安庆地区1958-2013年降水变化趋势及突变分析

徐 旭

(安庆市水文水资源局,安徽 安庆 246000)

降水是地球上人类不可或缺、极其重要的一种气候资源，同时又是气象变化的重要因子之一，对于一个区域的水分状况起到了决定性的作用[1]。降水研究是区域气候变化、水循环、水平衡、洪水预报、水资源规划和评估的重点考虑因子[2]。本文采用线性倾向估计法、累积距平法、t检验法、Mann-Kendall突变型检验法，利用安庆地区1958-2013年的降水资料(合计56年)开展变化趋势及突变分析，以期为了解该地区气候变化特征，充分认识和利用降水资源，为流域水资源可持续发展提供相关参考依据。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

本次选取安庆地区岳西站(北)、沙河埠站(北)、花凉亭站(西)、石牌镇站(中)、枞阳闸站(东)、宿松站(南)共计6个雨量站1958-2013年56年同期月降水量作为基础研究数据。在空间上考虑各个站点控制的面积占安庆地区的百分比，通过加权平均的方法进行估算。

1.2 研究方法

(1)线性倾向估计法。采用一元线性回归来分析降水量整体变化趋势，线性回归系数代表降水量减增速率。

(2)累积距平法。距平值又称异常值，主要用于来确定某个时段或时间的数据，以及数据的长期平均值是高还是低，还可以地直观判断样本数据的趋势。

(3)滑动t检验法。T检验是均值的检验方法，给定可靠性a，可得到临界值ta。当丨t0丨≥ta时，便可否定原假设H0，表明二者有显著性差异；当丨t0丨

(4) Mann-Kendall法。Mann-Kendall的测试方法是一种非参数方法，也称无分布测试，适用于类型变量与顺序变量，计算较为简便、并且不受少数异常值干扰[3]。

2 降水趋势与突变分析

2.1 年际、年内降水量变化特征

图1是安庆地区1958-2013年年均降水量变化趋势图。

图1 安庆地区1958-2013年年均降水量变化趋势

由图1可见，安庆地区年降水量在过去56年呈缓慢上升趋势，降水量的趋势方程为：Y=0.763X+1382.9，其中倾向率0.763mm/(10a) ，降水量以每10年7.63mm的速率增加。1983年降水量最多，达到2009.8mm；1978年降水量最少，为899.8mm；极差较大，为1100mm，多年平均降水量为1404.7mm。1958-2013年年代降水量呈现“少-多-少”趋势，20世纪60年代降水量较少，远低于多年平均值(-89.1mm)，到80年、90年代高于多年平均值(+106.9mm，+105.7mm)，进入21世纪后，降水呈下降趋势，低于多年平均值(-76.32mm)。

安庆地区近56年降水主要集中在春季和夏季，不同季节降水量分别占全年降水量的31.1%(春)、43.5%(夏)、14.72%(秋)、10.62%(冬)。

2.2 突变特征分析

图2 安庆地区1958-2013年4季及年均降水量累积距平值曲线

(1)累积距平值。图2是安庆地区研究年的累积距平均曲线。由图2可知：春季降水突变点为1995年、2003年； 夏季降水突变点为1968年、1999年； 秋季降水突变点为1969、1980、1990年； 冬季降水突变点为1967年、1974、1988年； 年均降水突变点1968、1977、1999、2009年。

(2)滑动t检验。考虑到平均变化能较好的反映气候基本情况的变化，采用滑动t检验分析对安庆地区的4季和年平均降水量进行突变型分析。分别取步长n1= n2= 5, n1= n2= 10,信度选取(α=0.01)，查表得出自由度n1+n2-2时显著性水平tα值依次是3.36、2.88。如果|ti|≥tα，则可认为正在第i年之前和之后的2段时间可能存在突变。安庆地区1958-2013滑动t检验统计量曲线如图3、图4所示。 由图3可知安庆地区年均降水量在1959年和1964年突然发生变化，1959年( | ta|= 3.82)为突变增加，1964年( | ta|= 3.36)为减少突变。图4可知安庆地区冬季在1968、1969、1979年发生突变，其中1968年( | ta|=3.37)、1969( | ta|=2.88)年为增加突变，1979( | ta|=2.88)年为减少突变。

图3 滑动t检验统计量(n1=n2=5)

图4 滑动t检验统计量(n1=n2=10)

(3) M-K检验。Mann-Kendall试验用于安庆春、夏、秋、冬季节降水量时间序列，统计量曲线如图5所示。

图5 安庆地区1958-2013年季节降水量M-K检验统计量曲线

(1)春季。经过比较，发现UF曲线在1958-1968和1989-2004年两个部分的统计总量大于0，表明在两个时期的降水量呈上升趋势；在其他的年份，UF曲线统计小于0，表明该范围内的降水呈下降趋势，考虑UF曲线整体未超过α=0.05显著水平线，可以推出：在该时间范围内降水量增加/减少趋势不明显。在临界线(Z=±1.96)内UF曲线与UB曲线分别在1965-1969、2001-2003、2010年有交点，但是考虑UF曲线未超过信度线，说明在0.05的显著水平下，春季降水没有发生突变。

(2)夏季。UF曲线在1958-2013年范围内统计量整体趋势大于0，表明总降水呈上升，同时认为UB曲线有超过α=0.05显著水平线，表明增加趋势显着的。在临界线(Z=±1.96)内UF曲线与UB曲线分别在1960、1963、1965、1969、2000、2008年有交点，且UB曲线超过信度线(Z=±1.96)，说明在0.05的显著水平下，夏季降水发生了突变。

(3)秋季。UF曲线在1963-1982年和1998-2013年两部分显示小于0统计量，表明该区间降水整体呈下降趋势。同时，考虑UF曲线超过α=0.05显著水平线，表明增加、减少趋势是显著的。在临界线(Z=±1.96)内UF曲线与UB曲线分别在1963、1972、1992、1995、2011年有交点，由于UF曲线超过信度线(Z=±1.96)，说明在0.05的显著水平下，秋季降水发生了突变。

(4)冬季。UF曲线在1965-1981和1991-2015年两段区间内，UF曲线显示统计量大于0，表明降水呈现上升趋势；在其余年份的趋势小于0，表明整体降水呈下降趋势；同时 UF、UB曲线超过α=0.05显著水平线，表明增加、减少趋势显著。在临界线(Z=±1.96)内UF曲线与UB曲线分别在1969、1976、1990、1993年有交点，同时由于UF、UB曲线超过信度线(Z=±1.96)，说明在0.05的显著水平下，冬季降水发生了突变。

3 结 论

安庆地区多年平均降水量1404.6mm； 年最大值2009.8mm(1983年)，最小值899.8mm(1978年)，56年降水量呈现增加趋势。不同季节降水量分别占全年降水量的31.1%(春)、43.5%(夏)、14.7%(秋)、10.6%(冬)。

此次采用滑动T检验和M-K突变检测方法，得出不同的结果，是由于所使用的突变检测方法的灵敏度不同。安庆地区春季降水量未发生突变；夏季降水量发生了减少突变，突变时间为2000年；秋季降水量发生了增加突变，突变时间为1972年；冬季降水量发生了突变，突变时间为1976、1993年，其中1976年为减少突变点，1993年为增加突变点。