山东省年降水量系列代表性分析

季 妤，刘祖辉，刘广鲁

（1.山东省水文中心，山东 济南 250002；2.枣庄市水文中心，山东 枣庄 277000）

山东省地处黄河下游，东部突出于黄、渤海之间，形成山东半岛，西北部与河北相邻，西接河南，南邻江苏、安徽。山东省位于暖温带季风气候区，除胶东半岛东部沿海外，大陆性气候显著。全省降水主要受大气环流、季风和地形条件影响，降水量年际变化较大，年内分配很不均匀。降水量年际年内变化剧烈这一特点，造成了山东省洪涝、干旱等自然灾害频发，同时也给水资源的开发利用带来了较大困难[1]。

本文采用多种方法对山东省年降水量的多年变化过程、周期及系列代表性进行了系统性的分析，以期为洪涝灾害防治及水资源高效利用提供支撑。

1 研究资料与方法

1.1 基本资料

本文采用的降水资料源自按照国家规范进行整编的水文资料，取自山东省水文数据库。结合雨量资料实际情况，在山东省内选用观测资料质量较好、系列较长的雨量站共有488处，其中，长系列雨量代表站3处，分别为：临清站（资料系列1918—2016年）、黄台桥站（资料系列1931—2016年）、青岛站（资料系列1899—2016年）。基于488处雨量站的年降水量系列，采用泰森多边形法计算了1956—2016年山东省年降水量系列。

1.2 分析方法

本文采用趋势分析、模比系数等方法分析研究了山东省年降水量趋势、周期特征，并通过统计参数的稳定性分析及长短系列统计参数的对比进行系列代表性评价。采用的方法在相关文献中有详细的介绍，这里不再赘述[2-5]。

2 年降水量多年变化分析

从山东省平均年降水量过程线（见图1，其中1916—1955年降水资料取自《山东省水情手册》）可以看出：山东省1956—2016年系列平均年降水量673.0mm，年降水量的多年变化过程具有明显的丰、枯水交替出现的特点；自1916年以来出现了4个较大的丰水段、6个较大的枯水段。连丰连枯是山东省年际变化的特征之一。

图1 山东省年降水量过程线图

从山东省平均年降水量模比系数差积曲线（见图2）可以看出：1916—1945年为差积曲线下降段（枯水期），1946—1975年为上升段（丰水期），1976—2001年为下降段（枯水期），自2002年开始又转为上升段，且在每一个上升段或下降段内都有若干个较小的上升或下降的波动段。这表明山东省年降水量出现了60年左右的变化周期，如果今后的变化能重复以往的变化过程，则山东省将于2035年左右进入枯水期。

图2 山东省年降水量模比系数差积曲线图

3 年降水量系列代表性分析

年降水量系列代表性，一般是指某一具有可靠性和一致性的年降水量样本分布对总体分布的代表性。本次选用3个长系列代表站的年降水量资料，通过年降水量统计参数的稳定性分析，以及1956—2016年、1956—2000年和1980—2016年3个同步期年降水量统计参数、不同年型频次与长系列的对比分析，综合评判3个同步期降水量系列的代表性[6]。

3.1 统计参数稳定性分析

以长系列末端2016年为起点，将3个代表站年降水量逆时序逐年累积计算其均值和变差系数Cv值，并点绘均值、Cv值过程线（见图3、图4），其中变差系数Cv值采用矩法计算值。以长系列的计算值为标准，从过程线上确定统计参数相对稳定所需的年数[7]。

图3 代表站年降水量均值逆时序逐年累积过程线

图4 代表站年降水量系列Cv值逆时序逐年累积过程线

由图3和图4可看出，年降水量均值和Cv值逆时序逐年累积平均过程线随年序变化，其变幅愈来愈小。3个代表站年降水量均值和Cv值达到稳定时间，分别约为30年和15年。

3.2 不同长度系列统计参数对比分析

根据3个代表站的年降水量资料，分别截取1956—2016年、1956—2000年和1980—2016年3个统计年限的年降水量系列，并计算各短系列和长系列年降水量均值和变差系数Cv值见表1[8]。

表1 年降水量长短系列统计参数对比分析

3个系列中，对于临清站，1956—2016年系列的代表性最好，1956—2000年系列的代表性次之，1980—2016年系列的代表性最差；对于黄台桥站，1980—2016年系列的代表性最好，1956—2000年系列、1956—2016年系列代表性偏差；对于青岛站，1956—2000年系列的代表性最好，1956—2016年系列的代表性次之，1980—2016年系列的代表性最差。综合比较，3个代表站1956—2016年系列的代表性相对较好。

3.3 不同系列不同年型的频次分析

以适线后的长系列频率曲线代表总体分布，将年降水量划分为丰、偏丰、平、偏枯、枯水年5种年型，统计长短系列不同年型的出现频次，详见表2。

表2 年降水量不同系列不同年型频次对比分析

3个系列中，对于临清站，1956—2000年系列代表性较好，其次为1956—2016年，1980—2000年系列代表性较差。黄台桥站1980—2016年系列代表性较好，其次为1956—2016年，1956—2000年系列代表性较差。青岛站1956—2016年系列代表性较好，其余两个短系列的代表性较差。综合比较，3个代表站1956—2016年系列的代表性相对较好。

4 结论

1）山东省1956—2016年系列平均年降水量673.0mm，年降水量变化有明显的丰、枯水交替出现的特点。连丰连枯是山东省年际变化的特征之一。

2）山东省年降水量出现了60年左右的变化周期，且在每一个上升段或下降段内都有若干个较小的上升或下降的波动段。

3）综合3个代表站系列分析的结果，1956—2016年系列的代表性相对较好，1956—2000年系列的代表性次之，1980—2016年系列的代表性较差。代表站3个短系列中，1956—2016年和1956—2000年两个系列都是略微偏丰的；青岛站和临清站1980—2016年系列略微偏枯；黄台桥站1980—2016年系列略微偏丰。