龙口市近40年降水变化及其成因分析

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 龙口市近 40 年降水变化及其成因分 析 摘要：为了解龙口市的水资源变 化特征，给龙口市的水资源调配和开发 利用以及水利工程的效益发挥提供一定 的科学依据，利用龙口市观测站近 40 年的年降水量，采用线性回归、累积距 平法和 5 年滑动平均法分别进行了倾向 性和阶段性趋势分析。结果表明：龙口 市的全年降水贡献主要来自于夏季，夏、 秋季节降水多，春、冬季节降水少，历 年平均降水量总体呈减少趋势，气候倾 向率为-11.765 mm/10 年，大致与全国 降水减少趋势吻合。 中国论文网 /7/view-12990376.htm 关键词：降水量；线性回归；滑 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 动平均；累积距平 中图分类号：P426.6 文献标识码：A 文章编号： 1674-9944（2017）14-0184-04 1 引言 相对于全球性的持续变暖趋势， 全球的年平均降水量也有所增加，这种 增加也体现在极端降水事件上1，2。 由于降水量变化格局及其区域分异存在 较大的不确定性，分区域研究降水量的 变化特征是当前全球气候变化研究的重 要内容之一3。龙口市近两年的降水偏 少，致使龙口市当前旱情特别严重，城 市的工业供水、农村饮用水的安全都将 受到威胁，农业灌溉用水将会匮缺，农 业生产也将受到严重影响，山区作物和 果树面临减产甚至绝产的风险，部分面 临缺水死亡的困境。通过对龙口市的降 水量变化的探讨，分析其阶段性变化趋 势及成因，能更好的了解龙口市的水资 源变化的特征，为龙口市的水资源调配 和开发利用及水利工程的效益发挥提供 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 一定的理论依据，对指导当地的农业生 产、社会发展和保护生态环境具有重要 的意义。 2 研究区域概况 龙口市属温带季风型气候，四季 分明，气候宜人，年均气温 11.6，冬 天不低于-10 ，夏天也不超过 40， 根据 6 月份气象数据显示已有超过 35； 年均降水量 630 mm，年内降水量分布 不均，无霜期 190 多 d。 龙口市地貌形态可分为山地、丘 陵、平原三种类型：境内东南部为低山 区，面积计 155.62 km2，占全市总面积 的 17.47%；丘陵主要分布在南部低山 北缘，属构造侵蚀和构造剥蚀类型，面 积 281.12 km2，占全市总面积的 31.56%； 平原根据成因及地貌特点，可分为山间 河谷冲积平原、山前冲积平原和滨海堆 积平原三种类型，总面积为 454.03 km2，占全市总面积的 50.97%。 龙口市与邻县、市多以山的分水 岭为界，故境内河流皆源于东、南部山 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 区，曲折西北行，共有大小 23 条河流， 主要河流有黄水河、泳汶河、南栾河、 龙口河、北马河、八里沙河，均为季节 性河流。除黄水河、八里沙河外，其余 河流皆为境内河流，属季风雨源型。 3 数据来源与研究方法 3.1 数据来源 采用龙口市观测站 19692008 年的逐日降水统计数据，计算出月降水 量和年降水量，对龙口市近 40 年降水 变化进行分析。 3.2 研究方法 3.2.1 线性回归及曲线拟合法 回归分析中，包括一个自变量和 一个因变量，且二者之间的关系可用一 条直线近似的表示，这种分析称为一元 线性回归分析。如果回归分析之中包括 两个或两个以上自变量，且因变量和自 变量之间的关系是线性的，则称为多元 线性回归分析，线性回归是回归分析中 第一种经过严格研究并在实际应用中广 泛使用的类型，这是因为线性依赖于其 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 未知参数的模型比非线性依赖于其位置 参数的模型更容易拟合，而且产生的估 计的统计特性也更容易确定4。 采用线性回归方法分析龙口市近 40 年降水的年、季变化特征，为龙口市 气候变化的预测和预报提供理论依据。 降水的年和季变化特征采用一元线性回 归方法和累积距平法，一元线性回归方 程为： b0 表示呈上升趋势，b0 表示 呈下降趋势。曲线拟合基于最小二乘法 原理，M 行六阶多项式拟合，通过最 小化误差的平方寻找数据的最佳函数匹 配实现拟合曲线的目的拟合曲线的残差 越大，表示资料变化愈不稳定，变幅愈 大5。 3.2.2 累积距平法 距平值在气象上，通常是用来表 示某个时段或时次的数据，相对于该数 据在某个时段内的平均值是高还是低。 累计距平法就是先计算每年的距平值， 然后按年序累加，得到累积距平序列。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 根据距平值有正有负的特点，当距平累 积持续增大时，表明该时段内降水量距 平持续为正，当距平累积持续不变时， 表明该时段内距平持续为零即保持平均， 当距平累积持续减小时，表明该时段内 降水量距平持续为负，据此，可以直观 地分析降水量年际变化阶段6。 4 结果与分析 4.1 年内降水变化特征分析 龙口市属温带季风型气候，四季 分明，通过对龙口市近 40 年降水量数 据进行处理，得到 40 年月均降水量年 内分布图（图 1） ，可以看出龙口市降水 年内分布不均，年内降水程单峰型特征： 36 月份降水量逐月增加，7 月份降水 明显突增，8 月份开始稍减，9 月份锐 减，一直到 1 月份进入冬季，降水量减 少到最少。年降水量的贡献主要来自 59 月份，占多年平均降水量的 77.61%。 从季节来看，冬季（122 月）降水量 最少，仅占全年降水量的 3.9 2%，春季 （35 月）和秋季（911 月）降水稍 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 多，分别占全年降水量的 14.42%和 18.07%，而夏季（68 月）降水量最 多，占全年降水的 63.59%。 4.2 年际降水变化特征分析 图 2 是近 40 年龙口市降水量随 时间的变化曲线，根据计算得出，近 40 年年均降水量为 6080 mm，最大降水量 出现在 2001 年，降水量为 7931 mm， 其中 1970，1971，1976，1978，1980，1985 ，1996，2007 年，这些年份降水量均超 过 7000 mm。最小降水量出现在 1991 年，另外还有 1999 年降水量低于 4000 mm。本文对降水量系列资料做线性回 归及曲线拟合分析和 5 年滑动平均分析。 根据线性回归分析可以看出，近 40 年 来龙口市降水量整体呈现减少趋势，平 均变化率为-11.765mm/a，相关系数 R2=0.012，其曲线拟合方程为： 可见龙口市近 40 年出现一个降水偏多 的时期和一个降水偏少的时期， 19711973 年降水偏多，19821985 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 年降水偏少。从 5 年滑动平均可以看出， 龙口市的年降水量从 20 世纪 70 年代到 90 年代初期呈波动下降趋势，从 90 年 代初期至今呈不规则变动，总趋势是增 加减少增加，可以看出龙口市近 40 年降水量呈不规则变动，降水量最少的 时段出现在 90 年代初期。 仅仅根据各年降水量的多少很难 清晰的反应龙口市的降水年纪变化是相 对稳定还是变化明显，为此，引入降水 变率即累积降水距平百分率来更准确地 反映近 40 年龙口市降水量的年际变化 特征。降水变率是指一段时期内各年降 水量的距平数与多年平均降水量的百分 比，用公式表为：v=Q/P。式中 V 表示 降水变率；Q 表示各年降水量的距平数， 即为当年降水量与多年平均降 水量之 差；P 表示多年平均降水量。降水变率 的大小反映降水的稳定性和可靠性，这 是衡量水资源利用价值的一个重要指标， 对农业生产、水土保持、自然灾害防治 都有很重要的指导意义7。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 对 40 年降水资料进行距平百分 率分析（图 3） ，分析表明，多年平均降 水量偏多的有 13 年，偏少的也有 15 年， 13 年为正常年，分别占总年数的 32.5%， 37.5%和 30%。其中降水量偏少 30%的异常有 6 年，降水量偏少 20%以 上的有 11 年，其中 80 年代 4 年，90 年 代 2 年。80、90 年代降水量偏少的年份 增加，分别为 7 年和 6 年，其中 1988、1989 年降水连续偏少 30%以上， 降水量偏多 30%以上的有 1 年，偏多 20%以上的有 7 年，其中 70 年代 3 年， 80 年代 1 年，90 年代 2 年，21 世纪初 1 年。总体上看 19692008 年低于平均 降水量的有 23 年，高于平均降水量的 有 17 年，丰枯年代变化给龙口水资源 的优化利用、水利工程的效益发挥及水 质污染等的水环境变化都会带来较大影 响。 4.3 降水的季节变化特征分析 根据 19692008 龙口市降水量 的春季变化图可以看出（图 4） ，近 40 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 年龙口市春季降水量整体上呈缓慢增加 趋势，气候倾向率为 3.97 mm/10 年。 春季降水量的最大值出现在 1973 年， 降水量为 1836 mm；降水量的最小值出 现在 1992 年，降水量为 287 mm；春季 平均降水量为 877.025 mm。春季各年 降水量的波动性较大，除 19962001 年的降水相对较少外，其他的时段内均 呈显著性波动状态。 从图 5 可见，近 40 年龙口市夏 季平均降水量总体呈缓慢下降趋势，气 候倾向率为-14.648 mm/10 年。夏季降 水量最大值出现在 2001 年，降水量为 5988 mm；降水量最小值出现在 1991 年，降水量为 1458 mm；夏季平均降水 量为 677.325 mm。 与年均降水量类似， 20 世纪 70 年代中期90 年代初期降水 的变化波动较大。20032008 年降水变 化波动较小。 由图 6 可以看出，近 40 年龙口 市秋季降水量总体上呈明显下降趋势， 气候倾向率为-9.22 mm/10 年。秋季降 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 水量最大值出现在 1992 年，降水量为 2008 mm；降水量最小值出现在 2006 年，降水量为 322 mm；秋季平均降水 量为 1098.85 mm。秋季各年降水量波 动性较大，19711977 年降水相对较多， 19811991、19931999 年降水较少， 降水变化呈“ 多少多 少” 趋势。 从图 7 可见，近 40 年龙口市冬 季平均降水量总体呈显著上升趋势，气 候倾向率为 6.59mm/10a。冬季降水量最 大值为 811mm，出现在 1997 年；降水 量最小值出现在 1970 年，降水量为 2mm；冬季平均降水量为 238.25mm。1969-1978 年降水较少，其 他时段均呈显著性波动状态。 4.4 成因分析 龙口市位于华北地区，属于温带 季风性气候，同时受海洋和大陆的共同 影响，同时，龙口市年降水量的贡献大 部分来自于夏季，所以，当夏季风强的 时候很大几率导致年降水量偏多，反之， 当夏季风偏弱的时候则会导致年降水量 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 偏少。从以上降水特征分析发现，如果 夏季降水丰沛，则全年降水偏多的概率 达到 76.2%，仅有 23.8%的年份是由于 春、冬季降水较少的原因导致年降水偏 少的情况；反之如果夏、秋季干旱，则 全年降水偏少的概率达到 94.7%，仅有 5.3%的年份是由于春、冬季降水偏多， 导致年降水偏多的情况。 同时，厄尔尼诺现象对降水的影 响也很显著，近几年厄尔尼诺现象频繁， 从以上季节分析中可以看出，2005 年以 后，厄尔尼诺现象明显，厄尔尼诺现象 发生时，春季降水偏多，夏季和秋季降 水显著减少，冬季不显著，发生厄尔尼 诺的次年降水量偏多8。 人类活动对降水也有着重要的影 响，随着经济的不断发展，人类对自然 地改造越来越严重，植被面积大量减少 以及河流河床、湖泊蓄水的锐减使得地 面蒸发量减少，从而影响降水量的变化， 这也与近 40 年龙口市降水量整体呈下 降的趋势相符。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 13 另外整个华北地区的城市化对龙 口市的降水变化也有着一定的影响，随 着人口的增加，社会环境发生了很大的 变化，尤其是近几十年，城市化的进程 迅速，城区面积加大，交通发达，建筑 物鳞次栉比，道路纵横交错，使原有的 下垫面条件发生了变化，城区及其附近 地区也是高强度的经济中心，人口密集， 要消耗大量的能源，造成大气污染，排 放“人为热”，使城区增加许多额外热量， 这些热量的排放对降水有着显著的影响 9。 5 结论 利用龙口市观测站近 40 年的年 降水量数据，采用线性回归、累积距平 法和 5 年滑动平均法分别进行倾向性和 阶段性趋势分析，得出以下结论：龙 口市降水年内分布不均，年内降水程单 峰型特征，6 月起