伊宁县降水量及气温演变规律分析

赵大壮

（伊犁水文勘测局，新疆 伊宁 835000）

1 研究方法及数据来源

1.1 Kendall秩次相关检验法分析趋势性

Kendall秩次检验法分析趋势性时，在时间序列T1，T2…，Tn中，确定i＜j条件下所有对偶值（Ti，Tj）中出现Ti＜Tj的次数di，通过如下公式计算检验统计量U：

若检验统计量U ＞0，该序列为递增趋势，反之趋势递减。

1.2 R/S法分析持续性

应用R/S 技术进行伊宁县关键气候要素变动趋势的时间序列分析，并借助Hurst指数具体取值进行这一时间序列趋势变动规律及关键点特征持续情况分析与验证。根据得出的Hurst指数H（0＜H＜1）分三种情况：当0＜H＜0.50时，表现为反持续性，总体趋势与过去相反；当0.50＜H＜1时，表现为持续性，总体趋势与过去相同；当H=0.50时，时间序列为随机序列。

1.3 功率谱分析法对周期性的分析

功率谱分析法进行降水、气温等关键性水文要素所对应的非平稳序列量化确定以及所对应的内部不同周期振动结构分析的过程中，基于频率的视角根据各参数量方差值的大小，进行不同频率振动结构量化分解，得到在振动结构总变动量中贡献最大频率所在，进而根据周期频率与影响变量对应关系，在得出谱分析优势频率基础上，得出时域上同样占据主要优势的周期因子，并得到是否存在显著性差异的结论。若是差异显著，则非周期过程不是谱估计值产生的原因，有周期存在；如果差异不显著，则周期不存在。

1.4 Mann-Kendall法分析突变性

Mann-Kendall检验法（计算公式见文献［4］）采用非参数统计检验，且在分析过程中并不要求样本必须遵从一定的函数分布趋势，计算及分析过程均较为简便。

1.5 累积距平法分析突变性

累积距平法直观地通过曲线判断变化趋势，在诊断分析中，常用距平序列代替变量本身，算出n 个时刻的累积距平值便可得到累积距平曲线，由曲线直观判断突变发生的时间。假设某一时刻t在一时间序列yi中的累积距平为y，则

降水量及气温趋势性采用Kendall 秩次相关检验法，持续性采用R/S 法，周期性采用功率谱分析法，突变性采用Mann-Kendall法及累积距平法共同分析。

1.6 数据来源

降水资料：使用伊宁县境内托海水文站1955-2019年的年降水量距平资料，数据系列长度为65年。

气温资料：使用伊宁县境内托海水文站1957-2019年的年平均气温距平资料，数据系列长度为63年。

2 结果分析

2.1 降水量及气温年际和年内变化分析

对托海水文站多年降水量距平的年际变化和年内分配计算显示，1955-2019 年降水量为快速波动上升趋势，2008 年达到最小值，2016年升至最大值，同时降水量1995年接近历史最小值，1998年接近历史最大值，从图1中看出20世纪末及21世纪初，降水量变化非常剧烈。降水量年内分配情况显示，春夏季降水量占全年降水量56.60%，而在冬季开始的一段时期，降水量占比增加。进一步分析可知，全年1、2、9、10 四个月降水量最小，由此可见伊宁县境内降水量主要集中在春夏季，开春前和立秋前后降水量较少。

图1 降水量年际和年内变化

对托海水文站多年气温距平资料进行基本统计分析，1957-2019 年平均气温总体表现为快速的波动上升趋势，在1960年出现最低平均温度，在2007年出现最高平均温度，1983年及2000年前后，气温变化剧烈，其他年份变化比较平缓。由气温的年内变化情况可知，开春前及冬季气温最低，春夏季气温最高。5-9 月出现全年最高气温，而1、2、12 气温较低，由此可见伊宁县境内气温春夏季高，开春前及冬季气温低。

2.2 功率谱分析法周期性分析

托海站年降水量距平周期结果主要通过采用功率谱分析法而得出，所对应的自相关函数r（1）=3.63E-02＞0，具体的序列应当通过红色噪声谱加以校验和分析。当波数取7、信度取0.05 的情况下，所对应的平滑谱为852.54 及相应否定域上界845.06，前者大，表明序列存在显著的5.71年周期。

托海站年平均气温距平周期结果同样采用功率谱分析法得出，当自相关函数r（1）=0.26＞0时，意味着通过红色噪声谱进行结果校验切实可行。当波数取16、信度取0.05的情况下，所对应的平滑谱为4.51E-02 及相应否定域上界3.64E-02，前者大，也从侧面反映出该序列所对应的显著周期为2.50年。

2.3 Mann-Kendall法及累积距平法突变性分析

结合Mann-Kendall法和累积距平法分析托海站年降水量突变特性。从图2 看出，曲线UF 与UB2000 年左右及2008-2014 年间有多个相交点，且相交点均在置信区间内，表明出现降水量突变，而且UF 曲线2014 年与UB 相交后迅速上升至+1.96，说明降水量存在少到多的显著性突变。由图3 看出，2000 年前后有明显上升趋势，2008-2014 年涨落不明显。托海站年降水量序列显著突变发生在20世纪末。

图2 降水量距平MK值

图3 降水量累积距平值

结合Mann-Kendall法和累积距平法分析托海站年平均气温突变特性。曲线UF 与UB 在1983 年及2001 年有两个相交点，其中只有2001年的相交点在置信区间内，表明这段时间有出现气温的突变，而且UF 曲线与UB 在2001 年相交后迅速上升至+1.96，说明气温存在少到多的显著性突变。2000 年前后有明显上升趋势，1983年前后气温变化不明显。因此，托海站年平均气温序列显著突变发生在2000年前后。

3 结语

①1955-2019 年降水量为显著递增趋势，未来仍会持续；春夏季降水量占全年降水量56.60%，降水量主要集中在春夏季；1957-2019年气温为显著递增趋势，未来仍会持续；春夏季气温最高，开春前及冬季气温最低；②年降水量序列具有显著的5.7年周期；年平均气温序列具有显著的2.5年周期；③降水量由少到多的显著突变发生在20 世纪末；气温由低到高的显著突变发生在2000年前后。