太原市降水、气温变化趋势分析

龙玉桥 李 伟

（江苏省南京水利科学研究院水文水资源研究所 江苏 南京 210029）

全球气候变暖已是目前不争的事实，联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)第一工作组的第四次评估报告《气候变化2007：自然科学基础》指出：近100a(1906年 ～2005年)地球表面气温上升了0.74℃，全球气候呈现以变暖为主要特征的显著变化。近50年的平均线性增暖速率为0.13℃/10a，几乎是近100年的两倍，而最近12年中有11年位列1850年以来最暖的12个年份之中[1]。气候变化不仅会引起水资源在时空上的重新分配，而且可能加剧洪涝、干旱灾害的发生频率，进而影响到区域生态、乃至人类的生存环境[2]。

太原市是山西省省会，东接阳泉、西壤吕梁、北毗忻州、南邻晋中，地理坐标为北纬 37°27′~38°12′，东经 111°31′~113°09′，全市辖三县一市六区：清徐县、阳曲县、娄烦县、古交市、小店区、迎泽区、晋源区、万柏林区、杏花岭区、尖草坪区，总面积6988km2。太原市是我国严重缺水的城市之一。其地下水超采已引发了泉水断流、地面沉降等地质环境问题。气候变化直接影响到水资源的多寡[3]，因此科学推断该地区气候变化趋势是正确揭示其水资源变化、生态环境演化成因的重要基础，也是该区域水资源的可持续开发利用及地质环境恢复的科学依据。

1 资料与方法

根据站点的空间分布、同时考虑资料的长度和连续性，选取太原市内的6个雨量站（汾河水库、米峪镇、上静游、太原、二坝、董茹）进行分析。收集整理了自1951年～2006年以来的逐月降水量和气温资料，对个别缺测资料，则由邻近站点观测数据进行相关插补。

采用线性回归法和Mann-Kendall秩次相关检验法进行气温变化趋势的判别及显著性检验其中线性回归法的优点在于可以直观给出时间序列是否具有递增或递减的趋势，并且线性方程的斜率表征了时间序列的平均趋势变化率[4,5]。Mann-Kendall趋势检验法是一种非参数统计检验方法，与参数统计检验法相比，该方法不需要样本遵从一定的分布，也不受少数异常值的干扰，而且计算也比较简单，是目前比较常用的趋势诊断方法[6]，以下简要介绍Mann-Kendall方法：

UFi为标准正态分布，它是按时间序列 x1，x2，···，xn计算出的统计量序列，给定显著性水平α，若，则表明序列存在着明显的趋势变化。按时间序列x逆序 xn，···，x2，x1，再重复上述过程，同时 使 UFk=-UBk,k=n,n-1，···,1,UB1=0。分析绘出的UFk和UBk曲线，当它们超过临界线时，表明上升或下降趋势显著。

2 降水变化趋势与分析

太原市地处大陆内部，属北温带大陆性季风气候。1951年～2006年全市平均降水量为439.0mm。降水多集中于6月～9月4个月，占年降水量的70%以上；年际差异较大，多年呈下降趋势，年平均降水量极值比介于2.0～4.0之间，变差系数Cv值大多数介于0.26～0.33之间。

利用1951年～2006年各区域平均降水量资料，采用线性回归法与Mann-Kendall秩次相关检验法，分析检验了各区域降水的变化趋势及其显著性。

由表1可以看出：①太原市6和12月降水量呈显著增加趋势，其M-K值分别为-2.390和-3.320，均超过置信水平为0.05的临界值-1.96，平均递增率分别为1.017mm/10a和0.112mm/10a；②太原市2月、5月、8月和10月降水量呈显著递减趋势，其M-K值分别为-2.47、-2.53、-2.17和-2.06，均超过置信水平为0.05的临界值-1.96，平均递减率分别为0.301mm/10a、0.843mm/10a、1.663mm/10a和2.245mm/10a。③太原市1月和3月降水量呈弱递增趋势，而4月、7月、9月、11月降水量呈弱递减趋势。④太原市年均降水量受到各月降水量的综合影响，由于全年8个月份的降水量都呈现递减趋势，且主要降水月份的降水量多数出现减少趋势，故年均降水量呈现弱递减趋势，其M-K值为-1.26，平均递减率约为13.034mm/10a。

为分析降水量的时程变化趋势，图1给出了年均及各月降水量M-K值的变化过程。由图1可以看出：①在1972年之前，年降水量呈现弱增加趋势，而1972后则呈持续减少趋势，自1999年，其减少趋势才较为显著。②考察各月降水量M-K值的变化可以发现，各月降水量增减趋势的强度变化主要集中在1970年～1980年之间，一般在1970年前，各月份降水量M-K值变幅较大，而在1980年后，多数月份降水量的M-K值变化幅度变小，相应出现弱增或弱减趋势。③12月降水量M-K值变化较其他月份更为突出，主要可分为三个阶段：1975年之前，该月降水量呈显著增加趋势，1975年～1985年该月降水量趋势变化较小，1985年后降水量又呈显著增加趋势。

表1 太原市1951年~2006年降水及气温变化趋势检验

3 气温变化趋势与分析

太原市多年（1951年～2006年）平均气温为9.8℃，极端最高气温39.4℃，极端最低气温-25.5℃。以显著性水平0.05的临界值±1.96为判断标准，由表1可以看出：①太原市各月平均气温均呈现升高趋势，升高率为 0.093℃/10a～0.566℃/10a。②6 月、7月、8月和11月份气温呈弱升高趋势，由于6月、7月和8月是全年气温较高的月份，这说明太原市较热的月份的气温升高幅度较小。③太原市其余各月气温呈显著升高趋势，其中1月份气温升高趋势最为显著，其M-K值达4.38，气温升高率为0.566℃/10a。④太原市年均气温受到各月气温的综合影响，由于全年各月气温均有升高趋势，且气温较低的月份的气温升高趋势显著，使太原市年均气温也呈现显著升高趋势，其M-K值为5.40，年均气温升高率为0.328℃/10a。

由1951年～2006年年均气温及月均气温的M-K值变化过程曲线，可以看出：①太原市自1970年前，各月气温M-K值变幅较为集中，而1970年后各月M-K变化曲线则变得较为分散。②1970年前，3月份和年均气温升高趋势较为显著，其他月份气温呈弱升高趋势。③1970年～1990年，1和7月份气温升高趋势较为显著，其他月份气温呈弱升高趋势。④1990年后，1月～5月、12月及年均气温均呈显著上升趋势，其他月份气温呈弱升高趋势。⑤1951年～2006年间，8月～11月气温呈弱升高趋势，其M-K值变化幅度一直较为稳定。

4 结论

（1）采用线性回归法和非参数Mann-Kendall检验法分析检验了太原市降水和典型站点气温的变化趋势。结果表明：①1951年～2006年期间，太原市年降水量具有弱减少趋势，平均递减率约为13.034mm/10a。②太原市各月降水量增减趋势各有不同，其中太原市6月和12月降水量呈显著增加趋势，平均递增率分别为1.017mm/10a和 0.112mm/10a，而 2月、5月、8月和10月降水量呈显著递减趋势，平均递减率分别为 0.301mm/10a、0.843mm/10a、1.663mm/10a 和 2.245mm/10a。③太原市年均气温均呈现显著性升高趋势，其平均升幅为 0.328℃/10a。④除 6、7、8和11月份外，其余月份气温均呈显著上升趋势，1月份气温升高趋势最为显著，其气温升高率为0.566℃/10a。

（2）太原市的水资源贫乏，而降水是该地区地表水与地下水的主要来源之一。在全球变暖的气候背景下，太原市降水弱减少而气温显著上升的这一变化趋势无疑将进一步加剧该地区水资源的供需矛盾，从面影响到该地区地质环境的保护与恢复。因此，应进一步科学地评估未来气候变化对太原市水文特征的影响并积极探索气候变暖情景下的该地区水资源管理的方法和对策。陕西水利

[1]IPCC.IPCC Fourth Assessment Report(AR4)[R].2007.

[2]王国庆,张建云,贺瑞敏,等.黄河兰州上游地区降水、气温变化及趋势诊断[J].干旱区资源与环境,2009,23(1):77-81.

[3]丁一汇.人类活动与全球气候变化及其对水资源的影响[J].中国水利,2008:20-27.

[4]刘超.黄河上游主要干支流近期降水、径流统计特征变化分析 [J].水土保持学报,2004,18(1):96-99.

[5]丁晶.随机水文学[M].成都:成都科技大学出版社,1988.

[6]SERRANO A,MATEOS V L,GAREIA J A.Trend analysis ofmonthly precipitation over the Iberian Peninsula for the Period 1921-1995[J].PhysChem Earth(B),2005,24(1-2):85-90.