渭河流域降水时空变化与干旱特征分析

关键词：降水变化;游程分析;Mann-Kendall法;频率分析;SPI指数

中图分类号：P333文献标志码：A文章编号：

Spatial-temporal variations of precipitation and drought characteristics in Wei River Basin

（1.State Key Laboratory of Hydro Science and Engineering，Tsinghua University，Beijing 100084，China;

2.Qinghai University College of Hydraulic and Electric Engineering，Xining 810016，China;

3.Construction and Administration Bureau of South-to-North Water Diversion Middle Route Project，Beijing 100038，China）

渭河流域或关中地区的干旱问题已引起许多专家学者的关注，如朱拥军和王秀花分析发现渭河上游年降水量在空间上存在量的差异，水资源对气候变化有很强的敏感性，未来20 a渭河流域降水量很可能呈缓慢上升趋势[3];和宛琳对渭河流域21个气象站近40 a的降水量时空分布和变化趋势进行了分析，发现降水量呈减少趋势，干旱发生频率有增加趋势，年平均降水量空间分布规律为从西北部向东南部逐渐增加[4];马明卫等以西安站为例，详细对比了Z指数与SPI计算结果的一致性和差异性，认为多时间尺度SPI能够反映出降水的分散情况，提出降水量区间与干旱指标的对应关系是进行旱涝监测和预报的一种有效手段[5]。这些研究有助于揭示渭河流域干旱的发生规律和表现特征。本文以渭河流域为研究对象，通过对流域内14个典型站点46年的逐月降水量变化趋势、丰枯规律的分析，研究该地区少水事件的发生频率及其周期变化，并采用SPI指数进一步研究该区域发生干旱的频率、强度和烈度，旨在为渭河流域干旱事件的时空规律与驱动机制的研究奠定基础。

1研究区概况与资料来源

2研究方法

为分析渭河流域降水的丰枯变化规律和干旱特征，本文选取Mann-Kendall趋势检验法（以下简称M-K法）对降水变化进行趋势性检验，应用频率分析法和差积曲线法获取降水丰枯变化的空间特征[6]，采用游程分析法对连续少水年概率进行统计[7]，最后应用SPI指数对气象干旱特征进行研究。

（1）M-K法。

M-K法是世界气象组织推荐的一种非参数检验方法，广泛用于时间序列的趋势变化研究[8-9]。由于水文序列存在自相关问题，很多学者对M-K法提出了改进，如白化（PW）[10]、去趋势白化（TFPW）[11]等，以此降低自相关性的影响，避免无效假设。本研究中，由于降水序列近似为平稳序列，故可采用一般M-K法。

图1渭河流域典型气象站分布

Fig.1Distribution of meteorological station in Wei River Basin

S=∑n-1i=1 ∑nj=i+1sgn（xi-xj） （1）

其中sgn（xi-xj）为符号函数。

sgn（θ）=1xi-xj0

0xi-xj=0

当n≥10时，统计量s近似服从正态分布，，其正态分布的检验统计量Z用下式计算：

Zc=s-1var（s）s0

0s=0

s+1var（s）s0（3）

（2）标准化降水指数SPI。

根据前人的研究成果和生产经验，本文采用标准化降水指标SPI作为气象干旱等级的划分指标[13]（表1）。

从空间分布上看，渭河流域的14个气象站点均表现为下降趋势，其中华家岭、华山较显著，其他站点不显著，这与流域面降水量的检验结果相一致。

4降水丰枯特征分析

通过绘制渭河流域部分气象站年际降水过程线（图4），可发现各气象站存在丰水年和枯水年交替出现的周期性现象，以12～15 a周期较为明显。从华家岭和华山两个降水缩减趋势较为明显的站点过程线看，其下降过程主要集中在1990年以后。图5为部分站点年平均降水量差积曲线，显示差积曲线上升段和下降段持续时间较长，说明站点降水出现连丰或连枯的概率较大。

5气象干旱分析

6结论

（3）渭河流域干旱事件频发，平均每年会有2个月处于中度干旱以上，且1991年以后干旱的频率、强度和烈度都有增加趋势，渭河流域的干旱情势不容乐观。

参考文献（References）：

[7]McKee T B，Doesken N J，Kleist J.The Relationship of Drought Frequency and Duration to Time Scales[A].Paper Presented at 8th Conference on Applied Climatology[C].American Meteorological Society，Anaheim，CA，1993.