论文总字数：18839字

目 录

摘要 I

Abstract II

1引言 1

1.1 研究目的和意义 1

1.2 国内外研究现状 1

2 研究区、数据和方法 2

2.1 研究区概况 2

2.2数据处理与分析方法 3

3 结果与分析 4

3.1 气温时间变化特征分析 4

3.1.1 年尺度气温时间变化特征 4

3.1.2 季尺度气温时间变化特征 5

3.2 气温空间变化特征分析 7

3.2.1 年尺度气温空间变化特征 7

3.2.2 季尺度气温空间分布特征 8

3.3 降水的时间变化特征 10

3.3.1 年尺度降水时间变化特征 10

3.3.2 季尺度降水量时间变化特征 11

3.4 降水空间变化特征 13

3.4.1 年尺度降水空间变化特征 13

3.4.2 季尺度降水空间变化特征 14

3.4.3 年尺度降水日数空间变化特征 15

4 结论 16

参考文献 17

致谢 19

汉江上游气候变化特征分析及变异性检验

张海润

, China

Abstract: Based on the data of precipation and temperature between 1961-2013 from 18 stations in the Hanjiang River , the climatic change characteristics of the upper reaches of Hanjiang River were studied by using one-way linear regression analysis, Mann-Kendell mutation test and arcgis spatial analysis. Some findings are list as follows:

The annual average temperature showed a significant growth trend and its mutation occurred between 1996 to 1997.The annual average temperature displayed a increasing scale from northwest to southeast. The average temperature of each season showed an increasing trend,and mutations occurred in spring and winter.The average temperature of the four seasons showed an increasing scale from northwest to southeast.The temperature of year and seasons showed an increasing trend which is more significant in northwest and less significant in southeast,based on Mann-Kendell test.

Annual precipitation showed a not significant growth without significant mutation.Annual precipitation showed a increasing scale from northeast to southwest.The precipitation showed a trend which was decreasing in the northeast and increasing in the east.The days of annual precipitation are decreasing from the southeast to the northwest and its trend was different in the spatial distribution.Precipitation in spring and autumn is decreasing, and precipitation in summer and winter is increasing.Precipitation in both summer and autumn showed a increasing scale from northeast to southwest.Precipitation in spring showed decreasing scale from southeast to northwest.Precipition in winter showed a increasing sacle from west to east.The trend of each season was different in the spatial distribution.Precipitation in spring showed a decreasing trend which was rapid in southeast and slower in northwest. Precipititation in summer was increasing in the east and decreasing in the west.Precipitation in autumn showed a decreasing trend which was rapid in the southwest and slower in the northeast.Precipitation in winter showed a increasing trend from west to east.

Key words:Temperature;Precipitation;Hanjiang River upstream;M-K mutation test;Trend analysis

1引言

1.1 研究目的和意义

IPCC第五次评估报告向全世界宣告，近百年来全球气候确实变暖并且在未来将会继续变暖，从1880年到2012年，全球平均气温大约上升0.58℃，陆地比海洋增温大，高纬度地域比低纬度地域增温多，冬季气温比夏季气温增加明显。近五十年以来全球的降水量变化也有明显的趋势，大约2/3的陆地降水量呈下降趋势，而1/3的陆地降水量趋于上升。气候变化会对水文循环产生明显的影响，如降雨的分布、强度、极值变化，土壤湿度变化以及径流变化 ^[1] 。

我国的气候也趋向于升高。1913年以来，中国范围内的地表平均温度大约上升了0.91℃，最近60年来尤为明显。在此背景下，我国年平均降水量从60年代到90年代呈减少趋势，90年代后逐渐回升，但区域差异较大。汉江是长江最长的支流，其上游长925千米，流域面积9.52万平方千米，主要流经陕西省与湖北省。陕、鄂二省农业发达，对气候变化更为敏感。上游地形起伏且水流速度较大，因此蕴含大量的水能资源，其间建造了多座水电站。位于汉江上游的丹江口水库是南水北调的中线工程，当地气候变化会影响入库径流量，进而影响水库的兴利效益。然而汉江上游多数地方的水土流失情况较为严重，夏季多发生旱灾，商洛、安康、汉中平均受旱率在20%以上。

气候变化将会对当地的社会生产、财产安全、生态环境产生影响，尤其是极端天气将会对社会经济甚至人身安全产生极大的威胁。精确评估该汉江上游地域气温和降水等气候变化特征，可以帮助国家增强应对长期气候变化的能力，提前做好应对措施，减少或避免气候变化造成的损失。

1.2 国内外研究现状

迄今为止研究气温和降水的变化趋势特征的主要方法有：线性回归分析、M-K检验法等多种方法。

Hanse^[2]等的研究进一步证实了近百年来全球变暖的趋势。Karmeshu^[3]等通过M-K分析法对美国东部九个州的气温和降水趋势进行分析。结果表明除宾夕法尼亚和缅因外，所研究的美国东部九州气温均呈增加趋势；，降水除缅因呈减少趋势外，其他地区都呈增加趋势。Chinchorkar^[4]等通过线性回归法对印度中部的气温降水进行趋势分析，并用M-K检验法进行验证。由此得到的结果是，印度中部地区的平均最高气温趋于增加，而雨季的月降雨量呈下降趋势。Hamed^[5]使用M-K趋势检验对水文数据进行趋势分析。 Partal ^[6]使用非参数估计方法（Mann-Kendall和T检验）研究土耳其长期年降雨量的变化趋势。结果显示，主要在土耳其西部和南部以及黑海沿岸的年平均降水量显著减少。Shyamal^[7]等通过分布式水文模型和区域性气候模型分析，预测雅鲁藏布江流域在未来将会有更多的洪水。

   中国学者的研究在不同程度上证明了中国气候变化趋势与全球基本一致。王遵娅^[8]等通过分析气温降水等要素长时间序列及变化趋势，证实我国范围内近50年来气温上升十分鲜明，90年代增温最为明显；降水减少微弱，但夏季降水显著增多。宁亮等先对1961—2003年的日降水进行线性回归分析，然后再对中国年和各个季节的总降水量和各级降水进行趋势分析，发现研究区域年降水总量在中国西北地区、长江中下游地区和华南区域具有明显的增加，在华北地域和四川盆地范围内的降水则明显的减少，西北地区各个季节的降水都是增加的，长江中下游地区的各类降水增加趋势主要集中在夏季和冬季，而华北地区的各类降水在各个季节均呈减少趋势。^[9]

   在区域性气候变化的研究中，赵嘉阳^[10]等通过线性回归、M-K检验等方法分析了福建长汀1965年-2013年的气温降水变化趋势，证明该地区气温呈增温趋势，且变化趋势明显；降水在1961-1989年间趋于减小，90年代初开始增加，2000年后增速减缓。李新新^[11]等采用对新疆昭苏县近气温和降水量的进行研究，并用非参数检验法对变化趋势进行变异性验证。研究显示，昭苏县多年以来来的气温一直呈上升趋势，1989年为增温突变点；降水量在研究时间段内多次长时段呈增加趋势，并且在1969年与1998年为出现了突变，推测昭苏县气候向增温加湿的方向发展。刘光生^[12]等采用了M-K趋势分析法长江黄河源区近45年气候变化特征。经分析表明，该地区近45年来气温显著升高；降水变化不一致，整体呈现增加趋势。朱爱民等采用线性分析和M-K法相结合,对菏泽市1961—2010年的气温、降水量和日照时数的变 化特点进行分析。^[13]由结果结果可知，研究区域气温五十年来呈非常明显的的增温趋势,并在1995年发生了变异；年降水量五十年来的增减趋势不显著，日照时数在过去50a间以100.3/10a的速率呈极显著减少,1981年是突变点。赵福年等^[14]利用线性倾向率和M-K非参数检验及克里金（Kriging）空间插值法，研究石羊河流域气温、降水量等气候要素时空变化特征。结果表明，近50年来年石羊河流域气温增速明显，而且东部地区增温速度大于研究区西部；二十世纪六十年代气温呈降温趋势，其他年代大部分地区呈增加趋势，且这种增温趋势是突变的;各年代及五十年平均降水量在研究区西部地区的增加程度明显高于东部地区。张丽花^[15]等通过趋势分析和M-K检验等方法对山西省的气候变化特征进行分析，得出山西地区气温升高，降水量减少的结论。罗红磊^[16]等对落久水库区域的气温降水进行线性分析，得出结论是当地气温上升，降水量减少。

2 研究区、数据和方法

2.1 研究区概况

汉江是长江最长的支流，发源于陕西省秦岭南麓，全长1577千米，流经陕西、湖北、河南、甘肃、四川五省，流域面积达15.7万平方千米。本文研究区域为汉江上游（图1），上游区域从汉江发源地开始，到湖北丹江口水库为止，全长925千米，流域面积9.52万平方千米，在整个汉江流域中所占比重较大。流域属于北亚热带边缘湿润季风气候区,气候温和、雨量充沛^[17]。其北部的秦岭山脉与干流平行，海拔高度超过2500m；米仓山、大巴山为南部边界，平均海拔2000m。^[18]上游地形以高山、坡地为主，水流湍急，蕴含丰富的水能资源，其间建造了多座水电站，汉江的水质较好，丹江口水库是南水北调中线工程的水源^[19]。

图1 汉江上游各站点分布图

2.2数据处理与分析方法

本文所用数据为汉江上游18个气象站点1961—2013年逐日气温、降水观测数据，并将其整理为年尺度、季节尺度气温、降水观测数据。主要采用线性回归分析^[20-22]、滑动平均法^[23]、M-K检验^[24-26]、arcgis空间插值^[27-29]分析.

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