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        東營市氣溫和降水歷史特征分析及預(yù)測

        2021-04-21 14:04:16袁鵬杰
        山東水利 2021年3期
        關(guān)鍵詞:距平東營市平均氣溫

        孫 超,張 宇,袁鵬杰

        (1.東營市水文局,山東 東營257000;2.北京師范大學(xué)水科學(xué)研究院,北京100875)

        東營市土地總面積7 923 km2,屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候,降水主要集中在6~9月,冬寒夏熱,四季分明。境內(nèi)南北氣候差異不明顯,多年平均氣溫13.2℃,多年平均降水量555.0 mm,降水量年際變化大。黃河、小清河及支脈河是東營市境內(nèi)最大的3條河流,全市主要供水水源為引黃客水、地下水。由于東營市特殊的自然地理環(huán)境,其受氣候變化的影響較大。

        1 數(shù)據(jù)來源

        本研究所用歷史實測資料數(shù)據(jù)來自東營市水文局、東營市氣象局歷史資料庫。氣溫數(shù)據(jù)選取東營市年平均氣溫。降水數(shù)據(jù)選取東營市的王營、石村、史口、西劉橋、友林、永安鎮(zhèn)、汀河、刁口、義和、新戶、同興11個國家基本雨量觀測站的雨量數(shù)據(jù),通過泰森多邊形法計算東營市平均面雨量。所選數(shù)據(jù)起止時間為1956—2019年。

        為了預(yù)估東營市未來氣候變化,本文參考IPCC發(fā)布的CMIP5全球氣候耦合模式模擬地表溫度數(shù)據(jù)(https://esgf-node.llnl.gov/search/cmip5/),采用MIROC-ESM-CHEM氣候模式,未來情景預(yù)估時段選擇2020—2100年。本文分別對3種排放情景(RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5)下東營市未來氣溫變化進行了計算分析。由于CMIP5對小尺度降水的模擬不夠準確[1],本文結(jié)合氣溫變化對東營市未來降水進行定性分析,暫時不做定量計算。

        2 研究方法

        2.1 距平法

        1)降水距平百分比Pa反映了某一時段降水與同期平均狀態(tài)的偏離程度。根據(jù)《氣象干旱等級》實際情況劃分干旱等級。根據(jù)山東省評價洪澇指標的實際情況劃分洪澇等級。

        2)氣溫距平△T反映了某一時段平均氣溫與氣候平均值的偏離程度。根據(jù)《氣溫評價等級》實際情況劃分氣溫等級,見表1。

        2.2 滑動平均法

        滑動平均法是將非平穩(wěn)的數(shù)據(jù)在小區(qū)間上視為接近平穩(wěn),計算局部的平均,從而減小隨機起伏誤差[2]。本文采用5年滑動平均,對年平均氣溫和年降水量時間序列進行平滑處理。

        2.3 線性回歸法

        線性回歸是最常用的回歸方法。對滑動平均曲線進行線性回歸擬合,將回歸曲線作為變化趨勢線,直觀的展現(xiàn)氣溫和降水序列的變化趨勢。

        表1 氣溫距平(△T)氣溫等級

        2.4 M-K趨勢及突變檢驗

        Manner-Kendall(M-K)非參數(shù)檢驗法常用于分析氣溫、降水、徑流等要素時間序列的趨勢變化。其優(yōu)勢在于不需要序列服從特定的分布,且不受少數(shù)異常值的影響[3]。借助R語言對氣溫和降水序列進行M-K趨勢和突變檢驗,通過P值判斷是否存在顯著趨勢和顯著突變,P<0.05在統(tǒng)計學(xué)上認為是顯著的。

        3 結(jié)果與分析

        3.1 歷史分析

        1)氣溫和降水歷史特征。根據(jù)1956—2019年實測氣溫數(shù)據(jù),計算得多年平均氣溫為13.2℃。年平均氣溫變化較大,由圖1可知,正距平年與負距平年年數(shù)大致相等,20世紀90年代開始多為正距平年。年平均溫度最大值出現(xiàn)在2019年,為14.5℃,最小值出現(xiàn)在1956年,為11.6℃。其中有7年氣溫屬于明顯偏高,大部分位于近5年。

        圖1 東營市1956—2019年氣溫距平圖

        根據(jù)東營市1956—2019年實測降水數(shù)據(jù),計算得多年平均降水量為555.0 mm。東營市降水年際分布不均,豐水年和枯水年常交替出現(xiàn),由圖2可知,正距平年與負距平年年數(shù)大致相等,其中2002年為特旱年,1964年、1990年、2018年為特澇年。年降水量最大值發(fā)生在1964年,為990.7 mm,年降水量最小值發(fā)生在2002年,為295.4 mm,可見降水量年際間差異非常大。

        2)氣溫和降水變化趨勢。通過M-K趨勢及突變檢驗,以P<0.05作為判斷標準,趨勢檢驗和突變檢驗氣溫P值分別為:7.384×10-11和6.173×10-8;降水P值分別為0.768和0.421。結(jié)果表明,東營市氣溫存在顯著變化趨勢且存在顯著突變點,在1988年發(fā)生顯著突變。降水不存在顯著變化趨勢且不存在顯著突變點。

        圖2 東營市1956—2019年降水量距平百分率圖

        根據(jù)資料分析,東營市歷史氣溫呈波動上升狀態(tài)。氣溫在1988年前后變化趨勢有明顯不同。1988年及以后氣溫趨勢線分布于常年值以上,1988年以前氣溫趨勢線分布于常年值以下。1956—2019年期間年降水量略有減少趨勢,但總體上沒有明顯變化趨勢,趨勢線與常年值基本重合,詳見圖3。資料分析表明,1988年前后氣溫分布明顯不同,1988年前多年平均溫度為12.7℃,1988年后多年平均溫度為13.8℃,且更容易出現(xiàn)極熱天氣。這充分說明東營市存在氣溫升高的現(xiàn)象。

        圖3 年降水量變化特征曲線

        3.2 未來預(yù)估

        參考CMIP5的公開數(shù)據(jù),圖4給出了3種排放情景下東營市未來的氣溫預(yù)估值與變化趨勢,可以明顯看出氣溫均存在上升趨勢。RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5排放情景下,東營市2020—2100年多年平均氣溫分別為15.5℃、15.9℃、17.8℃,相比1956—2019年明顯偏高。

        圖4 2020—2100年東營市氣溫預(yù)測

        最新的IPCC第六次評估報告設(shè)計了21世紀全球1.5℃增溫的控制目標。本世紀氣溫大概率會繼續(xù)升高,這將給東營市的多項工作帶來新的挑戰(zhàn)。氣溫升高會對降水產(chǎn)生一系列影響,已有研究表明極端降水對增溫有較強響應(yīng)[4]。本文預(yù)測東營市未來年降水總量變化不大,但極端強降水會有所增加,洪澇與干旱的頻率將有所上升。東營市歷史上就屬于洪旱災(zāi)害易發(fā)的地區(qū),氣候變暖會給水資源管理帶來更多的挑戰(zhàn)。

        東營市未來氣溫升高不僅對降水產(chǎn)生影響,也將引發(fā)生態(tài)環(huán)境等一系列問題。東營市位于黃河入海口,受海水倒灌的影響,有大面積的鹽堿地,本身對農(nóng)業(yè)發(fā)展極其不利,如果氣溫繼續(xù)升高,帶來海平面升高,蒸發(fā)加劇,進一步加重土地的鹽堿化程度,給生態(tài)環(huán)境帶來危害。此外東營市有一些化工廠、煉油廠,排放污染物,氣溫升高會對水資源分解污染物的能力產(chǎn)生一定的影響。

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