延安降水強度的氣候特征分析

王治亮,孫智輝,楊 瓊

(延安市氣象局,陜西延安 716000)

延安降水強度的氣候特征分析

王治亮,孫智輝,楊 瓊

(延安市氣象局,陜西延安 716000)

利用陜西省延安市13個國家氣象站1980—2011年15個時段年最大降水量資料,對降水強度的氣候概況作了初步分析。結果顯示:延安市15個時段年最大降水量變幅明顯,最大值與最小值之比在6.6～14.2之間,最大降水強度在0.2～4.4mm/min之間,降水強度曲線基本呈指數分布,時間越短,降水強度越大。最大降水量以7—8月居多,一天內12—20時出現頻次占一半以上。延安市高強度降水范圍較小,以影響1個縣為主。氣候變化分析表明,只有志丹站15個時段年最大降水量有增強趨勢,其他站變化規律不明顯。

降水強度;最大降水量;氣候分析

按照 《地面氣象觀測規范》規定,各氣象站每年從降水量自記紙或每分鐘降水量數據文件中,挑選15個時段的年最大降水量來表示當地當年不同時段的降水強度。對每個時段,挑選出任意連續時段內降水量的最大值及開始時間。挑選時可以跨日、跨月但不跨年[1]。不同時段的降水強度是工程設計 (例如房屋排水系統設計)和小型水利工程設計計算及降水侵蝕力計算的參數之一[2]。國內學者對個別地區15個時段年最大降水量的變化進行了研究[3-4]。延安地處黃土高原腹地,是世界著名的水土流失區,其土壤侵蝕主要由為數不多的暴雨引起[5-6]。強降水也是引起山洪地質災害的主要誘導因子[7]。近年來,針對延安降水量和降水日的變化已有較多研究[8-11],但未見對15個時段降水強度的研究。利用延安市13個國家氣象站近30年15個時段年最大降水量資料,分析降水強度變化特征,以期加深對延安降水時空變化規律的認識,增進對黃河中游水沙變化驅動因素的理解,并可在工程設計、氣候論證等方面得到應用。

1 資料與方法

采用延安市13個氣象觀測站1980—2011年15個時段年最大降水量資料。黃陵氣象站在1989—2006年期間沒有雨量自記觀測,資料時間較短,吳起、延安、洛川、黃龍站各有1a缺測。

各時段年最大降水量的地理分布是在Arc-GIS9.0平臺,將降水數據采用Kriging方法進行空間插值,得到1km分辨率的柵格數據。逐年挑取13個站各時段年最大降水量進行統計分析,了解其氣候特征。

對于各時段年降水量變化趨勢的分析采用回歸分析方法,即把降水量值看作是時間的函數,對降水量與年份進行回歸分析,得到一元線性回歸方程,用來表示該時段降水量的變化趨勢。如果方程的斜率為負值則認為降水量呈減小趨勢,為正值則認為降水量呈增加趨勢。以相關系數通過的顯著性檢驗水平P判斷降水量減小或增加趨勢明顯程度,即P≤0.1趨勢明顯,P≤0.05趨勢顯著。

2 結果分析

2.1 降水量

延安市13個縣區15個時段年最大降水量變化幅度明顯,最大值與最小值之比在6.6～14.2之間,可見延安降水強度變化之大。如1440min年最大降水量的最大值(292.2mm,子長縣, 2002年7月4日)是最小值(20.6mm,子長縣,1999年7月20日)的14.2倍;比值最小的是15min,最大值(38.5mm)是最小值(5.8mm)的6.6倍。30min最大值達64mm,超過日暴雨標準;90min最大值達114mm,超過日大暴雨標準。

每縣各時段年最大降水量的最大值差異也比較顯著(見表1),如5min志丹縣最大為12.7 mm,而延川縣則為22.2mm,差值接近10mm; 1440min志丹縣最小為108.7mm,子長縣最大為292.2mm,二者之間相差了183.5mm。

表1中的極值是同時段13個氣象觀測站的最大值。5min極值出現在延川縣1996年7月26日,10min、15min極值出現在宜川縣1994年6月22日,20min極值出現在延安站1988年8月25日,30min以上的極值均出現在子長縣2002年7月4日。由此可知,最大值由較少的幾次降水過程決定。分析各縣各時段年最大降水量的極值和出現時間,發現很少有兩個及其以上縣同時段降水極值出現在同一次降水過程中,說明延安市高強度降水范圍較小,以影響1個縣為主。各縣的極值也出現在較少的幾個降水過程中,表明延安市降水較集中且雨強差異非常明顯。

2.2 降水強度

延安市15個時段年最大降水量的降水強度在0.2～4.4mm/min之間(見圖1),時間越短,降水強度越大。降水強度擬合曲線基本呈指數分布。5min雨強超過4mm/min,10min雨強大于3mm/min,30min雨強大于2mm/ min,20～120min雨強大于1mm/min,180～360min雨強大于0.5mm/min,時長超過360 min的雨強小于0.5mm/min。

2.3 時間分布

延安市15個時段年最大降水量出現在5—10月,但以7—8月居多。將一天按每4h一段,共分為6個時段,以30min時段降水量為代表統計分析降水出現時間,在12—20時出現的比例占53%;08—12時出現最少,僅占7%(表2)。

表1 延安市各站15時段年最大降水量的最大值 mm

表2 延安市30min年最大降水量出現時間分布

圖1 延安市15個時段年最大降水量降水強度圖

圖2 延安市10min(a)、60min(b)年最大降水量分布圖

2.4 空間分布

各站10min年最大降水量為20～32.5mm (圖2a),其中最大值出現在宜川縣32.5mm,子長縣、安塞縣、延川縣均在30mm以上,吳起縣、黃龍縣、富縣在20mm左右,形成小值中心。5、15、30min年最大降水量的分布與10 min基本一致。

45min以上各時段年最大降水量地理分布基本一致,從60min最大降水量分布圖(圖2b)可看出,形成子長縣、安塞縣和黃龍縣一南一北兩個高值中心,吳起縣、志丹縣與延長縣兩個低值中心。

各站各時段年最大降水量的平均值分布基本呈現南多北少的特征,與年降水量的分布一致。

2.5 各時段降水量的氣候變化趨勢

同樣,以各站10min和60min年最大降水量為代表,計算這兩個時段降水量線性方程斜率,分析其氣候變化特征。從表3可看出,只有志丹站兩個時段降水量線性方程斜率大于1,其它各站的斜率均很小,且有正有負,無規律。計算出的15時段年最大降水量線性方程相關系數只有志丹站的通過可信度為0.05的檢驗,其它站均無法通過檢驗,表明志丹站15時段年最大降水量增強趨勢明顯,其它站變化趨勢不明顯。

表3 各站10min、60min年最大降水量變化趨勢

3 結論

3.1 延安市15個時段年最大降水量變化幅度明顯,最大值與最小值之比在6.6～14.2之間,最大降水強度在0.2～4.4mm/min之間,時間越短,降水強度越大。降水強度曲線基本呈指數分布。

3.2 延安市15個時段年最大降水量出現在5—10月,以7—8月居多。一日內12—20時出現比例占53%;08—12時出現最少,僅占7%。

3.3 兩個及其以上縣同時段降水極值很少出現在同一次降水過程中,說明延安市高強度降水范圍較小,以影響1個縣為主。

3.4 氣候變化分析表明,只有志丹站15個時段年最大降水量有明顯增強趨勢,其他站變化趨勢不明顯。

[1] 中國氣象局.地面氣象觀測規范[M].北京:氣象出版社,2003:119.

[2] 《建筑工程師手冊》編委會.建筑工程師手冊[M].北京:地震出版社,1994:2987-2991.

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P468.024

:A

1006-4354(2013)06-0018-04

2013-06-08

王治亮(1975—),男,陜西安塞人,工程師,從事氣象科技管理及氣象服務。

中國氣象局蘭州干旱氣象研究所干旱氣象科學研究項目(IAM201103)