刘泓志, 肖长来, 张岩祥, 梁秀娟

(1.吉林大学 地下水资源与环境教育部重点实验室, 长春 130021; 2.吉林大学 环境与资源学院, 长春 130021)



内蒙古50余年降水量分布演变特征及趋势

刘泓志1,2, 肖长来1,2, 张岩祥1,2, 梁秀娟1,2

(1.吉林大学 地下水资源与环境教育部重点实验室, 长春 130021; 2.吉林大学 环境与资源学院, 长春 130021)

为研究内蒙古自治区降水量随时间分布演变特征及趋势，利用内蒙古50个测站1960—2011年共52 a的年平均降水量，通过线性倾向估计、滑动平均、累积距平、谐波分析、Mann-Kendall法、滑动t检验法等方法，按东、中、西部分区及全区平均，分析了降水量随时间的演变特征及趋势。结果表明：1) 52 a来内蒙古降水量没有显著的变化趋势。但区域、东中部地区年降水量在1998年前39 a为显著上升趋势，之后13 a为下降趋势。2) 内蒙古全区的降水主要集中在夏季，占全年的60%～70%。降水量从东到西逐渐减少，但季节分配规律相似。3) 内蒙古降水量年代际和年际分量都存在减少趋势，区域和东中部共经历了3个比较明显的年代际变化；西部存在15 a左右的旱涝交替周期。4) 内蒙古区域和东部地区平均降水量突变点在1999年，降水量由增加趋势变为减少趋势。中部和西部变化不显著，没有发生突变。

降水量; 演变特征; 趋势分析; 内蒙古

气候变化既被视为科学问题，又被视为环境和政治问题。近年来日益受到各国政府、社会和科学界的关注。内蒙古自治区地处东南季风影响的季风边缘区，是我国西北干旱区向东北湿润区和华北旱作农业区的过渡带[1]。内蒙古大部地区降水稀少，干旱缺水矛盾突出。全区降水变率大，保证率低，已成为制约内蒙古地区农牧业生产的主要因素之一[2]。因此，研究分析内蒙古自治区的降水量时空分布特征和趋势变化尤为重要。高晶在[3]中分析了内蒙古夏季降水变化特征；格日勒等在[4]中分析了内蒙古中西部地区冬春两季的降水变化特征。由于内蒙古横跨经度很大，以上等人都没有对内蒙古按照分区进行详细的降水量趋势分析。因此，本文利用内蒙古1960—2011年共52 a，50个观测站数据，根据分区结合多种统计方法分析降水量随不同时间分布的特征及趋势。

1 研究区概况

内蒙古自治区(以下简称内蒙古)位于中国北部边疆，由东北向西南斜伸，经纬度东起东经126°04′，西至东经97°12′，横跨经度28°52′；南起北纬37°24′，北至北纬53°23′，全区总面积118.3万km2，占中国土地面积的12.3%。内蒙古自治区位于中纬度，地处欧亚大陆内部，大部分地区处在东亚季风的影响之下，属于温带大陆性季风气候区，全年太阳辐射量从东北向西南递增，降水量由东北向西南递减。年平均气温为0～8℃，气温年差平均在34～36℃。东北降水多，向西部递减。

2 数据收集与研究方法

为了研究内蒙古降水的分布特征和趋势变化，对研究区的50个气象站1960—2011年的降水量数据进行分析。本文主要采用的分析方法有线性倾向估计、滑动平均、累积距平、谐波分析、Mann-Kendall法、滑动t检验法[5]等，具体内容见参考文献[5]，这里不再赘述。

3 内蒙古降水量演变特征

由于内蒙古横跨经度很大，因此必须进行分区研究。根据内蒙古地域分布特征，将全区分成东、中和西部3个区域。东部区域主要包括呼伦贝尔市、兴安盟、通辽市和赤峰市；中部区域包括锡林郭勒盟、乌兰察布市、呼和浩特市和包头市；西部区域包括鄂尔多斯市、巴彦淖尔市、乌海和阿拉善盟地区[2]。

3.1 长期变化趋势

对内蒙古46个观测站1960—2011年的年降水资料取标准化，分别得到内蒙古区域及其50站年平均标准化降水量，而后对其进行线性倾向估计，计算线性倾向率。同时进行滑动平均(11 a滑动平均)和累计距平计算。计算结果见图1。

根据滑动平均和累积距平线来看，区域与东、中部的变化趋势较一致，表现为80年代中期之前，波动较小，增加趋势较缓，80年代中期到1998年之间，降水量为增加趋势，到1998年达到最大且变化幅度最大，1998年后呈减少趋势。西部降水量虽有波动，但相对稳定，对区域降水量变化趋势贡献较小。

图1 内蒙古区域(a)、东部(b)、中部(c)和西部(d)地区降水量长期趋势分析

结合上述分析，内蒙古降水量趋势除西部外在1998年发生变化。因此，接下来按分区在不同时间尺度上进行线性倾向估计，并做显著性检验分析。

根据长期趋势分析图中线性倾向估计倾向值为负且显著性检验合格者，说明为减少趋势，正值反之。从单个站点，52 a时间尺度来看，只有巴彦诺尔公站通过了信度为α=0.05的显著性检验，其余均未通过，因此说明内蒙古降水量没有显著的变化趋势。从分区以及不同时间段来看(表1，图1)，52 a来，各个分区显著性检验都没通过信度α=0.05的显著性检验，和单个站点得到的结果一致；从区域、东部、中部，在1998年作分界点，1998年前39 a降水量的线性倾向率均通过α=0.05显著性检验，东部通过α=0.01的显著性检验。说明此39 a来内蒙古区域、东部和中部降水量增加趋势明显。1998年后13 a，内蒙古区域、东部和中部降水量的线性倾向率虽未通过α=0.05显著性检验，但从累计距平线看下降过程很明显，说明此13 a来内蒙古除西部区域外，降水量有减少趋势。

3.2 年内(季节)变化特征

图2，3给出了内蒙古区域以及东、中、西部地区降水的季节变化。1960—2011年的区域、东、中和西部季节变化特征，以区域平均为例，东部、中部和西部的分析同区域。

表1 内蒙古各分区不同时间尺度线性倾向相关系数

注：**，*表示通过信度α为0.01和0.05的显著性检验。

全区年平均降水量为295.3 mm，其中春季(3—5月)平均为40.0 mm，占全年的13.6%；夏季(6—8月)为199.5 mm，占全年的67.6%；秋季(9—11月)为49.2 mm，占全年的16.7%；冬季(12—2月)为6.5 mm，占全年的2.2%。

由图2，3可知，内蒙古区域的降水主要集中在夏季，占全年的60%～70%之间，春秋两季所占比重相差无几，各占15%左右，冬季的降水所占比重很少，只有2.2%左右。从分区来看，降水量从东到西逐渐减少，从图5可以看出，各区多年平均各月降水量占全年的比例相近。东、中、西部降水量的季节分配规律相似。

图2 内蒙古分区多年平均逐月降水量

图3 内蒙古分区多年平均逐月降水量占全年降水量比例

3.3 年际与年代际变化特征

本文用谐波分析方法对内蒙古降水量的标准化距平序列进行了分解。其中，内蒙古区域、东部、中部和西部的年代际分量和年际分量分别为22.9%，77.4%；31.0%，69.4%；15.4%，84.7%；14.8%，85.3%；可以看出内蒙古地区降水的年际变化更为明显。内蒙古降水量按分区以及全区平均的年代际分量和年际分量都存在减少趋势，但区域、东部和中部在20世纪90年代中期前为上升趋势，90年代中期之后为下降趋势，西部变化趋势较稳定。

从内蒙古降水量年际分量图(图4)可以看出内蒙古降水年际分量平稳波动。从内蒙古降水量年代际分量图(图5)可以看出内蒙古降水量呈明显的年代际变化，分析表明区域、东部和中部50余年来共经历了3个比较明显的阶段。区域和东部地区在20世纪70年代中后期到90年代末期为多雨期，70年代末期以前和90年代后期为少雨期；中部地区在60年代末期到90年代末期为多雨期，60年代末期以前和90年代后期以后为少雨期。西部地区的降水量为5 a左右多雨期和10 a左右的少雨期交替出现，即有15 a左右的旱涝交替周期。

3.4 降水量突变特征

研究区域、东部以及中部地区在2000年左右降水量波动较大，为进一步确定突变的具体年份，对内蒙古区域、东中西地区降水量进行Mann-Kendall检验和滑动t检验。根据内蒙古各分区的降水量的Mann-Kendall检测曲线(图6)上UF和UB曲线交点的位置，配合滑动t检验法对突变点进行信度水平检验，排除干扰点，判断突变的具体年份。

图4 内蒙古降水量年际分量

M-K检测中，如果UFk>0，表明序列有上升的趋势；如果UFk<0，则表明序列呈下降的趋势[6]。从图6中UF曲线可以看出，从UF正负变化趋势与图1中累计距平曲线和滑动平均线反映的变化规律较一致。

由图6a1中UF曲线可以看出，内蒙古区域降水量从1960—1962年、1978—1980年、1984—2000年为增加趋势，1962—1977，1981—1983，2001年之后为减少趋势。从突变角度看，UB线超过0.05临界线，UF和UB线交点在临界线之间，结合滑动t平均(图6a2)，排除干扰点，1999年为突变点，降水量趋势由增加转变为减少。

内蒙古东部、中部和西部降水量变化趋势和突变情况同内蒙古区域方法一致。得到结果为：东部降水量从1984—2002年为增加趋势，1960—1983年，2003年以后为减少趋势。中部降水量从1960—1962年，1976—2004年为增加趋势，1963—1975年，2005年之后为减少趋势。东部和中部变化趋势较一致，而西部变化趋势有别于东、中部。从图6d1可以看出，西部降水量减少增加趋势交替出现，1994年之前交替时间较长，1994年之后交替频率明显增加。东部突变点为1999年，降水量趋势由增加转变为减少。中部降水量突变点(图6c1)虽然符合突变点条件，但是经过滑动t平均检验(图6c2)可知中部降水量没有突变点。西部亦没有突变点。

图5 内蒙古区域(a)、东部(b)、中部(c)和西部(d)地区降水量年代际分量分析

(1为M-K检验，2为滑动t检验)

4 结 论

1) 内蒙古区域降水量呈减少趋势，但没有显著的变化趋势。内蒙古区域、东部、中部，在1998年前39 a降水量有明显增加趋势；1998年后13 a，内蒙古区域、东部和中部降水量有减少趋势。

2) 内蒙古全区的降水主要集中在夏季，占全年的60%～70%之间，春秋两季所占比重相差无几，各占15%左右，冬季的降水所占比重很少，只有2.2%左右。从分区来看，降水量从东到西逐渐减少，各区多年平均各月降水量占全年的比例相近。东、中、西部降水量的季节分配规律相似。

3) 内蒙古降水量按分区以及全区平均的年代际分量和年际分量都存在减少趋势。区域、东部和中部50余年来共经历了3个比较明显的年代际变化。西部地区的降水量有15 a左右的旱涝交替周期。

4) 内蒙古区域和东部降水量突变点在1999年，降水量趋势由增加转变为减少。东部和西部变化不显著，没有突变点。

[1] 包刚,吴琼,包玉海.近30年内蒙古气温和降水量变化分析[J].内蒙古师范大学学报:自然科学版,2012,41(6):668-674.

[2] 兰玉坤.内蒙古地区近50年气候变化特征研究[D].北京：中国农业科学院,2007.

[3] 高晶.内蒙古夏季降水变化特征及其影响因子的研究[D].南京：南京信息工程大学,2013.

[4] 格日勒,吴向东,尹小玲,等.内蒙古中西部地区近45年冬, 春季气温与降水量特征分析[J].内蒙古气象,2007(4):17-20.

[5] 魏凤英.现代气候统计诊断分析预测技术[M].北京：气候出版社，2007.

[6] 雷璐,孙春敏.Mann-Kendall检验方法在增江径流趋势分析中的应用[J].中国科技信息,2012(19):39.

Analysis on Temporal Characteristics and Trend of Precipitation over the Past 50 Years in Inner Mongolia

LIU Hongzhi1,2, XIAO Changlai1,2, ZHANG Yanxiang1,2, LIANG Xiujuan1,2

(1.KeyLabofGroundwaterResourcesandEnvironment,MinistryofEducation,JilinUniversity,Changchun130021,China; 2.CollegeofEnvironmentandResources,JilinUniversity,Changchun130021,China)

Annual precipitation data of Inner Mongolia from 46 meteorological stations through 1960 to 2011 were used to analyze the temporal distribution characteristics of precipitation. The trend of the precipitation was analyzed using linear trend calculation, moving average, cumulative anomaly, harmonic analysis, Mann-Kendall method, slidettest. The results showed that: 1) it was no significant for the trend of precipitation in 52 years in Inner Mongolia. Precipitations presented observably increasing trend before 1998, and declined after 13 years in east, central and regional area; 2) precipitation mainly concentrated in the summer, accounting for 60%～70%, precipitation gradually reduced from the east to the west, but followed the similar seasonal distribution rule; 3) interdecadal and interannual precipitations presented the decreasing trend, there were obvious interdecadal changes in eastern, central and regional areas, drought and flood alternative cycle was 15 years or so in the western area; 4) abrupt change year of average precipitation in east and regional area in Inner Mongolia was the year of 1999, the trend of precipitation shifted from increase to decrease. no abrupt change was found and no significant change was observed in the west, there was no abrupt change in the western and central areas.

precipitation; evolution characteristic; trend analysis； Inner Mongolia

2014-09-17

2014-10-30

吉林省自然科学基金(20140101164 JC);吉林省科技厅重点攻关项目(20100452)

刘泓志(1989—),男,辽宁大连人,硕士研究生,主要从事水资源与水环境研究。E-mail:hongxi0906@126.com

肖长来(1962—),男,吉林柳河人,教授,博士生导师,主要从事水资源与水环境研究。E-mail:xcl2822@126.com

P467

1005-3409(2015)02-0074-05