1951—2015年潍坊市降水特征分析

覃平阳 吴国灿

摘要    对潍坊市1951—2015年共55年的年降水量和每年的最大日降水量进行了趋势分析和突变检验。结果表明，绝大部分降水都集中于夏、秋两季，夏季占全年降水量的62.3%。日降水量>50 mm、达到暴雨级别的共有104 d，均出现在夏、秋两季。每年总降水量和四季的降水量均呈现出减少趋势，年降水量在1975年左右出现了突变现象。只有春季的最大日降水量呈现出缓慢增加趋势，每年的最大日降水量和夏季、秋季以及冬季的最大日降水量均为下降趋势，最大日降水量在1985年和2008年左右出现了突变现象。因此，在全球变暖的大背景下，位于暖温带大陆性季风气候的半湿润区的潍坊市正面临着降水量减少、干旱现象加剧等现象。

关键词    年降水量;最大日降水量;线性倾向估计;Mann-Kendall突变检验;山东潍坊;1951—2015年

中图分类号    P457.6        文献标识码    A        文章编号   1007-5739（2019）10-0158-04

Abstract    The trend analysis and sudden change test were applied to the annual precipitation and annual maximum daily precipitation in Weifang City during 1951-2015.Most of the annual precipitation in concentrated in the summer and autumn.The precipitation in summer accounted for 62.3% of the annual precipitation.The total days of daily precipitation over 50 mm was 104 d，which were all in summer and autumn.All of the annual and seasonal precipitations showed a decreasing trend，while the annual precipitation changed suddenly in 1975.For the maximum daily precipitation，the increasing trend was only found in summer.The annual maximum daily precipitation changed suddenly in 1985 and 2008.Therefore，under the background of global warming，the Weifang City，located in sub-humid region of the warm temperate continental monsoon area，faces with reduced precipitation and intensified drought.

Key words    annual precipitation;maximum daily precipitation;linear trend estimate;Mann-Kendall mutation test;Weifang Shandong;1951-2015

政府间气候变化组织（IPCC）第五次评估报告指出，自1861年以来，全球近地面气温一直呈现上升趋势。20世纪以来，中国气温的升温率为0.44 ℃/100 a，特别是近20～30年气温升高显著。在全球变暖的背景下，半干旱半湿润地区的降水量正在逐渐减少[1]。对中国降水的时空分布特征分析表明，在空间分布上表现出南涝北旱，在季节变化上，特别是北方区域，夏、秋两季较多，春、冬两季较少[2]。近10～20年来，很多研究人员利用不同方法和站点观测资料对全国或区域的降水变化趋势进行了分析，揭示了降水变化的一些规律[3-6]。

潍坊市位于山东省中部丘陵地带，属于暖温带大陆性季风气候的半湿润区，降水集中、雨热同季、春秋短暂、冬夏较长[7-9]。本研究采用潍坊市观测站点自1951年1月至2015年12月共55年降水量的日值观测，对其进行年降水量和每年的最大日降水量的趋势分析和突变检验，为灾害预警等方面提供借鉴。

1    资料与方法

1.1    研究区域

潍坊市位于山东中部的丘陵地带，南依泰沂山脉，北濒渤海莱州湾，平均海拔100～200 m。研究区域属于暖温带大陆性季风气候的半湿润区，降水较为集中，四季相对分明。春季干旱少雨，夏季高温多雨，秋季天高气爽，冬季寒冷干燥。年平均气温约为12.3 ℃，年平均降水量约650 mm，是山东省乃至中国北方主要的粮食和蔬菜产地。其地理位置如图1所示。

1.2    數据来源

本研究所用数据来自中国地面气候资料日值数据集。全国共有824个基准、基本气象站，观测信息包括1951年1月以来的气压、气温、降水量、蒸发量、相对湿度、风向风速、日照时数和0 cm地温要素的日值数据。选取潍坊市的气象观测站，站点编号为54843，所选数据起止时间为1951年1月1日至2015年12月31日。年平均值计算时间为1月1日至当年12月31日。季节划分：3—5月为春季，6—8月为夏季，9—11月为秋季，12月至翌年2月为冬季。日降水量的取值为20：00至翌日20：00累计降水量，最小单位是0.1 mm。

1.3    研究方法

1.3.1    线性倾向估计。该方法通常用来反映某一气象要素在较长时间内的变化倾向或变化趋势[10-11]。以变量y表示某气象要素（本研究中为降水量），表示时间，建立如下的回归方程：

其中UF1=0，所有的UF组成一条曲线。将此方法应用到反序列中，计算得到另一条曲线UB，则2条曲线在置信区间内的交点确定为突变点。给定显著性水平α=0.05（相应的临界值为±1.96），若|UFk|>Uα，则说明该序列存在明显的趋势变化。

2    结果与分析

2.1    每年降水总量变化特征

1951—2015年潍坊市年降水量的中位数为594.2 mm，平均值为613.9 mm。55年中，大部分年份的降水量在400～800 mm之间，是典型的半湿润区域。只有7年的降水总量 >800 mm（分别为1960年、1964年、1970年、1973年、1974年、1990年和2011年），5年的降水总量<400 mm（分别为1977年、1981年、1986年、2002年和2006年）。最大年降水量出现在1964年，为1 298.5 mm;最小年降水量出现在1977年，为295.7 mm。前者为后者的4倍之多，反映了年降水量的剧烈变化。若以10年为界，从年代际变化来看，20世纪60年代最多，10年平均值达到689.4 mm;80年代最少，10年平均值仅为536.5 mm。

采用线性倾向估计方法对年降水量随时间的变化进行回归分析。结果表明，1951—2015年潍坊市的年降水总量呈现出随年份减少的趋势，其气候倾向率为-22.45 mm/10 a，通过了显著性水平为0.05的检验。从季节变化来看，夏季降水量最多，约占全年的62.3%;冬季最少，仅占全年的4.7%。4个季节的降水量都呈现出随年份减少的趋势，降水总量气候倾向率分别为-15.4、-16.67、-2.93、13.2 mm/10 a。线性倾向估计结果见表1。图2为各季节降水量随时间的变化关系及回归结果，可见夏季的降水量随年份的减少趋势尤其明显，春季、秋季和冬季的降水量也呈随年份缓慢减少的趋势[21-22]。

采用Mann-Kendall方法对每年的总降水量进行突变检验，结果如图3所示。1951—1975年潍坊市年降水量有增加趋势，1975年左右出现了突变现象，之后降水量呈现出减少趋势。

2.2    每年最大日降水量变化特征

1951—2015年潍坊市每年最大日降水量的中位数为67.9 mm，平均值为74.7 mm，55年中共有104 d日降水量 >50 mm，达到了暴雨级别，均出现在夏、秋两季。最大日降水量出现在1964年8月13日，为188.8 mm。

采用线性倾向估计方法对年降水量随时间的变化进行回归分析。结果表明，1951—2015年潍坊市的每年最大日降水量呈现出随年份增加而递减的趋势，其气候倾向率为-4.54 mm/10 a，通过了显著性水平为0.05的检验。从季节變化来看，只有春季出现了最大日降水量随年份的缓慢增加趋势，气候倾向率为0.25 mm/10 a，而夏季、秋季和冬季的最大日降水量都呈随年份减少的趋势，气候倾向率分别为-4.13、-1.19、-0.10 mm/10 a。最大日降水量线性倾向估计结果见表2。图4为各季节最大日降水量随时间的变化关系及回归结果，可见夏季的最大日降水量随年份减少的趋势尤其明显，秋季和冬季的最大日降水量也随着年份为缓慢减少趋势，只有春季为缓慢增加的趋势[23]。

采用Mann-Kendall方法对每年的最大日降水量进行突变检验，结果如图5所示。1951—1985年潍坊市每年的最大日降水量变化较多，无特别明显的趋势，1985年和2008年左右出现了突变现象[24]。

3    结论与讨论

对1951—2015年潍坊市每年总降水量和每年最大日降水量进行了线性倾向估计和Mann-Kendall突变检验分析，结果表明：

（1）潍坊市全年降水量大约为650 mm，其中大部分集中于夏、秋两季，夏季降水量占到全年降水量的62.3%。在1951—2015年这55年中，最大日降水量>50 mm，达到暴雨级别的日数有104 d，全部集中在夏、秋两季。因此，夏季降水量的多少对全年的旱涝有决定性影响。

（2）每年总降水量和四季的降水量均呈现减少趋势，尤其是年降水总量和夏季降水量，气候倾向率分别为-22.45、 -16.67 mm/a。年降水量在1975年左右出现了突变现象，1975年以后降水量呈现出了减少趋势。

（3）对最大日降水量而言，只有春季的最大日降水量呈现缓慢增加趋势，每年的最大日降水量和夏季、秋季以及冬季的最大日降水量均为下降趋势，全年和夏季的气候倾向率分别为-4.54 mm/10 a和-4.13 mm/10 a。最大日降水量在1985年和2008年左右出现了突变现象。

以上结果表明，潍坊市的降水量在时间上分布极不均匀，而且在全球变暖的大背景下，处于暖温带大陆性季风气候的半湿润区的潍坊市正面临着降水量减少、干旱现象加剧等灾害现象。因此，在未来气候变暖背景下深入研究降水的时空分布特征对于该市的防灾减灾、经济社会发展等有着重要的影响。

4    参考文献

[1] STOCKER T F，D QIN，PLATTNER G K，et al.The fifth assessment report of the intergovernmental panel on climate change[M].United Kingdom and New York：Cambridge University Press，2013：1-40.