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        盤錦市降水和旱澇的特征分析

        2021-04-12 10:14:40
        黑龍江水利科技 2021年2期
        關鍵詞:特征

        韓 冬

        (盤錦市大洼區(qū)水利服務中心,遼寧 盤錦 124200)

        0 引 言

        降水頻率、極端程度、季節(jié)變化和降水多少等是體現(xiàn)區(qū)域氣候特征的重要參數(shù),受全球變暖影響中國年降水量呈逐漸減少之勢,不同地區(qū)變幅存在一定差異[1],總體傾向率達到-12.7mm/10a。盤錦市地處遼河三角洲中心地帶,南臨渤海遼東灣,西界錦州市,北與鞍山接壤,東南與營口隔大遼河相望,總面積4071km2。該地區(qū)屬大陸性半濕潤季風氣候,光照充裕、四季分明、溫度適宜、雨熱同季,受大氣環(huán)流與自然環(huán)境影響,在時空分配上降水量極不均衡,不同季節(jié)、地區(qū)和年際之間的差異較為明顯,并導致旱澇災害的頻發(fā)。近年來,盤錦市多次遭受干旱災害,地下水位不斷下降、地表水資源持續(xù)減少以及水資源緊缺等問題日益突出。地下水的補給和地表徑流的產(chǎn)生主要來源于降水,因此探究盤錦市近50a的降水變化趨勢,可為區(qū)域水資源合理開發(fā)以及洪澇災害控制提供科學指導,也為其他地區(qū)的水源管理和洪澇預警提供數(shù)據(jù)支持[2-5]。

        1 降水分布特征

        1.1 降水年際分布特征

        以盤錦市2個氣象站1969-2016年觀測數(shù)據(jù)為基礎,對逐年降水量利用算數(shù)平均法計算,從而確定盤錦市年均降水量為567.7mm。1997-2016年(近20a)和2012-2016年(近5a)的平均降水量為498.32mm、466.26mm,其中1995年的降水量最大為935.0mm,1989年的降水量最小為370.7mm,極值比2.52,年降水量最大值或最小值與多年平均值之比為1.65、0.40。

        對初始數(shù)據(jù)采用5點滑動平均法處理以消除周期變化,通過擬合線性方程揭示序列變化規(guī)律,其表達式為:

        (1)

        盤錦市年際降水量變化線,見圖1。由圖1可知:盤錦市1969-2016年的5點滑動、多年及逐年平均降水量,結果顯示盤錦市近50a降水量總體表現(xiàn)出緩慢減少的變化特征。5a平均降水量最大和最小值發(fā)生在1969-1973年、2009-2013年,最大值(658.1mm)與最小值(469.2mm)相差188.9mm。將序列降水數(shù)據(jù)利用5點滑動法擬合,生成線性方程y=-0.628x+510.4??傮w上,將降水豐枯劃分為幾個階段:70年代整體偏多、80年代中期偏多但整體正常、90年代中期偏多而前期偏少,2000年以后至今降水偏少。研究表明,盤錦市年際降水量存在明顯的周期性,降水分配不均且年際變化較大。

        通過分析盤錦市2個氣象站1969-2016年降水數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),兩個測站的降水數(shù)據(jù)保持相同的變化趨勢,即2000年以前各測站降水數(shù)據(jù)升降變化較明顯,此后降水量總體呈波動下降趨勢,尤其是近幾年下降幅度較為明顯。

        1.2 降水年內分布特征

        依據(jù)盤錦市2個氣象站1969-2016年逐月降水資料,可以求解出年內各月分配的降水量,盤錦市年降水量年內分配,見圖2。

        圖1 盤錦市年際降水量變化線

        圖2 盤錦市年降水量年內分配

        1)盤錦市年降水量呈現(xiàn)出極度集中的特征,其中6、7、8月降水占全年的14.2%、28.9%、23.3%,并以7月份最高;降水量較低月份集中于1、2、12月份,占全年降水量不足1%。

        2)盤錦市6-9月份(夏季)降水最可以達到431.4mm,占全年的76.0%,而1、2、12月(冬季)降水僅有12.9mm,占全年的2.3%,2-4月(春季)、9-11月(秋季)降水約占全年10%。研究表明,在季節(jié)上盤錦市降水量也呈現(xiàn)出分配不均的特征。

        3)每年6-9月份屬于盤錦市汛期,歷年60%-90%的降水都集中于汛期,從所占比例來看,1995年汛期降水最高占全年的82.6%,而1989年汛期降水最低占全年的60.1%,7-8月份降水集中屬于汛期,降水量占全年的60%,可見汛期降水在很大程度上決定了年降水枯豐特征。

        1.3 降水空間分布特征

        通過統(tǒng)計分析近50a降水序列資料,可獲取盤錦市及其所轄各區(qū)縣的多年平均降水量,結果顯示在空間上盤錦市年降水量分布極不均勻。其中,大洼區(qū)年降水量最高,其次為興隆臺區(qū),年降水量最低的為盤山縣。從地理位置上,盤錦市北部年均降水量要低于南部地區(qū),多年平均降水量自北向南呈現(xiàn)出逐步增大的變化特征[6]。

        2 旱澇特征分析

        2.1 豐枯變化規(guī)律

        文章利用距平百分率法分析1969-2016年盤錦市年均降水量,盤錦市降水豐枯特征,見表1。從表1可知,盤錦市降水量偏少、正常、偏多的年份有18個、18個、12個,所占比例依次為37.5%、37.5%、25.0%。其中,降水量偏多40%的年份有2個,偏多10%-19%的有2個;降水量偏少10%-19%的有14個。尤其是2000年以后,盤錦市降水偏少頻率呈顯著上升趨勢,連續(xù)3a或4a都呈偏少狀態(tài),其中處于正常年份的僅有6a,且2000年以后未出現(xiàn)偏多年份[7]??傮w而言,盤錦市1969-2016年期間年降水量高于多年平均的有18a,低于平均值的有30a,可見該地區(qū)以干旱少雨為主要降水特征。

        表1 盤錦市降水豐枯特征

        2.2 日最大面降水分析

        年最大1d面降水是指以本年權重較大或較多單站發(fā)生最大降雨量日期為線索,挑選出各單站同一歷時(24h)最大雨量及其日期,統(tǒng)計并平均同一起止時間內各站的降雨量,則年最大1d面雨量就等于其最大平均值。

        文章以24h降雨量劃分降水等級,其中大暴雨、暴雨、大雨、中雨和小雨的24h降水為100.0-199.9mm、50.0-99.9mm、25.0-49.9mm、10.0-24.9mm、0-9.9m。結合各氣象站降水資料,7月份發(fā)生最大1d降水的為大洼觀測站,盤錦觀測站于8月發(fā)生最大1d降水。

        研究區(qū)1969-2016年期間,其7月份發(fā)生最大1d面降水的共有21次,8月發(fā)生的有27次。按照已劃分的降水等級,發(fā)生大暴雨(降水>100mm)的共有4a,而發(fā)生暴雨(降水50-100mm)的有18年,且大暴雨和暴雨大多集中于7-9月份;此外,7、8月份發(fā)生年最大1d面降水的較多,按照劃分的降水等級多為大暴雨及暴雨。

        2.3 年降水量變化趨勢

        以盤錦市1969-2016年降水數(shù)據(jù)為基礎,利用式Ki=Hi/H0、C=∑(Ki-1)計算盤錦市年降水量模比系數(shù)以及差積系數(shù)差值,其中H0、Hi代表多年平均和第i的降水量;Ki代表降水量模比系數(shù),i取1,2,…,n;C代表差積系數(shù)差值的代數(shù)和。然后點繪差積曲線,以直觀、準確的反映研究區(qū)年際降水變化趨勢,揭示區(qū)域降水豐枯特征。特定時段內差積曲線呈上升或下降趨勢,則表明該時期處于豐水或枯水期,按照上式輸出運算結果。模比系數(shù)差積曲線,見圖3。

        圖3 模比系數(shù)差積曲線

        由圖3可知,盤錦市1970-1978年的差積曲線呈明顯的下降趨勢,1979-1984年呈現(xiàn)出上升趨勢,1985-1990年又表現(xiàn)出下降趨勢,1991-2000年呈現(xiàn)出波動上升趨勢,其降水呈現(xiàn)出枯水-豐水-枯水-豐水特征,局部時段出現(xiàn)豐枯交替的現(xiàn)象。然而,2000-2016年差積曲線明顯下降,該時段屬于枯水時期??紤]盤錦市距平百分率計算值,研究認為2000年以后該區(qū)域總體處于降水量偏少狀態(tài)[8]。

        2.4 降水頻率分析

        按照遞減的次序排列盤錦市1969-2016年各年降水量,并利用頻率曲線軟件和皮爾遜Ⅲ最佳適線法進行選型配線,在此基礎上進一步分析相關參數(shù)。結果顯示,盤錦市年降水量變差系數(shù)Cs=0.4、Cv=0.2,由此可以確定年降水量在不同頻率下的分布特征,不同頻率年降水量,見表2。

        由表2可知,盤錦市無法達到多年平均降水量的年份占比為50%,大旱與大澇降水量最大達到374.8mm,旱澇降水存在明顯的差異。

        表2 不同頻率年降水量

        3 結 語

        文章結合盤錦市近50a的降水資料,利用數(shù)學法揭示了區(qū)域旱澇特征和降水變化規(guī)律,主要結論有:

        1)盤錦市年均降水量為567.7mm,年際降水量的周期性明顯,降水分配不均且年際變化較大,總體呈現(xiàn)出波動下降趨勢。研究區(qū)1995年的降水量最大為935.0mm,1989年的降水量最小為370.7mm,極值比2.52,2000年以后降水總體呈波動下降趨勢,尤其是近幾年下降幅度較為明顯。

        2)研究區(qū)年降水量呈現(xiàn)出極度集中的特征,6-9月份(汛期)降水最占比可以達到全年的60%-90%,在季節(jié)上區(qū)域降水量也呈現(xiàn)出分配不均的特征,其中汛期降水在很大程度上決定了年降水枯豐特征。

        3)大洼區(qū)年降水量最高,其次為興隆臺區(qū),年降水量最低的為盤山縣。從地理位置上,盤錦市北部年均降水量要低于南部地區(qū),多年平均降水量自北向南呈現(xiàn)出逐步增大的變化特征。

        4)盤錦市1969-2016年期間年降水量高于多年平均的有18a,低于平均值的有30a,考慮盤錦市距平百分率計算值,研究認為2000年以后該區(qū)域總體處于降水量偏少狀態(tài),降水特征以干旱少雨為主,其無法達到多年平均降水量的年份占比為50%,大旱與大澇降水量最大達到374.8mm,旱澇降水存在明顯的差異。

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