长江流域降水多年变化特征分析
第44卷第15期2013年8月
文章编号：1001－4179（2013）15－0011－03
人民长江Yangtze River Vol．44，No．15Aug．，2013
长江流域降水多年变化特征分析
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李春龙，张方伟，訾
12
丽，严复海
（1．长江水利委员会水文局，湖北武汉430010；2．河南省商城县水利局，河南商城465350）
摘要：利用1951～2005年长江流域174个气象站的日雨量资料，通过气候趋势系数法、气候倾向率法分析了长江流域各区域多年降雨变化趋势，并进一步采用Mann －Kendall 秩相关检验方法分析了趋势的显著性。结1951～2005年长江上游降水量呈显著减少趋势，果表明，其他区域的降水变化趋势不显著；长江上游汛期降雨呈显著减少趋势，其他区域则为不显著增加趋势；长江流域各区域枯季降雨量均呈不显著的减少趋势。关
键
词：气候变化；降水；气候趋势系数；长江流域
文献标志码：A
中图法分类号：TV125
近百年来，以全球变暖为主要特征的全球气候变
化对人类的生存和社会经济的发展造成了重要影响，
［1－4］
。长江流域是我国水资源最引起社会各方面重视
丰富的流域之一，在全球气候变暖背景下，长江流域降
水量的变化趋势是学者们较为关心的议题。本文以历史降水数据为依据，综合应用趋势系数分析、气候倾向M －K 秩相关检验法等分析手段，率分析、对长江流域降水量多年变化特征进行了研究。
图1
长江流域气象站（174雨量站）空间分布
1数据资料
22．1
分析方法
气候趋势系数分析
时间序列的确定性成分描述了序列的趋势性，降
本文所用降水历史观测数据来源于中国气象局地
面气象资料数据集，站点数为174站（见图1），这些站资料时间范点分布在长江干流大通水文站以上地区，
围为1951～2005年。原始资料为逐日平均观测值，少数气象站存在缺报（缺测）现象。
鉴于所收集资料的有限性，仅将长江流域分为5个大区进行历史气候变化分析，即长江流域（大通站以上区域，下同）、长江上游（宜昌站以上区域）、长江中下游（宜昌－大通区域）、长江中游（宜昌－汉口区域）和长江下游（汉口－大通区域），采用算术平均法计算上述5个区域的日面平均降水量
。
收稿日期：2013－06－10
水趋势系数可以用于表示长期降水的变化方向和程度，计算式为
［（X i Σi =1
n
珔－X ）（i －珋t ）］
r xt =
珔n 为时间序列号；X 为序列值；X t =式中，为序列均值；珋（n +1）/2；结果r xt 的正负可以反映计算时段内线性的增减趋势。
（X i Σi =1
（1）
珔－X ）2Σ（i －珋t ）2
i =1
“长江流域山洪致灾临界雨强拟定及预警技术”（201201063）基金项目：水利部公益性行业专项经费项目
作者简介：李春龙，男，高级工程师，主要从事防汛降雨预报工作。E －mail ：licl@cjh．com．cn
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人民长江2013年
2．2气候倾向率
以降水倾向率为例，该数据是时间序列随时间一元线性回归方程的斜率，表征时间序列的平均趋势变化率
［1］
，即
^x
i =α0+α1t （2）
式中，αδx
1=r xt
δ；δx
是序列值的均方差；δt 为数列1，2，t …，n 的均方差。一般降水倾向率用10a 平均的增减趋势表示，线性回归法是目前趋势性分析中最简便的方法，该法在一定程度上表征了时间序列是否具有递增或递减的平均趋势变化率，但不足以判别序列趋势性变化是否显著。
2．3趋势性检验
仅基于气候倾向率难以说明时间序列趋势性变化是否显著，为此可采用Mann －Kendall 秩次相关检验
方法进一步分析时间序列的趋势性变化是否显著［2］。该方法是一种非参数统计检验法，不需要样本服从一
定的分布，且不受少数异常值的干扰。
3降水多年变化分析3．1
年降水量多年变化
分别统计1951～2005年长江流域各气象站年降水量，然后采用算术平均法计算长江流域及其分区1951～2005年的逐年降水量。基于不同区域平均降水量序列，分别进行时间趋势变化特征分析（其中，长江流域降水量变化及长江上游降水量变化分别见图2、图3），并对其气候倾向率和变化趋势的显著性等进行检验，
结果参见表1。表1
1951～2005年年降水量变化统计
项目倾向率/
［mm ·（10a ）
－1
］
R 2M 值是否显著长江流域－10．00．0270－1．125不显著长江上游－19．30．1862－2．880显著长江中游－2．90．0016－0．312不显著长江中下游－5．40．0036－0．341不显著长江下游
5．9
0．0018
0．559
不显著
注：M 值为Menn －Kendall 统计值，M 值在95%的信度范围（－1．96，1．96）为不显著，否则为显著，下同。
由图表可知，长江流域在1951～2005年期间的年
降水量总体上呈减少趋势，但递减趋势不显著（未通过显著性检验，下同），平均递减率为10mm /10a 。从图2分析，长江流域的降水量5a 滑动平均线在20世纪50年代高于多年均值，且在波动中呈减少趋势；20世纪60～80年代在多年均值线附近波动；90
年代呈
图2
全流域年平均降水量变化及其5a
滑动平均过程
图3长江上游年平均降水量变化及其5a 滑动平均过程
现明显增加趋势；21世纪初呈减少趋势。
长江上游在1951～2005年期间，年降水量总体上呈显著减少趋势，每10a 平均约减少19．3mm 。从图3分析可知，长江上游5a 滑动平均降水量在20世纪50年代高于多年均值，且呈波动减少趋势；60年代在波动变化中先增加后减少；70年代后基本在均值以下波动变化。
长江中游、长江中下游、长江下游的降雨变化趋势均不显著。
3．2汛期降水量多年变化
长江流域及其分区的1951～2005年汛期平均降水量变化趋势的相关检验结果见表2。
表2
1951～2005年汛期降水量变化及趋势检验
区域倾向率/－1
2［mm ·（10a ）
］
R M 值是否显著长江流域－7．20．0214－0．86不显著长江上游－15．30．1421－2．53显著长江中游2．50．00130．600不显著长江中下游1．40．00030．460不显著长江下游
4．6
0．0017
0．428
不显著
由表2可知，长江流域汛期平均降水量在1951～2005年期间总体上呈减少趋势，但减少趋势不显著，其5a 滑动平均值在20世纪50年代高于多年均值且呈减少趋势；60～80年代大多在多年均值以下波动；90年代移至均值之上波动；21世纪初又波动至均值之
第15期李春龙，等：长江流域降水多年变化特征分析13
下，呈减少趋势。
长江上游汛期降水量呈显著减少趋势，递减率平
均为15．3mm /10a，其5a 滑动平均值在20世纪50年60年代在均值之代位于均值之上且呈明显减少趋势，
70～90年代基本在均值以下波动，21世纪初上波动，
呈减少趋势。
长江中游汛期降水量总体上呈不明显的增加趋势，其5a 滑动平均值在20世纪50年代低于均值，且呈减少趋势；60年代在均值以下波动，且呈增加趋势；70～80年代高于均值波动；90年代由均值以下呈增加趋势波动至均值之上；21世纪初呈减少趋势波动至均值之下。
长江中下游汛期降水量呈不明显的增加趋势，其5a 滑动平均值变化趋势同长江中游基本相似。长江下游汛期降水量呈不明显增加趋势，其5a 滑动平均值在20世纪50年代高于均值但呈减少趋势；60年代在均值以下波动；70年代前期在均值以上
后期至80年代大多位于均值之下波动；90年代波动，
明显增加至均值之上；21世纪波动至均值之下且呈减少趋势。
代前期位于均值附近波动；70年代后期至80年代在均值以下波动；90年代由均值以下变化至均值之上；21世纪初又在均值以下波动。
长江中游枯期降水量呈减少趋势，但减少趋势不其5a 滑动平均值在20世纪50～60年代在均显著，
值之上波动；70～80年代位于均值以下呈增加趋势波动；90年代前期以增加趋势波动至均值之上，之后又呈减少趋势。
长江中下游枯期降水量呈不明显的减少趋势，其5a 滑动平均值变化趋势与长江中游相似。
长江下游枯期降水量呈不明显增加趋势，其5a 滑动平均在20世纪50年代在均值之上呈减少趋势；60～80年代大多位于均值之下波动；90年代前期位于均值之上波动；90年代后期之后又呈波动增加趋势。
4结论与讨论
（1）在1951～2005年期间的年平均降水量变化
长江全流域、长江上游、长江中游和长江趋势分析中，
中下游地区的年平均降水量总体上呈递减趋势，仅长
其他均不明显；长江下游呈江上游地区减少趋势显著，
不显著的递增变化趋势。
（2）长江全流域、长江上游地区的汛期降水量随时间呈减少趋势，其中，长江上游减少趋势显著，长江中游、中下游和长江下游地区的降水量呈不显著的增加趋势。
（3）长江流域各区域枯季降水量随时间均呈减少趋势，但均不显著。参考文献：
［1］朱厚华，．人秦大庸，周祖昊，等．黄河流域降水演变规律研究［J ］
2005，27（11）：17－20．民黄河，
［2］张建云，王国庆．气候变化对水文水资源影响研究［M ］．北京：科
2007．学出版社，
［3］丁一汇．中国气候变化———科学、．北影响、适应及对策研究［M ］
2009．京：中国环境科学出版社，
［4］秦大河．气候变化：区域应对与防灾减灾［M ］．北京：科学出版社，
2009．
（编辑：郑毅）
3．3枯期降水量多年变化
长江流域及其分区在1951～2005年期间枯期降
水量变化趋势检验结果见表3。
表3
区域长江流域长江上游长江中游长江中下游长江下游
1951～2005年枯期降水量变化及趋势检验
倾向率/［mm ·（10a ）
－1．5－3．6－6．5－5．82．4
R 20．00380．08080．02780．01550．0012
M 值－0．70－1．95－1．34－1．14－0．30
是否显著不显著不显著不显著不显著不显著
－1
］
长江流域枯期降水量在1951～2005年期间总体
其5a 滑动平均值在20世纪上呈不明显的减少趋势，
50～70年代由均值之上缓幅波动至均值之下；80年代
前期呈减少趋势明显，后期则增加明显；90年代后位于均值之上呈幅度渐小的波动。
长江上游枯期降水量在1951～2005年期间总体上呈减少趋势，但趋势不显著，其5a 滑动平均值在20世纪50年代在均值之上呈减少趋势波动；60～70年櫚櫚櫚櫚毎
（下转第18页）
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櫚櫚櫚櫚毎
保护长江开发长江为子孙后代留下一条健康的长江
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人民长江2013年
4结论
关系曲线发生局部变形。
（5）水位流量关系多年平均轴线又因河道逐年冲刷下切（主要受水库拦沙影响）、采砂、荆江截弯等的
近2m ；沙市站次影响而变化。宜昌站枯水下降最大，
为1．45m ；枝城站相对较小，为1．35m 。可见，人之，
类活动对水位流量关系的影响是较深远的。
（6）宜昌至枝城段和枝城至沙市段水位落差、比降呈现出相反的变化规律。其中，宜昌至枝城段水位落差或比降随流量增加而增加，枝城至沙市段则随流量增加而减小。三峡蓄水前后，宜昌至枝城段水位落枝城至沙市则增加，但洪水期差或比降在枯水期减小，
均趋于稳定。这一相反的变化规律，也将导致两个河段洪、枯水水力特性的重大变化。
（编辑：李慧）
（1）近坝段各站水位流量关系受多种因素的综合
测站控制为长河槽控制，其控制河长的长度随流影响，
量大小变化。
（2）水位流量关系轴线受下游支流和河槽壅水影响而摆动。
（3）在各年度水位流量关系轴线控制下，洪水涨落率的影响是主要因素，使水位流量关系呈逆时针绳套变化，但绳套的套幅并不大，一般在稳定流（可认为当洪水涨落是绳套的中心线）流量±4%范围内变化，水急剧时可达10%以上。
（4）清江来水、葛洲坝水库调节（错峰、冲沙等），对宜昌水位流量关系的影响是短暂的，仅使水位流量
Analysis of water level －discharge relationship variation of
Yichang to Shashi reach and its influential factors
TANG Qingxia ，YAN Jinbo ，ZOU Tao
（Hydrology and Water Resources Survey Bureau of the Three Gorges ，Changjiang Water Resources Commission ，Yichang 443000，China ）Abstract ：
Influenced by multiple factors ，the water level －discharge relationship of middle Yangtze River is complicated and
irregular．Several factors that influence the water level －discharge relationship are studied ，including flood fluctuation rate ，back-water effects and reservoir operation ，etc．．According to the measured data ，the water level －discharge relationship of Yichang Station ，Zhicheng Station and Shashi Station are analyzed and the trend of water level decrease along the waterway and the varia-tion laws of gradient are discussed．The results show that the flood fluctuation rate is the main influential factor for the water level －discharge relationship of the 3stations ，the backwater effects and reservoir operation influence partly．The variation laws of wa-ter level and gradient from Yichang to Zhicheng reach is the opposite of that from Zhicheng to Shashi reach．The results can be referred for hydrological forecast ，hydrological data compilation ，hydrological analysis and calculation ，riverbed evolution analy-sis．Key words ：
water level －discharge relationship ；fluctuation rate ；riverbed evolution ；backwater ；reservoir operation
櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅
（上接第13页）
Analysis on variation features of multi －years precipitation in Yangtze River Basin
LI Chunlong 1，ZHANG Fangwei 1，ZI Li 1，YAN Fuhai 2
（1．Bureau of Hydrology ，Changjiang Water Resources Commission ，Wuhan 430010，China ；vancy Bureau of Henan Province ，Shangcheng 465350，China ）Abstract ：
By precipitation data from 173meteorological stations during 1951to 2005in Yangtze River Basin ，the precipitation
trend of several main areas in the basin are analyzed by climate trend coefficient method ，climate tendency rate method ，and the significance of the trends are further tested by rank correlation method of Mann －Kendall．The results indicate that ，the precipita-tion in the area of upstream Yangtze River Basin shows a significant decrease trend ，while the precipitation variation in other areas the precipitation in the area of upstream Yangtze River Basin decreases significantly while in other is not notable ；in flood season ，
areas the precipitation shows a little upward trend in dry season．It is discovered that the precipitation of all the areas in Yangtze River Basin have a slight downward trend．Key words ：
climate change ；precipitation ；climate trend coefficient ；Yangtze River Basin
2．Shangcheng County Water Conser-