扎龙湿地降水变化的特征和规律研究

　　降水变化和预测分析中常需要确定降水周期，本文采用功率谱和分析方法提取了扎龙湿地的降水周期。

　　扎龙湿地位于我国黑龙江省西部的松嫩平原，面积约 2100 km2，是我国最大的以鹤类等水禽为主体的珍稀鸟类和湿地生态类型自然保护区。降水以直接或间接的方式为湿地提供补给水源，从而影响湿地的水文过程和生态系统，因此，深入研究和分析扎龙湿地降水变化的特征和规律，将为扎龙湿地生态环境的研究和保护提供科学的依据。

　　1、 数据来源与研究方法

　　1.1 数据来源

　　由于扎龙湿地中心位置位于齐齐哈尔市东南 26 km 处，所以采用齐齐哈尔市气象局及扎龙湿地自动站1951-2008 年降水观测数据进行计算。

　　1.2 回归分析

　　该方法利用数理统计原理建立变量之间的回归关系函数表达式，可以采用最小二乘法建立一元线性方程或一元多次方程来模拟变量的变化趋势，以直线或曲线的形式来反映变量的变化特征。

　　1.3 单位根检验

　　谱图分析是基于平稳序列的分析，因此对时间序列进行谱分析前需要对其平稳性进行检验。单位根检验是检验时序平稳性的一种正式的方法，它包括 DF 检验、ADF 检验、PP 检验。

　　1.4 功率谱分析

　　功率谱分析方法是谱分析方法中的一种，是数字时间序列在不同频率上能量分布特性的表征。此方法以傅立叶变换为基础，并可以通过自相关函数进行间接的计算，因此应用极为广泛，计算步骤如下：

　　（1）自相关系数计算

　　（5）显著性检验通常，平滑后的谱估计最大值对应着主周期，但此周期是否显著，还需要进行显著性检验。检验原理是以样本谱估计值与已知的非周期过程谱估计值作比较，如果两者存在显著差异，则样本存在周期过程，反之，则无周期，包括白噪声检验和红噪声检验。

　　2、 结果分析

　　2.1 回归分析结果

　　为消除偶然因素对降水变量的影响，在 5 次平滑的基础上应用 SAS 软件对数据进行回归分析，结果如图 1 和表 1 所示，从拟和曲线和回归参数可以看出 5 次多项式拟和的效果优于 1 次、2 次和 3 次线性模型，说明扎龙湿地年降水量存在较大的波动，可能存在变化周期，可对其进行进一步的周期分析。

　　2.2 单位根检验结果

　　由于标准化序列计算的谱估计与一般的谱估计结果完全一样，对降水观测数据的离差进行最大值标准化处理。应用 Eviews5 软件对其进行单位根检验，得到 ADF 检验的统计量值为-3.09，小于 0.01 水平下的临界值-2.61，说明是平稳序列；PP 检验的统计量值为-6.91，小于 0.01 水平下的临界值-2.61，序列为平稳序列。

　　2.3 功率谱分析结果

　　2.4 验证

　　为验证功率谱分析方法提取周期的准确性，采用极大熵谱分析计算扎龙湿地年降水序列周期，按照Fisher 检验方法对可能存在的多个隐含周期进行检验，结果 2.4 年、6.4 年通过检验。综合功率谱分析结果可以确定该地降水存在 3 年左右的短周期。

　　3、 结束语

　　（1）功率谱分析是目前应用较广泛的一种谱分析方法，从实例分析中可以看出最大时滞不同时均检测到短周期的存在，周期值差异较小，均通过检验，说明它对于短周期的识别比较稳定和准确，这是其优势所在；缺点在于对长周期的识别与最大时滞有关：当最大时滞值较小时，长周期不能被识别；当选取较大值，周期虽能被识别，但却与最大时滞成倍数关系，虽然通过检验，也是虚假的周期，因此会因最大时滞主观选择的不同造成长周期识别和提取的错误。此外随着最大时滞的增大，谱图曲线的刻画越细致，峰值越明显，但也造成虚假峰值的出现。

　　（2）扎龙湿地年降水时间序列的功率谱分析结果表明，该地区具有 3 年左右的降水短周期。

　　参考文献：
　　[1] 易丹辉. 数据分析与 Eviews 应用[M]. 北京：中国统计出版社，2002：106-150．