武都区50年气温与降水的变化趋势及相关性分析

王润科

（陇南师范高等专科学校 地理系，甘肃 成县 742500）

自工业革命以来，大量燃烧石油、煤炭等化石燃料使大气中的温室气体浓度急剧增加，造成温室效应，冰川消退反映出全球气候变暖的趋势是明显的，根据政府间气候变化委员会（IPCC）关于全球气候变化的第三次评估报告（2001）指出，20世纪90年代以来，全球气候变化加剧，自19世纪60年代以来平均地表气温不断上升，20世纪已上升(0.6±0.2)℃，气温变化突出的两个时间段是1910～1945年和1976～2O00年。[1]气温变化的结果将影响一个地区，一个国家乃至全球的降水情况，以我国为例，我国幅员辽阔，地形东西不相同，地貌呈阶梯状分布，西高东低，西部以高原为主，东部多丘陵，造成了东西部气候差异，为此我国研究气候方面的学者、专家对我国不同地区气温、降水分布及年降水量的空间特征、时间变化特征、及降水变化规律进行了分析和预测，[2-8]各方面的研究普遍认为自20世纪80年代初期以来，我国大部分地区气候发生变化，气候紊乱，各地区气温和降水量也会因为这种变化而不同。

气温和降水量的变化会影响人类的生产生活，比如农业种植、工业生产、居民生活等，造成了一系列社会和经济问题，因此有必要研究气温和降水的变化规律，研究结果能为区域经济和社会发展提供帮助。基于此，为了研究武都区气温和降水的变化特征，以武都区气象站提供的1959至2008的月气温和降水资料为依据，利用统计分析的方法对武都区50年来的气温、降水的变化特征进行分析，并研究气温和降水的相关性。

1 研究区域概况

武都区位于甘肃省东南部，地处长江流域嘉陵江水系白龙江中游，属于长江上游地区，其地理坐标为北纬 32°47′～33°42′、东经 104°34′～105°38′，区域总面积为4683km2，海拔667～3600m，地理位置上属于南方地区，温度带属于北亚热带向暖温带过渡区，气候垂直差异，具有亚热带、温带和寒温带气候三个特点。境内山川秀丽，素有“陇上江南”和“植物大观园”美誉。区域年平均气温14.5℃，降水量400～900mm，无霜期120天至284天，城区无霜期300天以上。独特的地理位置使本区适宜种植经济作物，如花椒、油橄榄、茶叶等，目前在电子商务的推动下，本区特色农业发展迅速。

2 气温变化分析

2.1 季平均气温变化特征

依据武都区气象局提供的1959～2008月平均气温数据，用简单的算术平均法分别计算春夏秋冬各季度平均气温(四季划分依据气象划分法，3～5月为春季，6～8月为夏季，9～10月为秋季，11月～次年2月为冬季)及每年平均气温。使用公式计算如下：

根据公式（1），分别求出武都区的季度平均气温及年平均气温，并把求出的季平均气温按十年为一周期计算每十年各季季平均气温，计算结果如表1所示。

结合武都区气象站其他统计资料，利用求出的季度平均气温及年平均气温数值对武都区50年春夏秋冬四季平均气温变化趋势分析，结果表明：武都区四季平均气温日振幅均呈下降趋势，冬季的下降幅度为最大；季平均最高温度和最低温度在年际变化表现出一致的变化节奏，即50年来的气候变暖主要是从20世纪80年代中期开始，广泛集中在90年代。分析结果与参考文献[9]认为最高平均气温自1985年开始四季均增高，夏、秋季尤其明显的研究方法虽然不同，但结果是一致的。

利用表1数据求出各季度气温平均值的曲线拟合方程，夏季曲线拟合线性方程为y=0.007x+24.007，冬季曲线拟合线性方程为y=0.016x+14.344，对计算结果分析可知：年平均气温和四季平均气温都发生一定的变化，均呈现升高趋势，不同季节变化的不同，冬季上升幅度最大，夏季上升的幅度最小，夏季情况和全年基本相似，其曲线性拟合增长率为0.07℃每10年，增幅为1.18%.冬季气温和全年相比变幅较大，整体来看呈上升趋势，其线性拟合增长率为0.16℃每10年，增幅高达12.22%.

表1 武都区1959～2008年四季平均气温变化表（单位：℃）

2.2 气温变化距平分析

分别做出武都区50年平均气温距平曲线图（图1），分析50年来武都区气温变化情况，分析表明：武都区年平均气温上下波动明显，总体呈上升趋势，另外从图上看出，20世纪70年代初到80年代前期武都区气温较低，气温呈负距平，90年代气温开始上升，曲线上升，气温呈正距平，因此可以把武都区气温以80年代中期分为界分为冷，暖两个阶段，80年代中期之前冷期，之后为暖期，这种变化与全国的气温增暖时间基本一致。[10-11]

图1 1959～2008平均气温距平图

以50年的年平均气温距平每10年求一个平均值，用来讨论50年来的气温变化情况。计算结果表明1959～1968年气温距平平均值为-1.0℃，1969～1978年气温距平平均值为-1.4℃，1979～1988年气温距平平均值为-3.3℃，1989～1998年气温距平平均值为1.5℃，1999～2008年气温距平平均值为1.8℃，由10年气温距平平均值变化可以看出，每10年气温距平平均值差值在0.6～0.7℃左右，这表明武都区的年代气温呈稳定上升趋势。

3 降水量的变化特征分析

3.1 降水的年内变化特征

利用武都区1959～2008年月降水资料，统计50年间各月降水量的最大值和最小值，并计算50年各月降水平均值，计算降水量平均值的公式如下：

式中，i=1，2，…，12，j=1，2，…，50，根据降水量月平均值计算降水在各月的分配情况，用百分数表示，结果如表2所示。对结果的分析表明：武都地区年内降水量分配不均匀，降水主要集中在每年5～9月份，这四个月降水量占全年降水量的79.1%；降水量平均值最大月(7月)降水量占全年降水量的18.62%，最小月(12月)降水量仅占全年降水0.19%。其次，根据气象站制定的季节划分标准，统计春夏秋冬四季降水的平均值，春季为354mm，夏季为787mm，秋季为394mm，冬季为20mm，冬季降水量最少，仅为全年降水量的1.29%；夏季降水量最多，占全年降水量的50.6%，春季和秋季降水量分别为22.75%和25.36%.[12]

多月平均降水量只能反映降水的集中趋势，其值不能用来衡量一个地区降水是否稳定，故可用降水变率来反映降水年内变化特征。降水变率是一个重要指标，是水资源评价时普遍采用的一个重要因子。为了便于月份之间的比较，表征降水变率的大小时用变差系数CV，其公式为：[13]

公式（3）中：S为标准差，n为观测年数。CV的大小直接说明了降水年际变化的起伏程度，CV值大表示降水的年际变化剧烈。

变差系数是反映事件离散程度的量值，其值越大，降水量的离散程度越大，因此年内变差系数能较好地反映出降水在年内各月的分配情况。同月年际间降水变率分析，降水较多的季节降水相对稳定，变差系数稳定在0.39～0.49之间，而降水稀少季节的变率大，稳定性差，变差系数在1.0以上（表2），同月年际间的降水变化大，为0～66mm.

3.2 降水的年际变化特征

降水分布的年际变化反映了年与年之间的降水分配情况，除了季节分配不均匀，各年降水多少也不一样，有的年份多，有的年份少。利用武都区近50年的年平均降水数据作50年降水变化分布图（图2），图中包括降水量平均值分布图，降水距平百分率平均值分布图，最大日降水量平均值分布图，最大日降水量出现日平均值分布图。包含的所有图用以分析武都区降水年际变化特征，分析表明：近五十年来，武都降水总体呈上升趋势，1959～1967年平均降水量的变化趋势450.25mm.1968年降水急剧增加，年平均降水量高达到4523.13mm，此年发生洪涝灾害。1968年之后降水又有所减少，1971年降水只有225.23mm，虽然降水量少，但根据《武都县志》，此年发生过洪涝灾害。1971年之后降雨反弹，1990年降水量大达到1971年之后二十年间的最大值为507.75mm，进入21世纪，降水量基本上趋于平缓，2006年以后降水呈逐年增加的趋势。降水距平百分率分析表明，20世纪50年代末降水偏少（-20%），70年代降水缓慢增加，偏多（20%～50%），80年代曲线振幅很大，有两个低谷，一个高峰，90年代后得益于国家退耕还林的等政策的实施，植被得到保护，武都区降水量明显增多。

表2 武都区1959～2008年各月降水量分配表(单位：mm)

图2 1959～2008年近50年降水变化图

4 气温与降雨量相关性分析

相关分析研究现象之间相互依赖的关系，探讨现象之间依存关系的相关方向和相关程度，是一种统计方法，地理系统中的大多数要素之间具有相关关系的。

在探讨气温和降水直线相关时，就是要研究他们之间的相关程度和相关方向，相关程度就是地理要素之间相互关系是否密切，相关方向可分为正相关和负相关。而用来度量气温和降水直线相关程度和方向的指标，就是相关系数。相关系数r的计算公式为：

公式（4）中，xi表示各月气温值，表月平均气温值，表示各月降水值，表示月平均降水值，r为气温和降水之间的相关系数，相关系数r为正时，表示要素之间呈正相关，相关系数r为负时，表示要素之间呈负相关，相关系数介于-1≤r≤1之间的数值，相关系数r的值越大，表示要素之间相关程度密切。利用武都区1959～2008年多月平均气温和多月平均降水的值，计算了二者相关系数r，经计算相关系数为0.97，相关系数接近于1，这表明武都区气温和降水相关程度高。为了确定相关系数的意义，通常要做相关系数的显著性检验，显著性检验以确定样品之间的差异，我们对整体假说认为是纯粹偶然变化，或是由我们所做的假设与总体真实情况之间不一致所引起的。当α为0.001时，其临界相关系数αr=0.82，可见0.97＞0.82，这表明武都区多月平均气温和降水之间是高度相关的。

5 结 论

通过对武都地区50年的月平均气温和降水数据分析，春夏秋冬四季的季平均温度变化呈增加趋势；各季节变化幅度有差异，冬季上升幅度最大，夏季最小；气温在年际间以20世纪80年代后期为界分为冷暖两个阶段。降水年内变化大，多数年份降水量距平百分率位于-25～+25之间，总体来看，降水在季节分配上主要集中在夏季，占全年降水的50%左右，冬季降水最少仅占1.29%，降水分布的年际变化明显，武都区50年年际降水总趋势是增加——减少——增加，20世纪80年代以前降水隔年增多或减少的变化幅度不大，从20世纪80年代初期至今降水波动上升。

武都气温和降水的相关性分析结果显示多月平均气温和多月平均降水之间是显著相关的。

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