第37卷第9期2006年9月

　　文章编号:1001-4179(2006)09-0063-05

人　民　长　江

Yangtze　RiverVol.37,No.9

Sep.,　2006

长江流域降水量和径流量长期变化趋势检验

许继军

1,3

　杨大文　雷志栋　李　羽中　彭　静

1122

(1.清华大学水利系,北京100084;　2.中国水利水电科学研究院,北京100044;　3.长江水利委员会长江科

学院,湖北武汉430010)

摘要:采用TFPW-MK(Mann-Kendalltestwithtrend-freepre-whitening)世纪50年代以来长江流域154个气象站降水量和26。:①流域年降水总量整体变化趋势不显著,90年代期间降水量分布存在一定的变异,(洞庭湖和鄱阳湖水系),(,在降水的年内时间分布上也存在着趋于集中的态势,。②流域内各主要支流径流量变化趋势与其降水,,而秋季长江上游和汉江地区径流量则呈减少趋势,。关　键　词:降水量;径流量;趋势;检验法;长江流域中图分类号:P332　　　文献标识码:A

掌握流域内降水和径流的变化趋势,对于实现人水和谐发

展理念十分重要。本文将依据气象站点的降水观测资料,采用TFPW-MK趋势检验方法来分析上半世纪流域内降水量的变化趋势,尤其是20世纪90年代的降水时空分布特征。另外,还比照了同期干支流径流量的变化趋势。

1　概述

普遍认为,气候变暖将导致全球水循环加快,降水增加而加大河川径流[1]。一方面,全球变暖可能会引起局部气候异常波动,而出现极端的灾害性天气,引发严重的洪涝、干旱等自然灾害。IPCC报告曾指出已观测到的数据足以表明全球变暖导致若干区域降水量增加,大降水或极值降水事件的增加更为显著[2]。另一方面,全球变暖也增大了水资源系统对气候变化的脆弱性显现,如降水的时空分布较过去发生变异,可能会加剧水资源供需之间的矛盾。即使是多雨区,虽然降水总量增加,但增加形成的更多径流是以洪水的形式出现,可利用的水资源量反而减少。

受季风气候影响,长江流域降水时空分布本身就很不均匀,年际变化大且年降水量的年内分配很集中,这也是该流域洪涝灾害频发的主要原因之一。目前,长江流域已成为我国经济发展的重要地区,但也是洪水、泥石流等自然灾害的高脆弱性地区,每年因暴雨洪水引发的自然灾害损失巨大。倘若降水在时空分布上较过去发生异常变化,很可能会打破现有的河道径流与防洪减灾体系之间的平衡关系,从而导致出现意想不到的重大灾害。姜彤、施雅风等认为,在全球气候变暖的趋势及区域社会经济发展等因素的共同影响下,未来长江流域发生超大洪水的可能性增大

[3,14]

2　数据

降水量数据为分布在长江流域内的154个国家气象站的日降水量观测值,时间自20世纪50年代开始截止2000年底,因建站时间早晚等其它因素,各站数据的有效序列长度不尽相同,最长的有50a,最短的23a。

流量数据为位于干流和主要支流出口处的共26个主要控制性水文站1950～2000年期间的日径流量观测值。各水文站数据的序列长度也不尽相同,见表1。

3　方法

采用Mann-Kendall检验方法[6](简称MK检验法),对径流量序列和降水量序列变化趋势的显著性进行检验,该方法描述如下。

设一平稳序列为Xt(t=1,…,n,n为序列长度),MK检验法统计量S定义如下:

n-1

n

j

。但也有人认为,全球气候变暖不一定会导

致长江流域洪灾增加[4,5]。

S=

i=1j=i+1

sgn(x∑∑

-xi)(1)

收稿日期:2006-01-10;修回日期:2006-07-20

收稿日期:国家自然科学基金重大资助项目(30490231);清华大学“百名人才引进计划”基金资助项目

作者简介:许继军,男,清华大学水利系,博士研究生;长江水利委员会长江科学院水资源研究所,高级工程师。

64

1

)=　　这里sgn(θ

0-1

　　　人　民　长　江

θ>0　if　　　　

θ=0　if　　　　

θ<

0　if　　　　

2006年

(2)

检验。否则认为序列是自相关的,因此需要采取预置白(Pre-whitening)方法移掉序列中的自相关项(AR(1))。则残余下来的序列Y′t(白噪声)应该是独立的序列。

Y′t=Yt-r1 Yt-1

当n≥10,则统计量S近似服从正态分布,其均值和方差分别为:

E(S)=0,V(S)=n(n+1)(2n+5)Π18

(7)

　　(4)将趋势项Tt和残余项Y′t结合起来,重新组合成一新的

(3)

序列:

Y″′t=Yt+Tt

　　则正态分布的检验统计量ZMK可以用下式计算:

V(S)

ZMK=

V(S)径流序列Π年

1956～20001953～20001954～20001950～20001950～20001955～20001954～20001950～20001954～200019521950～1950～20001952～2000

(8)

　　　S>0

(4)

　　该序列将不再受自相关性的影响,可以应用MK方法来检验此重组序列中趋势的显著性。

0　　　　　　S=0

　　　S<0

4　降水量变化趋势

4.1　1950～2000年序列的变化趋势

采用TFPW-MK对1950～2000年降水量序列的变化趋势进行了显著性检验,显著水平a取0.1。结果显示该期间长江:

(1)。

,见图1。其(如鄱阳湖和洞

表1　长江流域干支流26个主要水文站

水文站石鼓

雅江沪宁屏山高场李家湾朱沱武胜罗渡溪小河坝北碚寸滩武隆

所在水系金沙江雅砻江雅砻江金沙江岷江沱江上游干流嘉陵江渠江涪江嘉陵江上游干流乌江

水文站万县宜昌湘潭桃江桃源石门城陵矶螺山武汉关大通