长岛县近45年来四季降水特征及变化趋势分析

杨志宏 陈琛�┱抛鹆� 吴征

摘要：采用趋势分析法、Mann-Kendall法对长岛县1970～2014近45年的四季降水量进行分析。结果表明：长岛县年度降水量分布不均，降水量最大年份（2009年）是最小年份（1999年）的3.8 倍；降水主要集中在夏季；近45年长岛县春季和夏季降水量呈上升趋势，夏季上升明显，秋季和冬季降水量呈下降趋势，秋季下降明显；春季降水突变年份为2005、2010、2013年，夏季突变年份为2013年，秋季突变年份为1976年，冬季突变年份为1973年。

关键词：长岛县；四季；降水；变化趋势

中图分类号：S161.6文献标识号：A文章编号：1001-4942（2016）06-0099-07

降水是气候变化的重要指标，降水不均引起的旱涝灾害是影响国计民生的重要因素。气候系统是一个复杂的开放系统，且降水成因复杂、变化随机性高，这给揭示降水变化的机制带来很大困难。也正因此，有关降水的研究历久不衰，层出不穷[1]，其最终目的就是掌握降水规律，预测降水要素，避免灾害性降水，为工农业生产服务。

随着沿海经济的进一步发展以及“海上丝绸之路”国家战略的提出，海岛已经成为海洋开发的前沿要地，具有重要的战略地位。然而，随着开发力度的加大，淡水资源匮乏成为制约海岛经济发展的关键因素。由于没有过境客水，地下水开发难度较大，大陆引水和海水淡化耗资巨大、维护困难，海岛淡水资源几乎全靠降水。所以，有意识地研究海岛地区降水变化趋势及特征，对了解海岛区域性气候特征、利用气候资源、避免灾害天气具有重要的现实意义。

1研究区概况

长岛县位于胶东和辽东半岛之间，在黄海、渤海交汇处，南临烟台，北依大连，西靠京津，东与韩国、日本隔黄海相望。长岛县由32个岛屿和8 700平方千米海域组成，北距辽宁省的老铁山42.2千米，南距蓬莱7千米。岛南北长56.4千米，东西宽30.8千米，陆地面积56平方千米，海岸线长146千米[2]。

长岛县境内大多属低山丘陵区，滨海地带有小面积平原。境内最高的岛屿是高山岛，海拔202.8 m；最低的岛是东嘴石岛，海拔7.2 m。境内有“大的区域性倒转地层”的地质构造现象，岛屿上近水平产状的蓬莱群石英岩和砂页岩并非正常的地层序列，表明地层产生了大规模的紧闭褶皱，出露于地表的地层应为褶皱倒转翼[2]。

长岛县属暖温带季风型大陆性气候，具有雨水适中、空气湿润、气候温和的特点。境内年平均气温12.1℃，最高年为13.2℃（1994年），最低年为10.7℃（1969年）；1月平均气温最低，为-1.6℃，8月平均气温最高，为24.5℃，年较差为26.1℃；境内年均相对湿度为67%；全年日照总时数历年平均为2 612 h，年日照率为59.6%；境内季风显著，夏半年多偏南风，冬半年多偏北风，常年风向NNE向，强风向为NNE向、NW向；历年年平均霜日为121天，历年年平均结冰日数为125.4天[2]。

影响长岛县的主要灾害性天气有寒潮、热带气旋、大风和干旱等。

2数据来源与研究方法

2.1数据来源

长岛县1970～2014年间长序列逐月降水数据来源于长岛县气象局，由此计算出相应的多年年平均降水量，多年月平均降水量，以及春（3～5月）、夏（6～8月）、秋（9～11月）、冬（12月～次年2月）季多年平均降水量。

2.2研究方法

采用数理统计、相关分析等方法，借助Microsoft Excel、MATLAB等软件对长岛县长序列季节性降水规律及相互关系进行分析和探讨，本研究主要用到趋势分析法和Mann-Kendall等方法。

在同一坐标平面内，分别绘出 UF和UB曲线，分析曲线走向。当曲线UF大于0，则表明序列呈上升趋势，小于0则表明呈下降趋势。当超过置信度值，表明上升或下降趋势明显。如果两条曲线有交点且交点在上下信度线之间，表明这个点所对应的时刻便是突变点的开始；交点位于置信度值之外，则不一定是突变点的开始。

3结果与分析

3.1长岛县近45年降水特征分析

通过统计与计算，得出1970～2014年春、夏、秋、冬四季的平均降水量（图1），并分别绘制长岛县近45年四季平均降水量及四季降水量5a滑动平均曲线（图2～5）。

由图1～5可知，长岛县降水量年度、年内分布极为不均。年度最大降水量为950.8 mm（2009年），年度最小降水量为248.5 mm（1999年），最大降水量是最小降水量的3.8倍（图1）。年内降水四季差异较大，春季平均降水量89.3 mm，夏季平均降水量350.2 mm，秋季平均降水量101.0 mm，冬季平均降水量29.1 mm。降水分配主要集中在夏季，而且不同年份夏季降水波动也非常大，降水最多的为2009年，达656.7 mm，降水最少的为1999年，仅100.4 mm，最大量为最小量的 6.5倍。春秋两季降水量基本保持在200 mm以下，冬季降水量全部在100 mm以下。

3.1.1春季降水趋势分析从图2可以看出，近45年长岛县春季降水量呈现轻微上升趋势，1973年和2009年突破200 mm，属于极端年份，1982年春季降水最少。从5a滑动平均线来看，20世纪90年代到21世纪初期，春季降水有一个明显的下滑态势，2001～2010年又明显回升，2010～2014年期间，降水又呈下降趋势。

3.1.2夏季降水趋势分析从图3可以看出，近45年长岛县夏季降水量呈现上升趋势， 1971、2009、2013年突破600 mm，属于降水极端年份，1999年夏季降水最少。从5a滑动平均线来看，1970～1993年间夏季降水量处于缓慢下滑态势，2003～2013年间逐步上升。

3.1.3秋季降水趋势分析从图4可以看出，近45年长岛县秋季降水量呈现明显下降趋势， 1992、2007年秋季降水都突破了200 mm，1997年秋季降水最少。从5a滑动平均线看出，1976～

1988年降水量下滑，1988～1995年降水量有一个回升过程，之后降水量基本围绕平均线上下波动。

3.1.4冬季降水趋势分析从图5可以看出，近45年长岛县冬季降水量呈现略微下降趋势，1997年冬季降水最多，突破80 mm，1995年冬季降水最少，仅为4.5 mm，最多年份为最少年份的17倍之多。从5a滑动平均线来看，冬季降水量没有明显的上升和下降，基本围绕平均线上下波动。

3.2Man-Kendall趋势分析

根据Man-Kendall趋势检验法，对1970～2014年长岛县的四季降水量分别进行计算分析，结果见表1。春季和夏季β>0，说明其降水量呈上升趋势，而秋季和冬季β<0，说明其降水量呈下降趋势。其中，夏季和秋季的|Z|>1.96，说明其通过95%置信区间的检验，上升趋势显著；春季和冬季的|Z|<1.96，说明其没有通过95%置信区间的检验，上升趋势不显著。Man- Kendall 趋势检验法对四季降水量趋势的判断与5a滑动平均法得出的结论一致。

3.3Man-Kendall突变分析

根据Man-Kendall突变检验方法，借助MATLAB 2014a软件，计算出UF与UB并绘图，结果见图6～图9。

3.3.1春季降水突变分析从春季降水量UF曲线变化趋势（图6）来看，2007年之前，UF<0，说明2007年以前，长岛县春季降水呈现下降趋势，其中1971～1972、1976～1986年间，UF曲线值超过临界值，说明在此期间，春季降水下降趋势显著。从2007～2014年，UF>0，说明降水趋势呈现上升趋势，但没有突破0.05显著水平，说明上升趋势不明显。UF与UB曲线相交于2005、2010、2013年，说明此三年为长岛县春季降水的突变年份。

3.3.2夏季降水突变分析从夏季降水量UF曲线变化趋势（图7）来看，2011年之前，UF<0，说明2011年以前，长岛县夏季降水呈现下降趋势，其中1988～1994年间，UF曲线值超过临界值，说明在此期间，夏季降水下降趋势显著。2011～2014年，UF>0，但没有突破0.05显著水平，说明降水呈现不显著的上升趋势。UF与UB曲线相交于2013年，说明2013年为长岛县夏季降水的突变年份。

3.3.3秋季降水突变分析从秋季降水量UF曲线变化趋势（图8）来看，1973年之后，UF<0，说明1974～2014年的40年间，长岛县秋季降水呈现下降趋势，其中1980～1992年间，UF曲线值超过临界值，说明在此期间，秋季降水下降趋势显著。在1972～1973年间，UF>0，说明降水趋势呈现上升趋势，没有突破0.05显著水平，说明上升趋势不显著。UF与UB曲线相交于1976年，说明1976年为长岛县秋季降水的突变年份。

3.3.4冬季降水突变分析根据冬季降水量UF曲线变化趋势（图9）来看，1970～2014的45年间，UF<0，说明在所研究的时间序列中，长岛县冬季降水一直呈现下降趋势；除1988年UF曲线值超过临界值，下降趋势显著外，其余年份均没有超过临界值，下降趋势不明显。从图中交点分析，1973年是突变年份。

4结论

从 1970～2014年长岛县四季降水量数据分析中可以得出如下结论：

（1）长岛县年度及年内降水量分布不均。降水量最大年（2009年）是最小年（1999年） 的3.8 倍。降水分配主要集中在夏季，而且不同年份夏季降水波动也非常大，夏季降水量最多的年份（2009年）为最小年份（1999年）的 6.5倍。春秋两季降水量基本保持在200 mm以下，冬季降水量全部在100 mm以下。夏季降水量占全年降水量的61.6%，而冬季降水量仅占5.2%，结合长岛县的地理位置，夏季降水量大主要与热带气旋降水有关。

（2）根据趋势分析法以及Man-Kendall检验法，长岛县不同年代的春季和夏季降水量呈上升趋势，夏季上升显著；秋季和冬季降水量呈下降趋势，秋季下降显著。

（3）根据Man-Kendall突变检验方法，对长岛县四季降水量的突变年份进行了分析。春季降水突变年份为2005、2010、2013年；夏季突变年份为2013年；秋季突变年份为1976年，冬季突变年份为1973年。

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