河南省降水集中程度研究

第32卷第10期人民黃河Vol. 32,No.102010年10月YELLOW RIVEROct. ,2010[水資源]河南省降水集中程度研究王紀軍123，裴鐵璠' ,蘇愛(ài)芳4 ,孔海江4 ,顧萬(wàn)龍(1.中國科學(xué)院沈陽(yáng)應用生態(tài)研究所,遼寧沈陽(yáng)110016; 2.中國科學(xué)院研究生院,北京100039;3.河南省氣候中心,河南鄭州450003;4.河南省氣象臺,河南鄭州450003 )摘要:利用河南省 49個(gè)臺站1957- -2005 年逐候降水資料,運用降水集中度和集中期分析了河南省降水時(shí)空分布特征和變化規律,同時(shí)對多水年和少水年的集中度進(jìn)行了比較。結果表明:降水集中度和集中期能夠定量地表征降水量在時(shí)空場(chǎng)上的非均一性,降水集中度平均為0.515,集中期平均為40.029候;降水集中度的E0F分析顯示取前6個(gè)特征值對應的特征向量可解釋80%以上的方差;第一氣候模態(tài)表現為全省一致性,第二氣候模態(tài)表征為河南省南、北部的反相;多水年的降水集中度明顯比少水年的偏大,且多水年的降水集中度分布較少水年簡(jiǎn)單,基本為帶狀分布。關(guān)鍵詞:時(shí)空分布;降水集中期;降水集中度;河南省中圖分類(lèi)號: P333文獻標識碼:Adoi:10. 3969/j. ssn. 1000-1379. 2010.10. 036 .我國華北地區降水量自20世紀60年代中期開(kāi)始偏少,從N為研究時(shí)間序列的長(cháng)度;r.,(i = 1,2...,N;j = 1,2,,n)為1970年開(kāi)始,降水量的減少趨勢在范圍和強度上都非常顯研究時(shí)段內第i年第j候降水量,n為研究時(shí)段的長(cháng)度;θ,為第j著(zhù),20世紀80年代后干旱化加重2-4]。持續的干旱不僅制個(gè)候對應的方向11-21 ,把- - 年作為一.個(gè)圓周,每日平均分配，約了經(jīng)濟發(fā)展,同時(shí)對生態(tài)環(huán)境也造成了惡劣影響'5]一日相當于0.986°,以每個(gè)候的中間日作為這個(gè)候向量的河南省地處北亞熱帶向暖溫帶過(guò)渡的大陸性本風(fēng)氣候區方向。內,屬于對全球變暖最敏感的地區之一,加之境內地理條件復式(1)能夠反映總降水量在研究時(shí)段內各個(gè)候的集中程雜,降水量的水平及垂直差異顯著(zhù)。由于每年降水量時(shí)空分布度,取值為0~1.0:PCD值越接近1. 0,表明降水量越集中在某的非均勻性,因此比較容易形成旱澇災害。。筆者依據華北地一個(gè)候內;PCD值越接近0,表明各候的降水量越平均。式(2)區降水方面的相關(guān)研究1.7-9],對河南省降水集中程度和集中計算了合成向量的方位角,標示了向量合成后重心指示的角日期進(jìn)行了分析。度,反映了一年中最大候降水量出現的時(shí)段。1.3 降水集中度的EOF分析1資料和方法對降水集中度的距平值進(jìn)行EOF(經(jīng)驗正交函數)分析,以研究降水集中度時(shí)空場(chǎng)的變化。1.1研究區 域和資料所用資料為河南省氣候中心整編的1957- -2005 年49個(gè)2降水異常的時(shí)空分布特征分析站(約占河南省所有臺站總數的50%)的逐候降水數據,站點(diǎn)分布相對均勻。河南省降水年內分配很不均勻,氣候學(xué)意義上通常把6- -81.2降水集中度和集中期的定義月定為夏季,而河南省雨熱同季,所以習慣上把6- -8 月作為汛對一個(gè)區域降水量的年內分配進(jìn)行標示時(shí),--般采用各候期。但經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的統計,可知70%以上的站年6--8月降水量或各季降水量占年降水量的百分比,用等值線(xiàn)的方式進(jìn)行標占年降水量的比例不足60%,43.9%的站年6--8月降水量不示。這種方法不能用比較簡(jiǎn)明的數據來(lái)統一地反映降水量在到年降水量的50% ;而5-9月降水量占年總量60%以下的僅年內各時(shí)段的集中程度以及出現的時(shí)段。為此,利用向量分析有261個(gè)站年(僅占10.8% )。筆者將5- 9月作為汛期,分別的原理,定義單站降水量時(shí)間分配特征的參數。一個(gè)候的降水對年降水量和汛期降水量的集中程度進(jìn)行分析。量數值看做向量的長(cháng)度,而對應的候則當作向量的方向,由此定河南省汛期降水量的帶狀分布明顯:信陽(yáng)南部為多雨區，義降水集中度( PCD,無(wú)量綱量)和集中期( PCP ,單位為候)[0-121。汛期降水量多在700 mm以上;駐馬店大部、信陽(yáng)北部屬于降水PCD =√R +R/R,(1)收稿8期:2009PCP = arctan( Rg/R, )(2)作者簡(jiǎn)介:河南中國煤化工區域氣象中心科技發(fā)展基金資助項目( QYMYHR。= Zrsinθ,R,= Zr.cosO,(3)作者簡(jiǎn)介:王臺. CN MHG程師，博士，研究方向為氣式中:R(i = 1,2,.,N)為某測站第i年研究時(shí)段內總降水量,E-mail:wj_ wang@ hotmail. com人民黃河2010年第10期量次高區;豫北豫西則為相對少雨區,500mm等雨量線(xiàn)基本與湯奇成等121研究的河川徑流的集中度分布態(tài)勢類(lèi)似;京廣呈東北一西南走向;商丘、南陽(yáng)、平頂山、漯河、周口降水量為線(xiàn)以西地形相對復雜,中部出現兩個(gè)低值中心和一一個(gè)次高值中500~600mm。歷年汛期降水量的均方差顯示豫西山地和豫西心,南北兩側的太行山和南陽(yáng)盆地大部分地區帶狀分布,與京北降水量小,年際變化幅度也小;豫東南基本為一個(gè)大變率中廣線(xiàn)以東形態(tài)類(lèi)似;降水量多的區域降水時(shí)間分布相對均勻，心,一般也是災害性旱澇多發(fā)區,但從變差上看,信陽(yáng)、駐馬店而降水少的區域降水反而比較集中,從而加劇了這些少雨地區要小得多。的干旱形勢;降水集中度的均方差全省平均為0. 109 ,65%以上的臺站為0.10 ~0.12;低于0. 10的測站為20% , 多位于豫西山3降水集中度 和集中期的時(shí)空分布特征地和太行山區;僅有5個(gè)測站的均方差大于0. 12,位于駐馬店3.1區域平均降水集中度和集中期的年際變化的高值中心內;豫西多以經(jīng)向分布為主,京廣線(xiàn)以東則基本呈圖1為1957-2005年河南省降水集中度和集中期的年際緯向分布,其他地區均方差比較- -致。變化情況。平均降水集中度歷年平均值為0.515,年際變化較歷年汛期降水平均值的集中度最大值仍然位于林州市(圖大,從1995年的0. 697變化到1997年的0. 325,均方差為略),但最小值卻在信陽(yáng)市,分別為0.399和0.147;強度顯然比0.080;區域最大降水集中度歷年平均的分布(圖略)與區域平年降水集中度要小得多。61. 2%的臺站集中度為0.2 ~0.3;均的相仿,均方差接近;區域最小降水集中度的平均年際變化22. 4%的測站集中度在0.2以下;低值中心分別位于豫南的信更大,均方差為0.101;區域平均降水集中度具有比較明顯的波陽(yáng)、駐馬店市、豫西山地和豫西南;而高值中心位于豫北的安陽(yáng)峰、波谷周期性變化;汛期降水集中度平均為0.354,從2001年市、鶴壁市;汛期集中度均方差則比年集中度均方差要大得多，的0. 640變化到2002年的0. 192, 年際變化大,均方差為均方差最大值為0.191,位于商丘市的民權站;最小值為0.126,0.045 ,約為年集中度均方差的50% ,其中21 a的集中度在0.3位于三門(mén)峽的盧氏站;低于0.14的測站僅有5個(gè);57. 1%的站為0.14~0. 17;20. 4%的臺站為0.17 ~0. 18。以下，占42.9%,說(shuō)明汛期降水量變化相對均勻?！鲅雌诤幽鲜〗邓衅诔霈F的時(shí)間在空間分布上同樣具有良好的地帶性規律,等值線(xiàn)基本為東北一西南走向?？臻g分布和時(shí)間分布的數值相仿,平均為40.029候;年降水集中期的均方差除豫東南在3.8候以上外,其余地區多在3.8候以下;汛期1957 1963 1969 1975 1981 1987 1993 1999 2005PCP為37.195 ~42.755候，平均為41.084候;汛期降水集中期的均方差最小值在林州( 3.125候),最大值在伊川( 6.396候),(a)降水集中度變化情況變化范圍與年值相當,但均方差多數臺站都為4.0~6.0候,占所有臺站的77%以上;黃河以南地區呈緯向分布,黃河以北地區高低值中心相間出現,模態(tài)復雜。3.2降水集中 度空間分型利用EOF方法對河南省候降水量集中度的距平進(jìn)行分197319891997年份析,結果表明取前6個(gè)特征值就基本可以反映空間分布類(lèi)型(b)降水集中期變化情況(累計貢獻率達81. 28% )。圖11957--2005年河南省候降水集中度和集中期的時(shí)間分布圖2為第一、第二特征向量的空間及對應的時(shí)序分布圖河南省區域平均降水集中期歷年從1959年的34. 919候(空間分布圖略)。 由圖2可知:第一特征向量所代表的氣候模變化到2001年的45.966候，歷年平均值為40. 029候(7月中態(tài)全省變化- - 致,即降水量在年內分配上要么是全省普遍集旬);年際變化不大，均方差為2.578候。汛期降水集中期平均中,要么是普遍相對均勻;第--典型場(chǎng)(EOF1)顯示除豫西部分為41. 084候,從1969年的47.641候變化到1971年的36. 292地區:呈近南北走向外,其他基本呈東南一西北走向。第- -特征候，年際變化比較大,均方差達到2.738候。向量對應的時(shí)間系數存在明顯的年代際變化特征,20世紀70從圖1中分別選出1957- -2005 年河南PCD和PCP的極年代中期到20世紀80年代中期為正值區;20世紀50年代和大值年和極小值年,另外也選出汛期PCD和PCP的極大值年20世紀80年代中后期到20世紀90年代中期集中表現為明顯和極小值年,分析可見(jiàn),汛期的集中度比較小、降水相對均勻的負值期;20世紀60年代到20世紀70年代中期以及20世紀時(shí),則年降水的集中度--般也比較小、降水分布平均;汛期降水90年代中期到21世紀初期正負值基本相間出現;2001年以后較集中的年份和年降水較集中的年份則不具有同步性。時(shí)間系數處于明顯的上升期;1995年出現最大值,最小值出現由河南省1957- -2005年P(guān)CD平均值和均方差的空間分布在1997年。第二特征向量所代表的氣候模態(tài)基本呈緯向分(圖略)可知:全省臺站平均的降水集中度為0.515,歷年降水布,南北呈反相說(shuō)明南北集中程度相反,表現為蹺蹺板形式;0集中度平均值的最大值為0. 659,出現在林州市;最小值為值線(xiàn)大致位于中國煤化工本呈緯向相- - 致。0.388,位于固始縣;京廣線(xiàn)以東集中度的空間帶狀分布明顯，第二特征向量HCNMHG化仍然較為明顯:20從西北的高值中心到東南的低值中心，輻射狀向中部排開(kāi);從.世紀60年代和20世紀80年代中期到90年代初期基本表現為北到南集中度逐漸下降,與年降水量的分布形勢正好相反,這負值;20世紀70年代和90年代多為正值;進(jìn)人21世紀后全部人民黃河2010年第10期.表現為負值。0.88),在0.10置信度下,均需要接受原假設,即多水年和少水.5[年的集中度和集中期不存在顯著(zhù)差異。TC0.5文參考文獻:[1]左洪超.呂世華,胡隱樵.中國近50年氣溫及降水量的變化趨勢分析[J].要-0.5高原氣象.0042 ):238 -244.-1.02]黃榮輝.徐予紅.周連童我國夏季降水的年代際變化及華北的干早化趨勢-139571973198119891997 2005[ J].高原氣象.199 4 ):465 -476.年份3]孫淑清. 近五十年來(lái)華北地區早澇特征與全球變化的研究及未來(lái)趨勢的探圖2第一( 虛線(xiàn))、第二(實(shí)線(xiàn))特征向量的時(shí)序分布試[J]高原氣象,1999 4 ):541 -551.4]戴新剛,汪萍,張培群 .等.華北降水頻譜變化及其可能機制分析[J].自然4汛期降水與集中度和集中期的相關(guān)分析科學(xué)進(jìn)展200(0 11 )1182 -1189.[5]石祥升,林振山.華北地區早-濕轉變周期的動(dòng)力研究[J].熱帶氣象學(xué)報，采用合成分析法,分別對河南省1957- 2005年年降水量200( 4):436 -442.最多和最少的前5年進(jìn)行合成。多水年順次為2003年、19646]程炳巖. 河南氣候概論[ M ].北京:氣象出版社,1995.年、2000年、1984年和1963年;少水年依次為1966 年、19977] 楊建平,丁永建,陳仁升,等.近50年來(lái)中國干濕氣候界線(xiàn)10年際波動(dòng)[J].地理學(xué)報,002( 6 ).655 -661.年.1986年.1959年和1978年。由多水年和少水年平均PCD8]范廣洲,呂世華,程國棟. 華北地區夏季水資源特征分析及其對氣候的響應的空間分布可知:①多水年的降水集中度比少水年的大,多水( II ):華北地區夏季水量豐.枯與氣候變化的關(guān)系[ J ]. 高原氣象, 2002年的集中度平均為0.56,72%以上的臺站降水集中度在0.5以(1):45-51.上,其中最大值為0. 67、最小值為0.43;少水年的集中度平均9]范廣洲, 呂世華,程國棟.華北地區夏李水資源特征分析及其對氣候的響應為0.45 ,80%以上的臺站降水集中度在0.5以下。多水年的降( I ):近40年華北地區夏季水資源特征分析[J].高原氣象，2001( 4):421 -428. .水集中期比少水年的偏晚。多水年的集中期平均為41.12候，[10]張 錄軍,錢(qián)永甫.長(cháng)江流域汛期降水集中程度和洪澇關(guān)系研究[ J ].地球物80%以上的臺站為40候以后;少水年的集中期平均為38.27理學(xué)報,004( 4 ):622 -630.候,將近80%的臺站集中期出現在40候以前。②多水年的降[ 11 ] Zhang Lu - jun,Qian Yong - fu. Annual distribution features of the yearly pre-水集中度空間分布類(lèi)型較少水年簡(jiǎn)單。③多水年和少水年的cipitation in China and their interanmual variations[ J ] Acta Meteorlogica Sini-降水集中度和集中期均呈正相關(guān),相關(guān)系數為0.84,均可以通[12]湯奇成，程天文.李秀云,中國河川月徑流的集中度和集中期的初步研究ca ,003(0 2):146 - 163.過(guò)0.001的信度檢驗。④對多水年和少水年的降水集中度和[J].地理學(xué)報,1982( 4):383 -393.集中期分別進(jìn)行t檢驗(集中度和集中期的1值分別為1.18、. [責任編輯翟戌亮]2?...........................???????????.??.???.???...........??????????(上接第83頁(yè))(2 )15種化合物中,毒性最弱的是苯胺,最強的是2,4-二[3]股震育.于玲紅,李玉梅.苯酚苯胺對黃河水中藻類(lèi)的急性毒性研究[J]人民黃河,008 ,30( 11):54 -55.氯苯酚;取代基對毒性的貢獻大小順序依次為-Cl> -NO2 >[4]周鳳霞， 陳劍紅.淡水微型生物圖謂M ].北京:化學(xué)工業(yè)出版社.005.-CH,> -0H> -NH25] Wang C,LuG H,Li Y M. QSARs for the chromie toricity of halogenated ben-( 3 )通過(guò)多元線(xiàn)性回歸分析發(fā)現,1lgP、M。和Euwo3個(gè)參數zenes to bacteria in natural waters[ J ]. Bul Environ Contam Toxicol ,2005( 1 ):可以很好地反映芳胺、族酚類(lèi)化合物對水庫藻類(lèi)的慢性毒性，102 - 108.回歸方程-lgMATC = 0. 382lgP +0.015 M。+0.230 ELMO +6 ] Nelzeva T I,Dearden J C, Edwards R. 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