于兰兰，刘 健，李素玲，张厚升

（1.山东理工大学 电气与电子工程学院，山东 淄博 255091；2.山东省水利科学研究院 山东省水资源与水环境重点实验室，山东 济南 250013）

水乃生命之源，是人类赖以生存不可缺少的物质，也是生态与环境平衡、作物成长与发育的决定性因素.在气候变化［1］和人类活动的共同影响下，黄河三角洲地区水资源比较匮乏，流域生态环境的和谐与社会经济的可持续发展也受到了很大的影响.因此，加强黄河三角洲地区水资源管理与可持续利用已势在必行.

降水是黄河三角洲区域水资源的根本来源，但受季风环流与大气环流的影响，不同区域降水量差异很大，并且季节分配亦极其不均匀，对黄河三角洲区域的作物生长产生重要的影响［2］.因此，研究黄河三角洲流域降水量的时空分布与特征［3］对了解各地区水资源的合理开发与持续利用具有重要意义.本文基于黄河三角洲地区国家级气象站东营站与广饶、垦利、利津、河口四个省级气象站的观察数据，分别采用Mann－Kendall非参数检验法［4］与反距离权重插值法［5］分析黄河三角洲地区降水量的时空变化特征［6］.本项研究，将为合理调蓄水资源，提高水资源的综合利用效率，改善黄河三角洲区域的水生态环境，实现经济社会的可持续发展提供科学依据.

1 数据来源与分析方法

1.1 数据来源

本研究数据包括上述5个气象站的最高气温、最低气温、平均气温、日照时数、2m高风速、大气压与相对湿度等，该实测数据由中国气象局国家气候中心资料管理室提供，分析数据的时间序列为1961～2006年.

这些气象要素数据中，日照时数的缺失率最高，约为1.58%，日平均气温的缺失率最低，约为0.05%，其它要素数据的缺失率均在0.56%以下.另外，采用Cumulative deviations（Q／n－0.5，R／n－0.5）、Bayesian procedures（U，A）与Von Neumann ration（N）3种统计方法对气象观测数据进行一致性检验［7］，同时，参阅文献［8］对缺失的数据采用时间插值和空间插值两种方法进行插补处理.检验结果表明，所有的气象观测数据均通过95%置信度的均一性检验.

1.2 分析方法

常用的气象要素变化趋势及突变检验方法有线性倾向估计法、要素趋势判断法、旋转主因子法.但线性倾向估计法的精度不能满足多变性要求，要素趋势判断法无法检测突变点，而且分析精度不高，旋转主因子法容易产生失效因子而影响分析结果的准确性.因此，本文采用世界气象组织推荐的Mann－Kendall非参数检验法进行计算［9］.Kendall统计量τ、方差和标准化变量M的计算式分别为

式中，Q为降水系列所有对偶观测值（Pi，Pj，i＜j）中Ri＜Rj出现的次数；N为系列长度.

MK检验通过计算所得M的正负来判别气象要素的变化趋势.如果M值为正，则表示序列具有上升趋势；反之，如果M值为负，则表示序列具有下降趋势.当超越临界曲线时，表示上升或者下降速度加快.另一方面，MK检验通过寻找UF与UB曲线的交点位置确定突变始发点.该方法的优点是数据序列不会受少数异常值的干扰，同时也不需要遵从一定的规律［10］.采用MK法对黄河三角洲降水量的变化趋势进行分析，得到各站的统计参数M，再采用IDW法进行插值，得到黄河三角洲降水量的空间变换特征.

2 降水量时空变化特征分析

2.1 时间变化特征分析

2.1.1 年内变化

对黄河三角洲地区5个气象站的逐日降水量进行统计分析，其多年（1961－2006年）平均降水量约为620mm.其中，春季（3～5月）为96.1mm，约占全年的15.5%；夏季（6～8月）为344.2mm，约占全年的55.5%；秋季（9～11月）为104.7mm，约占全年的16.9%；冬季（12～2月）为75.1mm，约占全年的12.1%.具体分布如图1所示.

图1 黄河三角洲多年平均降水量季节分配

2.1.2 年际变化

黄河三角洲地区降水量多年变化线性趋势如图2所示.由图可知，自1961～2006年黄河三角洲地区的降水量呈现显著的下降趋势，经统计其下降率约为98.1mm／10a.Mann－Kendall非参数检验统计值约为－3.19，并且置信度检验达到99%.

由年际变化来看，黄河三角洲地区的降水量在20世纪70年代的中后期发生突变，通过MK检验可以看到突变发生的时间点为1976年.1976年之后，黄河三角洲地区的降水量呈现明显的下降趋势，1977～2006年平均降水量比1961～1976年平均降水量低约300mm，MK检验结果如图3所示.

图2 多年降水量线性变化趋势（1961～2006年）

图3 降水量MK突变检验结果（1961～2006年）

2.2 空间变化特征分析

采用IDW法分别对1976年突变前后（即1961～1976年和1977～2006年）各气象站的多年平均降水量及突变前后的差值进行空间插值，其中1961～1976年平均降水量的等值线图如图4所示，1977～2006年平均降水量的等值线图如图5所示，突变前后差值的空间分布如图6所示.

图4 多年平均降水量等值线图（1961～1976）

图5 多年平均降水量等值线图（1977～2006）

图6 突变前后多年平均降水量差值空间分布图

由图5与图6可知，黄河三角洲地区的降水量从东部、东南部逐步向西部递减，其中1961～1976年由890mm递减到750mm，1977～2006年由570mm递减到540mm左右.突变前后的变化值的空间分布同样是由东南部、东部向西部内陆递减，其中东营站附近突变减小值最大，在310mm以上，广饶站在300mm左右，垦利站在270mm左右，河口站在240mm左右，垦利站最小在210mm左右.

3 未来降水量情势预测

基于以上降水量时空变化特征分析方法，对黄河三角洲地区2011～2045年降水量的年际线性变化趋势进行预测，结果如图7所示.可以看出，未来30几年里，黄河三角洲地区降水量呈现缓慢的下降趋势，下降速率约为15.4mm／10a.

图7 黄河三角洲未来降水量年际变化（2011～2045年）

同时，对黄河三角洲地区2011～2045年降水量进行MK检验，结果如图8所示.MK统计值为－0.72，其中2011～2033年呈现下降趋势，2033年后逐步有所回升，变化均通过95%的置信度检验.

图8 黄河三角洲未来降水量变化MK检测（2011～2045年）

4 结论与建议

采用Cumulative deviations（Q／n－0.5，R／n－0.5）、Bayesian procedures（U，A）与Von Neumann ration（N）统计分析、Mann－Kendall非参数检验、反距离权重（Inverse distance weight，IDW）法分析1961～2006年以来黄河三角洲地区降水量的时空变化特征，主要分析结果为:

（1）1961～2006年以来，黄河三角洲地区多年平均降水量约为621.1mm.其中，夏季（6～8月）和秋季（9～11月）降水量占全年的72.4%，春季占15.5%，冬季占12.1%.从长时间序列来看，黄河三角洲地区降水量存在缓慢下降的趋势，下降速率99.3mm／10a，减少趋势通过99%置信度检验.并且在1976年左右发生突变，之后呈现显著下降趋势.

（2）从空间变化而言，降水量从东部、东南部逐步向西部递减，其中1961～1976年由890mm递减到750mm，1977～2006年由570mm递减到540mm左右.对比突变前后的变化值，大部分地区降水量减少值在210～310mm左右.

通过2011～2045年降水量变化的情势预测，结合黄河三角洲的实际状况，对水资源的可持续利用建议如下:

（1）大力倡导节约用水，努力促进节水型社会建设.树立以供定需的观念，积极调整种植结构，推广节水灌溉，发展旱作农业；建立水权转让制度，农业节水转换给工业；建立合理的水价形成机制，鼓励公众的参与，促进节水社会化.

（2）当地水、客水合理调配，优化利用.本研究结果表明，黄河三角洲当地水资源未来呈现下降趋势，因此要充分利用山东省分配的引黄客水，提高客水利用量.

（3）拓宽开源渠道，增加可供水量.在保证黄河大堤安全又不恶化水环境的条件下，采用浅井、联井及廊道井等形式进行小范围的地下水资源开发.

（4）加大水污染防治工作力度，提高水源水质.要实行污染总量控制和排污许可证制度，积极搞好河道污染治理，严格控制污染物排放.积极做好城市污水处理和垃圾处理设施建设，提高整个三角洲地区污水和垃圾处理率.

［1］许云锋，左其亭.塔里木河流域气候变化与径流变化特征分析［J］.水电能源科学，2011，29（12）:1－4.

［2］Hao Z X，Zheng J Y，Ge Q S.Precipitation cycles in the middle and lower reaches of the Yellow River［J］.Journal of Geographical Sciences，2008，18（1）:1736－2000.

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［4］李景刚，黄诗峰，李纪人，等.1960～2008年间洞庭湖流域降水变化时空特征分析［J］.中国水利水电科学研究院学报，2010，8（4）:275－280.

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［6］高鹏，穆兴民，王飞，等.中国东北地区近百年来降水量变化趋势分析［J］.水文，2010，30（5）:80－84.

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［9］刘叶玲，翟晓丽，郑爱勤.关于盆地降水量变化趋势的Mann－Kendall分析［J］.人民黄河，2012，34（2）:28－33.

［10］魏凤英.现代气候统计诊断与预测技术［M］.2版.北京:气象出版社，2007.