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石河子市降水气候特征分析
摘 要：本文利用石河子市地面气象观测资料,研究了石河子市年降水量的变化特征,结果表明：（1） 石河子市年降水量呈现逐年递增趋势,每10 a增加8.3 mm；（2）在1960—1985年期间年降水量较少,1986—2010年期间年降水量较多；（3） 1984年为年降水量突变年；（4）对石河子市气象因子之间相关性分析得出,年降水量与相对湿度两者之间存在显著的正相关性关系.
关键词：石河子；气候特征；突变
0引言
近年来有资料显示,全球自然气候的异常变化,造成了一系列严重的气候灾害,特别是洪涝灾害造成的生态系统以及经济损失越来越严重.据统计,每年洪涝灾害将造成2 000亿元以上的直接经济损失[1].全球气候的一系列变化已经严重影响到国家安全以及人民生命财产安全,越来越多的学者开始对区域气候变化问题进行深入的研究.
郝立生和丁一汇[4]从华北地区降水年代际变化特征出发,研究海温、东亚夏季风、积雪等因素变化对夏季降水量的影响机制.安文芝等[5]使用西北地区逐日降水资料,对西北地区降水气候特征变化进行分析.结果表明,西北地区降水呈现从东南和西北两侧向中部减少的分布特征,东部地区降水呈逐年递减趋势,西部则呈增多趋势.尹承美等[6]利用济南市高空和地面地向资料,对济南市降水年际、月、时以及强度变化特征进行分析.王燕等[7]利用甘肃省逐日降水资料,采用数理统计、EOF正交函数分析、小波变换分析等方法,对甘肃省降水时空变化特征进行分析.结果表明,甘肃省降水自西北向东南呈增加趋势,夏季降水量较多,降水量的年际变化不显著.黄樱和钱永甫[8]分析了近40年华北地区逐月降水与南亚高压特征指数的关系,指出同年6月南亚高压中心经度与华北夏季降水呈负相关关系,当高压中心位置比常年平均位置偏西时,华北降水偏多；反之则偏少.前一年6月南亚高压中心强度也与降水呈负相关,高压强度比多年平均强度偏弱时,降水偏多；反之则偏少.张秀丽等[9]利用北京市逐日降水观测资料,采用DFA分形理论,根据求出的Hurst指数值的大小,来判断未来降水变化趋势.
石河子市位于中纬度内陆地区,属于典型的温带大陆性气候,总面积为456.84 km2.随着社会经济的迅速发展,现代化的程度越来越高,降水灾害所造成的损失也越来越大.且石河子属于农业城市,所以有必要对石河子市降水气候特征做研究.本文利用石河子市51 a降水观测资料,使用数理统计方法、距平、M - K突变检验对其进行降水气候特征及其变化分析.
1资料来源
本文使用的是1960—2010年石河子市逐日降水数据,分别对逐日数据求出逐月降水量和逐年降水量,用于对石河子市降水气候变化规律进行分析研究.
2方法简介
2.1一元线性回归分析
采用一元线性回归方法分析石河子市的年降水年际变化趋势,以此反映降水活动变化情况.一元线性回归即用最小二乘法拟合线性趋势变化：y ＝ a + bx,b为气候倾向率, y表示每年的降水量,x表示水量对应的年份,其中a为常数.气候倾向率b反映石河子市51 a的年降水变化趋势.当b ＞ 0时,降水量随时间的增加呈上升趋势.当b ＜ 0时则反之.b值的大小反映了降水活动上升或下降的速率.
2.2趋势变化分析
Mann - Kendall方法是一种非参数统计检验方法,其仅用于检测序列的变化趋势,一般取显著性水平a 等于 0.05 ,那么临界值U0.05 等于 &plun;1.96.将UFk和Bk2个统计量序列曲线和&plun;1.96的2条直线均绘在1张图上.分析绘出的UFk和UBk 曲线图.若UFk和UBk的值大于0,则表明序列呈上升趋势；小于0,则表明呈下降趋势.当它们超过临界直线时,表明上升或下降趋势显著.超过临界线的范围确定为出现突变的时间区域.如果UFk和UBk两条曲线出现交点,且交点在临界线之间,那么交点对应的时刻便是突变开始的时间.
2.3相关性分析
若变量xj的取值（x1j,x2j,...,xnj）∈Rn（j 等于 1,2,...m）.则可以用变量xj和xk的样本相关系数作为他们的相似性度量.相关性系数表达式为：
求出相关性系数取值范围为-1 ≤ rjk ≤ 1.当rjk大于0时,表示xj和xk的样本之间存在正相关性；当rjk小于0时,表示xj和xk的样本之间存在负相关性.|rjk|越大,表示xj和xk的样本之间关系越密切.
相关性系数进行相关程度的判断标准：
rjk在0.3以下,说明两者之间不存在直线相关； rjk在0.3 ~ 0.5之间,说明两者之间是低度直线关系； rjk在0.5 ~ 0.8之间是显著相关； rjk在0.8以上是高度相关.
3 石河子市降水量的气候特征分析
3.1年和4个季节降水量的年际变化
本文统计了石河子市近51 a的年降水量,见表1.从表1可以看出,石河子市年降水量波动幅度较大,年平均降水量为109.27 mm.1960—2010年中有27个年份的年降水量低于平均值水平,这27个年份大部分处于20世纪60年代初期开始至90年代初期,其中1997年降水量最少,为37.5 mm,其次是1962年降水量为58.5 mm；有24个年份的年降水量高于平均值水平,这24个年份大部分处于20世纪90年代期间,其中1990年降水量最多,为188.2 mm,其次是1988年,降水量为182.5 mm.
从表2可以看出,石河子市近51 a的多年季节平均降水量差异显著,其中夏季平均降水量最多,为52.81 mm,其次是春季,为25.64 mm,冬季降水量最少,为11.93 mm.
3.2 年和4个季节降水量的变化趋势
对石河子市逐年降水量资料进行分析,得出年平均降水量为108.89 mm,年降水量最大值为188.20 mm（1990年）,年降水量最小值为37.50 mm（1997年）.图1为石河子市近51 a的年降水变化趋势,从图1可以看出,年降水量波动幅度较大.根据一元线性回归方程,石河子市年降水量总体呈递增趋势,其气候倾向率为8.3 mm/10 a,表示年降水量每10 a增加8.3 mm.
图2为石河子市近51 a的逐年季节降水量变化趋势,从图2（a）可以看出,石河子市春季降水量波动幅度较大.根据一元线性回归方程,春季降水量总体呈递增趋势,其气候倾向率为1.5 mm/10 a,表示春季降水量每10 a增加1.5 mm.从图2（b）可以看出,石河子市夏季降水量总体呈递增趋势,其气候倾向率为2.5 mm/10 a,表示夏季降水量每10 a增加2.5 mm.从图2（c）可以看出,石河子市秋季降水量总体呈递增趋势,其气候倾向率为2.1 mm/10 a,表示秋季降水量每10 a增加2.1 mm.从图2（d）可以看出,石河子市冬季降水量总体呈递增趋势,其气候倾向率为2.2 mm/10 a,表示冬季降水量每10 a增加2.2 mm.
3.3年降水量的年代变化特征
本文利用石河子市年降水量数据,对年降水量的年代变化特征进行分析研究,从而找出石河子市年降水量的年代变化规律.表3为各年代年降水量统计结果,从表3可以看出,各年代降水量平均最高为132.20 mm,出现在21世纪00年代,最少为92.39 mm,出现在20世纪70年代.20世纪70年代降水量平均值较20世纪60年代减少4.62 mm,20世纪80年代年降水量平均值较20世纪60年代、70年代分别增加17.75 mm、 22.37 mm,20世纪90年代较80年代降水量有所减少,21世纪00年代降水量最多.
运用最小二乘法求出石河子市各年代的年降水量气候倾向率,并对年降水量的趋势进行分析.20世纪60年代石河子市年降水量气候倾向率为12.6 mm/10 a,表明在20世纪60年代,年降水量递增了12.6 mm； 20世纪70年代的年降水量气候倾向率为 13.6 mm/10 a,表明在20世纪70年代,年降水量也呈递增趋势,递增了约13.6 mm； 20世纪80年代年降水量气候倾向率为78.2 mm/10 a,说明在20世纪80年代石河子市年降水量递增幅度较大,递增了约78.2 mm/10 a；20世纪90年代年降水量气候倾向率为-46.7 mm/10 a,表明在20世纪90年代的年降水量总体上呈递减趋势,递减约46.7 mm；21世纪00年代年降水量气候倾向率为-94.8 mm/10 a,其气候倾向率较大且为负数,表明在21世纪00年代期间年降水量波动较大,总体上呈递减趋势,年降水量在21世纪00年代期间减少了94.8 mm.
3.4年降水量的突变特征
本文对石河子市51 a年降水量数据运用M - K非参数检验方法检验.从图4石河子市51 a年降水量M - K统计曲线可以看出,1960—1974年UF曲线以大于0为主,表明在此期间石河子市年降水量呈递增趋势.1975—1979年UF曲线以小于0主,表明在此期间石河子市年降水量呈递减趋势.从1980年开始UF曲线大于0,表明石河子市年降水量从1980年开始呈递增趋势.其中,从2003年开始UF曲线超出临界线,表明了石河子市年降水量递增趋势非常显著.UF和UB 2条曲线的交点所对应的时间约为1967年、1984年,交点1967年在临界线信度之外,因此不可以作为年降水量突变年,交点1984年在临界线信度之内,则表明1984年为石河子市年降水量突变年.
4气象因子间相关性分析
本文研究年降水量与平均气压、平均气温、平均相对湿度、平均日照这几个因子之间的相关性关系.从表4气象因子相关性分析表可以看出,年雷暴日与降水量之间相关不明显；年降水量与相对湿度相关性系数为0.742 1,表明了两者之间存在显著的正相关性关系,即降水量越多,相对湿度值越大,反之越小；年降水量与平均气压、年平均气温、日照数之间无相关性关系.
5结论
根据对石河子市51 a地面气象观测资料进行分析,得出以下结论：（1） 通过对石河子市基本年降水变化特征分析得出：年平均降水量为108.89 mm,年降水量最大值为188.20 mm（1990年）,年降水量最小值为37.50 mm（1997年）.降水量季节差异显著,其中夏季平均降水量最多,为52.81 mm,其次是春季,春季平均降水量为25.64 mm,冬季降水量最少,为11.93 mm.石河子市年降水量总体呈递增趋势,年降水量每10 a增加8.3 mm.其中,春季降水量每10 a增加1.5 mm,夏季降水量每10 a增加2.5 mm,秋季降水量每10 a增加2.1 mm,冬季降水量每10 a增加2.2 mm.20世纪60年代,年降水量递增了12.6 mm, 20世纪70年代,年降水量也呈递增趋势,递增了约13.6 mm, 20世纪80年代石河子市年降水量递增了约78.2 mm/10 a, 20世纪90年代的年降水量递减约46.7 mm,年降水量在21世纪00年代期间减少了94.8 mm.（2） 通过石河子市51 a的年降水量M - K统计曲线可以得出：石河子市年降水量从1980年开始呈递增趋势,从2003年开始年降水量递增趋势非常明显,1984年为石河子市年降水量突变年.（3） 对石河子市各气象因子之间相关性分析表明,年雷暴日与降水量之间相关不明显；年降水量与相对湿度之间存在显著的正相关性关系；年降水量与平均气压、年平均气温、日照数之间相关不明显.
气候论文范文结:
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1、全球气候变化论文