长江流域降水多年变化特征分析

1 数据资料
本文所用降水历史观测数据来源于中国气象局地 面气象资料数据集，站点数为 174 站（ 见图 1） ，这些站 点分布在长江干流大通水文站以上地区，资料时间范 围为 1951 ～ 2005 年。原始资料为逐日平均观测值，少 数气象站存在缺报（ 缺测） 现象。
鉴于所收集资料的有限性，仅将长江流域分为 5 个大区进行历史气候变化分析，即长江流域（ 大通站 以上区域，下同） 、长江上游（ 宜昌站以上区域） 、长江 中下游（ 宜昌 － 大通区域） 、长江中游（ 宜昌 － 汉口区 域） 和长江下游（ 汉口 － 大通区域） ，采用算术平均法 计算上述 5 个区域的日面平均降水量。
长江中游枯期降水量呈减少趋势，但减少趋势不 显著，其 5 a 滑动平均值在 20 世纪 50 ～ 60 年代在均 值之上波动； 70 ～ 80 年代位于均值以下呈增加趋势波 动； 90 年代前期以增加趋势波动至均值之上，之后又 呈减少趋势。
长江中下游枯期降水量呈不明显的减少趋势，其 5 a 滑动平均值变化趋势与长江中游相似。
图 2 全流域年平均降水量变化及其 5 a 滑动平均过程
图 3 长江上游年平均降水量变化及其 5 a 滑动平均过程
现明显增加趋势； 21 世纪初呈减少趋势。 长江上游在 1951 ～ 2005 年期间，年降水量总体上
呈显著减少趋势，每 10 a 平均约减少 19． 3 mm。从图 3 分析可知，长江上游 5 a 滑动平均降水量在 20 世纪 50 年代高于多年均值，且呈波动减少趋势； 60 年代在 波动变化中先增加后减少； 70 年代后基本在均值以下 波动变化。
长江中游、长江中下游、长江下游的降雨变化趋势 均不显著。
3． 2 汛期降水量多年变化
长江流域及其分区的 1951 ～ 2005 年汛期平均降 水量变化趋势的相关检验结果见表 2。
表 2 1951 ～ 2005 年汛期降水量变化及趋势检验
区域
倾向率 / ［mm·（ 10a） － 1］
R2
长江流域 长江上游 长江中游 长江中下游 长江下游
长江中游汛期降水量总体上呈不明显的增加趋 势，其 5 a 滑动平均值在 20 世纪 50 年代低于均值，且 呈减少趋势； 60 年代在均值以下波动，且呈增加趋势； 70 ～ 80 年代高于均值波动； 90 年代由均值以下呈增加 趋势波动至均值之上； 21 世纪初呈减少趋势波动至均 值之下。
长江中下游汛期降水量呈不明显的增加趋势，其 5 a 滑动平均值变化趋势同长江中游基本相似。
－ 7． 2 － 15． 3
2． 5 1． 4 4． 6
0． 0214 0． 1421 0． 0013 0． 0003 0． 0017
M值
－ 0． 86 － 2． 53 0． 600 0． 460 0． 428
是否显著
不显著 显著
不显著 不显著 不显著
由表 2 可知，长江流域汛期平均降水量在 1951 ～ 2005 年期间总体上呈减少趋势，但减少趋势不显著， 其 5 a 滑动平均值在 20 世纪 50 年代高于多年均值且 呈减少趋势； 60 ～ 80 年代大多在多年均值以下波动； 90 年代移至均值之上波动； 21 世纪初又波动至均值之
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人民长江
2013 年
2． 2 气候倾向率
以降水倾向率为例，该数据是时间序列随时间一
元线性回归方程的斜率，表征时间序列的平均趋势变
化率［1］，即
x^ i = α0 + α1 t
（ 2）
式中，α1
=
rxt
δx δt
；
δx
是序列值的均方差；
δt
为数列
1，2，
…，n 的均方差。一般降水倾向率用 10 a 平均的增减
－ 1． 125 － 2． 880 － 0． 312 － 0． 341
0． 559
不显著 显著
不显著 不显著 不显著
注： M 值为 Menn － Kendall 统计值，M 值在 95% 的信度范围 （ － 1． 96， 1． 96） 为不显著，否则为显著，下同。
由图表可知，长江流域在 1951 ～ 2005 年期间的年 降水量总体上呈减少趋势，但递减趋势不显著（ 未通 过显著性检验，下同） ，平均递减率为 10 mm /10 a。从 图 2 分析，长江流域的降水量 5 a 滑动平均线在 20 世 纪 50 年代高于多年均值，且在波动中呈减少趋势； 20 世纪60 ～ 80 年代在多年均值线附近波动 ； 90 年代呈
第 15 期
李春龙，等： 长江流域降水多年变化特征分析
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下，呈减少趋势。 长江上游汛期降水量呈显著减少趋势，递减率平
均为 15． 3 mm /10a，其 5 a 滑动平均值在 20 世纪 50 年 代位于均值之上且呈明显减少趋势，60 年代在均值之 上波动，70 ～ 90 年代基本在均值以下波动，21 世纪初 呈减少趋势。
雨呈显著减少趋势，其他区域则为不显著增加趋势； 长江流域各区域枯季降雨量均呈不显著的减少趋势。
关 键 词： 气候变化； 降水； 气候趋势系数； 长江流域
中图法分类号： TV125
文献标志码： A
近百年来，以全球变暖为主要特征的全球气候变 化对人类的生存和社会经济的发展造成了重要影响， 引起社会各方面重视［1 － 4］。长江流域是我国水资源最 丰富的流域之一，在全球气候变暖背景下，长江流域降 水量的变化趋势是学者们较为关心的议题。本文以历 史降水数据为依据，综合应用趋势系数分析、气候倾向 率分析、M － K 秩相关检验法等分析手段，对长江流域 降水量多年变化特征进行了研究。
第 44 卷 第 15 期 2 013 年8 月
文章编号： 1001 － 4179（ 2013） 15 － 0011 － 03
人民长江 Yangtze River
Vol． 44，No． 15 Aug． ， 2013
长江流域降水多年变化特征分析
李 春 龙1 ，张 方 伟1 ，訾 丽1 ，严 复 海2
（ 1． 长江水利委员会 水文局，湖北 武汉 430010； 2． 河南省商城县水利局，河南 商城 465350）
表 1 1951 ～ 2005 年年降水量变化统计
项目
倾向率 / ［mm·（ 10a） － 1］
R2
M值
是否显著
长江流域 长江上游 长江中游 长江中下游 长江下游
－ 10． 0 － 19． 3 － 2． 9 － 5． 4
5． 9
0． 0270 0． 1862 0． 0016 0． 0036 0． 0018
趋势表示，线性回归法是目前趋势性分析中最简便的
方法，该法在一定程度上表征了时间序列是否具有递
增或递减的平均趋势变化率，但不足以判别序列趋势
性变化是否显著。
2． 3 趋势性检验
仅基于气候倾向率难以说明时间序列趋势性变化 是否显著，为此可采用 Mann － Kendall 秩次相关检验 方法进一步分析时间序列的趋势性变化是否显著［2］。 该方法是一种非参数统计检验法，不需要样本服从一 定的分布，且不受少数异常值的干扰。
3 降水多年变化分析
3． 1 年降水量多年变化
分别统计 1951 ～ 2005 年长江流域各气象站年降 水量，然后采用算术平均法计算长江流域及其 分 区 1951 ～ 2005 年的逐年降水量。基于不同区域平均降 水量序列，分别进行时间趋势变化特征分析（ 其中，长 江流域降水量变化及长江上游降水量变化分别见图 2、图 3） ，并对其气候倾向率和变化趋势的显著性等进 行检验，结果参见表 1。
长江下游枯期降水量呈不明显增加趋势，其 5 a 滑动平均在 20 世纪 50 年代在均值之上呈减少趋势； 60 ～ 80 年代大多位于均值之下波动； 90 年代前期位于 均值之上波动； 90 年代后期之后又呈波动增加趋势。
4 结论与讨论
（ 1） 在 1951 ～ 2005 年期间的年平均降水量变化 趋势分析中，长江全流域、长江上游、长江中游和长江 中下游地区的年平均降水量总体上呈递减趋势，仅长 江上游地区减少趋势显著，其他均不明显； 长江下游呈 不显著的递增变化趋势。
（ 1） 近坝段各站水位流量关系受多种因素的综合 影响，测站控制为长河槽控制，其控制河长的长度随流 量大小变化。
2． 4
0． 0038 0． 0808 0． 0278 0． 0155 0． 0012
M值
－ 0． 70 － 1． 95 － 1． 34 － 1． 14 － 0． 30
是否显著
不显著 不显著 不显著 不显著 不显著
长江流域枯期降水量在 1951 ～ 2005 年期间总体 上呈不明显的减少趋势，其 5 a 滑动平均值在 20 世纪 50 ～ 70 年代由均值之上缓幅波动至均值之下； 80 年代 前期呈减少趋势明显，后期则增加明显； 90 年代后位 于均值之上呈幅度渐小的波动。
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保护长江 开发长江 为子孙后代留下一条健康的长江
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4 结论
长江下游汛期降水量呈不明显增加趋势，其 5 a 滑动平均值在 20 世纪 50 年代高于均值但呈减少趋 势； 60 年代在均值以下波动； 70 年代前期在均值以上 波动，后期至 80 年代大多位于均值之下波动； 90 年代 明显增加至均值之上； 21 世纪波动至均值之下且呈减 少趋势。
3． 3 枯期降水量多年变化
图 1 长江流域气象站（ 174 雨量站） 空间分布
2 分析方法
2． 1 气候趋势系数分析
时间序列的确定性成分描述了序列的趋势性，降