基于GIS和Maan-Kendall算法的山东省降水量时空变化研究.pdf

理论研究水利技术监督 年第 期:/基于 和 算法的山东省降水量时空变化研究朱 琳(滨州市水文中心 山东 滨州)摘要:山东省人口密集 水资源供需紧张 基于 年 个气象站点降水资料 采用线性趋势法、突变检验和 空间分析法 由点至面探究该地降水量时空变化特征 结果显示:研究区年降水量以 /趋势呈线性增加 但不显著()省域内降水量变化速率介于 /其中东部和南部呈增加趋势 中西部呈减少趋势 降雨倾向斜率总体自西向东增大 研究结果为区域水资源开发与利用提供参考关键词:空间分析 检验 降水量 山东省中图分类号:文献标识码:文章编号:()收稿日期:作者简介:朱 琳(年)女 助理工程师:降水是维系生态圈层物质转移、能量流动的重要纽带 对生态系统稳定、人居健康具有重要意义 同时作为气候变化背景下最敏感的生态要素 降水模式变化深刻影响全球碳平衡管理以及气候控制计划 当前学者主要采用时间序列分析(趋势检验、突变分析、小波分解)的手段基于站点尺度上解析降水变化特征如倾向斜率、变化周期等 却鲜有涉及空间尺度上降水特征的变异性研究 山东省是北方地区经济核心区和蔬果供应基地 受气候变化与人为干预影响区域水资源开发与循环利用面临严峻压力 然而厘清区域降水量变化空间分布特征是可持续水资源利用的基础 因此 本文利用山东省站点观测降水资料 利用趋势分析、突变结合 空间插值技术 从时间序列变化、空间分布两个维度全面解析该地年降水量时空变化特征 进而为该地为区域水资源管理和气候资源利用提供科学借鉴 研究区与方法 研究区概况山东省位于华北平原向黄渤海延伸带 面积达 万 区域属新华夏系台地缓冲带与前海沉积低地 地势自中南向周边倾斜 形成山地、岗丘、平原地貌 海拔介于 受副亚热带季风和海陆位置影响 形成温度季风气候 具有季候分明、雨热同期的特征 多年平均降水量为 气温介于 有效积温 无霜期 山东是北方能源、钢铁、机械等重工业中心城市之一 经济发达、人口密集(万)然而降水资源相对缺乏是该省经济社会与环境可持续发展的限制因素之一加之 多年来全省年平均气温有增高的趋势 中小型降雨事件减少 加剧了降水年季分布不确定性 如图 所示 数据资料采用由中国气象数据中心提供的山东省 个标准地面观测站点(图)年逐日降雨资料(:/)作为全文分析基础 降水资料预处理方法:对缺测日数为 的数据 采用相邻天数的 年平均降水量补插 对缺测达 以上的资料 利用 年同期的平均降水量替代 该数据清单表明 其质量控制精度优于 缺测日数极少 由图 可见 该站点分布相对均衡 可反映全省年降水量综合情况 数据处理与研究方法采用线性回归法计算降水量变化趋势 年第 期水利技术监督理论研究图 研究区地理位置与气象站点分布图()方法检验计算其突变特征 空间插值方法用于空间分布分析 具体处理过程如下:通过 软件平台 基于全部站点汇总研究区 逐年平均降水量 分别利用 平台的线性分析和 检验得到区域降水量变化斜率与综合突变特征 在站点尺度统计各站点近 年来降水倾向斜率与突变特征基于第步得到的结果 采用 平台的 插值法进行空间可视化 得到研究区 个气象站点及区域尺度上降水量变化趋势和突变特征 结果与分析 山东省降水量倾向趋势特征将全部站点数据逐年汇总生成全省降水量年平均值 进而统计全省降水量倾向趋势特征 可见近 年来山东省境内年降水量波动范围介于 (年)(年)(图)多年平均值达 属半湿润区()期间降水量的变异系数达 为中等变异 表明区域年际间降水量差异性一般 统计分析表明 有/的年份()年内降水量高于平均值 其他大部分年内降水量低于平均水平 从倾向斜率来看 山东省降水量自 年间总体表现出弱增加趋势 变化速率为/其显著性检验值 为 并未达到统计显著水平 说明其降水趋势特征复杂山东省降水结构与乌拉尔山阻塞高压、副热带高压、南亚高压和 经向风场有明显遥相关 受上述气候要素影响 该地降水年际波动性较大 然而 相关研究表明 自 世纪 年代以来鲁西地区年降水量呈减少趋势 这与相关类似地区降水变化的研究结论相似图 研究区年降水量变化趋势 山东省降水量倾向斜率的空间分布特征鉴于研究区降水量空间分布差异的背景特征先基于单一站点统计其倾向斜率 再利用 空间分析对各站点降水变化斜率进行空间插值 可见山东省各地降水变化趋势并不同步 以崂山站观测到的减少趋势最强烈 斜率达 /而台儿庄站的增加趋势最明显 为 /(如图()所示)其中 降水量变化以增加趋势的站点数达 个 呈减少趋势的站点为 个 但其整体趋势以弱增加特征为主(图)经检验()发现 通过显著性检验的站点数仅为 个 而其他 个站点的降水量变化趋势并具有统计显著性图 研究区各站点的年降水量变化斜率及其显著性理论研究水利技术监督 年第 期空间插值分析显示(如图 所示)山东省降水量增加趋势集中于沿黄海东部地区和鲁西局部 其他地区以减少趋势为主 并且变化趋势相对显著的地区位于半岛东部 黄灏等研究也指出 在山东沿海地区和鲁西降水量增加趋势更为显著 这种变化趋势及强度的空间不一致性 可能受海陆位置、地形、东亚大槽的活跃性等因素有关 需指出的是 当东亚大槽偏强且西伯利亚中部气温高于距平时 易给山东东北部地区带来丰富的冬季降水图 研究区年降水量变化斜率及其显著性的空间分布特征 山东省降水量突变特征图 为利用全部站点逐年平均降水量数据得到的山东省降水量突变检验图 可见 值直观描述了年降水量变化强度 表征倾向趋势 图中双曲线在 年交汇 表明该年度前后区域降水量发生较大变化 另通过 检验得到其 值为 表明该突变点具有显著性图 研究区年降水量突变检验 山东省降水量突变检验的空间分布特征在计算各站点突变年份的基础上(如图()所示)利用 空间插值法得到研究区降水量突变特征空间分布 统计显示 突变年分属、年代的站点数依次为、个 需指出的 由于本研究时间域为 年 因此突变时间介于 年的站点发生的突变事件需待进一步验证 由图 可见 山东省各地降水量突变年份不尽一致 突变年份呈自西北向东南减小分布 表明西北部地区降水量的变率更频繁 具有较高气候敏感性图 研究区各站点年降水量突变检验 结语利用时间序列分析与 空间插值相结合的方法 全面解析了近 年来山东省降水量时空变化特征 结论如下:()自 年来 该地降水量总体呈弱增加趋势(/)但空间上变化趋势差异较大 介于 /之间 其中东部和南部整体呈增加趋势为主 中西部呈减少趋势为主()区域降水量在 年发生突变 但空间上各地突变年份相差较大 突变年份呈自西北向东南减小分布 西北部的降水量变率更加敏感 年第 期水利技术监督理论研究()本文将站点尺度降水量时间变化特征扩展至空间尺度 可为研究大尺度地区气候变化规律提供参考 统计数据受站点数量及时间跨度的局限性 研究结论在应用中需要进一步分析参考文献 赵晓妮 黄萌田 庞博.最新发布气候变化:公众摘要.中国气象报().孙琪 周锁铨 康娜 等.基于 的长江中上游降水的空间分析.南京气象学院学报():.胡桂芳 伯忠凯 高理 等.山东冬季降水异常及其与东亚大槽的关系.气象与环境科学 ():.王华 张有菊 刘新彦 等.山东济阳近 年降水变化特征分析.农家参谋():.徐泽华 韩美 张广彩 等.山东降水时空分布变化及其影响因素.水土保持研究 ():.赵双庆 范文 于宁宇.基于小波和 检验的董志塬年降水量分析.河北工程大学学报(自然科学版)():.费龙 邓国荣 张洪岩 等.基于降水 指数的朝鲜降水及旱涝时空特征.自然资源学报 ():.王未 张永勇.黄河流域径流情势区域变化特征分析.水资源与水工程学报 ():.黄灏 赵海坤 杨琳.年山东汛期降水时空分布特征.水土保持研究 ():.周锁铨 薛根元 周丽峰 等.基于 降水空间分析的逐步插值方法.气象学报():.肖瑜 王方圆.基于多层次模糊评价模型的水资源承载力研究.水利技术监督():.(上接第 页)涝泵站、驳坎、排水箱涵在基坑围护结构延伸方向的维度 按照力学分析结果 模型横向边界到结构的边界的距离应大于 倍的结构尺寸 模型下边界到圆砾层 上部边界为地表同时考虑到本模型主要考虑邻近基坑开挖对新塘河排涝泵站、驳坎、排水箱涵的影响 因此模型边界到基坑边的距离要大于 倍的基坑开挖深度因此 模型的尺寸为 三维有限元计算结果汇总见表 表 三维有限元计算结果汇总工况开挖至第二道支撑底开挖至第三道支撑底开挖至坑底完成换撑围护结构位移/泵房位移/出水明渠位移/变配电间位移/排水箱涵位移/驳坎位移/通过三维有限元分析得出 上文提出深基坑围护设计方案可以满足 建筑地基基础设计规范规定要求 严格按照设计提出的施工分块、控制施工时间、控制施工荷载等措施 在围护结构(围护桩、止水帷幕等)施工质量可靠的前提下 不会对新塘河排涝泵站、驳坎及排水箱涵结构的安全产生不利影响 变形总体满足控制要求 尽管如此 考虑到基坑施工过程中的风险因素 围护结构的可靠性和实际施工应遵循“分层、限时”的原则 尽可能减少新塘河排涝泵站、驳坎及排水箱涵结构的风险 结语深基坑围护设计是深基坑施工方案设计中重点部分 设计一套科学合理的深基坑围护方案 对确保深基坑施工安全和质量具有重要作用 尤其是在复杂施工环境下 深基坑围护设计更是重中之重 此次针对新塘河排水箱涵复杂环境下深基坑变形问题 提出了一个围护设计方案 论证了该方案的可行性 结果表明方案切实可行 为临河区域排水箱涵复杂环境下深基坑围护施工提供了可靠的参考依据 为新塘河的发展提供了理论依据 由于基坑维护结果受力分析采用理论数值模拟分析 可能与实际地质情况存在一定偏差 基坑维护施工过着中 应加强施工质量控制 加强地下水位 支护结构位移及周边环境的监测参考文献 何佳楠 石强 吴震宇.考虑各向异性渗流的重力坝深层抗滑稳定分析.水利规划与设计().夏则爱.复杂环境条件下深基坑实施过程风险管控与技术措施.建筑施工 ():.施晨凯.复杂环境下深基坑围护设计施工方法研究.建筑施工 ().余政兴 孙宁.引发某近坝库岸滑坡失稳临界蓄水位研究.水利技术监督().聂建国.复杂环境下深基坑支护设计及施工关键技术应用.山西建筑 ():.熊元林.软土地区基坑开挖变形规律及支护结构参数优化研究.西安科技大学.郎涛.技术在水利防洪堤施工质量控制中的应用.水利技术监督().