74項環流指數在水文長期預報中的應用

徐敏亮，于會芳，馮本領

(牡丹江水文局，黑龍江牡丹江157000)

1 流域概況

牡丹江為松花江第二大支流，發源于長白山牡丹嶺，河流大致呈南北走向，全長725 km，平均坡降1.4‰，總落差為1 007 m，流域面積為37 600 km2。在該河流上的牡丹江水文站集水面積為22 194 km2，整個流域呈南北狹長形，地跨吉、黑兩省，本流域以南為圖們江、第二松花江流域;東部為穆棱河流域，西部以張廣才嶺為界，有拉林河、螞蟻河流域，北臨松花江干流。

兩岸支流分布較為均勻，支流多數短而湍急，最大的支流為海浪河，相當總面積的1/7，流域面積為5 251.4 km2，河流全長212.8 km，落差530 m。植被情況:鏡泊湖以上和海浪河上游多為原始森林，一般多為幼樹林，靠河兩岸多為耕地，土壤大部分為砂壤土。

2 水文氣象特征

本流域氣候受太平洋季風和西伯利亞高氣壓所控制，夏季炎熱多雨，冬季嚴寒干燥。汛期洪水大多數受南來臺風和低氣壓合并的影響，造成集中的大暴雨，從而形成較大洪水。

本站屬東亞季風區，即中溫帶大陸性季風氣候，春秋短促，冬夏分明。日照充足，氣候變換多端的特點，春秋多風，氣候濕潤，年平均氣溫為3.6℃，1月份平均氣溫－14.8℃，7月平均氣溫22.2℃。由于受季風影響，本站以偏西風為主，年平均風速2.5 m/s。

多年平均降水量540.1 mm，降水的年際變化較大，歷年最大降水量為737.3 mm，歷年最低降水量僅384.8 mm。降水主要集中在汛期6～9月，多年平均6～9月降水量為372.8 mm，約占年降水量的69%。歷年最大6～9月降水量644.3 mm，歷年最小6～9月降水量226.4 mm。

本站洪水為典型的雨洪徑流，年最大洪峰集中出現在汛期7～10月，尤以8、9月份最為集中，8、9月份出現年最大洪峰的概率為75%。

3 長期預報模型

大氣環流與年最大流量序列在物理成因上有著比較密切的關系。為了尋求74項環流指數與牡丹江站年最大流量的相關關系，以便較早較準確做出夏汛形式的長期預報，我們分析了1954年以來74項環流指數特征量資料，分析發現74項環流指數中上一年的部分環流指數對應次年的最大流量相關性較好，有一定的指示性?；诖?，對74項環流指數與年最大流量的關聯性進行分析。挑選環流指數中與年最大流量之間相關關系顯著的，作為預報因子，建立多元線性回歸方程。在預報模型中，對預報因子的優化選擇是假定預報量與預報因子為線性關系，挑選多個因子進行統計分析，建立預報對象與多個因子之間的關系。

首先將74項環流指數各月值與牡丹江站年最大流量進行相關計算，能夠得到74*12=888個單相關系數，作出一個相關系數統計表(見表1)。

然后選擇環流指數與年最大流量相關關系顯著的項作為因子(本次只選取了4個因子，7月北美副高面積指數X1，上一年7月太平洋副高面積指數X2，上一年7月東太平洋副高面積指數X3，上一年7月西太平洋副高面積指數X4)，計算年最大流量與各預報因子的均值和距平值(見表2)，最后得到牡丹江站的年最大流量預報方程。

列多元回歸方程組

求得b1、b2、b3、b4后，預報方程的常數項b0用下式計算:

牡丹江站年最大流量:

通過上述方程，只要帶入當年的環流指數因子數值，即可推求出下年的年最大流量。

按《水文情報預報規范》SL250－2000(4.5.4)對中長期預報的精度評定要求，牡丹江站的合格率為0.80。實踐證明，此種方法有很好的可靠性，值得應用和推廣。

4 結語

本文采用了74項環流指數與年最大流量進行相關分析，選取了相關性顯著的因子，建立多元線性回歸方程，預報牡丹江站的年最大流量。這種預報方法能較早的做出長期預報，為各級防汛抗旱部門合理調度水資源提供理論依據。本文中只采用了近30 a的水文資料，預報因子也只采用了四項，另外由于牡丹江年最大流量受臺風因素影響較大，上述預報模型還存在一定誤差，尚需作進一步研究和完善。

［1］ 黑龍江省水文局.黑龍江省實用洪水預報方案［R］.哈爾濱:黑龍江省水文局，2009.

［2］ 蘇博穎，于得江，董繼先，等.吉林省長期洪水預報方法研究及其應用［R］.東北水利水電，2004.