泰山降水特征和变化趋势分析

王文元，高建国

(昆明理工大学国土资源工程学院，云南昆明 650093)



泰山降水特征和变化趋势分析

王文元，高建国

(昆明理工大学国土资源工程学院，云南昆明 650093)

利用国家气象局泰山站1954～2011年的降水观测资料，采用最小二乘、Mann-Kendall等方法分析了近58年来泰山年降水量变化特征，并对泰山降水趋势进行了分析。结果表明，近58年来泰山年降水量较多，降水1～7月呈现逐月增加趋势，8～12月为逐月降低。近58年来泰山年降水量在振荡波动中呈略减少趋势，递减速率为21.522 mm/10 a，其中夏季减少最为明显，递减率可达19.612 mm/10 a，仅春季呈现增加趋势，增加率为5.950 mm/10 a。泰山年降水量均存在明显的突变现象。1954～2011年泰山年降水量正常年份仅15年，其余年份为异常年份，旱年多于涝年。

降水；变化特征；趋势；Mann-Kendall法；泰山

全球气候变化和人类社会的发展对全球的水循环和区域降水特征产生了重要的影响。降水是对气候进行描述的指标之一，并对地理环境产生了极为重要的影响，降水的多少对气候变化产生了显著的影响。因此，对一个地区降水趋势和特征进行分析对于减少该地区干旱和洪涝引起的灾害损失、开发利用水资源和评估旅游业发展具有重要意义。

近几年来，全球气候变化成为许多科学领域研究的热点。在这一背景的推动下，许多气象学家和海洋学家就降水特征和变化趋势进行了大量的研究[1-5]。由于降水区域性特征较为明显，对区域性降水特征和变化趋势研究已成为当今气象学的研究热点[6-7]。泰山是中外闻名的世界自然与文化遗产。泰山山顶兼具季风气候和高山气候特征，气候和天气变化较为特殊，但前人对泰山降水特征和变化趋势研究较为薄弱，仅孙根厚等[8]对泰山地区酸雨变化特征及其趋势进行了分析。笔者利用国家气象局泰山观测站1954～2011年的降水观测资料，采用最小二乘和Mann-Kendall等方法分析了近58年来泰山降水特征和变化趋势。

1　资料与方法

1.1研究区概况泰山位于我国山东省中部，在泰安市城区北(117°06′E、36°16′N)，属于中纬度地区。泰山与济南和曲阜相邻，泰山的面积可达426 km2，主峰为玉皇顶，海拔为1 545 m，南北延伸约50 km，东西延伸可达200 km。由于泰山的海拔较高，泰山的气候有其特殊性，如气候垂直变化较为显著，山顶和山底的气温差别较大。从季节变化角度来看，山顶和山底也存在较大差别，山下的春夏秋冬四季是分明的，而山顶春、夏、秋季的特征较为类似，只有冬季较为特殊。

1.2数据来源和分析方法采用国家气象局泰山站1954～2011年逐月降水观测数据，采用最小二乘法分析泰山降水的变化趋势，Mann-Kendall法分析降水突变。Mann-Kendall法是一种常见的非参数统计检验方法，变量可不具正态分布，适用于水文变量的趋势检验[9]。假定X1，X2，…，Xn为时间序列变量，n为时间序列的长度，M-K法定义了统计量S：

2　结果与分析

2.1年降水变化特征分析从图1可以看出，近58年来泰山年降水量较多，平均为1 083.2 mm。但泰山逐年降水量从时间角度来说分布极不平衡，其中年最大降水量达1 839.4 mm(1964年)，年最小降水量为553.9 mm(1988年)，最大与最小年降水量变化幅度达1 285.5 mm。近58年泰山降水有明显的下降趋势，20世纪50和60年代年降水量偏多，降水丰沛，尤其是50年代年降水量比平均降水量多138.0 mm；而70和80年代年平均降水量偏少，80年代年降水量平均值甚至低于1 000.0 mm；90年代年平均降水量接近58年平均值，两者相差仅为2.0 mm。21世纪年平均降水量偏多，但与58年平均值相差不大。

近58年泰山年降水量变化具有一定的阶段性，丰枯交替变化，经历了4个多雨期和4个少雨期。1954～1964年为第1个多雨期，仅2年降水量略微低于58年平均值，其他9年均超过58年平均值；1965～1975年为第1个少雨期，但这11年的年平均降水量仅略低于58年平均值；1976～1985为第2个相对多雨期，这10年的年平均降水量仅略高于58年平均值；1986～1989年为第2个少雨期，这段时期的降水量相对于其他时期极少，尤其是1988、1989年，年降水量分别仅为553.9、585.0 mm，这2年的年降水量之和仅比58年平均值多55.7 mm；1990～1996年为第3个多雨期，这段时期的降水量相对于其他时期较多；1997～2002年为第3个少雨期，这6年年降水量均小于58年平均值；2003～2005年为第4个多雨期，这3年年降水量均远大于58年平均值；2006～2011年为第4个少雨期，但这6年年降水量与58年平均值较接近。

图1　1954～2011年泰山年降水量逐年变化Fig.1　Annual variation of precipitation in Mount Tai during 1954-2011

2.2月降水量变化特征分析从图2可以看到，泰山月降水量1～7月为逐渐增长，从8月开始减少，8～10月减少明显。降水主要集中在6～9月，以汛期为主，占全年降水量的73.55%。7月降水最多，为314.2 mm，占全年降水量的29.00%；1月降水最少，仅为12.4 mm，仅占全年降水量的1.15%，甚至有的年份出现整月无降水现象。

图2　1954～2011年泰山降水逐月变化Fig.2　Monthly variation of precipitation in Mount Tai during 1954-2011

2.3降水量变化趋势分析由表1可知，1954～2011年泰山全年降水量在振荡波动中呈略减少趋势，年降水量递减速率为21.522 mm/10 a。从各季节变化趋势看，夏、秋、冬季表现为不同程度的减少趋势，其中夏季减少最为明显，递减率为19.612 mm/10 a，其次为秋季，递减率为6.468 mm/10 a，冬季最小，为1.663 mm/10 a；春季表现为增加趋势，其增加率为5.950 mm/10 a。

表11954～2011年泰山年、季降水线性拟合方程及相关系数

Table 1Linear fitting equations and correlation coefficients of annual and seasonal precipitation in Mount Tai during 1954-2011

季节Time线性拟合方程Linearfittingequation相关系数Correlationcoefficient春季SpringY=0.5950X-1031.900.1646夏季SummerY=-1.9612X+4573.100.1646秋季AutumnY=-0.6468X+1488.300.0964冬季WinterY=-0.1663X+373.460.1072全年AyearY=-2.1522X+5349.900.1308

2.4降水量突变分析从图3可以看出，UF与UB 2条曲线在临界线之间存在若干个交点，分别在1960、1965年，说明泰山年降水量突变点出现在1960和1965年左右。前一个交点说明1960～1965年泰山年降水量增加趋势是一突变现象。后一个交点说明1965～1968年泰山年降水量下降趋势是一突变现象。UF曲线1958年前后超过了1.96信度线，说明泰山年降水量1957～1959年增加趋势显著；1968～2011年UF曲线小于零，且在-1.96信度线上方，表明泰山的年降水量呈现微弱的下降趋势。

注：2条直线为95%临界值(U=±1.96)。Note：The two straight lines means 95% critical values(U=±1.96).图3　1954～2011年泰山年降水量M-K突变检验Fig.3　M-K mutation test of annual precipitation time series in Mount Tai during 1954-2011

2.5干旱与洪涝情况分析由表2可知，1954～2011年泰山降水量正常年份仅有15年，仅占总年份的26%，而异常年(涝年、偏多雨、偏少雨、旱年均为异常年份)高达43年，占总年份的74%。而异常年中的偏多雨年份和涝年为20年，涝年最少，仅有5年，偏少雨年份和旱年为23年。总体上旱年多于涝年。根据异常年份多少，可将1954～2011年划分为4个时段，分别为1954～1970、1971～1980、1981～1990、1991～2011年，其中1954～1970、1981～1990年异常年份比较多，1971～1980、1991～2011年异常年份较少。

表2　1954～2011年泰山降水丰枯年份特征分析

注：涝年，降水量P≥1 409.72 mm；偏多雨，1 409.72≤P<1 175.81 mm；正常，1 175.81 mm≤P<992.02 mm；偏少雨，992.02 mm≤P<758.11 mm；旱年，P<758.11 mm。涝年、偏多雨、偏少雨、旱年均为异常年份；异常年份百分率为同一统计时段内降水量异常年数除以该时段总年份。

Note：Water logging years，P≥1 409.72 mm；rainy years，1 409.72≤P<1 175.81 mm；normal years，1 175.81 mm≤P<992.02 mm；less rainy years，992.02 mm≤P<758.11 mm；drought years，P<758.11 mm.Water logging years，rainy years，less rainy years，and drought years are abnormal years. The number of years with abnormal precipitation divided by total number of years in the same statistical time is the proportion of abnormal years.

3　结论

利用国家气象局泰山站近58年降水的观测资料，并利用最小二乘、Mann-Kendall等方法分析了泰山年降水量变化特征，并对泰山降水趋势进行了分析，得到以下结论：

(1)58年来泰山年降水量较多。泰山降水1～7月呈现逐月增加趋势，8～12月为逐月降低。其中7月降水量最高，可达314.2 mm，占全年降水量的29.00%；1月降水最少，仅为12.4 mm，仅占全年降水量的1.15%。

(2)近58年来泰山年降水量在振荡波动中呈略减少趋势，年降水量递减速率为21.522 mm/10 a。其中夏季减少最为明显，递减率可达19.612 mm/10 a，仅春季呈现增加趋势，增加率为5.950 mm/10 a。泰山年降水量均存在明显的突变现象。

(3)1954～2011年泰山年降水量正常年份仅有15年，其余年为异常年份。尽管旱年多于涝年，但因泰山相对高度较大，洪涝灾害的影响远大于旱灾。

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Analysis of Characteristics and Changing Trends of Precipitation in Mount Tai

WANG Wen-yuan, GAO Jian-guo

(College of Land Resource Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming, Yunan 650093)

Based on the data of precipitation from Mount Tai station of National Weather Bureau during 1954-2011, the changing characteristics of precipitation in Mount Tai over the past 58 years were analyzed by using least square method, Mann-Kendall test and so on, and the changing trend of precipitation in Mount Tai were analyzed. The results showed that annual rainfall in Mount Tai was large over the past 58 years, and precipitation showed an increasing trend from January to July but a decreasing trend from August to December. From 1954 to 2011, annual precipitation in Mount Tai tended to decline, decreasing by 21.522 mm/10 a. Precipitation in summer reduced most obviously, dropping by 19.612 mm/10 a. Only precipitation in spring showed an increasing trend, rising by 5.95 mm/10 a. There were obvious sudden changes in annual precipitation in Mount Tai. During 1954-2011, annual precipitation in Mount Tai was normal in 15 years but abnormal in other years. Drought years were more than water logging years.

Precipitation; Changing features; Trends; Mann-Kendall test; Mount Tai

王文元(1991- )，男，江苏泗洪人，硕士研究生，研究方向：应用古气候学。

2016-06-17

S 161.6

A

0517-6611(2016)23-168-03