鹤壁市降水量演变趋势分析

李希伟

（河南省鹤壁水文水资源勘测局）

0 引言

在人类活动的影响下，大气中温室气体浓度增加，全球气候呈现出变暖的趋势，政府间气候变化小组（IPCC）在2013 年的第五次气候变化评估报告中表明，1880-2012 年，全球海陆表面平均温度升高了0.85 ℃。气候变暖必将对降水、径流以及蒸发等水文循环造成影响，导致水资源的时空差异，进而影响中国以及其他国家社会经济的发展和生态环境的演变。

鹤壁市位于太行山东麓和华北平原的过渡地带，地理坐标东经113°59′～114°45′，北纬35°26′～36°02′，属于暖温带半湿润型季风气候，四季分明，春季多风少雨，夏季炎热湿润，秋季秋高气爽，冬季寒冷多雾，降水量的年际变化、季节变化和月际变化都很大。降水量是导致旱涝灾害发生的重要影响因素，降水量的年际变化往往引起河川径流量的年际变化，研究降水量的时空分布特征和演变趋势，对了解鹤壁市的旱涝气候变化规律具有重要意义，对防汛抗旱决策有积极作用。因此，对鹤壁市降水的演变趋势进行研究分析十分必要。

1 资料来源与方法介绍

1.1 资料来源

项目对鹤壁市9个监测站点（前嘴、朝歌、盘石头、大柏峪、新村、淇门、白寺、鹤壁、湾子）1951-2019年逐月的降水资料进行了整理分析，分析汇总出一长时间序列的年、季节、月降水量数据资料。这些站点在整个鹤壁市分布均匀，具有良好的代表性，其汇总分析的结果能反映鹤壁市的整体降水特征。

1.2 方法介绍

项目主要采用了非参数Mann-Kendall 趋势分析检验法（以下简称M-K法）对鹤壁市1951-2019年的年、季、月降水量数据进行全面的研究分析。M-K 法具有适用范围广，人为因素影响小，定量化程度高的优点，可用于检验非正态分布特征的变量，不受少数异常值的影响，常常被用于评估气候要素时间序列趋势的研究中，其检验统计量的公式如下：

式中：sign（ ）为符号函数，当xi-xj〉、 0时，sign（xi-xj）分别为1、0或-1；M-K统计量公式在s 或 0时分别为：

式中字母含义同上。当z值为正值时，表示呈正相关趋势变化，为增加趋势；z值为负值时，表示呈负相关趋势变化，为减少趋势；|z|值在 1.28、1.64、2.32 时，分别表示通过了置信度90%、95%、99%的显著性检验。

2 鹤壁市各年降水情况

经统计分析，鹤壁市1951-2019 年多年平均降水量为607.30 mm，其中有31 a的降水量处于平均水平之上，其他年份的降水量均低于多年平均水平。

由于受季风年际差异的影响，鹤壁市年际间降水量差异较大（降水距平如图1所示），经常会出现丰水年和枯水年。从图1可以看出鹤壁市降水变率较大，这也必将导致鹤壁市河川径流的年际差异。鹤壁市降水量在1963年达到1 173.20 mm，为统计数据序列中的最高值，而1997 年鹤壁市全年降水量为275.20 mm，为统计数据序列中的最小值，仅占1963 年全年降水量的23.50%。

3 Mann-Kendall检验法分析降水量的变化趋势

3.1 在Excel中实现Mann-Kendall趋势检验

图1 1951-2019年鹤壁市降水距平图

3.2 降水量年际变化和季节变化特征分析

表1给出了1951-2019年的年、季降水量M-K趋势分析结果。1951-2019年的降水量M-K趋势分析表明：年均降水量在年际间表现出了负相关趋势变化，但减少趋势不显著，没有通过任何显著性检验。从季节变化趋势来看，春季和冬季呈现增长趋势，且冬季增长趋势显著，Z值达到2.04，通过了信度95%的显著性检验。夏季和秋季呈现下降趋势，且夏季下降趋势明显，Z值达到-1.57，通过了信度90%的显著性检验。

表1 鹤壁市年、季降水量Mann-Kendall检验值表

3.3 降水量月际变化特征分析

鹤壁市的月际降水量的Mann-Kendall 检验值见表2。由表2可以看出，鹤壁市的月际降水量呈上升趋势的月份有1、2、4、5、6、9 月份，其中1 月份和5 月份上升趋势明显，Z 值分别达4.45和1.47，分别通过了信度99%的显著性检验和信度90%的显著性检验；呈下降趋势的月份有3、7、8、10、11、12月份，其中10 月份下降趋势明显，Z 值达1.54，通过了信度90%的显著性检验。

表2 鹤壁市的月际降水量的Mann-Kendall检验值表

4 总结

文章简要分析鹤壁市1951-2019年各年降水情况，主要采用了非参数Mann-Kendall趋势分析检验法对这60余年来鹤壁市降水情况进行了全面分析，进而研究鹤壁市降水量的演变趋势。文章详细叙述了如何在excel中实现Mann-Kendall趋势分析，主要对鹤壁市降水量的的年际变化、季节变化以及月降水变化进行了分析研究，以此得到鹤壁市60 余年来降水量的演变趋势。

主要的研究成果为：鹤壁市1951-2019年多年平均降水量为607.30 mm，年际间降水量差异较大，经常会出现丰水年和枯水年，降水变率较大；鹤壁市降水量在年际间表现出了负相关趋势变化，但减少趋势不显著；鹤壁市春季和冬季呈现增长趋势，夏季和秋季呈现下降趋势；鹤壁市1月份和5月份增长趋势显著，10月份呈现明显的下降趋势。