摘 要：在全球變暖的背景下，降水時(shí)空結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生一定的變化，導(dǎo)致降水時(shí)空變異加劇。降水與人類的生產(chǎn)生活和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展密切相關(guān)，作為甘肅省特色農(nóng)產(chǎn)品區(qū)，天水市對(duì)氣候變暖的響應(yīng)敏感程度高、幅度也更大。因此，研究天水市降水時(shí)空特征具有實(shí)踐意義。選取天水市7個(gè)氣象站點(diǎn)1981—2020年逐月降水?dāng)?shù)據(jù)，采用曼—肯德爾（Mann-Kendall）突變檢驗(yàn)法，分析了天水市1981—2020年間降水量的突變特征。結(jié)果表明，天水市年降水量均值為425～570 mm，平均降水量為495 mm，CV值為0.19～0.25，極值比為1.9～2.7，說(shuō)明年際比較穩(wěn)定。近40年來(lái)，天水市降水時(shí)間不均衡，有明顯的季節(jié)性和區(qū)域差異。

關(guān)鍵詞：降水量；時(shí)序特征；分析；全球變暖

中圖分類號(hào)：K903 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2024）07–0-03

當(dāng)前，受人類活動(dòng)的影響，全球氣候變暖越來(lái)越嚴(yán)重[1]。氣候變暖會(huì)導(dǎo)致蒸發(fā)量加快，水循環(huán)過(guò)程加速，進(jìn)而引起降水時(shí)空結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，降水時(shí)空變異加劇[2]。

降水是描述某一區(qū)域氣候特征的主要因素指標(biāo)，而降水的時(shí)空變化規(guī)律又直接影響著區(qū)域水文狀況和水資源的時(shí)空分配[3-4]。作為基本的氣候現(xiàn)象，降水與人們的日常生活息息相關(guān)，直接影響著人們的生活生產(chǎn)方式[5]。從古至今，人們無(wú)時(shí)無(wú)刻不在關(guān)注著降水時(shí)空變化，并用于指導(dǎo)生產(chǎn)生活方式，而降水量的豐富程度也在一定程度上制約著區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展[6]。降水的動(dòng)態(tài)變化在一定區(qū)域表現(xiàn)出地域特性，也會(huì)隨著氣候、地形的變化和人類活動(dòng)的影響，在時(shí)間和空間上體現(xiàn)出差異性[7]。

1 研究區(qū)概況

本研究區(qū)域?yàn)樘焖?，位于甘肅省東南部，秦嶺西段、黃河最大支流渭河的中游。天水市是一個(gè)典型的農(nóng)林牧交錯(cuò)復(fù)合區(qū)域，屬于我國(guó)氣候變化的敏感區(qū)和生態(tài)環(huán)境的脆弱區(qū)，對(duì)氣候變暖的響應(yīng)也更為敏感、幅度也較大。研究區(qū)地勢(shì)西北高、東南低，東部和南部為山地地貌，北部為黃土丘陵地貌，中部則是渭河河谷地貌。氣候?qū)儆跍貛Ъ撅L(fēng)氣候，年平均降水為495 mm，降水自東南向西北逐漸減少。天水橫跨長(zhǎng)江、黃河兩大流域，以西秦嶺為分水嶺，北部地區(qū)為渭河流域，以南為嘉陵江流域。截至2021年，常住人口為295.65萬(wàn)人，農(nóng)業(yè)人口占比54.43%。因此，研究該區(qū)域降水的時(shí)空變化特征具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

近年來(lái)，全球氣候變暖，導(dǎo)致降水時(shí)空結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，降水變化與人類發(fā)展密切相關(guān)。從19世紀(jì)開始，各國(guó)學(xué)者開始進(jìn)行全球降水時(shí)空變化研究發(fā)現(xiàn)，全球降水時(shí)空分布極不均衡[8-9]。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源

2.1 氣象數(shù)據(jù)

研究中所用氣象數(shù)據(jù)主要來(lái)源于中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)、甘肅省統(tǒng)計(jì)局、天水市氣象局，主要選取天水市7個(gè)氣象觀測(cè)站（圖1）。其中，河谷區(qū)有麥積站、天水站，渭北區(qū)有甘谷站、武山站和秦安站，關(guān)山區(qū)有清水站、張家川站，1981—2020年逐月降水?dāng)?shù)據(jù)完整，沒(méi)有缺失。季節(jié)劃分為春季（3—5月），夏季（6—8月），秋季（9—11月），冬季（12月—翌年2月）。

2.2 遙感及矢量數(shù)據(jù)

所用到的天水市DEM高程數(shù)據(jù)來(lái)自地理空間數(shù)據(jù)云；天水市行政區(qū)矢量數(shù)據(jù)來(lái)自1∶400萬(wàn)全國(guó)矢量數(shù)據(jù)。

3 研究方法——曼—肯德爾（Mann-Kendall）突變檢驗(yàn)法

曼—肯德爾（Mann-Kendall）突變檢驗(yàn)法是一種非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法。適用于長(zhǎng)時(shí)間的序列研究，便于操作且受干擾小，既可以檢測(cè)序列的變化趨勢(shì)，又可以進(jìn)行突變點(diǎn)的檢驗(yàn)[10]。

首先，對(duì)于時(shí)間序列X（含有n個(gè)樣本），構(gòu)造一個(gè)秩序列：

Sk=ri （k=2，3，…，n）（1）

其中，

ri=（2）

秩序列Sk是第i個(gè)時(shí)刻數(shù)值大于j個(gè)時(shí)刻時(shí)，數(shù)值個(gè)數(shù)的累加。

在時(shí)間序列為隨機(jī)的假設(shè)下，定義統(tǒng)計(jì)量：

UFk=（3）

其中，UF1=0，E（Sk）和Var（Sk）分別是Sk的均值和方差，且x1，x2，…，xn互相獨(dú)立時(shí)，他們具有相同連續(xù)分布，可以由下式推算出：

E（Sk）=， （2，≤k≤n）（4）

Var（Sk）= （2≤k≤n）（5）

UFk為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，是按時(shí)間序列X的順序（x1，x2，…，xn）計(jì)算出的統(tǒng)計(jì)量序列，一般取顯著性水平α=0.05，臨界值U0.05=±1.96。將UFk和UBk 2個(gè)統(tǒng)計(jì)量序列曲線和±1.96兩條直線均繪制在一張圖中，若UFk和UBk的值＞0，則表明序列呈上升趨勢(shì)；若UFk和UBk的值＜0則表明呈下降趨勢(shì)。當(dāng)超過(guò)臨界直線時(shí)，則表明上升或下降趨勢(shì)明顯，超過(guò)臨界線的范圍確定為突變的時(shí)間區(qū)域。如果UFk和UBk 2條曲線出現(xiàn)交點(diǎn)，且交點(diǎn)在臨界線之間，則交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻則是突變開始的時(shí)間。

4 降水量突變分析

4.1 降水量突變年際分析

4.1.1 降水量突變的大區(qū)特征分析

（1）河谷區(qū)。天水站年降水的UF曲線與UB曲線在1981—2020年存在3個(gè)交點(diǎn)，分別是1981、1983和1986年，且突變點(diǎn)均位于置信區(qū)間。根據(jù)UF曲線可知，1981—1983年降水減少，1983—1993年降水增多，

1993—2020年波動(dòng)減少，年降水整體波動(dòng)明顯；麥積站突變點(diǎn)存在于1984、1985、2017、2019和2020年，1981—1983年降水減少，1983—1994年降水波動(dòng)增加，1994—2017年降水波動(dòng)減少，2017—2020年降水增加。

（2）渭北區(qū)。甘谷站突變點(diǎn)存在于1981、1982和1985年，1981—1983年降水減少，1983—1986年降水增加，1986—2020年降水波動(dòng)減少，且1995—2004年突破顯著性檢驗(yàn)下限；秦安站突變年份存在于1983、1986和2018年，1981—1983年降水減少，1983—1994年降水波動(dòng)增加，1994—2018年降水波動(dòng)減少，2018

—2010年降水增加；武山站突變年份為1983、1986、2017、2019和2020年，1981—1983年降水減少，1983

—1989年降水增加，1989—2012年降水波動(dòng)減少，且1997—2002年突破顯著性檢驗(yàn)下限，2012—2015年降水增加，2015—2017年降水減少，2017—2020年降水增加。

（3）關(guān)山區(qū)。張家川站突變年份存在于1983、1986和2018年。1981—1983年降水減少，1983—1993年降

水波動(dòng)增加，其中1990—1992年降水減少，1993—2018年降水減少，2002年突破顯著性檢驗(yàn)下限，2018

—2020年降水增加；清水站突變年份存在于1983、1985和2018年，1981—1983年降水減少，1983—1986年降水增加，1986—2019年降水波動(dòng)減少，2020年降水增加。

4.1.2 降水量突變的縣區(qū)特征分析

（1）由計(jì)算得知，天水站年降水的UF曲線與UB曲線在1981—2020年存在3個(gè)交點(diǎn)，分別是1981、1983和1986年，且突變點(diǎn)均位于置信區(qū)間。根據(jù)UF曲線可知，1981—1983年降水減少，1983—1993年降水增多，1993—2020年波動(dòng)減少，年降水整體波動(dòng)明顯（圖2）。

（2）麥積站突變年份為1984、1985、2017、2019和2020年，1981—1983年降水減少，1983—1994年降水波動(dòng)增加，1994—2017年降水波動(dòng)減少，2017—2020年降水增加。其中渭北區(qū)、甘谷站突變點(diǎn)存在于1981、1982和1985年，1981—1983年降水減少，1983—1986年降水增加，1986—2020年降水波動(dòng)減少，且1995—2004年突破顯著性檢驗(yàn)下限（圖3）。

（3）秦安站突變年份為1983、1986和2018年，1981—1983年降水減少，1983—1994年降水波動(dòng)增加，1994—2018年降水波動(dòng)減少，2018—2010年降水增加（圖4）。

（4）武山站突變年份為1983、1986、2017、2019和2020年，1981—1983年降水減少，1983—1989年降水增加，1989—2012年降水波動(dòng)減少，且1997—2002年突破顯著性檢驗(yàn)下限，2012—2015年降水增加，2015—2017年降水減少，2017—2020年降水增加（圖5）。

（5）張家川站突變年份為1983、1986和2018年。1981—1983年降水減少，1983—1993年降水波動(dòng)增加，其中1990—1992年降水減少，1993—2018年降水減少，2002年年突破顯著性檢驗(yàn)下限，2018—2020年降水增加（圖6）。

（6）清水站突變年份為1983、1985和2018年，1981—1983年降水減少，1983—1986年降水增加，1986—2019年降水波動(dòng)減少，2020年降水增加（圖7）。

4.2 降水量突變的年內(nèi)季節(jié)分析

由計(jì)算得知，春季，天水市突變年份為1982、1985、1987、2012、2013和2014年，1981—1992年降水波動(dòng)增加，1992—2015年降水波動(dòng)減少，2015—2020年降水增加。

夏季，天水市突變年份為1981、1983、1986、1988、1989、1991、1992和1993年，1981—1984年降水減少，1984—1986年降水增加，1986—1988年降水減少，1988—1995年降水波動(dòng)增加，1995—2020年降水波動(dòng)減少；秋季，天水市突變年份為1981、1983、1984、2001、2003、2011和2020年。除2011年降水略有增加外，1981—1983年降水減少，1983—1986年降水波動(dòng)增加，1986—2020年降水波動(dòng)減少。

冬季，天水市突變年份為2005、2015、2016、2017和2019年，1981—1985年降水增加，1985—1988年降水減少，1988—1997年降水增加，1997—2000年降水減少，2000—2009年降水增加，2009—2020年降水減少。

5 結(jié)論

天水市年降水量在研究時(shí)段內(nèi)存在突變點(diǎn)，四季降水量因區(qū)域和時(shí)間的不同，突變情況也不同，降水量在夏季和冬季變化頻繁。天水市區(qū)多年的年平均降水量為495 mm，在40年長(zhǎng)系列年際降水量中，2003年的年降水量最大為830.5 mm，1989年的年降水量最小為392.8 mm，年際整體表現(xiàn)為非顯著性增加趨勢(shì)。四季降水量占全年的權(quán)重依次為0.32、0.41、0.15、0.12。此次采t檢驗(yàn)法和M-K檢驗(yàn)法對(duì)長(zhǎng)序列降水量進(jìn)行疑似突變變化分析，發(fā)現(xiàn)疑似突變的年份不盡相同，考慮是由于檢測(cè)方法的系數(shù)（敏銳度）不同所致。

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