当前世界环境

介绍

在过去的几十年里，由于气候变化¹降雨模式的变化对粮食生产和可用淡水的保护引起了人们的广泛关注。²降水(包括季风降水)在中亚有上升趋势，而在南亚则有减少趋势。¹印度气候的主要特征是季风性降雨，这一点得到了一些研究的充分支持。^{3 - 6}印度主要地区在季风期间面临降水减少，气候变化也给印度的水资源带来了巨大压力，导致了大范围和区域范围的分析。旁遮普省是该国的粮仓，据许多研究报告，由于集约化农业，旁遮普省也面临严重的水资源压力。^7-32

本研究利用统计非参数检验——修正Mann-Kendall (MK)检验和Sen 's斜率，分析了印度旁遮普省102年(1901 - 2002)降水趋势的变化，目的是检验1901 - 2002年的降水趋势。旁遮普17个地区的降雨趋势分析将有助于规划者了解该地区最近的气候变化情况。

研究区域

研究区域为旁遮普，位于(图1)北纬29.30°- 32.32°和东经73.55°- 76.50°之间，面积为50,362平方公里。公里。它由印度-恒河平原组成，西面与巴基斯坦接壤，周围是查谟和克什米尔、喜马偕尔邦、哈里亚纳邦和拉贾斯坦邦。旁遮普是一个以农业为主的邦，农作物主要种植水稻、小麦、大豆、棉花和甘蔗。目前，旁遮普邦有20个地区，受益于一些河流，即Sutlej, Beas, Ravi和Ghaggar。

旁遮普的气候是典型的亚热带气候，冬季从0°C到夏季47°C，年平均降雨量在58到96厘米之间。约80%的雨量是在季风季节(六月至九月)录得;三月至五月为季风前季节，十月及十一月为季风后季节，十二月至二月为冬季。

图一:17个地区的研究范围 点击此处查看图

材料与方法

旁遮普邦17个地区1901 - 2002年的月降雨量数据，采用0.5度经纬度网格插值³³可在http://www.indiawaterportal.org/metdata上找到，已用于本研究。来自7个不同来源的原始台站数据使用全球历史气候学网络(GHCN)方法的修正版本进行了校正。对季风前(4 - 6月)、季风期(7 - 9月)、季风期后(10 - 11月)和冬季(12 - 3月)的降雨量进行了季节分析。

利用Sen估计量确定了季节和年度序列的趋势幅度³⁴采用修正Mann-Kendall (MMK)检验分析时间序列趋势的统计学显著性。³⁵

用于确定时间序列中趋势的大小³⁴已被广泛用于确定水文气象时间序列的趋势大小。^{36 - 37}在这种方法中，斜率(T_我)首先计算所有数据对的

x_j和x_k分别为时刻j和k (j>k)的数据值。这N个T值的中位数_我是斜率的森估计量，计算为

β值为正值表明时间序列呈上升(增加)趋势，负值表明时间序列呈下降(减少)趋势。

为了确定温度、降水、河流流量等水文气候变量在气候变化中是否存在统计上显著的趋势，许多研究者采用了非参数Mann-Kendall (MK)检验。^38-40MK方法搜索时间序列中的趋势，而不指定趋势是线性的还是非线性的。本研究还采用了MK检验。MK检验检验无趋势的零假设与存在增加或减少趋势的备择假设。由于样本量大(n≥50)，趋势斜率大(> 0.01)，未对数据序列进行预白化处理。⁴¹

统计量S定义为⁴²

其中N为数据点数。假设(x_j- x_我) = θ，值胡志明市(θ)计算公式如下:

该统计数据表示所有考虑的差异的正差异数减去负差异数。对于大样本(N>10)，使用正态分布进行检验⁴³其均值和方差如下:

其中n是平手组(比较值之间的零差异)的数量，t_k数据点的个数是k平局组。标准正态偏差(z统计量)然后计算为⁴⁴：

如果计算出的值 "， z "， > z_{α/ 2}，零假设(H_o)在双侧检验的显著性水平上被拒绝。在此分析中，零假设在95%置信水平上进行了检验。

使用MMK检验进行趋势分析

在这种方法中，从数据集中去除所有显著自相关系数的影响。⁴⁵为此，使用S的修正方差Var(S)*表示如下:

式中n* =有效样本量。n/n*比值直接由Hamed和Rao提出的方程计算得到⁴⁵作为

其中n =实际观测值，r_我= lag-i时间序列第I级显著自相关系数。一旦从Eq.(8)中计算出Var(S) *，则将其替换Eq.(7)中的Var(S)。最后，对Mann-Kendall Z进行趋势显著性检验，将其与阈值水平进行比较，即10%显著性水平为1.645,5%显著性水平为1.96,1%显著性水平为2.33。

结果与讨论

降雨的时空分布

表1显示了旁遮普不同地区年平均降雨量、年平均降雨量和年降雨量变异系数的降雨特征。从表1可以明显看出，Gurdaspur地区的年平均降雨量最大(639.9毫米)，而Muktsar地区的年平均降雨量最小(302.5毫米)。季风降雨的贡献从77.5%(阿姆利则)到83.1% (Fatehgarh Sahib和Patiala)不等。年降雨量的变异系数(CV)从24%(帕蒂拉和鲁普那加尔)到32%(阿姆利则)不等。

表1:平均值的季节分布 旁遮普邦不同地区的降雨量 点击这里查看表格

变异系数

表2显示了旁遮普邦所有地区降雨分布的百分比变化，表明所有地区在年度、季风前、季风和季风后季节以及7个地区在冬季都有正变化。Kumar等人(2010)在旁遮普也获得了类似的结果。⁴⁶但Chhabra等人(2014)观察到印度北部出现了负面趋势。

降雨趋势

表2给出了使用Sen 's估计器确定的年和季降雨量趋势的大小。降雨量变化趋势表明，所有地区的年和季节降雨量(阿姆利则、法特加尔萨希布、古尔达斯普尔、霍希尔普尔、贾朗达尔、卡普尔塔拉、卢迪亚纳、莫加、纳万沙尔、帕蒂亚拉和鲁普纳加尔的冬季除外)都有所增加，但趋势幅度因地区而异。不同地区的年降雨量增加幅度在1.459 mm/年(阿姆利则地区)至0.824 mm/年(慕克则地区)之间，总体平均为1.164 mm/年。此外，总的来说，西北部地区的增加幅度较大，西南部地区的增加幅度最小，这意味着该州的降雨变异性未来可能会增加。

从表2中可以看出，所有地区的季风前、季风后和季风后降雨量都有所增加，一些地区(巴蒂达、法里德科特、费罗兹普尔、曼萨、穆克查尔和桑格鲁)的冬季降雨量也有所增加。在季风季节，阿姆利则地区的增幅最大，约为1.223 mm/年，慕克则地区的增幅最小，约为0.632 mm/年。各区年降水量和季风雨降水量的趋势方向一致，这可能是因为季风雨对年降水量的贡献最大。冬季降水减少趋势为-0.040 mm/年(鲁普纳加尔)~ -0.003 mm/年(莫加)。

修正Mann-Kendall (MMK) z检验(10%、5%和1%显著性水平)适用于不同地区的年和季节降雨量。在10%和5%水平的年降雨量和季节降雨量在所有地区均不显著。1%水平下MMK z检验结果如表3所示，表明大部分地区的年、季前、季降水趋势显著。在研究的17个地区中，只有4个地区(古尔达斯普尔、Hoshiarpur、Nawanshahr和Roopnagar)的年降雨量呈现不显著趋势。季风降雨在9个地区也显示出显著的正趋势，而在8个地区(Fatehgarh Sahib、Gurdaspur、Hoshiarpur、Kapurthala、Muktsar、Nawanshahr、Patiala和Roopnagar)发现了减少趋势。7个地区季风前降水有明显的增加趋势。各地区季风后和冬季降水均不显著。

表2:降雨量变化百分比 在旁遮普的不同地区使用森的斜率 点击这里查看表格

表3:趋势显著性的修正Mann Kendall (MMK) z检验(1%水平)

美国没有	区	年度	Pre-monsoon	季风	帖子季风	冬天
1	阿姆利则	*	NS * *	年代	NS	NS
2	Bhatinda	年代	年代	年代	NS	NS
3.	法利德果德	年代	NS	年代	NS	NS
4	Fatehgarh阁下	年代	NS	NS	NS	NS
5	Firozpur	年代	年代	年代	NS	NS
6	Gurdaspur	NS	年代	NS	NS	NS
7	Hoshiarpur	NS	NS	NS	NS	NS
8	Jalandhar	年代	年代	年代	NS	NS
9	Kapurthala	年代	年代	NS	NS	NS
10	卢迪亚纳	年代	NS	年代	NS	NS
11	Mansa	年代	NS	年代	NS	NS
12	莫卡	年代	年代	年代	NS	NS
13	Muktsar	年代	NS	NS	NS	NS
14	Nawanshahr	NS	NS	NS	NS	NS
15	邦	年代	NS	NS	NS	NS
16	Roopnagar	NS	NS	NS	NS	NS
17	Sangrur	年代	年代	年代	NS	NS

S*=显著，NS**=不显著

结论

对旁遮普邦17个地区的降雨趋势检测分析表明，在年度、季风、季风前和季风后季节，降雨量呈增加趋势。然而，MKK检验表明，仅在年、季风和季风前季节观测到降雨量趋势，其显著性水平为1%。11个地区的冬季降雨量减少。未来，旁遮普邦的降雨变异性可能会增加。在旁遮普省西南部的一些地区，即巴蒂达和莫加，降雨量呈上升趋势，这些地区目前的年降雨量很低。年降雨量和季风雨降雨量分别有11个区和9个区有显著的增加趋势。虽然季风后和冬季的降雨量对所有地区都不显著，但冬季降雨量的任何减少都会导致地下水的开采，用于灌溉拉比作物。

确认

作者感谢国家水文研究所所长的支持和鼓励。

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