上青尼罗河流域降雨时空变率中Mann–Kendall与创新趋势分析的比较评估

《Journal of Hydrology: Regional Studies》:Comparative evaluation of Mann–Kendall and innovative trend analysis for spatiotemporal rainfall variability in the Upper Blue Nile Basin

【字体: 时间:2026年09月08日 来源:Journal of Hydrology: Regional Studies 4.7

编辑推荐:

  位于埃塞俄比亚的上青尼罗河流域(UBNB)是一个关键水文区域,其雨养农业支撑着超过80%的就业,因此评估长期降雨趋势对于水资源管理和粮食安全至关重要。本研究整合了Mann–Kendall(MK)检验、修正Mann–Kendall(mMK)检验、Sen's斜率、

  
位于埃塞俄比亚的上青尼罗河流域(UBNB)是一个关键水文区域,其雨养农业支撑着超过80%的就业,因此评估长期降雨趋势对于水资源管理和粮食安全至关重要。本研究整合了Mann–Kendall(MK)检验、修正Mann–Kendall(mMK)检验、Sen's斜率、创新趋势分析(ITA)和百分比偏差(PBIAS),利用国家气象局记录并辅以CHIRPS数据进行缺口填补,评估了1981—2024年间UBNB内41个站点的年和季节降雨变率。该框架进一步扩展了Pettitt变点检验和序贯Mann-Kendall(SQMK)检验以捕捉趋势演变,并采用Benjamini–Hochberg错误发现率(FDR)检验来评估局部显著站点趋势是否构成真正的流域尺度信号。结果表明,约75%的站点年降雨量呈增加趋势,其中Asendabo(9.22 mm/yr)和Nekemte(7.35 mm/yr)显著增加,而Mota(?4.11 mm/yr)和Debre Tsige(?2.55 mm/yr)显著减少。夏季和秋季降雨呈现主导性增加趋势,而冬季约65%的站点出现广泛下降。ITA持续检测到MK/mMK所忽视的低、中、高降雨区间的细微子趋势,且方法间相关性较强(R2最高达0.8774)。变点分析识别出34%的站点存在显著突变,集中在2002—2005年和2011—2012年;FDR检验确认年和秋季增加为真实的场显著性信号,而广泛的春季增加在多重检验和空间依赖性校正后不再显著。这些发现为流域的气候适应和水资源管理提供了更严格验证的基础。
《Journal of Hydrology: Regional Studies》论文解读:上青尼罗河流域降雨时空变率的多方法比较评估

降雨是驱动水文循环的关键因子,其时空变率直接影响农业生产和水资源安全。随着气候变化,极端降雨事件频发,准确评估长期降雨趋势成为流域管理的基础。上青尼罗河流域(UBNB)是非洲最重要的水文区域之一,雨养农业支撑着超过80%的就业,但以往趋势研究多依赖单一统计方法,既未充分比较不同方法的敏感性,也未考虑趋势随时间的变化以及多站点同步检验可能带来的误判。为此,研究人员整合多种非参数检验方法,系统评估了1981—2024年间UBNB内41个气象站降雨的时空演变。

研究人员利用埃塞俄比亚国家气象局(NMA)的日降雨记录,对缺失数据(<1%)采用CHIRPS卫星降水产品进行插补,在质量控制和自相关诊断基础上,综合应用Mann-Kendall(MK)检验、修正Mann-Kendall(mMK)检验、Sen's斜率、创新趋势分析(ITA)和百分比偏差(PBIAS)评估年与季节趋势;同时扩展了Pettitt变点检验和序贯Mann-Kendall(SQMK)检验以刻画趋势突变与演变过程,并采用Benjamini-Hochberg错误发现率(FDR)检验判断局部显著站点是否能代表真实的流域尺度信号。该研究发表于《Journal of Hydrology: Regional Studies》。

方法方面,研究人员使用NMA 41个站点1981—2024年日降雨资料,CHIRPS仅用于填补缺失以保证序列连续,不参与趋势分析。主要技术包括:自相关函数(ACF)检验滞后1阶序列依赖性;MK与mMK检验单调趋势,后者通过修正方差消除自相关影响;Sen's斜率估计趋势幅度(mm/yr);ITA将序列分为两半并在散点图上比较,以识别低、中、高降雨区间的隐藏子趋势;PBIAS计算后半段相对前半段的偏差;Pettitt检验和SQMK检验识别突变点及趋势起始年份;FDR校正用于场显著性评估。空间插值采用反距离权重(IDW)方法。

结果如下:
3.1 描述性分析:年均降雨量介于905.4 mm(Enewari)至2087.52 mm(Nekemte),平均1318.7 mm。高雨量区位于南部和中部高地,低雨量区位于东部和东北部。变异系数(CV)为7.15%—16.72%,低雨量区域变率更大,且部分站点峰度大于3,表明存在极端降雨事件。
3.2 降雨趋势:综合MK/mMK、Sen's slope、ITA和PBIAS结果,约75%的站点年降雨呈增加趋势,多数季节趋势方向一致。
3.3 年降雨量:显著增加站点包括Asendabo(9.22 mm/yr)和Nekemte(7.35 mm/yr),显著减少站点为Mota(-4.11 mm/yr)和Debre Tsige(-2.55 mm/yr)。空间上西部、南部和北部增加,东部和中部减少。
3.4 冬季(Bega):MK/mMK显示71%站点为负趋势,65%以上站点PBIAS为负,表明冬季普遍变干。显著减少站点如Debre Berhan、Gelegu等;增加仅见于Bahir Dar等少数站点。
3.5 春季(Belg):约78%站点呈增加趋势,但仅7.3%站点(Asendabo、Nekemte、Getema)达到显著水平(α<0.05)。Sen's slope显示多为弱-中等增加,Nekemte增幅最大(2.52 mm/yr)。
3.6 秋季(Meher):约92.5%站点增加,其中17站显著。Asendabo增加最大(ITA斜率3.55 mm/yr,Sen's slope 3.74 mm/yr)。PBIAS也显示后半段降雨偏高。
3.7
相关新闻
生物通微信公众号
微信
新浪微博

热点排行

    今日动态 | 人才市场 | 新技术专栏 | 中国科学人 | 云展台 | BioHot | 云讲堂直播 | 会展中心 | 特价专栏 | 技术快讯 | 免费试用

    版权所有 生物通

    Copyright© eBiotrade.com, All Rights Reserved

    联系信箱:

    粤ICP备09063491号