天津市降水量变化趋势的时空分布特征

第２２卷第９期２００８年９月干旱区资源与环境

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｒｉｄＬａｎｄＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＶ０１．２２Ｎｏ．９

Ｓｅｐ．２００８

文章编号：１００３—７５７８（２００８）０９－０９２—０５天津市降水量变化趋势的时空分布特征＋

王晓霞１，徐宗学１，阮本清２（１．北京师范大学水科学研究院，水沙科学教育部重点实验室，北京１００８７５；２．中国水利水电科学研究院水资源研究所，北京１０００４４）

提要：本文采用非参数统计检验方法（Ｍａｎｎ—Ｋｅｎｄａｌｌ）对天津市临近７个水文气象站点的４７年间（１９５７—２００３年）月降水量序列长期变化趋势进行分析，并用参数检验法进行对比；同时根据７个站点的结果，用Ｓｕｒｆｅｒ７．０做出了４个季节及年降水量的Ｋｅｎｄａｌｌ值等值线图，对天津市进行空间变化分析。对１２个月统计检验结果的分析表明：线性趋势统计结果与Ｍａｎｎ—Ｋｅｎｄａｌｌ统计检验结果均有７个月的降水量呈现下降的趋势，但月份稍有不同；但两者的结果同样显示，天津市７、８两个月份下降幅度较大，以７月份最甚，ｂ值达到一１．９６０ｍｍ／ａ，Ｋｅｎ－ｄａｌｌ倾斜度值为一２．０１７ｍｍ／ａ，由此可以看出天津市汛期的７、８月份出现了降水量减少的趋势，而且减少明显；从年值的等值线图可以看出，全市各区均出现了明显的下降趋势，下降趋势呈现由市区向西北的蓟县、西南的塘沽区、汉沽区及大港区逐渐增强；在７个站点中，遵化站的Ｋｅｎｄａｌｌ倾斜度值达到一３．３１ｍｍ／ａ，相比而言，天津站的Ｋｅｎｄａｌｌ倾斜度为一０．５４ｍｍ／ａ，为７个站点中下降趋势最小。关键词：天津；降水量；趋势；Ｍ—Ｋ检验；时空分布中图分类号：Ｐ４２６．６文献标识码：Ａ

降水量是表征水循环的重要气象要素之一，研究降水量的分布规律，对于分析气候变化情景下的水循环具有非常重要的意义。因此，国内外不少学者对降水量进行过研究。Ｓｅｒｒａｎｏ等用Ｍ—Ｋ方法对伊比利亚半岛１９２１—１９９５年的月降水量进行了趋势分析…；周国莲、晏红明等（２００７）选取云南１２５个气象观测站１９６１年１月一２００２年１２月４２ａ的逐月降水资料，采用经验正交函数（ＥＯＦ）分解方法，对云南４２ａ降水量场的时空分布特征进行了分析研究心ｏ；孙静、阮本清等（２００７）在国家气象局提供的北京市近５３ａ降水资料的基础上，利用统计学的方法分析了降水系列的年际变化和年内分布特征、趋势成分以及自相关ｐ。；乌文奇、李春云等（２００７）用统计分析方法对通辽市近百年的年降水量变化趋势阶段性和周期性进行了分析研究Ｈ１；温珍治（２００７）对厦门近１１３ａ来的降水量采用线性倾向最小二乘法变化特征进行了分析”１。在众多的分析研究中，方法各不相同，以数学统计分析居多，但非线性检验方法应用较少。天津市水资源问题日益严重，但是针对降水量长期变化时空分布趋势的研究成果并不多见。因此，本文试图以非线性的Ｍａｎｎ—Ｋｅｎｄａｌｌ方法结合线性分析，来研究天津市降水量的变化趋势，以期为该地区水资源长期变化趋势的分析提供一定的依据。

１研究区概况及数据天津市位于华北平原的东北部，北依燕山、东Ｉｌ缶渤海，处于海河流域的最下游，是北方重要的通商１５／岸和商业金融中心城市，具有建设国际化大都市的有利条件。天津市地处中纬度欧亚大陆东岸，属于半干旱大陆性季风气候，是我国北方干旱缺水地区之一。气候四季分明，降雨量年内分配极不均匀，８５％的降水量集中在６～９月，且主要集中在７月下旬和８月上旬。受地形、气候等因素影响，降水时空分布不均，呈

·收稿日期：２００７—７一”。基金项目：水利部现代科技创新项目（ＸＤＳ２００５—０５—０１）与北京师范大学”京师学者”特聘教授启动经费资助。作者简介：王晓霞（１９８０一）。女，汉族，山东青岛，硕士研究生，主要研究方向为水文水资源。Ｅｍａｉｌ：ｘｉａｏｘｉａ＠ｍａｉｌ．ｂｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎ

　万方数据第９期王晓霞等天津市降水量变化趋势的时空分布特征·９３·现自北向南递减的趋势，天津市多年平均降雨量，北部山区８００ｍｍ，市区及周围近郊５００ｍｍ左右。水资源缺乏，人均水资源量约４００ｍ３，仅为全国人均的１／６，可利用量更少。由于华北地区地表水资源量普遍匮乏，对水资源的开发利用转移到地下水，天津市规模性地开发地下水追溯到１９２３年，过量开采引起了包括地面沉降的一系列生态环境问题，天津地面沉降始于２０世纪３０年代，初期阶段为１９２３—１９５８年，发展阶段为１９５９—１９８５年，从此以后一直处在治理阶段。根据相关的监测资料，累计形成最大沉降量的区域有６处，在市区形成了河北大街、北站外、河东大王庄三个漏斗中心，漏斗面积由中心向外围逐年急剧扩大，沉降速度和面积扩展之迅速，居全国首位。本文所用数据来源于中国气象局气象中心，选用天津市周围７个水文站点（包括临近站点）的数据，考虑到序列的一致性，取各站点１９５７—２００３年的月降水量数据（部分站点由日数据转化而来），个别年份数据有所缺失，采用临近站点进行插值，以保证序列的完整性。所选的具体站点（图１）。在分析的过程中，将其进行季节性划分，３—５月为春季、６—８月为夏季、９—１１月为秋季，１２一次年２月为冬季。站点的年降水量数据采用月数据累加的方法，季节性的数据也以相同的方法生成。

２方法描述基于秩的非参数Ｍａｎｎ—Ｋｅｎｄａｌｌ统计检验方法ｍ７１常用来预测如水质、径流、气温、降水等水文气象时间序列资料的长期变化趋势‘８。。使用Ｍ—Ｋ方法进行趋势检验时，无须事先假定样本的统计分布。Ｍａｎｎ．．Ｋｅｎ

Ｚ。

当一Ｚ。一以≤Ｚ。≤Ｚ。一以时，接受原假设，表明样本没有明显变化趋势，其中，±Ｚ。一∥：是标准正态分布中值为１一ａ／２时对应的显著性水平仅下的统计值。

６图１所选气象站分布示意图Ｆｉｇ．１Ｌｏｃａｔｉｏｎｏｆｓｅｌｅｃｔｅｄｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌｓｔａｔｉｏｎｓ

在Ｍ—Ｋ检验中，一个重要的指标就是表示单位时间内变化量的Ｋｅｎｄａｌｌ倾斜度，用它来量化单调趋势，其计算公式如下：Ｂ＝Ｍｅ‰（霉ｌ－ｊ），Ｖｊ＜ｉ

其中１＜ｊ＜ｉ＜ｎ。当Ｂ为正时，表示上升趋势；当ｐ为负时，表示下降趋势。３降水量的时空变化趋势分析应用非参数Ｍａｎｎ—ＫｅｎｄＭｌ检验法和线性趋势统计检验法，根据天津市临近７个站点的数据进行插值，对天津市１２个月及４个季节降水序列进行变化趋势的显著性检验，并以此分析其时间变化趋势；同时，根据计算出的７个站点的Ｋｅｎｄａｌｌ倾斜度值，用Ｓｕｒｆｅｒ＇／．０将其绘制成等值线图，对其空间变化趋势进行分析。３．１降水量的时间分析表１给出了天津市１２个月份的统计特征值，从线性趋势统计结果可以看出，７个月的降水量呈现下

　万方数据·９４·干旱区资源与环境第２２卷降的趋势，尤其是７、８两个月份下降幅度较大，７月份的ｂ值达到一１．９６０ｍｍ／ａ，而且该月的结果拒绝原假设，即存在下降的趋势；而Ｍａｎｎ—ＫｅｎｄＭｌ统计检验结果稍有不同，７个月的Ｋｅｎｄａｌｌ倾斜度值为负，但与线性结果发生的月份稍有差异；下降趋势明显的同样出现在７、８月份，尤其是７月份，Ｂ值为一２．０１７ｍｍ／ａ，与线性结果相差不大。从表ｌ的分析可以看出，汛期的７、８月份出现了降水量减少的趋势，而且减少明显。表２显示了一年４个季节的统计特征值，从结果来看，两种方法显示的趋势是一致的，即夏季和冬季出现了减少的趋势，而春秋两个季节有上升的趋势，以夏季减少最多，ｂ值达到一２．７３３ｍｍ／ａ，Ｂ值为一１．７９７ｍｍ／ａ。表１降水量逐月统计特征值Ｔａｂ．１Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｖａｌｕｅｓｏｆｍｏｎｔｈｌｙｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ

月份ｂＴ，ＨｏＢＺ。Ｈｏ

１０．００４０．０７４Ａ一０，００３—０．２０２Ａ北京

２—０．０７３１．２２６Ａ一０．０４９—１．８５２Ａ厶

３一Ｏ．００２０．０２ｌＡ一０．００７—０．２０２Ａ４—０．１２３０．４９３Ａ一０，０５７—０．４９５Ａ５０．４６１２．１５２Ａ０．４６１２．１０９Ａ６０．５３６１．３１９Ａ０．５５５１．３０２Ａ７—１·９６０２．３９５Ｒ一２·０１７—２·１８３Ｒ廊坊

８—１．３０９１．５７７Ａ一１．３６１—１．６１４Ａ△

９—０．０２９０．１０２Ａ０．０４４０．１４７ＡｌＯ０．４３９１．８２８Ａ０．２５５１．３８５Ａｌｌ０．０８００．８２３Ａ０．０４４０．５３２Ａ１２一Ｏ．０１９０．３６９Ａ０．ｏ（）２０．２２９Ａ

黄骅△

图２年降水量的Ｋｅｎｄａｌｌ倾斜度等值线Ｆｉｇ．２Ｔｒｅｎｄｏｆａｎｎｕａｌｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｓｅｒｉｅｓ

唐山厶

注：Ａ—ａｃｃｅｐｔｅｄ，Ｒ—ｒｅｊｅｃｔｅｄ．从对天津市的统计检验结果可以看出，在汛期的７、８月份即夏季，降水量出现了减少的趋势，而且减少趋势明显，这与周鸣盛等（２００４年）对天津盛夏降水趋势的分析结果相似，即天津市夏季降水转入了少雨期一Ｊ，而赵玉洁等（２００４年）对滨海新区的分析也得到了同样的结论¨ｏＩ。３．２降水量的空间分布针对７个站点的Ｋｅｎｄａｌｌ倾斜度值，对计算结果用Ｓｕｒｆｅｒ７．０进行作图（图２，３）。图２给出了天津市年降水量Ｂ值的等值线图。根据天津市的行政区划，结合年降水量的等值线分布，可以看出，全市各区均出现了明显的下降趋势，下降趋势呈现由市区向西北的蓟县、西南的塘沽区、汉沽区及大港区逐渐增强；在７个站点中，遵化站的Ｋｅｎｄａｌｌ倾斜度值达到一３．３１ｍｍ／ａ，相比而言，天津市区的ＫｅｎｄａＨ倾斜度为一０．５４ｍｍ／ａ，为各站下降趋势最轻。图３显示了四个季节降水量变化趋势的空间分布特征，从图中可以看出四个季节的分布特征如下：（１）春季：春季各区均处于上升趋势，尤其以武清区最为显著，向东北和东南上升趋势渐弱，市辖区处于０．２６ｍｍ／ａ一０．３２ｍｍ／ａ的等值线之间。（２）夏季：根据统计检验结果，夏季天津降水量下降明显，从等值线图也可以看出，各区县均处于等值线的负值之内，从空间来看，依然是武清区下降最少，而东北的蓟县和东南的大港区下降趋势逐渐增强。（３）秋季：该季节各区县的情况与春季类似，均出现上升的趋势，尤其以天津市辖区上升最为显著，而蓟县依然是上升趋势最弱的地区。（４）冬季：冬季与其它季节有所不同，下降趋势不是很大，但是出现了由北向南减弱趋势逐渐增强，最为明显的是大港区和静海县。

　万方数据