景电灌区降水与气温随时间变化特征分析

度，将灌水时间划分为春夏秋冬 ４个灌季，春灌为
０４．０１—０４．１０；夏灌为 ０４．２０—０７．１５；秋灌为 ０７．１５—
０８．３１；冬灌为 １０．２０—１１．３０．
１．３ 研究方法
１．３．１ 线性倾向分析法
线性倾向分析法也称气候倾向率分析法，该方
法常用来分析某一气候变量随时间的变化倾向程
度，该方法采用最小二乘法计算气候要素值与时间
费良军
摘要：为探明景电灌区近年来气候变化规律，深化对灌区气候变化的认识和理解，以甘肃省景 泰县 １９８３—２０１７年的降水及气温日数据为基础，运用线性倾向分析、Ｍａｎｎ－Ｋｅｎｄａｌｌ趋势检验 及 小 波 分 析 等 方 法 ，研 究 了 景 电 灌 区 降 水 与 气 温 不 同 时 间 尺 度 的 变 化 ，并 预 测 了 灌 区 降 水 的 发展趋势，结果表明：近 ３５ａ景电灌区降水量呈缓慢上升趋势，气候倾向率为 ０．３８ｍｍ／ａ，冬 灌降水呈显著上升趋势，其余灌季均呈下降趋势；灌区年降水量变化存在 ７ａ和 １１ａ这 ２个主 要的周期尺 度；灌 区 近 ３５ａ平 均 气 温 和 极 高 气 温 均 呈 显 著 上 升 趋 势，气 候 倾 向 率 分 别 为 ０．０５６，０．０５０℃ ／ａ，而极低气温上升趋势不明显；灌区各灌季平均气温均呈上升趋势．由此看 出 ，景 电 灌 区 气 候 变 化 整 体 呈 暖 湿 化 趋 势 ，灌 季 尺 度 上 ，仅 冬 灌 期 间 呈 现 明 显 的 暖 湿 化 趋 势 ， 其余灌季呈暖干化趋势． 关键词：景电灌区；降水和气温；Ｍａｎｎ－Ｋｅｎｄａｌｌ趋势检验；小波分析；降水预测 中图分类号：Ｓ２７１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７４－８５３０（２０２１）０８－０８３８－０６ Ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４－８５３０．１９．０２０２
收稿日期：２０１９－０８－０５；修回日期：２０１９－１０－２３；网络出版时间：２０２１－０７－０２ 网络出版地址：ｈｔｔｐｓ：／／ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／３２．１８１４．ＴＨ．２０２１０７０２．０９４５．００８．ｈｔｍｌ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１７７９２０５）；甘肃省景泰川电力提灌灌区退（回归）水监测与利用研究项目（ＺＫＧＫ－２０１６－０２３） 第一作者简介：费良军（１９６３—），男，陕西蓝田人，教授，博士生导师（通信作者，ｆｅｉｌｉａｎｇｊｕｎ２００８＠１６３．ｃｏｍ），主要从事节水灌溉和农业水资
Ｍａｎｎ－Ｋｅｎｄａｌｌ检验法（简称 Ｍ－Ｋ检验法）是一
种非参数统 计 检 验 方 法，也 称 无 分 布 检 验，其 优 点
是不遵从 一 定 的 分 布，也 不 受 少 数 异 常 值 的 干 扰， 该方法适用于水文 －气象这一类型变量 的趋 势检 验 以及突变 检 验［８］，能 很 好 反 映 要 素 的 趋 势 变 化，并 且能较为直观地看出趋势变化的显著程度［９］，因此
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｄｅｅｐｅｎｔｈｅｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇｏｆｔｈｅｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅｌａｗｓｉｎＪｉｎｇｄｉａｎＩｒｒｉｇａｔｉｏｎＤｉｓ ｔｒｉｃｔｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ，ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄａｔａｆｒｏｍＪｉｎｇｔａｉＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌＳｔａｔｉｏｎ ｉｎＧａｎｓｕＰｒｏｖｉｎｃｅｆｒｏｍ１９８３ｔｏ２０１７，ｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｉｍｅ ｓｃａｌｅｓｗａｓｓｔｕｄｉｅｄａｎｄｔｈｅａｂｕｎｄａｎｃｅｏｆｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｉｎＪｉｎｇｄｉａｎＩｒｒｉｇａｔｉｏｎＤｉｓｔｒｉｃｔｂｙｕｓｉｎｇｌｉｎｅａｒ ｔｒｅｎｄａｎａｌｙｓｉｓ，Ｍａｎｎ－Ｋｅｎｄａｌｌｔｒｅｎｄｔｅｓｔａｎｄｗａｖｅｌｅｔａｎａｌｙｓｉｓｗｅｒｅｐｒｅｄｉｃｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｓｈｏｗａｓｌｏｗｉｎｃｒｅａｓｅｔｒｅｎｄ，ｔｈｅｃｌｉｍａｔｅｔｅｎｄｅｎｃｙｒａｔｅｉｓ０．３８ｍｍ／ａ，ｔｈｅｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｉｎ ｗｉｎｔｅｒｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｓｈｏｗｓａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｕｐｗａｒｄｔｒｅｎｄａｎｄｔｈｅｏｔｈｅｒｓｓｈｏｗａｄｏｗｎｗａｒｄｔｒｅｎｄ．Ｔｈｅｒｅａｒｅｔｗｏ ｍａｉｎｐｅｒｉｏｄｉｃｓｃａｌｅｓｏｆａｎｎｕａｌｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｃｈａｎｇｅ：７ｙｅａｒｓａｎｄ１１ｙｅａｒｓ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅａｖｅｒａｇｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｅｘｔｒｅｍｅｌｙｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｈｏｗａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｕｐｗａｒｄｔｒｅｎｄ，ａｎｄｔｈｅｃｌｉｍａｔｅｔｅｎｄｅｎｃｙ ｒａｔｅｓａｒｅ０．０５６ａｎｄ０．０５０℃ ／ａ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｂｕｔｔｈｅｔｒｅｎｄｏｆｅｘｔｒｅｍｅｌｙｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｓｎｏｔ
景电灌区 是 中 国 最 大 的 电 力 提 灌 工 程，该 灌 溉工程承担着 ６．５１万 ｈｍ２农 田 的 灌 溉 任 务，农 业 生产在灌区 经 济 发 展 中 占 据 重 要 的 地 位，而 灌 区 地 处 西 北 干 旱 半 干 旱 地 区 ，对 气 候 变 化 较 为 敏 感 ， 使得灌区农 业 生 产 系 统 脆 弱 性 加 大，容 易 受 到 气 候变化的影响［６］．目前对景电灌区水资源相关问题 的研究多集中在节水灌溉以及水资源优化配置等 方 面 ，如 高 秋 燕 ［７］通 过 对 灌 区 用 水 现 状 、节 水 潜 力 分 析 ，预 测 了 灌 区 需 水 量 ，提 出 了 基 于 农 业 节 水 条 件下水资源 优 化 配 置 措 施，但 对 灌 区 气 候 变 化 方 面的研究相 对 较 少，因 此 文 中 对 景 电 灌 区 近 ３５ａ 气温和降水 变 化 规 律 进 行 研 究，并 对 未 来 灌 区 降 水趋势做出 定 性 的 预 测，所 得 结 论 有 助 于 灌 区 管 理部门掌握 灌 区 气 候 变 化 特 征 与 规 律，进 而 制 定 出合理的灌 区 用 水 计 划，对 于 有 效 应 对 气 候 变 化 导致的农业生产及社会经济方面的不利影响具有 重要的指导作用．
采用 Ｍａｎｎ－Ｋｅｎｄａｌｌ法分析景电灌区降水和气温变
化趋势的显著性． 采用 Ｍ－Ｋ检 验 法 对 降 水 和 气 温 进 行 趋 势 检
验，首先对时间序列构造统计量
８４０
排灌机械工程学报
第 ３９卷
ｎ－１ ｎ
Ｓ＝∑ ∑ ｓｇｎ（ｘｊ－ｘｋ）， ｋ＝１ｊ＝ｋ＋１
的线性回归系数，即将气候要素 ｙｔ写成时间 ｔ的函 数，其表达式为
ｙｔ＝ａ０ ＋ａ１ｔ，
（１）
式中：ａ０ 为常数项；ａ１ 为 线 性 回 归 系 数，ａ１×１０表 示
气候倾向率，指气象要素每 １０ａ的变化率，ａ１＞０表
示呈上升趋势，ａ１＜０时表示呈下降趋势．
１．３．２ Ｍａｎｎ－Ｋｅｎｄａｌｌ趋势检验法
Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｗｉｔｈｔｉｍｅｉｎＪｉｎｇｄｉａｎＩｒｒｉｇａｔｉｏｎＤｉｓｔｒｉｃｔ
ＦＥＩＬｉａｎｇｊｕｎ１ ，ＬＩＱｉａｏｌｉ１，ＳＨＩＺｈｏｎｇｘｉｎｇ２，ＬＩＪｉｎｇｓｉ１，ＬＩＵＬｉｈｕａ１
（１．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＥｃｏｌｏｇｉｃａｌＷａｔｅｒＲｅｓｅａｒｃｈｅｓｉｎＮｏｒｔｈｗｅｓｔＡｒｉｄＲｅｇｉｏｎＣｏｓｐｏｎｓｏｒｅｄｂｙＰｒｏｖｉｎｃｅａｎｄＭｉｎｉｓｔｒｙ，Ｘｉ′ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉ ｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ′ａｎ，Ｓｈａａｎｘｉ７１００４８，Ｃｈｉｎａ；２．ＧａｎｓｕＪｉｎｇｔａｉｃｈｕａｎＩｒｒｉｇａｔｉｏｎＭａｎａｇｅｍｅｎｔＢｕｒｅａｕ，Ｊｉｎｇｔａｉ，Ｇａｎｓｕ７３０４００，Ｃｈｉｎａ）
ｗａｖｅｌｅｔａｎａｌｙｓｉｓ；ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ
气候变化问题一直以来受到各国政府、学术界 以及公众的广泛关注．最新研究表明全球变暖是毋 庸置 疑 的 事 实，１８８０—２０１２年，全 球 平 均 地 表 温 度 升高 ０．８５℃，１９５１—２０１２年全球平均地表温度的升 温速率是 １８８０年以来的 ２倍［１－２］．由此可见，全球气 温目前主 要 以 变 暖 为 主 要 特 征，在 气 候 变 暖 趋 势 下，区域水循环将会受到一定的影响［３］．近年来，不 少学者针对气候变暖背景下区域降水时空分布展 开了研究［４］，中国年平均降水量呈现略微上升的趋 势，但不同 地 区 降 水 变 化 特 征 差 异 较 大，研 究 表 明 中国 西 北 地 区 自 ２０世 纪 ９０年 代 以 来，气 温 以 ０６０６℃ ／ａ的速率上升，同时降水也逐渐增多［５］．气 候变化所带来的一系列问题对人类生存以及社会 经济造成了严重的影响，尤其对农业生产具有最直 接的影响．
利工程．该地区Байду номын сангаас典型大陆性干旱气候，降水少，风
沙多．近年来 由 于 灌 区 农 业 种 植 结 构 失 调，灌 溉 用
水高峰集中 且 量 大，导 致 灌 区 时 段 性 缺 水 问 题 较
为严重．
１．２ 数据来源与处理
降水和气温日数据均由甘肃省景泰县气象站
提供，序列长度为 １９８３—２０１７年．根据灌区灌溉制
１ 数据和方法
１．１ 研究区概况 本研究区域为甘肃省景电灌区，位于甘肃省中
部地区，东 临 黄 河，北 与 腾 格 里 沙 漠 接 壤，横 跨 甘 肃、内蒙古两省（区）．灌区设计流量 ２８．６ｍ３／ｓ，加大 流量 ３３．０ｍ３／ｓ，建成泵站 ４３座，总装机容量 ２５．９７
万 ｋＷ，总投资 ８．５６亿元，为大（２）型电 力 提 灌 水
２０２１年 ８月 第 ３９卷 第 ８期 Ａｕｇ．２０２１ Ｖｏｌ．３９ Ｎｏ．８
景电灌区降水与气温随时间变化特征分析
费良军１ ，李巧丽１，史中兴２，李静思１，刘利华１
（１．西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室，陕西 西安 ７１００４８；２．甘肃 省景泰川电力提灌管理局，甘肃 景泰 ７３０４００）
费良军，李巧丽，史中兴，等．景电灌区降水与气温随时间变化特征分析［Ｊ］．排灌机械工程学报，２０２１，３９（８）：８３８－８４３，８５０． ＦＥＩＬｉａｎｇｊｕｎ，ＬＩＱｉａｏｌｉ，ＳＨＩＺｈｏｎｇｘｉｎｇ，ｅｔａｌ．ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｗｉｔｈｔｉｍｅｉｎＪｉｎｇｄｉａｎＩｒｒｉｇａ ｔｉｏｎＤｉｓｔｒｉｃｔ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｄｒａｉｎａｇｅａｎｄｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｍａｃｈｉｎｅｒｙｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（ＪＤＩＭＥ），２０２１，３９（８）：８３８－８４３，８５０．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）
源利用研究． 第二作者简介：李巧丽（１９９５—），女，陕西安康人，硕士研究生（９２０８４５４３９＠ｑｑ．ｃｏｍ），主要从事水文水资源与农业水资源利用研究．
第 ８期
费良军，等 景电灌区降水与气温随时间变化特征分析
８３９
ｏｂｖｉｏｕｓ．Ｔｈｅａｖｅｒａｇｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎａｌｌｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｓｅａｓｏｎｓｓｈｏｗａｕｐｗａｒｄｔｒｅｎｄ．Ｉｔｃａｎｂｅｓｅｅｎｔｈａｔｔｈｅ ｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅｉｎＪｉｎｇｄｉａｎＩｒｒｉｇａｔｉｏｎＤｉｓｔｒｉｃｔｓｈｏｗａｗａｒｍ－ｈｕｍｉｄｔｒｅｎｄ．Ｏｎｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｓｅａｓｏｎｓｃａｌｅ， ｗｉｎｔｅｒｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｓｈｏｗｓａｎａｂｖｉｏｕｓｗａｒｍ－ｈｕｍｉｄｔｒｅｎｄ，ｂｕｔｔｈｅｏｔｈｅｒｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｓｅａｓｏｎｓｓｈｏｗａｗａｒｍｉｎｇ ａｎｄｄｒｙｉｎｇｔｒｅｎｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＪｉｎｇｄｉａｎＩｒｒｉｇａｔｉｏｎＤｉｓｔｒｉｃｔ；ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；Ｍａｎｎ－Ｋｅｎｄａｌｌｔｒｅｎｄｔｅｓｔ；