关中地区降雨_气温动态演变特征分析_熊光红 (1)

自 20 世纪以来，全球气温升温趋势普遍，特别是进入 80 年代以来，气温普遍升高引起的气候、水文、生态环境等一系 列问题已成为全球关注热点。全球及我国气候变化研究已 取得诸多全局性和区域性的研究成果，近半个世纪以来全球 气温普遍升高，进而引起水汽循环过程的变化，降雨量也随 之发生区域性的变化［1］。气温和降雨量的变化，导致洪涝灾 害、干旱少雨等灾害性事件全球频发，未来气温的变化趋势 如何，对区域降雨量将会产生怎样的影响，是当前研究的热 点问题［2 － 3］。
摘要 利用 1961 ～ 2012 年陕西关中地区年均降雨量和年均气温资料，对近 52 年来该地区的降雨和气温的动态演变特征进行分析，并探 讨了降雨和气温的相关性。结果表明，近半个世纪以来关中地区气温显著升高，降雨量无明显趋势性，降雨量和气温的相关关系仅在 20 世纪末的 20 年达到典型负相关，其他时段并未达到显著相关水平，无法得出研究时段内该地区降雨量随气温升高发生相关变化的统一 结论； 降雨和气温的阶段性变化形成气候类型的阶段性，20 世纪 60 ～ 80 年代为关中气候变化的稳定时段，80 年代中期 ～ 20 世纪末气候 类型为“暖干型”，进入 21 世纪气候类型转为“暖湿型”。 关键词 关中地区； 降雨； 气温； 相关性； 气候类型 中图分类号 S 161． 2 文献标识码 A 文章编号 0517 － 6611（ 2015） 11 － 192 － 03
基金项目 “111”干旱半干旱地区水文生态及水安全学科创新引智基 地项目（ B08039） ； 中国工程院咨询项目“防旱抗旱确保粮食 及农村供水安全战略研究”。
作者简介 熊光红（ 1976 － ） ，女，安徽无为人，讲师，在读博士，从事水 资源管理研究。
收稿日期 2015-03-12
统计资料中有个别年份资料缺失，为了保证数据的完整性， 对于偶尔缺失的数据，采用标准平均值或趋势预测方法进行 了插补［4］。 1． 2 分析方法 运用公认的统计学方法，采用数据处理软 件 Excell 进行年均降雨量和年均气温的动态特征分析。相 关性分析主要采用相关系数法、回归分析方法和灰色关联分 析等几种方法完成。各种相关分析方法有其适用性和优缺 点，分析结果也能够从不同角度说明时间序列相关性特征。 相关分析的计算过程采用统计软件包 SPSS17． 0 完成。 1． 2． 1 相关系数法。相关是研究 2 个变量之间是否存在一 致而有序关系的一种方法，通常用相关系数 rxy 来衡量 2 个变 量之间线性相关关系强弱的程度［5］。相关系数 rxy 为正，两变 量正相 关； 反 之 则 为 负 相 关。相 关 系 数 rxy 的 取 值 范 围 为 ［－ 1，1］，| rxy | 越接近于 1，相关程度越强，反之相关程度越 弱。一般情况下，0． 8≤ | rxy | ≤1，两变量强相关； 0． 6≤ | rxy | ≤ 0． 8，两变量较强相关； 0． 4≤ | rxy | ＜ 0． 6，两变量一般相关； 0． 2 ≤ | rxy | ＜ 0． 4，两变量弱相关； | rxy | ＜ 0． 2，两变量极弱相关。 1． 2． 2 回归分析。当 2 个变量之间不是简单的线性相关关 系，可采用回归分析的方法研究两变量之间相关程度和其相 关具体形式［6］。将年均降雨量 f（ x） 和年均气温 f（ y） 同绘入 平面坐标系中，形成各个时间点降雨和气温随机变量 f（ x，y） 的独立散点，利用最小二乘法求散点的回归方程（ 线性或函 数） ，散点和回归函数之间的关联性大小称为关联度，散点与 函数之间的关联度愈大，说明两变量之间愈符合该函数的相 关性。 1． 2． 3 灰色关联分析法。灰色关联分析方法主要用于确定 2 个变量之间随时间变化过程中其变化趋势是否具有一致
末平均降雨量数值较小，使得整个研究时段内降雨量整体呈 现减小趋势。由降雨量的动态变化曲线可知，年均降雨量的 变化是周期性与随机性的拟合，持续增减的趋势并不显著， 20 世纪 80 年代中期 ～ 90 年代末期是关中地区降雨量持续 大幅度减少的干旱少雨时期。 2． 2 气温变化特征 1961 ～ 2012 年关中地区年均气温上升 趋势显著，年均气温线性变化率高达 0． 44 ℃ /10a（ 图 1b） ，高 于我国气温变化的平均水平［10］，并达到 35°N 以北年均气温 线性变化率（ 0． 25 ～ 0． 50 ℃ /10a） 的高值［11］。用滑动平均曲 线消除动态曲线的随机因素影响，年均气温也表现出明显的 阶段性变化特征。1984 年以前气温小幅波动，变化速率绝对 值较小； 1984 ～ 1997 年年均气温升温速率快、幅度大，线性升 温率远高于同期全国平均水平，是关中地区典型的高温时 段； 2007 年后年均气温还处于较高水平，但升温速率减缓，升 温幅度减小。
43 卷 11 期
熊光红 关中地区降雨、气温动态演变特征分析
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性［7］，也是进行相关分析的便利工具之一。灰色关联度是衡 量变量之间同步变化程度高低的物理量。在时间序列的变 化过程中，2 个变量的关联程度或发展趋势一致，则其灰色关 联系数大，反之则灰色关联系数较小。用灰色关联系数可以 很好地描述降雨和气温时间序列发展趋势的相似或相异 程度。 2 关中地区降雨和气温动态变化特征 2． 1 降雨变化特征 从关中地区年均降雨量变化曲线（ 图 1a） 可以看出，近 52 年年均降雨量呈小幅减少趋势，线性减 少速率为 3． 16 mm /10a，与全国［8］及陕西省同时段降雨量平 均线性减少率（ 19． 6mm /10a） ［9］相比，降雨的减少幅度并不 显著。降 雨 量 动 态 变 化 呈 较 明 显 的 阶 段 性，第 1 阶 段 （ 1961 ～ 1983 年） 降雨量波动平稳、变化幅度不大； 第 2 阶段 （ 1984 ～ 2012 年） 降雨量波动剧烈，前期降雨量大幅减少，后 期有所增加，但增加幅度不及减少幅度，因此在第 2 个阶段
陕西关中地区地处内陆腹地，气候具有东西过渡和南北 分界的典型特点。气候变化的影响因素复杂，受气候变化的 影响，气象灾害、生态环境、经济发展、政治稳定等一系列问 题不容忽视。笔者利用 1961 ～ 2012 年陕西关中地区气温和 降水资料，研究关中地区降雨和气温的时空演变特征，探讨 该地区降雨和气温受全球气候变化影响的程度、降雨和气温 的相关影响关系以及气象因素未来的发展趋势等，为该地区 气象、水文、水利、生态、经济、政治等诸多方面提供有指导意 义的科学结论。 1 资料与方法 1． 1 数据来源 所选数据中，1984 ～ 2012 年关中地区年均 降雨量及年均气温来源于陕西省统计年鉴； 1983 年以前年均 降雨量及年均气温统计资料来源于陕西省气象局资料室。
来看，20 世纪 60 ～ 70 年代气温升高雨量减少，80 年代气温
升高雨量增加，90 年代气温升高雨量减少，2001 ～ 2010 年气 温降低雨量增加，两者在各年代间亦无稳定的相关特性，仅 在 90 年代左右表现为逆势增长。 3 降雨和气温的相关分析 3． 1 相关系数分析法 利用 Excel 软件计算得到 1961 ～ 2012 年关中降雨量和年均气温的相关系数为 － 0． 291 4。从 降雨和气温的分阶段、分年代相关系数计算结果（ 表 1） 可 知，研究时段内年均降雨量与年均气温总体符合弱负相关特 性，相关特征不明显； 1974 ～ 1997 年两者之间的负相关关系 较为紧密，相关系数绝对值 ＞ 0． 6； 按年代来分析，20 世纪 70 ～ 80 年代降雨与气温相关系数也达到了较强相关的水平，
安徽农业科学，Journal of Anhui Agri． Sci． 2015，43（ 11） ： 192 － 194，198
责任编辑 黄小燕 责任校对 李岩
关 中 地Байду номын сангаас区 降 雨 、气 温 动 态 演 变 特 征 分 析
熊光红1，2 （ 1． 长安大学水与发展研究院，陕西西安 710054； 2． 西安科技大学建筑与土木工程学院，陕西西安 710054）
DOI:10.13989/ki.0517-6611.2015.11.064 Temporal Variation of Temperature and Precipitation in Guanzhong Area XIONG Guang-hong1，2 （ 1． Ｒesearch Institute for Water and Development，Chang＇an University，Xi’an，Shaanxi 710054； 2． Department of Architecture and Civil Engineering，Xi’an University of Science and Technology，Xi’an，Shaanxi 710054） Abstract Based on the average temperature and precipitation data during 1961 － 2012 in Guangzhong area，the temporal variation of temperature and precipitation over the last 52 years were analyzed． The correlation properties of temperature and precipitation were studied． The result indicated temperature of this area was respectively increased in the past 52 years，but the precipitation showed no significant declining trend． The negative relationship of temperature and precipitation in the last 20 years of 20century to a typical negative correlation，other time had not significant correlation． Precipitation change was relevant with rising temperatures in the whole study period were unable to confirm． Periodical characteristics of temperature and precipitation form the periodic climate types． The steady period of climate type was from 1960s’to 1980s’． From 1980s’to the end of last century the climate type of Guanzhong area was“Warm － Dry”，and the climate type turn to“Warm － Humid”since entering the 21st century． Key words Guanzhong area； Precipitation； Temperature； Correlation； Climate types