高广东

（聊城市水文局，山东 聊城 252000）

1 研究背景及数据来源

近年来，鲁西黄泛平原区防洪抗旱形式复杂多变，根据当地雨热同期、雨洪同步的特点，选取受人类影响较小、一致性较好的降雨资料进行特性分析，研究鲁西平原区降雨变化规律，以便能够更加精准的指导地区防洪抗旱、雨洪资源利用。采用长系列的降雨资料，能够保证降雨特性分析结果的科学性和可靠性，根据少雨区降雨特点，选取降雨趋势作为降雨特性研究切入点。聊城市属于典型鲁西北黄泛平原区，本文降雨资料采用聊城市水文局61年实测观测资料，38个站点，站网密度184.8km2/站，能够控制区域降水量空间分布，满足降雨特性分析精度要求。降雨资料经过初作、整编、汇编，已通过区域、流域审查，资料科学、真实、可靠。

2 降雨趋势分析

2.1 分析方法

水文序列趋势分析常用的方法有：滑动平均法、Mann-Kendall秩次相关检验法、Spearman秩次相关法、线形回归法等。本文选取前两种方法，通过独立分析计算，互相验证降雨趋势，保证了结果的可靠性。

1）Mann-Kendall秩次相关检验法。Mann-Kendall秩次相关检验法（以下简称M-K法），是一种非参数统计检验方法，其优点是不需要样本遵从一定的分布，也不受少数异常值的干扰，可以明确突变开始的时间，并指出突变区域，适用于类型变量和顺序变量。

对于具有n个样本量的时间序列x，构建一秩序列：

其中：

秩序列Sk是第i时刻数值小于j时刻数值个数的累计数。

在时间序列随机独立的假定下，定义统计量：

其中：n为序列样本数；当n增加时，UFk很快收敛于标准化正态分布。

给定显著水平α（本文α=0.05）后，可在正态分布表中查得临界值 Uα/2，当｜U｜

按时间序列逆序，再重复上述过程，定义统计量为UBk。

通过绘制出的UFk或UBk曲线分析趋势。若UFk曲线值大于0，则表示序列呈上升趋势，小于0则表明呈下降趋势。当超越临界直线时，表明上升或下降趋势明显。

2）滑动平均法。滑动平均法滤掉了小的波动，突出了趋势变化，使周期更加突出，更加清楚地反映丰枯段及其演变趋势。

一般地，设滑动计算时段的年数为m（m为奇数），则对于一个有 n年数据（i=1，2，…，n）的系列有：

式中：Xk为实测值；Xj，m为第 j个 m 年滑动平均值，j=1，2，…，n-（m-1）/2。

考虑降雨系列长度、波动过滤性，采用5a为滑动单元长度进行平均分析。

2.2 降雨系列趋势分析

1）M-K分析法。选取聊城市1954—2014年共61年降雨系列资料，采用M-K法按照全年、1～5月、6～9月、10～12月 4个不同时段进行降雨量系列趋势分析。取显著水平α=0.05，查正态分布表可得临界值为±1.96，按时间序列分析绘出UF和UB曲线，若UF曲线值大于0，则表明序列呈上升趋势，小于0呈下降趋势。当UF曲线超过临界值时表明上升或者下降趋势显著，超过临界线的范围确定为突变的时间区域。如果UF与UB两条曲线出现交点且在临界线之间，则交点对应的时刻即为突变开始时间，如图1示。

图1 1954—2014年降雨量M-K趋势

由M-K趋势检验法结果可知：聊城市多年降雨趋势趋于减少，尤其是1967—2009年之间，但减少趋势不显著。由聊城时段降雨量分析知，6～9月份多年降雨呈现下降趋势，10～12月份多年降雨呈现下降趋势，1～5月份多年降雨呈现上升趋势，尤其是1987—2009年之间；聊城市于1965年、2010年产生降雨趋势突变现象，其中2010年之后降雨下降趋势减缓，呈现逐年上升现象。

2）5a滑动法趋势分析。采用聊城市1954—2014年共61年降雨系列资料，连续5年算术平均值，形成5a系列，利用5a系列绘制关系曲线，然后根据5a滑动平均法对降雨系列的年降雨量、季节降雨量的趋势进行对比分析，如图2示。

图21954 —2014年降雨量5a滑动趋势

由5a滑动平均法可知：聊城市多年降雨呈减少趋势，幅度较小，聊城 6～9月份、10～12月份多年降雨量呈现下降趋势，1～5月份多年降雨呈现上升趋势。

3 结论

通过M-K趋势分析和5a滑动分析，得出聊城市降雨特性有以下结论：1）聊城市多年降雨趋势趋于减少，但趋势不显著；2）2010年降雨趋势产生突变现象，降雨下降趋势减缓，逐渐呈现上升态势；3）综合分析M-K突变节点、雨期规律、气象资料，预计鲁西黄泛平原区降雨将继续1～5月份降雨出现显著上升趋势，这个时段降雨的增加对于以农业为主的鲁西平原区农作物生长非常有利。同时这一时段短时的暴雨也会带来灾害的一面，若鲁西平原区汛期在6～9月份，1～5月份之间防汛没有做好充分准备，一旦出现短时集中暴雨，将带来很大的灾害，应注意防范。6～9月份降雨下降趋势对于鲁西黄泛平原区的防汛压力有一定缓解，但是局部暴雨洪水发生的概率依然很大。10～12月份降雨下降趋势对于鲁西平原区秋种工作有一定影响，应在水源调配及科学调度上做好工作。