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廣東雷州半島水文情勢(shì)對(duì)氣候變化的響應(yīng)分析

更新時(shí)間:2024-09-02 10:40:17作者:佚名

人類活動(dòng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展導(dǎo)致全球氣候變暖雷州六中,對(duì)區(qū)域水文狀況產(chǎn)生一系列影響。半島位于廣東省西部,是廣東省水資源供需矛盾較為突出的主要地區(qū)之一。由于地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),加上地形特殊,洪水、干旱、臺(tái)風(fēng)等極端事件頻發(fā),成為人們最關(guān)心的問(wèn)題。本文通過(guò)分析氣溫、蒸發(fā)、降水、徑流的變化規(guī)律,揭示半島水文狀況對(duì)氣候變化的響應(yīng)。從氣候變化的視角認(rèn)識(shí)洪澇、干旱和臺(tái)風(fēng)災(zāi)害,對(duì)于科學(xué)防洪抗旱決策、合理水利工程調(diào)度、水資源可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用具有重要意義。2分析方法利用半島主要站氣溫、蒸發(fā)、降水、徑流資料進(jìn)行趨勢(shì)演變分析。首先利用距平法判斷各氣象要素的總體趨勢(shì),然后利用Mann-Kendall(MK)非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法對(duì)各氣象要素?cái)?shù)據(jù)序列進(jìn)行趨勢(shì)檢驗(yàn)和突變分析。設(shè)有一個(gè)時(shí)間序列X1,X2,X3,…,Xn,它的趨勢(shì)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量公式為 S = ni = 2i - 1j = 1sign(Xi - Xj) (1) 式中,sign()為符號(hào)函數(shù),計(jì)算公式為 sign(θ) = 1,θ > 00,θ = 0- 1,θ <{0(2) M - K 統(tǒng)計(jì)量公式 當(dāng)S大于、等于、小于零時(shí),計(jì)算公式為 Z = (S - 1) / n(n - 1)(2n + 5) /槡18 S > 00 S = 0(S + 1) / n(n - 1)(2n + 5) /槡18 S <{0(3) 式中,Z為正值表示呈上升趨勢(shì),為負(fù)值表示呈下降趨勢(shì)。

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當(dāng)Z的絕對(duì)值大于或等于1.28、1.64、2.32時(shí),表示通過(guò)了置信水平為90%、95%、99%的顯著性檢驗(yàn)。為利用MK方法檢驗(yàn)時(shí)間序列的突變性,首先設(shè)一個(gè)時(shí)間序列X1,X2,X3,…,Xn,定義統(tǒng)一量為dk=ki=1mi2≤k≤n (4)式中,mi表示Xi>Xj(1≤j≤i)的累計(jì)次數(shù)。在原序列隨機(jī)獨(dú)立的假設(shè)下,2012年dk的均值與方差分別為{E[dk] = k(k-1) / 4var[dk] = k(k-1)(2k + 5) / 12 2 ≤ k ≤{n(5) 對(duì)dk進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化:u(dk) = (dk-E[dk]) / var[dk] (6) 其中,u(dk)為標(biāo)準(zhǔn)分布,其概率α1 = prob(│u│ > │u(dk)│)可通過(guò)計(jì)算或查表獲得。給定一個(gè)顯著性水平α0,當(dāng)α1>α0時(shí),接受零假設(shè)H0,當(dāng)α1<α0時(shí),拒絕零假設(shè),這表明該序列將有較強(qiáng)的增長(zhǎng)或下降趨勢(shì)。所有的u(dk)(1≤k≤n)都會(huì)形成一條曲線c1雷州六中,可以用置信度檢驗(yàn)來(lái)判斷其是否有變化趨勢(shì)。將此方法應(yīng)用到反序列中,mi表示第i個(gè)樣本Xi大于Xj(i≤j≤k)的累計(jì)個(gè)數(shù)。當(dāng)i′=n+1-i時(shí),若mi=mi′,則反序列的u1(di)由下式給出: u1(di′)=-u(di′)i′=n+1-ii,i′=1,2,…,{n(7) u1(di)在圖中用c2表示。

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當(dāng)曲線c1超出置信線時(shí),代表有明顯的變化趨勢(shì),若曲線c1與c2的交點(diǎn)位于置信線之間,則該點(diǎn)為突變點(diǎn)的開(kāi)始。3 對(duì)氣候變化的響應(yīng)分析3.1 氣溫變化趨勢(shì)利用湛江站1960—2010年氣溫資料,分析其變化趨勢(shì),MK非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)結(jié)果如表1所示。年平均氣溫距平及年平均氣溫變化趨勢(shì)如圖1—圖2所示。從表1及圖1、圖2可以看出,1960—1989年年平均氣溫距平顯示氣溫有下降趨勢(shì),MK檢驗(yàn)參數(shù)平緩。表1 各年份年平均氣溫距平及統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)結(jié)果 周期距平/C° MK值 周期距平/C° MK值 1960~1969年 - 0. 2 - 1. 03 1990 ~ 1999 0.4 1.15 1970 ~ 1979 - 0.3 - 1.06 2000 ~ 2009 0.2 1.04 1980 ~ 1989 - 0.1 - 1.02 圖1 1960~2010年湛江站平均氣溫距平圖 圖2 1960~2010年湛江站平均氣溫變化趨勢(shì)為1.036,未通過(guò)MK趨勢(shì)檢驗(yàn),有下降趨勢(shì),但不明顯; 1990—2009年氣溫呈上升趨勢(shì),平均MK檢驗(yàn)參數(shù)為1.095,未通過(guò)MK趨勢(shì)檢驗(yàn),表明有上升趨勢(shì),但是不明顯。

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3.2 蒸散量趨勢(shì)利用龍門站1955—2011年的蒸散量資料,分析其趨勢(shì),MK非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)結(jié)果如表2所示,年平均蒸散量距平及年平均蒸散量變化趨勢(shì)如圖3、圖4所示。從表2及圖3、圖4可以看出,1955—1970年,蒸散量呈現(xiàn)明顯的由增加到減少的趨勢(shì)。其中1955—1964年蒸散量增加趨勢(shì)尤為明顯,MK檢驗(yàn)值為表2 不同年份年平均蒸散量距平及統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)結(jié)果時(shí)期距平/mm MK值時(shí)期距平/mm MK值1955~1964年334.11.301985~1994-37.1-1.011965~197459.11.061995~2004-142.5-1.241975~1984-88.9-1.032005~2011-178.1-1.27圖圖3 1955—2011年龍門站平均蒸散量距平變化圖圖4 1960—2010年龍門站平均蒸散量變化趨勢(shì)圖結(jié)果表明,龍門站平均蒸散量距平變化趨勢(shì)良好,未通過(guò)90%置信水平下的臨界值下限1.28,說(shuō)明蒸發(fā)量的減少趨勢(shì)不明顯;蒸散量除受氣溫影響外,還受其他氣象因子的影響,1975—2011年蒸散量呈減少趨勢(shì)的原因有待進(jìn)一步研究。

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3.3 降水變化趨勢(shì)分析 對(duì)后塘、龍門、文關(guān)、美鹿、湛江、港瓦窯和瑞坡等 7 個(gè)雨量站 1951—2010 年的年平均降水量資料進(jìn)行了變化趨勢(shì)分析,MK 非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 3,年平均降水量距平及平均降水量年均值變化趨勢(shì)分別如圖 5、圖 6 所示。 表 3 不同年代年平均降水量距平及統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)結(jié)果 周期距平/mm MK 值 周期距平/mm MK 值 1951—1960 年 -154.6 -1.24 1981—1990 年 21.0 0.88 1961—1970 年 -85.0 -1.6 1981—1990 年 21. 0 0. 88 1991-1970 21. 0 0. 88 6 1991~2000 18. 2 0. 751971~1980 154. 8 1. 25 2001~2010 45. 4 0. 93 1991~2000 18. 2 0. 75 1971~1980 154. 8 1. 25 2001~2010 45. 4 0. 93 1991~2000 18. 2 0. 75 1971~1980 154. 8 1. 25 2001~2010 45. 4 0. 93 1991~2000 1951~201 ...

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3.4 徑流變化趨勢(shì)分析湛江市境內(nèi)河流為雨洪型河流貝語(yǔ)網(wǎng)校,年平均流量能真實(shí)反映區(qū)域氣候的干濕、旱澇變化特征及氣候趨勢(shì),利用九洲江1960—2010年的徑流資料,分析其變化趨勢(shì)。 Mann-Kendalel(MK)非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4,年平均徑流距平及年平均徑流變化趨勢(shì)見(jiàn)圖7、圖8。表4 不同時(shí)期九州河年平均徑流距平及統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)結(jié)果時(shí)期距平/(m3·s-1)MK值時(shí)期距平/(m3·s-1)MK值1961~1970 0.83 0.73 1991~2000 0.24 0.86 1992~2000 0.30 0.93 2001~2003 0.49 2002~2004 0.54 2003~2005 0.63 2004~2006 0.70 2005~2007 0.81 2006~2008 0.92 2008~2009 0.93 2009~2008 0.83 2001~2009 0.84 2002~2008 0.96 2003~2009 0.86 2003~2009 0.87 2004~2008 0.99 2005~2009 0.98 331971~1980 0.26 0.46 2001~210 -0.65 -0.421981~1990 0.99 0.69圖7 九州河1960~2010年年平均徑流距平圖圖8 九州河1960~2010年年平均徑流變化趨勢(shì)九州河1960—2010年由表4及圖7、圖8可見(jiàn),九州河年平均徑流量變化比較穩(wěn)定,但年際變化較大。除九州河外,筆者采用同樣的方法,對(duì)文官站、港瓦窯站、瑞坡站和杜嶺站徑流量進(jìn)行了分析,變化比較穩(wěn)定。限于篇幅,不再詳述。4 結(jié)語(yǔ)氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)流域水文形勢(shì)產(chǎn)生影響是不爭(zhēng)的事實(shí)。由于半島特殊的地形,洪澇、干旱、臺(tái)風(fēng)等極端事件頻發(fā)。從氣候變化的角度認(rèn)識(shí)洪澇、干旱、臺(tái)風(fēng)災(zāi)害,對(duì)半島實(shí)施防洪抗旱工程、水資源綜合利用具有重要意義,對(duì)其他氣候、氣象條件相似的地區(qū)也有借鑒和參考意義。 (編輯:李暉)9 5

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