長沙市年降水變化規律及其對水庫調度的影響

盧榮瓊，劉迎春，黃柱堅，邱慶棟

（1.長沙市氣象局，湖南 長沙 410205；2.株洲市氣象局，湖南 株洲 412005）

長沙市年降水變化規律及其對水庫調度的影響

盧榮瓊1，劉迎春2，黃柱堅1，邱慶棟1

（1.長沙市氣象局，湖南 長沙 410205；2.株洲市氣象局，湖南 株洲 412005）

應用平滑異同移動平均線（MACD）原理，對長沙市1971～2014年44 a間的降水量變化規律進行分析，并將其結果應用到水庫安全調度中。結果表明，長沙地區的年降水從1991年進入偏多期，并在2001年后出現轉折，進入平水年，逐步轉入偏少期，2012年開始逐步轉向偏多期態勢；1992年以前年降水量的最大值和最小值的差值小，而1992年以后年降水量的最大值和最小值的差值增大，預示著災害性天氣出現的頻率增大；降水偏多期，要有正常調度和應急調度兩種預防方案，同時嚴格控制水庫最高水位，萬一發生超校核標準的洪水，應立即采取緊急措施泄洪，以保證水庫安全；年降水偏少期，應力爭使水庫水位達到規定的偏少期蓄水位，保證偏少期不缺水，使整個灌區在大旱之年不見旱。

年降水量；規律初探；水庫調度；長沙市

長沙市位于湖南省東部偏北，湘江下游和長瀏盆地西緣，地處東經111°53′～114°15′，北緯27°51′～28°41′，屬亞熱帶季風性濕潤氣候，氣候溫和，四季分明，雨熱同期，降水充沛，年均降水量1 428.1 mm。

春末夏初，西太平洋副熱帶高壓北上抵達華南地區，北方冷空氣南下受阻于長江以南、南嶺以北地區，常形成南嶺靜止鋒，致使極鋒雨帶滯留在長沙地區。該極鋒雨帶配合南支西風氣旋活動，使長沙地區常出現持續陰雨或大到暴雨天氣，降水量高度集中，并伴隨出現山洪、區域性洪澇和滯澇等災害。

盛夏和初秋，隨著副熱帶高壓北挺西伸，極鋒雨帶北移，長沙地區穩定受西太平洋副熱帶高壓控制，降水量減少，蒸發量增大，此時正值高溫炎熱時期，地面蒸發和作物蒸騰量都較大，各地區出現不同程度的干旱情況。有的年份，由于長時間受單一氣團的控制，還會出現秋溫高于春溫的小陽春氣候，或者秋冬連旱氣候。

水庫是防洪抗旱的主要工程設施之一。水庫對洪水的調節作用有兩種，一種是滯洪作用，另一種是蓄洪作用。如何科學應用降水變化規律調節水庫的作用方式，保證降水偏少期不缺水、降水偏多期無滯澇是人們普遍關注的課題[1-2]。

1 數據來源

為了準確地揭示長沙市年降水變化規律，以長沙市基本氣象觀測站1971～2014年44 a的地面觀測降水數據為研究對象進行分析。

2 平滑異同移動平均線原理簡介

目前，短期氣候預測的統計方法有純經驗統計預測方法、物理統計方法、動力統計預測方法等[3]。該研究利用純經驗統計預測方法和MACD來統計年降水變化的趨勢。

MACD是 Moving Average Convergence and Divergence的簡稱，即平滑異同移動平均線。該指標由阿普爾（Gerald Appel）于1979年首創，應用于股票市場中股票價格的趨勢預報[4]。該方法的設計來源于股票的均線系統，即用固定的樣本容量移動來計算股票的平均值，并繪制移動平均線。如果用快、慢移動平均線的離差值進行平滑，并用柱狀圖將其表示在0軸上，則股價的離差值形成一個不規則的類似于波譜的圖形。這個離差值就是最初的MACD。應用MACD時，首先要計算出快速移動平均線（即PMA1）和慢速移動平均線（即PMA2），以這兩個數值作為測量快慢速線間離差值（DIF）的依據，然后再求DIF在N周期內的平滑移動平均線DEA（也叫MACD）。由此可知，MACD包括兩項指標，其一是DIF，即均線的離差值，其二是DIF的平滑值，即MACD，這就是MACD的設計原理。

3 應用MACD原理研究長沙市年降水變化規律

3.1 基本概況和計算過程

長沙市1971～2014年間最大年降水量為1 824 mm （1977年），最小年降水量為933 mm （2001年），歷年平均降水量為1 410 mm。下面利用長沙市氣象局歷年年降水數據，運用平滑異同移動平均線（MACD）原理進行中長期降水趨勢預測。根據多年的觀測經驗，對MACD快線和慢線的時間參數進行調整，此次預報M快的時間參數取5、8，M慢的時間參數取8、13，對MACD值進行平滑處理，取時間參數為3、5。計算及分析步驟如下。

第一步：按公式（1）計算長沙市氣象局歷年降水各時段移動平均值，結果見表1。

Pma=（V1+V2+V3+V4+……+Vn）/n （1）

式中：V1、V2、…、Vn為歷年降水量；n為年降水量移動平均時段。

第二步：計算不同的Pma間的DIF、MACD。

第三步：繪MACD不同參數時與年降水量移動平均線綜合曲線圖（見圖1、圖2）。

3.2 結果與分析

通常，在股票市場是根據DIF和MACD交叉情況及所處位置來預測股價趨勢的。在年降水變化規律中，關于DIF和MACD的位置關系有這樣的意義：（1）DIF與MACD均在0線之上時，年降水趨勢屬偏多；（2）DIF與MACD均在0線之下時，年降水趨勢屬偏少；（3）若降水的變動與DIF、MACD的變動發生背離，都意味著降水趨勢可能逆轉；（4）MACD大于0時為偏多年份；反之為偏少年份。

當DIF和MACD均在0軸之上降水處于強勢，即年降水進入降水偏多期態勢，反之在0軸以下則進入降水偏少期態勢（即前一交叉為偏多信號，則后一交叉為偏少信號；反之前一交叉為偏少信號，則后一交叉為偏多信號）。

從圖1中可以看出，1987年開始至1990年，其不同單位移動平均線呈下降趨勢，而且MACD處于0軸下，年降水量進入偏少態勢；1991～2002年其不同單位移動平均線呈上升趨勢，而且MACD處于0軸上，年降水量進入偏多態勢；2003年開始其不同單位移動平均線呈下降趨勢，而且MACD處于0軸下，年降水量進入偏少態勢；但2012年DIF處于0軸上，交叉為偏多信號。

從圖2中可以看出，1980年開始至1991年，其不同單位移動平均線呈下降趨勢，而且MACD處于0軸下，兩套參數下的MACD都印證了這段時期年降水量進入偏少態勢；1992～2004年MACD處于0軸上，年降水量進入偏多狀態；2005～2014年，年降水量進入偏少年狀態，MACD（5，8，3）雖在0軸下呈平穩走勢，但由圖1可知，2012年后DIF向上和0軸交叉，參考不同單位的平均線可以推測這一時期的年降水量將由平水向偏多轉變。

對比圖1和圖2可知，兩套參數下的MACD，參數取得時間長的趨勢比較平滑，參數取得時間短的小波動比較多，但總的看來基本趨勢是一致的。掌握其降水量的變化規律，對指導水庫的調度運行和保證水調工程調水的順利實施具有重要意義，在降水預測和水庫實際調度中可以參考這一結果。

4 結論與建議

利用MACD原理對長沙市1971～2014年44 a間的年降水變化數據進行分析，結果顯示，長沙市的年降水從1991年進入偏多期，在2001年后出現轉折，進入平水年，并逐步向偏少期態勢轉變，但2012年開始DIF處于0軸上，交叉為偏多信號，該地區降水又逐步轉向偏多期態勢；1992年以前年降水量的最大值和最小值的差值小，而1992年以后年降水量的最大值和最小值的差值增大，預示著災害性天氣出現的頻率增大。

從2012年開始，長沙市的年降水量進入偏多期，如何預防水澇災害及其引發的其他災害，需從正常調度和應急調度兩個方面著手。降水偏多期要嚴格控制水庫最高水位，運行時一般不允許超過，萬一發生超校核標準的洪水，應立即采取緊急措施泄洪，以保證大壩安全。

而當年降水量進入偏少期時，水庫調整應堅持兼顧上下游、左右岸用水，堅持限污、節水、水工程調水相結合的原則，確保缺水期的用水安全。 偏少期水位決定了下一個偏多期到來之前的水庫效益，故實時調度中，應力爭使水庫水位達到規定的偏少期蓄水位，以保證降水偏少期不缺水，使整個灌區在大旱之年不見旱。

[1] 徐建新，陳學凱，黃 鑫，等. 貴州省近50年降水量時空分布及變化特征[J]. 水電能源科學，2015，33（2）：10-14.

[2] 潘志祥. 湖南省防汛抗旱決策氣象服務手冊[M]. 北京：氣象出版社，2005.

[3] 孫照渤. 短期氣候預測基礎講義[M]. 南京：南京信息工程大學，2005.

[4] 戴湘豫，周小花，李 衡，等. MACD與K線圖技術在證券投機中的實證研究[J]. 湖南工業大學學報，2010，24（4）：102-105.

（責任編輯：成 平）

Change Law of Annual Precipitation and Its Impact on Reservoir Operation in Changsha

LU Rong-qiong1，LIU Ying-chun2，HUANG Zhu-jian1，QIU Qing-dong1

（1. Meteorological Bureau of Changsha, Changsha 410205, PRC; 2. Meteorological Bureau of Zhuzhou, Zhuzhou 412005, PRC）

The study utilized Moving Average Convergence/Divergence (MACD) principle to analyze the change law of 44 years’precipitation from 1971 to 2014 in ChangSha, and applied the results in the safe operation of reservoirs. The results showed that the annual precipitation of Changsha region had exceeded the average since 1991; it took a turn in 2001 which was a normal fow year, and afterwards the annual precipitation was below the average gradually; then Changsha entered the period with an annual precipitation above the average since 2012. The range of annual precipitation was small before 1992, but later it became bigger which indicated the frequency of disaster weather increased. When the annual precipitation exceeds the average, it is necessary to prepare two prevention programs, normal operation and emergency operation. At the same time, people must control the highest water level of the reservoir strictly, in case that the water level is higher than that for check food, and urgent measures should be adopted immediately to discharge food and ensure the safety of the reservoir. When the annual precipitation is below the average, people should try to make the water level of the reservoir meet the requirement for this period and ensure suffcient water supply to avoid the drought situation for irrigation areas in the severe drought year.

annual precipitation; preliminary exploration of law; reservoir operation; Changsha

TV125

A

1006-060X（2015）08-0076-03

10.16498/j.cnki.hnnykx.2015.08.024

2015-07-15

盧榮瓊（1970-），女，湖南安化縣人，工程師，主要從事氣象預報服務工作。