云南巧家縣降水量及蒸發量變化特征及趨勢分析

袁震洲，方德祥，祝成銳，卞志華，王志宏

（浙江華東測繪地理信息有限公司，浙江杭州，310030）

0 引言

巧家縣坐落于云南省東北部、昭通市西南部的金沙江畔，屬于亞熱帶季風氣候類型，有“西部小三亞”之稱的它一年中只有三季，沒有冬季。其氣候的主要特點是干濕季節分明，每年的11月～次年的4月為干季，降水量占全年降水量的10%，降水保證率也很小。每年的5～10月為雨季，降水量占全年總降水量的90%左右，蒸發量大，土壤干枯，空氣十分干燥，太陽輻射強，日照時間長。由于該縣光熱資源十分豐富，且位于金沙江畔，該縣成為農業重縣、冬季旅游重縣、熱帶水果出口重縣等。同時，坐落于該縣、總裝機1 600萬kW的世界第二大水電站白鶴灘巨型電站已開工建設。因此，研究巧家縣地區的降水量和蒸發量的變化特征和趨勢，可以對該縣的農業、林果業和電站的前期施工建設提供一定的借鑒和參考意義。

1 資料和分析方法

1.1 資料

采用巧家縣1981～2012年的實測逐日降水量資料和逐日蒸發量資料等。根據當地氣候規律將季節劃分為：5～10月為雨季；11月～次年4月為干季。

1.2 分析方法

R-S分析法[2-4]：R-S分析法是一種基于分形理論的非線性時間序列分析的常用方法，在時間序列分析領域應用十分廣泛。

均值：

累積離差：

極差：

標準差：

式（3）和式（4）比值：

式（5）中α為常數，H為Hurst指數，簡化得：

根據式（6），用氣候傾向率法[1]，求出直線的斜率即為赫斯特指數H。當H=0.5、0≤H＜0.5、H＞0.5時，分別表示該降水量序列未來趨勢和現有趨勢沒有直接的關系、降水量序列具有反持續性、降水量序列具有持續性。

2 降水量變化特征及趨勢

2.1 降水量的年際變化特征及趨勢

巧家縣逐年降水量1981～2012年呈顯著上升的趨勢，這種增加趨勢通過了0.05的信度檢驗。上升幅度為4.60 mm/a，降水量年際均值為726.4 mm。巧家縣1981～2012年降水量變化特征及趨勢見圖1。其年降水量在2008年達到最大值947.8 mm，其次是1999年的936.5 mm，在1989年達到最小值490.4 mm，降水量年際變幅達到57.4 mm。

圖1 巧家縣年降水量變化特征及趨勢Fig.1 Characteristics and trend of annual precipitation of Qiao?jia county

由圖2可知：巧家縣年降水量赫斯特指數H為0.69，明顯大于0.5，表明未來的年降水量變化趨勢與現有的趨勢一致，即顯著上升的趨勢，表現出較強的持續性。

圖2 巧家縣年降水量R-S分析圖Fig.2 Analysis on the annual precipitation by R-S method

2.2 降水量的年內變化特征

巧家縣降水量的年內分配呈現很不均勻狀態，即先上升后下降的趨勢，見圖3。6月多年平均月降水量達到最大值165 mm，12月份最小為1.9 mm，多年平均月降水量均值61.3 mm。1～6月呈現逐步上升趨勢，6～12月呈現逐步下降趨勢。雨季降水量占全年90%以上，干濕季節性分明。

圖3 巧家縣多年平均月降水量變化柱狀圖Fig.3 Diagram of average monthly precipitation of Qiaojia county

2.3 降水量的季節變化特征及趨勢

由圖4可知巧家縣1981～2012年雨季降水量呈現顯著上升的趨勢，相關系數r達到0.54，通過了0.05的信度檢驗。上升幅度為6.44 mm/a,年雨季降水量均值為671 mm。年雨季降水量在1999年達到最大值878.1 mm，在1989年達到最小值460.3 mm，和年降水量最高、最低值相對應，年雨季降水量變幅達417.8 mm。

由圖5可知：巧家縣年雨季降水量赫斯特指數H為0.77，明顯大于0.5，表明未來的年雨季降水量變化趨勢與現有的趨勢一致，即顯著上升的趨勢，表現出了較強的持續性。

圖4 巧家縣年雨季降水量變化特征及趨勢Fig.4 Characteristics and trend of precipitation in rain seasons of Qiaojia county

由圖6可知巧家縣1981～2012年干季降水量呈現顯著下降的趨勢，相關系數r達到0.46，通過了0.05的信度檢驗。下降幅度為1.85 mm/a,年干季降水量均值為55.4 mm。年干季降水量在1986年達到最大值160.2 mm，在2012年達到最小值9.2 mm，年干季降水量變幅達151 mm。

圖5 巧家縣年雨季降水量R-S分析圖Fig.5 Analysis on the precipitation in rain seasons by R-S method

圖6 巧家縣年干季降水量變化特征及趨勢Fig.6 Characteristics and trend of precipitation in dry seasons of Qiaojia county

由圖7可知：巧家縣年干季降水量赫斯特指數H為0.61，大于0.5，表明未來的年干季降水量變化趨勢與現有的趨勢一致，即顯著下降的趨勢，表現出了較強的持續性。結合年降水量和年雨季降水量的R-S分析，由于年降水量和年雨季降水量都顯著增加，年干季降水量顯著減少的特性，可以預測在未來的年份里，雨季降水量在一年中的比重有越來越大的趨勢。

圖7 巧家縣年干季降水量R-S分析圖Fig.7 Analysis on the precipitation in dry seasons by R-S method

3 蒸發量變化特征及趨勢

3.1 蒸發量的年際變化特征及趨勢

巧家縣逐年蒸發量1981～2012年呈顯著下降的趨勢，其減少趨勢通過了0.05的信度檢驗。下降幅度為6.85 mm/a,蒸發量年際均值為2 236.3 mm。巧家縣1981～2012年蒸發量變化特征及趨勢見圖8。其年蒸發量在1986年達到最大值2 590.6 mm，在2008年達到最小值1 791.8 mm，蒸發量年際變幅達到798.8 mm。

圖8 巧家縣年蒸發量變化特征及趨勢Fig.8 Characteristics and trend of annual evaporation of Qiao?jia county

由圖9可知：巧家縣年蒸發量赫斯特指數H為0.58，略大于0.5，表明未來的年蒸發量變化趨勢與現有的趨勢一致，即下降的趨勢，表現出較弱的持續性。

3.2 蒸發量的年內變化特征及趨勢

巧家縣蒸發量的年內分配呈現先上升后下降的趨勢，見圖10。4月多年平均月蒸發量達到最大值為312.5 mm，12月份最小為122.6 mm，差值為189.9 mm，均值為184.8 mm。蒸發量高值主要集中在3～5月，即春季的蒸發量較高，9月～次年1月多年平均月蒸發量差值很小，僅為14.4 mm，1～4月呈現逐步上升趨勢，4～12月呈現逐步下降趨勢。雨季蒸發量和干季蒸發量比值為0.95，接近1，說明該縣降水量多少不是影響蒸發量的唯一因素，蒸發[1]受多種因素共同影響。

圖9 巧家縣年蒸發量R-S分析圖Fig.9 Analysis on the annual evaporation by R-S method

圖10 巧家縣多年平均月蒸發量變化柱狀圖Fig.10 Diagram of average monthly evaporation of Qiaojia county

3.3 蒸發量的季節變化特征及趨勢

由圖11可知巧家縣1981～2012年雨季蒸發量呈現顯著下降的趨勢，相關系數r達到0.35，通過了0.05的信度檢驗。下降幅度為4.03 mm/a,年雨季蒸發量均值為1 080.8 mm。年雨季蒸發量在1986年達到最大值1 261.7 mm，在2012年達到最小值842.9 mm，年雨季蒸發量變幅達418.8 mm。

由圖12可知：巧家縣年雨季蒸發量赫斯特指數H為0.66，大于0.5，表明未來的年雨季蒸發量變化趨勢與現有的趨勢一致，即顯著下降的趨勢，表現出了較強的持續性。

由圖13可知，巧家縣1981～2012年干季蒸發量呈現顯著下降的趨勢，相關系數r達到0.41，下降趨勢通過了0.05的信度檢驗。下降幅度為4.41 mm/a,年干季蒸發量均值為1 144.2 mm。年干季蒸發量在2003年達到最大值1 387.7 mm，在2008年達到最小值918.5 mm，年干季蒸發量變幅達469.2 mm。

圖11 巧家縣年雨季蒸發量變化特征及趨勢Fig.11 Characteristics and trend of evaporation in rain sea?sons of Qiaojia county

圖12 巧家縣年雨季蒸發量R-S分析圖Fig.12 Analysis on the evaporation in rain seasons by R-S method

圖13 巧家縣年干季蒸發量變化特征及趨勢Fig.13 Characteristics and trend of evaporation in dry seasons of Qiaojia county

由圖14可知：巧家縣年干季蒸發量赫斯特指數H為0.69，明顯大于0.5，表明未來的年干季蒸發量變化趨勢與現有的趨勢一致，即顯著下降的趨勢，表現出了較強的持續性。

4 年蒸發量和年降水量的一元線性回歸

年蒸發量和年降水量的一元線性回歸圖見圖15，相關系數r為0.18＜0.35，呈現負相關關系，r較低,不能通過0.05的信度檢驗，表明年蒸發量和年降水量的相關性較差，表明降水量不是影響蒸發量變化的直接因素，有一定程度的相對獨立性。

圖14 巧家縣年干季蒸發量R-S分析圖Fig.14 Analysis on the evaporation in dry seasons by R-S method

圖15 巧家縣年蒸發量和年降水量相關圖Fig.15 Relation between the annual evaporation and annual precipitation

5 結語

年降水量、年雨季、年干季降水量分別呈現顯著上升、上升、下降的趨勢，幅度分別為4.60 mm/a、6.44 mm/a、1.85 mm/a；降水量年內分配很不均勻，雨季降水量占全年90%以上，干濕季節性分明；通過R-S分析預測年降水量、年雨季、年干季降水量未來趨勢都與現有趨勢一致。年蒸發量、年雨季、年干季蒸發量都呈現顯著下降的趨勢，幅度分別為6.85 mm/a、4.03 mm/a、4.41 mm/a；蒸發量的年內分配呈現先上升后下降的趨勢；通過R-S分析預測年蒸發量、年雨季、年干季蒸發量未來趨勢都與現有趨勢一致。年蒸發量和年降水量的相關性較差，表明降水量不是影響該縣蒸發量變化的直接因素，下一步的研究將尋求更多的氣象因子來分析影響蒸發量變化的因素。

未來降水量的增多可以一定程度上緩解該縣供水緊張的局勢，為該縣農業和果業的灌溉提供幫助，同時應當加強5～10月份雨季水資源的利用和節水工作，實現水資源的循環利用，未來蒸發量的減少可以一定程度上緩解土壤干旱等惡劣環境的產生。分析結果為進一步研究該縣氣候多年的變化特征和未來趨勢提供了一定的參考。

[1]袁震洲,祝成銳.白鶴灘水電站20 cm蒸發皿蒸發規律及其影響因素分析[J].水電能源科學,2013,10:9-12，41.

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[4]樊毅,李靖,仲遠見,楊保華,郭凱穎.基于R/S分析法的云南干熱河谷降水變化趨勢分析[J].水電能源科學,2008(2):24-27.