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摘要 利用聊城市8个气象站点的降水资料，采用ArcGIS的克里格插值方法、线性回归、M-K突变检验、小波分析等方法分析了聊城市降水的时空分布特征。结果表明，1962—2015年年降水及夏、秋、冬季均呈现不显著减少趋势，春季降水为增加趋势。突变检验发现，各年及各季节均有突变发生的年份，其中春季降水在1990年前后突破显著性检验，降水表现为明显的增加趋势；年降水小波分析中，旱涝较为频繁，经历了降水的偏多—偏少—偏多—偏少的循环交替变化，年降水主周期为3～4年，季节降水周期各不相同，以周期3年为主。
关键词 降水；变化特征；周期；突变检验；小波分析；山东聊城
中图分类号 P467 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）08-0213-03
Analysis on Change Characteristics and Periodicity of Precipitation in Liaocheng City
KONG Ning-ning LI Hui LI Nan HAN Xue-lei
（Liaocheng Meteorological Bureau of Shandong Province，Liaocheng Shandong 252000）
Abstract Based on the precipitation data of eight meteorological stations in Liaocheng City，the spatial and temporal distribution of precipitation in Liaocheng City was analyzed by using the methods of Kriging interpolation of ArcGIS，linear regression，M-K abrupt change test and wavelet analysis. The results showed that in recent 54 years，annual precipitation and precipitation of summer，autumn and winter presented insignificant decreasing trends，spring precipitation presented an increasing trend. The abrupt change test showed that there were abrupt change years of annual and seasonal precipitation，in which the spring precipitation showed a significant increasing trend around 1990. The wavelet analysis of annual precipitation showed that the drought and flood were more frequent，which presented a more-less-more-less cyclic alternation，and the main precipitation cycle was 3-4 years. Seasonal precipitation cycle was different，mainly was 3-year cycle.
Key words precipitation；change characteristics；periodicity；abrupt change test；wavelet analysis；Liaocheng Shandong
受人類活动和气候变化的共同影响，降水和气温随之发生了改变[1-2]。降水的变化是区域水资源变化的主要影响因素[3-5]。降水也是区域气候特征最直接的反映，降水变化是旱涝灾害的直接原因[6]。聊城市位于山东省西部，属温带大陆性气候[7]。聊城市降水时空分布不均，夏季易出现局地雨涝，秋冬干旱频繁发生。因此，分析聊城市降水特征可为当地短期气候预测和应对旱涝灾害提供科学依据[8]。
1 资料与方法
1.1 资料来源
本文数据选自聊城市8个气象观测站1962—2015年月降水资料，通过计算得出逐季、逐年的降水数据。四季按照气象部门的标准划分：3—5月为春季、6—8月为夏季、9—11月为秋季、12月至次年2月为冬季。
1.2 研究方法
采用基于ArcGIS的克里格插值[9]方法分析聊城市1962—2015年的平均降水量空间分布规律，采用线性回归对降水趋势进行分析[10]，通过M-K突变检验确定降水序列的变异点[11]，采用小波分析法分析降水的周期及短期预测[12]。
2 结果与分析
2.1 年降水变化趋势及空间分布
聊城市8个站点的年降水量在187～1 004 mm之间，年平均降水量为567 mm，气候倾向率为-14.7 mm/10年，呈现明显下降趋势。春季、夏季、秋季、冬季的降水气候倾向率分别为1.560、-9.510、-0.250、-0.202 mm/10年。
由表1可知，聊城市降水的年代际特征主要表现为20世纪60—70年代全年降水较常年略偏多，春季与冬季降水较常年偏少。70—80年代除夏季降水较常年偏少以外，其余季节及全年降水较常年偏多。80年代至21世纪全年降水均低于常年值，各季节干旱发生频繁。2011年以后降水逐渐增多。
从年降水量空间分布（图1）可以看出，中部与东部县区聊城、茌平、东阿降水高于其他县区，其中莘县最少。全年降水分布：东阿>茌平>聊城>阳谷>冠县>高唐>临清>莘县。 2.2 降水突变检验
通过M-K突变检验分析（图2）可以看出，年突变年份有1965年、1972年、1974年、2009年，1962—1965年UF>0，降水呈现增加趋势，但未能突破显著水平，说明增加的趋势不是很明显；1965—2015年UF值均在0以下，降水表现为下降趋势，2009年突变点以后呈现微弱的上升趋势，但都未能突破显著性检验，说明减弱与增加趋势不是特别显著。春季突变检验中突变点为1973年、2011年，UF值均在0以上，说明春季降水呈现增加趋势，1990年前后突破显著性检验，说明降水增加的趋势较为明显。夏季降水突变点在1965年、1975年前后，UF值基本上都处于0以下，表明夏季降水呈现减少趋势，整体未能突破显著性检验，说明减少的趋势不是很明显。秋季降水突变年份为1963年、1966年、1970年、1976年、2010年、2015年，在1976年之前降水有微弱的上升趋势，1976年以后UF值均在0以下，降水表现为减少趋势，整体未能突破显著性检验，说明趋势不显著。冬季降水突变点为1967年、1971年、1975年、2001年，1962—1971年UF值在0以下，降水呈现减少趋势，1971年以后至1983年UF>0，说明这段时间的降水呈现增加的趋势。1983年以后UF值又处于0以下，降水又呈现减少趋势，在2001年突变年份以后降水出现了微弱的上升趋势，但都未能突破显著性检验。
2.3 降水的小波周期分析
从降水的小波分析图（图3、4）可以看出，年降水小波分析中旱涝较为频繁，经历了降水的偏多—偏少—偏多—偏少循环交替的变化特征[13-14]。从小波方差图（图4）可以看出，聊城地区降水存在3～4年的主周期和5年、10年、17年、44年的辅周期，且44年大振荡周期未能闭合，说明这个周期还将持续，年降水也将维持减少趋势[15]。
春季降水存在5～7年的主周期，23年的辅周期也较为明显。夏季降水出现了3年和17年的主周期，44年的长周期也较为明显且未能闭合，这个周期仍将继续，同样表明夏季降水减少的趋势将持续。秋季降水周期较为明显的是3年的短周期和10年的中长周期。冬季较为明显的周期为3年的短周期和13年的中长周期。
3 结论
（1）聊城市年降水量在187～1 004 mm之间，年平均降水量为567 mm，气候倾向率为-14.7 mm/10年，呈现明显下降趋势。各季节中除春季气候倾向率呈现增加趋势以外，夏季、秋季、冬季均为减少趋势。聊城降水年代际中，20世纪60—70年代末降水距平高于常年值，20世纪80年代至21世纪初干旱发生频繁，年和季节降水距平较多的低于常年值。全年降水空间分布：东阿>茌平>聊城>阳谷>冠县>高唐>临清>莘县。
（2）聊城市降水突变检验表明：年降水发生突变的年份有1965年、1972年、1974年、2009年，呈现不明显的下降趋势；季节突变中，春季降水表现为明显的增加趋势，并在1990年前后突破显著性检验；其余各季节的突变检验降水均为下降趋势，但都未能突破显著性检验，表明下降趋势不显著。
（3）聊城市54年降水周期分析中：年降水旱涝较为频繁，经历了降水的偏多—偏少—偏多—偏少的循环交替变化，聊城地区年降水存在3～4年的主振荡周期和5年、10年、17年、44年的辅振荡周期，44年的大振荡周期未能闭合，年降水也将维持减少趋势。季节的降水周期各不相同，主要有短振荡周期3年、中长周期5年、10年、13年以及长周期23年、44年。
4 参考文献
[1] 杨林山.气候变化与人类活动对洮河流域水文过程的影响[D].兰州：兰州大学，2015.
[2] 刘冠凤.聊城市地表水环境问题及对策研究[D].武汉：武汉理工大学，2012.
[3] 张丁玲.青藏高原水資源时空变化特征的研究[D].兰州：兰州大学，2013.
[4] 朱泰峰.华北山区土地利用/覆被变化及其水资源效应[D].北京：中国农业大学，2014.
[5] 冯明.气候变化对水文水资源的影响研究[D].武汉：武汉大学，2004.
[6] 杜华明，延军平.四川省气候变化特征与旱涝区域响应[J].资源科学，2013（12）：2491-2500.
[7] 李群智.聊城市水资源配置方案研究[D].济南：山东大学，2010.
[8] 魏凤英.我国短期气候预测的物理基础及其预测思路[J].应用气象学报，2011（1）：1-11.
[9] 刘今朝，马杰.基于ArcGIS普通克里格插值在土地平整土方量计算中的应用[J].农业工程，2013（2）：50-55.
[10] 孟秀敬，张士锋，张永勇.河西走廊57年来气温和降水时空变化特征[J].地理学报，2012（11）：1482-1492.
[11] 向辽元，陈星，黎翠红，等.近55年中国大陆地区降水突变的区域特征[J].暴雨灾害，2007（2）：149-153.
[12] 邵晓梅，许月卿，严昌荣.黄河流域降水序列变化的小波分析[J].北京大学学报（自然科学版），2006（4）：503-509.
[13] 李淼，夏军，陈社明，等.北京地区近300年降水变化的小波分析[J].自然资源学报，2011（6）：1001-1011.
[14] 程珂，周东升，李铭，等.大渡河流域近51年降水径流特征分析[J].水电能源科学，2013（2）：5-8.
[15] 王利盈.华南地区近48年气候变化特征及未来趋势分析[D].兰州：兰州大学，2014.
关键词 降水；变化特征；周期；突变检验；小波分析；山东聊城
中图分类号 P467 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）08-0213-03
Analysis on Change Characteristics and Periodicity of Precipitation in Liaocheng City
KONG Ning-ning LI Hui LI Nan HAN Xue-lei
（Liaocheng Meteorological Bureau of Shandong Province，Liaocheng Shandong 252000）
Abstract Based on the precipitation data of eight meteorological stations in Liaocheng City，the spatial and temporal distribution of precipitation in Liaocheng City was analyzed by using the methods of Kriging interpolation of ArcGIS，linear regression，M-K abrupt change test and wavelet analysis. The results showed that in recent 54 years，annual precipitation and precipitation of summer，autumn and winter presented insignificant decreasing trends，spring precipitation presented an increasing trend. The abrupt change test showed that there were abrupt change years of annual and seasonal precipitation，in which the spring precipitation showed a significant increasing trend around 1990. The wavelet analysis of annual precipitation showed that the drought and flood were more frequent，which presented a more-less-more-less cyclic alternation，and the main precipitation cycle was 3-4 years. Seasonal precipitation cycle was different，mainly was 3-year cycle.
Key words precipitation；change characteristics；periodicity；abrupt change test；wavelet analysis；Liaocheng Shandong
受人類活动和气候变化的共同影响，降水和气温随之发生了改变[1-2]。降水的变化是区域水资源变化的主要影响因素[3-5]。降水也是区域气候特征最直接的反映，降水变化是旱涝灾害的直接原因[6]。聊城市位于山东省西部，属温带大陆性气候[7]。聊城市降水时空分布不均，夏季易出现局地雨涝，秋冬干旱频繁发生。因此，分析聊城市降水特征可为当地短期气候预测和应对旱涝灾害提供科学依据[8]。
1 资料与方法
1.1 资料来源
本文数据选自聊城市8个气象观测站1962—2015年月降水资料，通过计算得出逐季、逐年的降水数据。四季按照气象部门的标准划分：3—5月为春季、6—8月为夏季、9—11月为秋季、12月至次年2月为冬季。
1.2 研究方法
采用基于ArcGIS的克里格插值[9]方法分析聊城市1962—2015年的平均降水量空间分布规律，采用线性回归对降水趋势进行分析[10]，通过M-K突变检验确定降水序列的变异点[11]，采用小波分析法分析降水的周期及短期预测[12]。
2 结果与分析
2.1 年降水变化趋势及空间分布
聊城市8个站点的年降水量在187～1 004 mm之间，年平均降水量为567 mm，气候倾向率为-14.7 mm/10年，呈现明显下降趋势。春季、夏季、秋季、冬季的降水气候倾向率分别为1.560、-9.510、-0.250、-0.202 mm/10年。
由表1可知，聊城市降水的年代际特征主要表现为20世纪60—70年代全年降水较常年略偏多，春季与冬季降水较常年偏少。70—80年代除夏季降水较常年偏少以外，其余季节及全年降水较常年偏多。80年代至21世纪全年降水均低于常年值，各季节干旱发生频繁。2011年以后降水逐渐增多。
从年降水量空间分布（图1）可以看出，中部与东部县区聊城、茌平、东阿降水高于其他县区，其中莘县最少。全年降水分布：东阿>茌平>聊城>阳谷>冠县>高唐>临清>莘县。 2.2 降水突变检验
通过M-K突变检验分析（图2）可以看出，年突变年份有1965年、1972年、1974年、2009年，1962—1965年UF>0，降水呈现增加趋势，但未能突破显著水平，说明增加的趋势不是很明显；1965—2015年UF值均在0以下，降水表现为下降趋势，2009年突变点以后呈现微弱的上升趋势，但都未能突破显著性检验，说明减弱与增加趋势不是特别显著。春季突变检验中突变点为1973年、2011年，UF值均在0以上，说明春季降水呈现增加趋势，1990年前后突破显著性检验，说明降水增加的趋势较为明显。夏季降水突变点在1965年、1975年前后，UF值基本上都处于0以下，表明夏季降水呈现减少趋势，整体未能突破显著性检验，说明减少的趋势不是很明显。秋季降水突变年份为1963年、1966年、1970年、1976年、2010年、2015年，在1976年之前降水有微弱的上升趋势，1976年以后UF值均在0以下，降水表现为减少趋势，整体未能突破显著性检验，说明趋势不显著。冬季降水突变点为1967年、1971年、1975年、2001年，1962—1971年UF值在0以下，降水呈现减少趋势，1971年以后至1983年UF>0，说明这段时间的降水呈现增加的趋势。1983年以后UF值又处于0以下，降水又呈现减少趋势，在2001年突变年份以后降水出现了微弱的上升趋势，但都未能突破显著性检验。
2.3 降水的小波周期分析
从降水的小波分析图（图3、4）可以看出，年降水小波分析中旱涝较为频繁，经历了降水的偏多—偏少—偏多—偏少循环交替的变化特征[13-14]。从小波方差图（图4）可以看出，聊城地区降水存在3～4年的主周期和5年、10年、17年、44年的辅周期，且44年大振荡周期未能闭合，说明这个周期还将持续，年降水也将维持减少趋势[15]。
春季降水存在5～7年的主周期，23年的辅周期也较为明显。夏季降水出现了3年和17年的主周期，44年的长周期也较为明显且未能闭合，这个周期仍将继续，同样表明夏季降水减少的趋势将持续。秋季降水周期较为明显的是3年的短周期和10年的中长周期。冬季较为明显的周期为3年的短周期和13年的中长周期。
3 结论
（1）聊城市年降水量在187～1 004 mm之间，年平均降水量为567 mm，气候倾向率为-14.7 mm/10年，呈现明显下降趋势。各季节中除春季气候倾向率呈现增加趋势以外，夏季、秋季、冬季均为减少趋势。聊城降水年代际中，20世纪60—70年代末降水距平高于常年值，20世纪80年代至21世纪初干旱发生频繁，年和季节降水距平较多的低于常年值。全年降水空间分布：东阿>茌平>聊城>阳谷>冠县>高唐>临清>莘县。
（2）聊城市降水突变检验表明：年降水发生突变的年份有1965年、1972年、1974年、2009年，呈现不明显的下降趋势；季节突变中，春季降水表现为明显的增加趋势，并在1990年前后突破显著性检验；其余各季节的突变检验降水均为下降趋势，但都未能突破显著性检验，表明下降趋势不显著。
（3）聊城市54年降水周期分析中：年降水旱涝较为频繁，经历了降水的偏多—偏少—偏多—偏少的循环交替变化，聊城地区年降水存在3～4年的主振荡周期和5年、10年、17年、44年的辅振荡周期，44年的大振荡周期未能闭合，年降水也将维持减少趋势。季节的降水周期各不相同，主要有短振荡周期3年、中长周期5年、10年、13年以及长周期23年、44年。
4 参考文献
[1] 杨林山.气候变化与人类活动对洮河流域水文过程的影响[D].兰州：兰州大学，2015.
[2] 刘冠凤.聊城市地表水环境问题及对策研究[D].武汉：武汉理工大学，2012.
[3] 张丁玲.青藏高原水資源时空变化特征的研究[D].兰州：兰州大学，2013.
[4] 朱泰峰.华北山区土地利用/覆被变化及其水资源效应[D].北京：中国农业大学，2014.
[5] 冯明.气候变化对水文水资源的影响研究[D].武汉：武汉大学，2004.
[6] 杜华明，延军平.四川省气候变化特征与旱涝区域响应[J].资源科学，2013（12）：2491-2500.
[7] 李群智.聊城市水资源配置方案研究[D].济南：山东大学，2010.
[8] 魏凤英.我国短期气候预测的物理基础及其预测思路[J].应用气象学报，2011（1）：1-11.
[9] 刘今朝，马杰.基于ArcGIS普通克里格插值在土地平整土方量计算中的应用[J].农业工程，2013（2）：50-55.
[10] 孟秀敬，张士锋，张永勇.河西走廊57年来气温和降水时空变化特征[J].地理学报，2012（11）：1482-1492.
[11] 向辽元，陈星，黎翠红，等.近55年中国大陆地区降水突变的区域特征[J].暴雨灾害，2007（2）：149-153.
[12] 邵晓梅，许月卿，严昌荣.黄河流域降水序列变化的小波分析[J].北京大学学报（自然科学版），2006（4）：503-509.
[13] 李淼，夏军，陈社明，等.北京地区近300年降水变化的小波分析[J].自然资源学报，2011（6）：1001-1011.
[14] 程珂，周东升，李铭，等.大渡河流域近51年降水径流特征分析[J].水电能源科学，2013（2）：5-8.
[15] 王利盈.华南地区近48年气候变化特征及未来趋势分析[D].兰州：兰州大学，2014.