉴和参考意义。

1 资料和分析方法

1.1 资料

采用巧家县1981～2012年的实测逐日降水量资料和逐日蒸发量资料等。根据当地气候规律将季节划分为：5～10月为雨季；11月～次年4月为干季。

1.2 分析方法

R-S分析法[2-4]：R-S分析法是一种基于分形理论的非线性时间序列分析的常用方法，在时间序列分析领域应用十分广泛。

均值：

累积离差：

极差：

标准差：

式（3）和式（4）比值：

式（5）中α为常数，H为Hurst指数，简化得：

根据式（6），用气候倾向率法[1]，求出直线的斜率即为赫斯特指数H。当H=0.5、0≤H＜0.5、H＞0.5时，分别表示该降水量序列未来趋势和现有趋势没有直接的关系、降水量序列具有反持续性、降水量序列具有持续性。

2 降水量变化特征及趋势

2.1 降水量的年际变化特征及趋势

巧家县逐年降水量1981～2012年呈显著上升的趋势，这种增加趋势通过了0.05的信度检验。上升幅度为4.60 mm/a，降水量年际均值为726.4 mm。巧家县1981～2012年降水量变化特征及趋势见图1。其年降水量在2008年达到最大值947.8 mm，其次是1999年的936.5 mm，在1989年达到最小值490.4 mm，降水量年际变幅达到57.4 mm。

图1 巧家县年降水量变化特征及趋势Fig.1 Characteristics and trend of annual precipitation of Qiao⁃jia county

由图2可知：巧家县年降水量赫斯特指数H为0.69，明显大于0.5，表明未来的年降水量变化趋势与现有的趋势一致，即显著上升的趋势，表现出较强的持续性。

图2 巧家县年降水量R-S分析图Fig.2 Analysis on the annual precipitation by R-S method

2.2 降水量的年内变化特征

巧家县降水量的年内分配呈现很不均匀状态，即先上升后下降的趋势，见图3。6月多年平均月降水量达到最大值165 mm，12月份最小为1.9 mm，多年平均月降水量均值61.3 mm。1～6月呈现逐步上升趋势，6～12月呈现逐步下降趋势。雨季降水量占全年90%以上，干湿季节性分明。

图3 巧家县多年平均月降水量变化柱状图Fig.3 Diagram of average monthly precipitation of Qiaojia county

2.3 降水量的季节变化特征及趋势

由图4可知巧家县1981～2012年雨季降水量呈现显著上升的趋势，相关系数r达到0.54，通过了0.05的信度检验。上升幅度为6.44 mm/a,年雨季降水量均值为671 mm。年雨季降水量在1999年达到最大值878.1 mm，在1989年达到最小值460.3 mm，和年降水量最高、最低值相对应，年雨季降水量变幅达417.8 mm。

由图5可知：巧家县年雨季降水量赫斯特指数H为0.77，明显大于0.5，表明未来的年雨季降水量变化趋势与现有的趋势一致，即显著上升的趋势，表现出了较强的持续性。

图4 巧家县年雨季降水量变化特征及趋势Fig.4 Characteristics and trend of precipitation in rain seasons of Qiaojia county

由图6可知巧家县1981～2012年干季降水量呈现显著下降的趋势，相关系数r达到0.46，通过了0.05的信度检验。下降幅度为1.85 mm/a,年干季降水量均值为55.4 mm。年干季降水量在1986年达到最大值160.2 mm，在2012年达到最小值9.2 mm，年干季降水量变幅达151 mm。

图5 巧家县年雨季降水量R-S分析图Fig.5 Analysis on the precipitation in rain seasons by R-S method

图6 巧家县年干季降水量变化特征及趋势Fig.6 Characteristics and trend of precipitation in dry seasons of Qiaojia county

由图7可知：巧家县年干季降水量赫斯特指数H为0.61，大于0.5，表明未来的年干季降水量变化趋势与现有的趋势一致，即显著下降的趋势，表现出了较强的持续性。结合年降水量和年雨季降水量的R-S分析，由于年降水量和年雨季降水量都显著增加，年干季降水量显著减少的特性，可以预测在未来的年份里，雨季降水量在一年中的比重有越来越大的趋势。

图7 巧家县年干季降水量R-S分析图Fig.7 Analysis on the precipitation in dry seasons by R-S method

3 蒸发量变化特征及趋势

3.1 蒸发量的年际变化特征及趋势

巧家县逐年蒸发量1981～2012年呈显著下降的趋势，其减少趋势通过了0.05的信度检验。下降幅度为6.85 mm/a,蒸发量年际均值为2 236.3 mm。巧家县1981～2012年蒸发量变化特征及趋势见图8。其年蒸发量在1986年达到最大值2 590.6 mm，在2008年达到最小值1 791.8 mm，蒸发量年际变幅达到798.8 mm。

图8 巧家县年蒸发量变化特征及趋势Fig.8 Characteristics and trend of annual evaporation of Qiao⁃jia county

由图9可知：巧家县年蒸发量赫斯特指数H为0.58，略大于0.5，表明未来的年蒸发量变化趋势与现有的趋势一致，即下降的趋势，表现出较弱的持续性。

3.2 蒸发量的年内变化特征及趋势

巧家县蒸发量的年内分配呈现先上升后下降的趋势，见图10。4月多年平均月蒸发量达到最大值为312.5 mm，12月份最小为122.6 mm，差值为189.9 mm，均值为184.8 mm。蒸发量高值主要集中在3～5月，即春季的蒸发量较高，9月～次年1月多年平均月蒸发量差值很小，仅为14.4 mm，1～4月呈现逐步上升趋势，4～12月呈现逐步下降趋势。雨季蒸发量和干季蒸发量比值为0.95，接近1，说明该县降水量多少不是影响蒸发量的唯一因素，蒸发[1]受多种因素共同影响。

图9 巧家县年蒸发量R-S分析图Fig.9 Analysis on the annual evaporation by R-S method

图10 巧家县多年平均月蒸发量变化柱状图Fig.10 Diagram of average monthly evaporation of Qiaojia county

3.3 蒸发量的季节变化特征及趋势

由图11可知巧家县1981～2012年雨季蒸发量呈现显著下降的趋势，相关系数r达到0.35，通过了0.05的信度检验。下降幅度为4.03 mm/a,年雨季蒸发量均值为1 080.8 mm。年雨季蒸发量在1986年达到最大值1 261.7 mm，在2012年达到最小值842.9 mm，年雨季蒸发量变幅达418.8 mm。

由图12可知：巧家县年雨季蒸发量赫斯特指数H为0.66，大于0.5，表明未来的年雨季蒸发量变化趋势与现有的趋势一致，即显著下降的趋势，表现出了较强的持续性。

由图13可知，巧家县1981～2012年干季蒸发量呈现显著下降的趋势，相关系数r达到0.41，下降趋势通过了0.05的信度检验。下降幅度为4.41 mm/a,年干季蒸发量均值为1 144.2 mm。年干季蒸发量在2003年达到最大值1 387.7 mm，在2008年达到最小值918.5 mm，年干季蒸发量变幅达469.2 mm。

图11 巧家县年雨季蒸发量变化特征及趋势Fig.11 Characteristics and trend of evaporation in rain sea⁃sons of Qiaojia county

图12 巧家县年雨季蒸发量R-S分析图Fig.12 Analysis on the evaporation in rain seasons by R-S method

图13 巧家县年干季蒸发量变化特征及趋势Fig.13 Characteristics and trend of evaporation in dry seasons of Qiaojia county

由图14可知：巧家县年干季蒸发量赫斯特指数H为0.69，明显大于0.5，表明未来的年干季蒸发量变化趋势与现有的趋势一致，即显著下降的趋势，表现出了较强的持续性。

4 年蒸发量和年降水量的一元线性回归

年蒸发量和年降水量的一元线性回归图见图15，相关系数r为0.18＜0.35，呈现负相关关系，r较低,不能通过0.05的信度检验，表明年蒸发量和年降水量的相关性较差，表明降水量不是影响蒸发量变化的直接因素，有一定程度的相对独立性。

图14 巧家县年干季蒸发量R-S分析图Fig.14 Analysis on the evaporation in dry seasons by R-S method

图15 巧家县年蒸发量和年降水量相关图Fig.15 Relation between the annual evaporation and annual precipitation

5 结语

年降水量、年雨季、年干季降水量分别呈现显著上升、上升、下降的趋势，幅度分别为4.60 mm/a、6.44 mm/a、1.85 mm/a；降水量年内分配很不均匀，雨季降水量占全年90%以上，干湿季节性分明；通过R-S分析预测年降水量、年雨季、年干季降水量未来趋势都与现有趋势一致。年蒸发量、年雨季、年干季蒸发量都呈现显著下降的趋势，幅度分别为6.85 mm/a、4.03 mm/a、4.41 mm/a；蒸发量的年内分配呈现先上升后下降的趋势；通过R-S分析预测年蒸发量、年雨季、年干季蒸发量未来趋势都与现有趋势一致。年蒸发量和年降水量的相关性较差，表明降水量不是影响该县蒸发量变化的直接因素，下一步的研究将寻求更多的气象因子来分析影响蒸发量变化的因素。

未来降水量的增多可以一定程度上缓解该县供水紧张的局势，为该县农业和果业的灌溉提供帮助，同时应当加强5～10月份雨季水资源的利用和节水工作，实现水资源的循环利用，未来蒸发量的减少可以一定程度上缓解土壤干旱等恶劣环境的产生。分析结果为进一步研究该县气候多年的变化特征和未来趋势提供了一定的参考。

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