徐 飛

(遼寧省沈陽水文局，遼寧 沈陽 110043)

降水蒸發(fā)是水平衡方程的重要輸入項(xiàng)，對(duì)于區(qū)域水資源量的分配和計(jì)算至關(guān)重要，也是反映區(qū)域氣候變化和土地利用/覆被的最重要的兩個(gè)因素。對(duì)于區(qū)域降水蒸發(fā)的演變規(guī)律的分析有助于對(duì)區(qū)域水資源演變進(jìn)行有把控。近些年來，對(duì)于區(qū)域降水蒸發(fā)演變規(guī)律分析的研究成果較多[1- 5]，其中趨勢(shì)檢驗(yàn)分析方法[6- 7]以及突變?cè)\斷分析方法[8- 9]在區(qū)域降水蒸發(fā)演變特征的分析中應(yīng)用較為成熟。太子河是遼寧東部較為重要的河流，為此本文結(jié)合趨勢(shì)檢驗(yàn)法以及突變特征分析方法，結(jié)合太子河干流水文站實(shí)測(cè)降水蒸發(fā)數(shù)據(jù)，對(duì)太子河干流中游段的降水蒸發(fā)要素的演變特征及規(guī)律進(jìn)行全面系統(tǒng)的分析，分析成果對(duì)于太子河中游水資源規(guī)劃和水資源評(píng)價(jià)具有重要的參考價(jià)值。

1 研究方法

1.1 趨勢(shì)檢驗(yàn)方法

為對(duì)水文氣象要素特征變化趨勢(shì)進(jìn)行檢驗(yàn)，采用非線性趨勢(shì)檢驗(yàn)方法對(duì)水文變化特征進(jìn)行檢驗(yàn)，該方法假設(shè)時(shí)間數(shù)據(jù)序列(x1，x2，，xn)為獨(dú)立、隨機(jī)同變量分布的樣本序列，檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)變量S計(jì)算方程為：

(1)

(2)

(3)

(4)

式中，S—正態(tài)分布的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)變量；xi和xj—同一樣本中不同分布的兩個(gè)系列，其中E(ck)=k(k-1)/4；σs—標(biāo)準(zhǔn)方差；sign—運(yùn)算符號(hào)；n—樣本的總個(gè)數(shù)；Z—檢驗(yàn)值，若Z>0，檢驗(yàn)的時(shí)間序列為上升變化趨勢(shì)，Z<0，檢驗(yàn)的時(shí)間序列為上下降變化趨勢(shì)；Z的絕對(duì)值大于或等于2.32、1.64、1.28，表示通過置信度分別為99%、95%以及90%的顯著性檢驗(yàn)水平。

1.2 突變?cè)\斷方法

突變分定義一個(gè)統(tǒng)計(jì)量ck來分析n個(gè)獨(dú)立的、隨機(jī)變量同分布的樣本數(shù)據(jù)序列(x1，x2，，xn)，計(jì)算方程分別為：

圖1 研究區(qū)域站點(diǎn)分布圖

(5)

E(ck)=k(k-1)/4

(6)

σ(ck)=k(k-1)(2k+5)/72

(7)

(8)

式中，m—第i個(gè)樣本xi>xj(1≤j≤i)的累積數(shù)，E(ck)、σ(ck)—ck的均值和方差，UFk—ck的標(biāo)準(zhǔn)化；按逆序列數(shù)據(jù)(xn，xn-1，，x1)重復(fù)上面過程，使|UBk|=-UFk，k=n，n-1，，UB1=0。如果UF和UB兩條曲線在置信區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)交點(diǎn)，即為可能的突變點(diǎn)。

2 研究成果

2.1 區(qū)域概況

太子河流域?qū)儆跍貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候區(qū)，全年氣候溫和、濕潤(rùn)，四季分明。太子河流域多年平均降水量在700～900mm之間，是東北地區(qū)降水較多的地區(qū)。年內(nèi)降水量分布很不均勻，多集中在6～9月，占全年的70%～80%，其中7～8月份降水量最多，約占全年的60%。小林子水文站址位于遼陽縣小北河鎮(zhèn)小林子村(東經(jīng)122°54′，北緯41°22′)，是太子河重要控制站。太子河中下游，集水面積10254km2，至遼陽水文站距離為47km，見圖1。

2.2 降水蒸發(fā)趨勢(shì)檢驗(yàn)分析

2.2.1 年降水蒸發(fā)趨勢(shì)分析

結(jié)合小林子站1952～2016年降水蒸發(fā)統(tǒng)計(jì)年值，分析其年降水蒸發(fā)演變趨勢(shì)，結(jié)果見圖2。

圖2 小林子站年降水蒸發(fā)趨勢(shì)變化過程

圖3 小林子站各季節(jié)降水變化過程

2.2.2 月降水蒸發(fā)趨勢(shì)分析

結(jié)合小林子站1952～2016年降水蒸發(fā)統(tǒng)計(jì)月值，分析小林子站月降水蒸發(fā)演變趨勢(shì)，結(jié)果見圖3、4及表1。

表1 各時(shí)間尺度降水蒸發(fā)趨勢(shì)檢驗(yàn)結(jié)果

圖2直觀地反映了太子河干流小林子站的年降水和年蒸發(fā)演變趨勢(shì)，從圖2中可看成，小林子站年降水變化較為平穩(wěn)，而年蒸發(fā)呈現(xiàn)較為明顯的遞減趨勢(shì)，結(jié)合表1可看成，年降水的趨勢(shì)檢驗(yàn)值為-0.4812，變化趨勢(shì)較弱。而年蒸發(fā)的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)值為-4.8405，達(dá)到95%的遞減趨勢(shì)。從降水各季節(jié)變化可以看成，和年降水變化較為一致，各季節(jié)降水變化也較為平穩(wěn)，其秋季遞減趨勢(shì)較為明顯，遞減率達(dá)到-9.1mm/a，從蒸發(fā)的季節(jié)變化趨勢(shì)圖可以看成，春節(jié)較其他季節(jié)的遞減趨勢(shì)最為明顯，冬季的變化趨勢(shì)最弱，年蒸發(fā)逐年遞減率為-14.7mm/a，而年蒸發(fā)遞減率高，也是太子河干流徑流減少的主要因素之一。

2.3 降水蒸發(fā)突變?cè)\斷分析

2.3.1 年降水蒸發(fā)突變?cè)\斷分析

結(jié)合小林子站1952～2016年降水蒸發(fā)統(tǒng)計(jì)年值，運(yùn)用突變?cè)\斷分析方法對(duì)小林子站年降水蒸發(fā)的突變特征進(jìn)行分析，分析結(jié)果如圖5所示。

圖5 年降水蒸發(fā)突變?cè)\斷結(jié)果

2.3.2 月降水蒸發(fā)突變?cè)\斷分析

結(jié)合小林子站1952～2016年降水蒸發(fā)統(tǒng)計(jì)月值，運(yùn)用突變?cè)\斷分析方法對(duì)小林子站年降水蒸發(fā)的突變特征進(jìn)行分析，分析結(jié)果如圖6、7所示。

圖5中可看出年降水和年蒸發(fā)的突變年份不一致，這主要是因?yàn)樵斐山邓驼舭l(fā)變化的原因不一樣，降水主要受氣候變化，而蒸發(fā)除受氣候變化外，還受到區(qū)域下墊面的變化，年降水突變主要發(fā)生在20世紀(jì)70年代，其中1975年為其突變轉(zhuǎn)折年份。可以認(rèn)為太子河干流在1975年前后出現(xiàn)一定程度的氣候突變。而年蒸發(fā)的突變主要發(fā)生在2000年以后，這主要由于2000年以后城市化的發(fā)展步伐較快，城市化的發(fā)展減少了區(qū)域植被量，也間接減少了區(qū)域了蒸發(fā)量，使得年蒸發(fā)較2000年以前呈現(xiàn)一定的突變特征。而季節(jié)蒸發(fā)和降水和年突變特征具有一定的相似性，各季節(jié)降水突變主要發(fā)生20世紀(jì)70年代，而蒸發(fā)主要發(fā)生在2000年以后，其中夏季降水突變特征顯著性高于其他季節(jié)，而春季蒸發(fā)的突變特征高于其他季節(jié)。春季蒸發(fā)突變的原因在于農(nóng)業(yè)耕作措施的開展。

3 結(jié)語

(1)太子河干流中游段年蒸發(fā)遞減趨勢(shì)明顯，而降水變化平穩(wěn)，這一特征是區(qū)域徑流降低變化的主要因素之一。

(2)太子河干流在1975年前后出現(xiàn)一定程度的氣候突變，這一特征使得降水出現(xiàn)突變，而蒸發(fā)的突變主要受區(qū)域城市化的發(fā)展，植被量的減少，使得蒸發(fā)遞減突變特征明顯，而春季蒸發(fā)突變的原因在于農(nóng)業(yè)耕作措施的變化。

圖6 小林子季節(jié)降水突變?cè)\斷結(jié)果

圖7 小林子站季節(jié)蒸發(fā)突變?cè)\斷結(jié)果

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