郭仁华，吕胜国，姚树礼

（菏泽水文水资源勘测局，山东 菏泽 274000）

菏泽市属暖温带季风大陆性气候，多年平均气温为13.5～14.0℃，多年平均降水量665.6 mm，降水量年际年内变化较大，年最大降水量多达1 039 mm(1964年)，而年最小降水量仅为371 mm（1988年），最多年份降水量为最少年份的2.80倍。年内降水量的70%集中在汛期6—9月份，以7、8两月最为集中，约占全年降水量的47%。菏泽市多年平均水面蒸发量为874.82 mm（E601）。本文选用菏泽49个雨量站、3个蒸发站、9个气象站近60年资料及菏泽1980年来30年的社会发展资料进行分析。分全年、枯季（10—5月）和雨季（6—9月）3个时间尺度对菏泽市降水和蒸发变化趋势进行研究，进一步探讨了未来一定时期内降水和蒸发的变化趋势，以期对菏泽市水资源的开发利用、工农业生产提供参考。

1 主要分析方法

水文气象时间序列是非正态分布的时间序列，尽管常规的参数检验方法具有方便和简洁易懂的优点，但是使用非参数检验方法在非正态分布的数据检验中更为适合，本文采用目前常用的水文气象变化趋势分析方法Mann–Kendall、降水蒸发相关分析法及经济发展对降雨蒸发变化趋势一致性进行相互对比和验证，并运用基于分形理论的R/S分析方法对降水和蒸发变化趋势进行预测。

2 降水蒸发变化分析

2.1 降蒸变化趋势分析

1）降水变化趋势分析。菏泽市1956—2011年降水变化趋势分析成果见图1(a)、(b)、(c)（因编幅所限1956—1980、1981—2011年、枯季雨季降水变化趋势分析成果图略），分析成果表见表1。同时，对菏泽市1956—2011、1956—1980、1981—2011年内降水变化情况进行分析，分析成果图见图2。

从图1和表1可以看出，菏泽市的年降水呈“减-减-增”的变化过程，但就总体趋势而言，降水下降趋势变化比较平缓；汛期降水整体趋势与年降水一致；枯季降水呈“减-减-减”的变化过程，趋势平缓；汛期降水趋势对年降水影响降大。从图2可以看出，菏泽市年内降水量4—7月份变化情况较大，除5月份降水上升外，4、6、7月份均下降。

图1(a) 1956-2011年年降水变化趋势图

图1(b) 1956-1980年年降水变化趋势图

图1(c) 1980-2011年年降水变化趋势图

图2 菏泽市年内降水变化柱状图

表1 降水变化趋势表

2）蒸发变化趋势分析。菏泽市1959—2011年年蒸发变化趋势分析成果见图3，分析成果表见表2。菏泽市 1959—2011年、1959—1980年、1981—2011年年内蒸发变化情况分析成果图见图4。

从图3和表2可以看出，菏泽市的年蒸发呈“减-减-减”的变化过程，下降趋势变化较为明显，特别是1980—2011年变化显著；汛期、枯季蒸发变化过程与年变化过程基本一致。从图4可以看出，菏泽市年内蒸发量除12月较1980年前及多年平均偏大外，其余各月蒸发量均小于1980年前及历年均值，变化较大的月份为3—8月。

表2 蒸发变化趋势表

图3 1959-2011年年蒸发变化趋势图

图4 菏泽市年内蒸发变化柱状

2.2 降蒸突变分析

为进一步分析验证变化趋势的显著与否，采用前述介绍的Mann-Kendall检验法对降水和蒸发变化趋势突变进行检验，结果见图5、图6。

图5(a) 年降水量MK突变检验图

图5(b) 汛期降水量MK突变检验

图5(c) 枯季降水量MK突变检验图

图6(a) 年蒸发量MK突变检验图

图6(b) 汛期蒸发量MK突变检验图

图6(c) 枯季蒸发量MK突变检验图

从图5(a)可以看出，1956—2011年菏泽年降水发生2次突变，第一次在1966年前后，第二次在2003年前后。1957—1965年为多雨时期，1966—2002年为少雨时期，MK检测统计值高达-2.94，下降趋势显著。2003—2011年为多雨期，上升趋势相对较缓。从图5(b)可以看出，菏泽市汛期降水量突变情况与年降水量一致。从图5(c)可以看出，菏泽市枯季降水发生2次突变，但不显著，第一次在1980年前后，第二次在2002年前后。1981—2003年为相对多雨期，2004—2011年为相对少雨期。

从图6可以看出，菏泽市年、汛期、枯季蒸发量整体呈减少趋势，1978年后减少趋势显著，MK检测统计值高达-5.71。

2.3 降蒸影响因素分析

2.3.1 降蒸相关关系分析

利用一元线性回归分析法对降水、蒸发进行相关分析，结果见图7。从图7可以看出，菏泽市年、汛期、枯季降水蒸发量相关关系较弱，呈反相关关系，降雨与蒸发具有相对的独立性。

2.3.2 降蒸变化与气温、日照、湿度关系分析

分阶段统计菏泽市1954—2011年气候要素（气温、湿度、日照时数），见表3。

图7（a）

图7（b）

图7(c)

表3 菏泽市1954—2011年气候要素变化

从表3可以看出，气候变化导致菏泽气温升高、空气湿度变大、日照时数减少，直接影响了蒸发量、降水量的变化，特别是空气湿度变大、日照时数减少等要素变化在一定程度上减少了水分的蒸发散失。

2.3.3 降蒸变化与社会经济发展分析

对菏泽市1978—2010年地区生产总值、农作物播种面积、复种指数进行统计分析，见图8、9、10。可以看出：菏泽市地区生产总值、农作物播种面积、复种指数都呈逐年增长趋势。这些都影响了蒸发、降水的下垫面条件，进而影响了蒸发量、降水量的变化。

2.4 降蒸变化趋势预测

图8 地区生产总值变化趋势图

图9 农作物播种面积变化趋势图

图10 复种指数变化趋势图

用R/S方法分析菏泽市降水、蒸发系列的Hurst指数，计算结果见图11、图12。可以看出：年降水、汛期降水、枯季降水Hurst指数分别为 0.57、0.542、0.505，接近0.5，未来变化趋势表现出一定的随机性，降水变化趋势性较弱。年蒸发量、汛期蒸发量、枯季蒸发量 Hurst指数分别为 0.712、0.660、0.690，明显大于0.5，表明未来的总体趋势将与过去一致，表现为较强的持续性，即未来蒸发将出现持续下降趋势。

图11(a) 年降水R/S分析

图11(b) 汛期降水R/S分析

图11(c) 枯季降水R/S分析

图12(a) 年蒸发量R/S分析

图12(b) 汛期蒸发量R/S分析

图12(c) 枯季蒸发量R/S分析

3 结论

1）通过分析，菏泽市降水量在1965年、2003年前后发生两次突变，目前正处于略下降趋势，经R/S分析，未来随机性较强。蒸发量从1978年后，下降趋势显著。经R/S分析，未来趋势性较强。2）通过对菏泽市气温、湿度、日照时数、菏泽经济发展指标等影响因素分析，湿度增加、日照时数减少、复种指数增加，在一定程度上减少了水分的蒸发散失。3）随着国民经济的发展、城市进程不断加快，影响降水、蒸发的因素将更加复杂。同时，随着工农业的不断发展，用水量在急剧增加，建议开展降水、蒸发等因素变化与社会经济、工农业发展等相关课题研究。