甘肃酒泉盆地主要气象要素变化趋势分析 Trend Analysis of the Meteorological Elements in the Ji-uquan Basin, Gansu

doi:10.12677/JWRR.2012.16080

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Journal of Water Resources Research 水资源研究, 2012, 1, 497-500

http://dx.doi.org/10.12677/jwrr.2012.16080 Published Online December 2012 (http://www.hanspub.org/journal/jwrr.html)

Trend Analysis of the Meteorological Elements in the

Jiuquan Basin, Gansu*

Xian Jia, Bing Shen#, Jianwei Su

Northwest Key Laboratory of Water Resource and Environment Ecology, Ministry of Education, Xi’an University of Technology, Xi’an

Email: jiaxian727@163.com, #shenbing@xaut.edu.cn

Received: Aug. 19th, 2012; revised: Sep. 2nd, 2012; accepted: Sep. 13th, 2012

Abstract: Hydrological data series from 1955-2004 in the Jiuquan basin were used to analyze the trend and

mutation of temperature and precipitation Based on the cumulative anomaly and Mann-Kendall methods. The

results show that the temperature in the Jiuquan basin as a whole is a certain upward trend with a slow

decline between 1955-1985, then there have been a clear upward trend, while the precipitation don’t have

apparent change trend with frequent and large fluctuations.

Keywords: Jiuquan Basin; Cumulative Anomaly; Mann-Kendall; Temperature; Precipitation

甘肃酒泉盆地主要气象要素变化趋势分析*

贾宪，沈冰#，苏建伟

西安理工大学西北水资源与环境生态教育部重点实验室，西安

Email: jiaxian727@163.com, #shenbing@xaut.edu.cn

收稿日期：2012 年8月19 日；修回日期：2012 年9月2日；录用日期：2012 年9月13 日

摘要：根据酒泉地面气象站1955~2004 年历年逐月平均气温和逐月降水量资料，运用累积距平方法

和Mann-Kendall 方法进行酒泉盆地 50a 来气温和降水趋势和突变的分析。结果表明：酒泉盆地气温整

体上呈一定的上升趋势，1955~1985 年为缓慢的下降，1985 年后出现了明显的上升趋势，而降水没有

任何明显的趋势变化，波动较大且频繁。

关键词：酒泉盆地；累积距平；Mann-Kendall；气温；降水

1. 引言

气候变化及其影响是当今世界上广泛关注的热

点问题。观测资料表明：全球平均气温在 20 世纪约

升高 0.6℃，综合多模式多排放的预估结果表明，到

21 世纪末，全球地表平均增温 1.1℃~6.4℃。气候变

化将改变全球水文循环的现状，引起水资源在时空上

的重新分配，并对降水、蒸发、径流、土壤湿度等造

成直接影响[1,2]。全球的气候变化已经引起了世界各国

的注意，联合国每年举行的气候变化大会的宗旨就是

在全人类的共同努力下解决气候变化所产生的问题，

因此认清气候变化的趋势对于水文水资源的合理开

发利用就有着深远的意义。

2. 酒泉盆地概况

酒泉盆地位于我国西北地区甘肃省河西走廊中

段，黑河干流中游区，是我国西北干旱内陆河流域的

典型山前倾斜自流盆地之一。该盆地西起嘉峪关大断

*基金项目：国家自然科学基金重点项目(50939004)。

#通讯作者。

作者简介：贾宪(1987-)，男，黑龙江省七台河市人，硕士生，研究

方向：干旱水文与雨洪侵蚀。

贾宪，等：甘肃酒泉盆地主要气象要素变化趋势分析

第1卷 · 第6期

层，东至高台–南华基底隆起区地下水汇水线与张掖

盆地衔接，南、北介于祁连山和金塔南山、合黎山之

间，呈南东–北西向展开[3,4]，地处东经 98˚21′19″~

99˚19′6″、北纬39˚10′9″~39˚59′7″之间，总面积 3407.9

km2，行政上隶属于甘肃省酒泉市。酒泉盆地海拔

1350~1500 m，南部是祁连山山前倾斜平原的一部分，

海拔略高，约为1500~1800 m，向东北渐次降低，到

夹子山北侧为1340 m 左右。

酒泉盆地属于半沙漠干旱气候，其特点是气候干

旱降水少，蒸发强烈日照长，冬冷夏热温差大，秋凉

春旱多风沙。根据酒泉气象站 1955~2004 年气象统计

资料，盆地内多年平均降水量为83.18 mm，多年平均

气温为 7.42℃。区内年平均蒸发量2149~2539 mm，

干旱指数达 20 以上，全年日照时间长，平均 3033~3193

h，冻土极值深度 132~141 cm[5](见表1)。

3. 研究方法

3.1. 累积距平法

累积距平法是一种常用的、由曲线直观判断变化

趋势的方法。对于序列X，其某一时刻t的累积距平

表示为：



ˆt





，，其中



1, 2,,tn

n





将n个时刻的累积距平值全部算出，即可绘出累

积距平曲线进行变化趋势分析。累积距平曲线若呈上

升趋势，表示距平值增加，若呈下降趋势则表示距平

值减小。

3.2. Mann-Kendall法

Mann-Kendall 法是一种非参数统计检验方法[6]。

非参数检验方法也称之为无分布检验，其优点是不需

要样本遵从一定的分布，也不受少数异常值的干扰，

更适用于类型变量和顺序变量，计算也比较简便。因

为最初是由 Mann和Kendall 提出了原理并发展了这

一方法，所以称其为Mann-Kendall 法。但是，当时这

一方法仅仅用于检测序列的变化趋势，后来经其他人

进一步完善和改进，才形成目前的计算格式。

对于具有 n个样本量的时间序列 X，构成一秩序

列：







，





2, 3,,kn，其中 1

r





否则





1, 2,,ji。

可见，秩序列 Sk是第 i时刻数值大于 j时刻数值

的个数的累计数。在时间序列随机独立的假定下，定

义统计量：



UF Var S















1, 2,,kn

其中 10UF



，，是累计数的均值和方

差，在相互独立的且具有相同连续分布时，可由下式

算出：



Var k













 

12 5

nn n

Var 



UFi为标准正态分布，它是按时间序列 X顺序 x1，

x2，…，xn计算出的统计量序列，给定显著性水平 a，

查正太分布表，若 UFi > Ua，则表明序列存在明显的

趋势变化。按照时间序列 X的逆序 xn，xn–1，…，x1，

再重复上述过程，同时使 UBk = –UFk，k = n，n–1，

…，

1，UB = 0。这一方法的优点在于不仅计算简便，而且

可以明确突变开始的时间，并指出突变区域。因此是

种常用的突变检测方法。其计算步骤及结果说明：一

Table 1. Multi-year average meteorological elements in the Jiuquan and its adjacent areas

表1. 酒泉及其毗邻地区多年平均主要气象要素统计表

气温℃

地区

年均极高极低

降水量 mm/a 蒸发量 mm/a 大风日数(d) 沙尘暴日数(d)

酒泉 6.9 38.4 –31.6 117.5 2148.8 25.1 14.7

肃南 6.5 37.2 –32.6 236.9 1664.4 23.0 15.1

高台 7.6 39.1 –28.0 113.4 2341.0 21.7 13.1

金塔 8.0 38.2 –28.5 67.5 1909.9 40.0 27.0

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第1卷 · 第6期

1) 计算顺序时间序列的秩序列，按公式



UF Var S









计算 UFk。

2) 计算逆序时间序列的秩序列，也按公式



UF Var S









计算 UBk。

3) 给定显著性水平，例如 a = 0.05，那么临界值

U = ±1.96。

将UFk和UBk两个统计量序列曲线和±1.96 两条

直线均绘制在一张图上。若UBk或UFk的值大于 0，

则表明序列呈上升趋势，小于 0则表示序列呈下降趋

势。当它们超过临界直线时，表明上升或下降趋势显

著。超过临界线的范围确定为出现突变的时间区域。

如果 UFk和UBk两条曲线出现交点，且交点在临界线

之间，那么交点对应的时刻便是突变开始的时间。

4. 结果与分析

4.1. 酒泉盆地气温变化趋势分析

根据酒泉盆地1955~2004 年的年平均气温资料，

采用累积距平原理和 Mann-Kendall 原理分析该区域

在这 50 年时间里的气温变化趋势(见图 1、2)。

从酒泉盆地年平均气温累积距平曲线可以看出，

从1955 年到 1985 年，在这期间年平均气温整体是一

个下降的趋势，其中最低年平均气温是 1967 年的 5.8

℃，而且由酒泉盆地年平均气温M-K 曲线中的 UF 曲

线可以发现，这期间气温变化波动不是很显著，说明

在这 30 年时间里气温缓慢的下降，但是自 1985 年开

始气温逐渐回升，UF 和UB 值均超过临界值且有交

点，说明酒泉盆地年平均气温自 1985 年后出现了显

著的增加，并且这一现象属于突变现象，突变点是

1996 年，其中最高年平均气温出现在1998 年，为 8.9

℃。

4.2. 酒泉盆地降水变化趋势分析

根据 1955~2004 年的酒泉盆地降水资料可绘出该

区域的降水累积距平曲线和降水M-K 曲线。酒泉盆

地的年降水量在这 50 年里出现了三个峰值，分别是

1964 年，年降水量 157.9 mm，1979 年，年降水量 165.6

mm，1993 年，年降水量147.4 mm(见图 3、4)。

Figure 1. Average temperature cumulative anomaly curve in the

Jiuquan basin

图1. 酒泉盆地年平均气温累积距平曲线图

Figure 2. Annual average temperature of M-K curve in the Jiu-

quan basin

图2. 酒泉盆地年平均气温 M-K 曲线图

Figure 3. Precipitation accumulative anomaly curve in the Jiuquan

basin

图3. 酒泉盆地降水累积距平曲线图

Figure 4. The M-K test curve of precipitation in the Jiuquan basin

图4. 酒泉盆地降水 M-K 曲线图

根据累积距平曲线图分析得到，在1955~1963 年

为下降趋势，1963~1983 年为升高趋势，降水增加趋

势明显，而从1983~2004 年降水整体趋势减少，其间

波动频繁，同时由M-K 曲线分析得到，50 年的时间

贾宪，等：甘肃酒泉盆地主要气象要素变化趋势分析

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里酒泉盆地年降水量整体变化趋势不是十分明显，只

有1984 年的UF 值勉强达到临界值，也就是说 1984

年左右降水增加的趋势相对比较显著，这点也与累积

距平曲线反映的情况相吻合。最大降水量年份是 1979

年，降水量 165.6 mm，最小降水量年份是1956 年，

降水量仅有 36 mm。

5. 结论

1) 对于酒泉盆地的气温变化趋势而言，根据

1955~2004 年的年平均气温资料表明，在这 50 年的时

间里，酒泉盆地的气温整体上呈不明显的上升趋势，

但分阶段而言，从 1955~1985 年有微弱的下降趋势，

但自 1985 年开始则呈现的是显著的上升趋势，并且

这一上升趋势属于突变现象，其突变时间是 1996 年。

2) 对于酒泉盆地的降水变化趋势而言，从1955~

2004 年的年降水量资料来看，酒泉盆地的降水在这

50 年的时间里没有任何明显的趋势变化，但局部变化

明显，说明这期间降水变化波动大且频繁。

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