郭仁華，呂勝國(guó)，姚樹(shù)禮

（菏澤水文水資源勘測(cè)局，山東 菏澤 274000）

菏澤市屬暖溫帶季風(fēng)大陸性氣候，多年平均氣溫為13.5～14.0℃，多年平均降水量665.6 mm，降水量年際年內(nèi)變化較大，年最大降水量多達(dá)1 039 mm(1964年)，而年最小降水量?jī)H為371 mm（1988年），最多年份降水量為最少年份的2.80倍。年內(nèi)降水量的70%集中在汛期6—9月份，以7、8兩月最為集中，約占全年降水量的47%。菏澤市多年平均水面蒸發(fā)量為874.82 mm（E601）。本文選用菏澤49個(gè)雨量站、3個(gè)蒸發(fā)站、9個(gè)氣象站近60年資料及菏澤1980年來(lái)30年的社會(huì)發(fā)展資料進(jìn)行分析。分全年、枯季（10—5月）和雨季（6—9月）3個(gè)時(shí)間尺度對(duì)菏澤市降水和蒸發(fā)變化趨勢(shì)進(jìn)行研究，進(jìn)一步探討了未來(lái)一定時(shí)期內(nèi)降水和蒸發(fā)的變化趨勢(shì)，以期對(duì)菏澤市水資源的開(kāi)發(fā)利用、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供參考。

1 主要分析方法

水文氣象時(shí)間序列是非正態(tài)分布的時(shí)間序列，盡管常規(guī)的參數(shù)檢驗(yàn)方法具有方便和簡(jiǎn)潔易懂的優(yōu)點(diǎn)，但是使用非參數(shù)檢驗(yàn)方法在非正態(tài)分布的數(shù)據(jù)檢驗(yàn)中更為適合，本文采用目前常用的水文氣象變化趨勢(shì)分析方法Mann–Kendall、降水蒸發(fā)相關(guān)分析法及經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)降雨蒸發(fā)變化趨勢(shì)一致性進(jìn)行相互對(duì)比和驗(yàn)證，并運(yùn)用基于分形理論的R/S分析方法對(duì)降水和蒸發(fā)變化趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2 降水蒸發(fā)變化分析

2.1 降蒸變化趨勢(shì)分析

1）降水變化趨勢(shì)分析。菏澤市1956—2011年降水變化趨勢(shì)分析成果見(jiàn)圖1(a)、(b)、(c)（因編幅所限1956—1980、1981—2011年、枯季雨季降水變化趨勢(shì)分析成果圖略），分析成果表見(jiàn)表1。同時(shí)，對(duì)菏澤市1956—2011、1956—1980、1981—2011年內(nèi)降水變化情況進(jìn)行分析，分析成果圖見(jiàn)圖2。

從圖1和表1可以看出，菏澤市的年降水呈“減-減-增”的變化過(guò)程，但就總體趨勢(shì)而言，降水下降趨勢(shì)變化比較平緩；汛期降水整體趨勢(shì)與年降水一致；枯季降水呈“減-減-減”的變化過(guò)程，趨勢(shì)平緩；汛期降水趨勢(shì)對(duì)年降水影響降大。從圖2可以看出，菏澤市年內(nèi)降水量4—7月份變化情況較大，除5月份降水上升外，4、6、7月份均下降。

圖1(a) 1956-2011年年降水變化趨勢(shì)圖

圖1(b) 1956-1980年年降水變化趨勢(shì)圖

圖1(c) 1980-2011年年降水變化趨勢(shì)圖

圖2 菏澤市年內(nèi)降水變化柱狀圖

表1 降水變化趨勢(shì)表

2）蒸發(fā)變化趨勢(shì)分析。菏澤市1959—2011年年蒸發(fā)變化趨勢(shì)分析成果見(jiàn)圖3，分析成果表見(jiàn)表2。菏澤市 1959—2011年、1959—1980年、1981—2011年年內(nèi)蒸發(fā)變化情況分析成果圖見(jiàn)圖4。

從圖3和表2可以看出，菏澤市的年蒸發(fā)呈“減-減-減”的變化過(guò)程，下降趨勢(shì)變化較為明顯，特別是1980—2011年變化顯著；汛期、枯季蒸發(fā)變化過(guò)程與年變化過(guò)程基本一致。從圖4可以看出，菏澤市年內(nèi)蒸發(fā)量除12月較1980年前及多年平均偏大外，其余各月蒸發(fā)量均小于1980年前及歷年均值，變化較大的月份為3—8月。

表2 蒸發(fā)變化趨勢(shì)表

圖3 1959-2011年年蒸發(fā)變化趨勢(shì)圖

圖4 菏澤市年內(nèi)蒸發(fā)變化柱狀

2.2 降蒸突變分析

為進(jìn)一步分析驗(yàn)證變化趨勢(shì)的顯著與否，采用前述介紹的Mann-Kendall檢驗(yàn)法對(duì)降水和蒸發(fā)變化趨勢(shì)突變進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖5、圖6。

圖5(a) 年降水量MK突變檢驗(yàn)圖

圖5(b) 汛期降水量MK突變檢驗(yàn)

圖5(c) 枯季降水量MK突變檢驗(yàn)圖

圖6(a) 年蒸發(fā)量MK突變檢驗(yàn)圖

圖6(b) 汛期蒸發(fā)量MK突變檢驗(yàn)圖

圖6(c) 枯季蒸發(fā)量MK突變檢驗(yàn)圖

從圖5(a)可以看出，1956—2011年菏澤年降水發(fā)生2次突變，第一次在1966年前后，第二次在2003年前后。1957—1965年為多雨時(shí)期，1966—2002年為少雨時(shí)期，MK檢測(cè)統(tǒng)計(jì)值高達(dá)-2.94，下降趨勢(shì)顯著。2003—2011年為多雨期，上升趨勢(shì)相對(duì)較緩。從圖5(b)可以看出，菏澤市汛期降水量突變情況與年降水量一致。從圖5(c)可以看出，菏澤市枯季降水發(fā)生2次突變，但不顯著，第一次在1980年前后，第二次在2002年前后。1981—2003年為相對(duì)多雨期，2004—2011年為相對(duì)少雨期。

從圖6可以看出，菏澤市年、汛期、枯季蒸發(fā)量整體呈減少趨勢(shì)，1978年后減少趨勢(shì)顯著，MK檢測(cè)統(tǒng)計(jì)值高達(dá)-5.71。

2.3 降蒸影響因素分析

2.3.1 降蒸相關(guān)關(guān)系分析

利用一元線性回歸分析法對(duì)降水、蒸發(fā)進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果見(jiàn)圖7。從圖7可以看出，菏澤市年、汛期、枯季降水蒸發(fā)量相關(guān)關(guān)系較弱，呈反相關(guān)關(guān)系，降雨與蒸發(fā)具有相對(duì)的獨(dú)立性。

2.3.2 降蒸變化與氣溫、日照、濕度關(guān)系分析

分階段統(tǒng)計(jì)菏澤市1954—2011年氣候要素（氣溫、濕度、日照時(shí)數(shù)），見(jiàn)表3。

圖7（a）

圖7（b）

圖7(c)

表3 菏澤市1954—2011年氣候要素變化

從表3可以看出，氣候變化導(dǎo)致菏澤氣溫升高、空氣濕度變大、日照時(shí)數(shù)減少，直接影響了蒸發(fā)量、降水量的變化，特別是空氣濕度變大、日照時(shí)數(shù)減少等要素變化在一定程度上減少了水分的蒸發(fā)散失。

2.3.3 降蒸變化與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展分析

對(duì)菏澤市1978—2010年地區(qū)生產(chǎn)總值、農(nóng)作物播種面積、復(fù)種指數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，見(jiàn)圖8、9、10?？梢钥闯觯汉蕽墒械貐^(qū)生產(chǎn)總值、農(nóng)作物播種面積、復(fù)種指數(shù)都呈逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)。這些都影響了蒸發(fā)、降水的下墊面條件，進(jìn)而影響了蒸發(fā)量、降水量的變化。

2.4 降蒸變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)

圖8 地區(qū)生產(chǎn)總值變化趨勢(shì)圖

圖9 農(nóng)作物播種面積變化趨勢(shì)圖

圖10 復(fù)種指數(shù)變化趨勢(shì)圖

用R/S方法分析菏澤市降水、蒸發(fā)系列的Hurst指數(shù)，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖11、圖12?？梢钥闯觯耗杲邓?、汛期降水、枯季降水Hurst指數(shù)分別為 0.57、0.542、0.505，接近0.5，未來(lái)變化趨勢(shì)表現(xiàn)出一定的隨機(jī)性，降水變化趨勢(shì)性較弱。年蒸發(fā)量、汛期蒸發(fā)量、枯季蒸發(fā)量 Hurst指數(shù)分別為 0.712、0.660、0.690，明顯大于0.5，表明未來(lái)的總體趨勢(shì)將與過(guò)去一致，表現(xiàn)為較強(qiáng)的持續(xù)性，即未來(lái)蒸發(fā)將出現(xiàn)持續(xù)下降趨勢(shì)。

圖11(a) 年降水R/S分析

圖11(b) 汛期降水R/S分析

圖11(c) 枯季降水R/S分析

圖12(a) 年蒸發(fā)量R/S分析

圖12(b) 汛期蒸發(fā)量R/S分析

圖12(c) 枯季蒸發(fā)量R/S分析

3 結(jié)論

1）通過(guò)分析，菏澤市降水量在1965年、2003年前后發(fā)生兩次突變，目前正處于略下降趨勢(shì)，經(jīng)R/S分析，未來(lái)隨機(jī)性較強(qiáng)。蒸發(fā)量從1978年后，下降趨勢(shì)顯著。經(jīng)R/S分析，未來(lái)趨勢(shì)性較強(qiáng)。2）通過(guò)對(duì)菏澤市氣溫、濕度、日照時(shí)數(shù)、菏澤經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)等影響因素分析，濕度增加、日照時(shí)數(shù)減少、復(fù)種指數(shù)增加，在一定程度上減少了水分的蒸發(fā)散失。3）隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、城市進(jìn)程不斷加快，影響降水、蒸發(fā)的因素將更加復(fù)雜。同時(shí)，隨著工農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，用水量在急劇增加，建議開(kāi)展降水、蒸發(fā)等因素變化與社會(huì)經(jīng)濟(jì)、工農(nóng)業(yè)發(fā)展等相關(guān)課題研究。