降雨量变化

2024-09-17

降雨量变化（共3篇）

降雨量变化篇1

一、湘江流域概况

湘江是长江七大支流之一, 也是洞庭湖水系最大的河流。它源于广西灵川县, 于东安县进入本省, 纵贯于南岭山地向洞庭湖平原过渡的山丘盆地之间, 沿途接纳各支流后, 流经永州、衡阳、株洲、湘潭、长沙等市区, 在湘阴县濠河口分两支注入洞庭湖, 全长856 km, (本省670 km) , 流域面积94660 km2 (省内85383 km2) 。

湘江流域属亚热带季风湿润气候, 由于受季风气候和地貌条件影响, 呈现出河川径流年际和年内变化较大、地区分布不均匀以及气候类型多样等特点。湘江河流流量大多来自降雨, 河流流量受降雨影响很大, 冬季的12月到来年2月是少雨季节, 为枯水期。降水集中于春夏两季, 4至6月为多雨季节, 雨季湘江水位上涨, 年最高水位出现在4至7月。

二、研究方法

本次汛期降雨量的变化特征分析主要采用线性倾向估计、累积距平等对降雨量要素变化趋势进行判别。所用资料由中国湖南省气象中心提供, 分为湘江流域衡阳、湘潭、株洲、长沙、老埠头站1950~1990年逐月汛期 (4~6月) 降雨量资料。对所有资料进行严格的质量检测, 对其中的错误数据进行了筛选与剔除。对每个台站的资料进行整理, 获取其汛期总降雨量特征系列及汛期总降雨量累积距平特征系列。引入气候趋势系数和气候倾向率来研究汛期降雨量的气候变化特征。

降雨趋势系数rxt:

式中rxt为n个时刻 (年) 的降雨量系列与自然数列1, 2, 3, 。。。。。。, n的相关系数。其中n为年数, xi为第i年降雨量值, x为其降雨量样本均值;t= (n+1) /2。rxt为正 (负) 时表示该降雨量要素在所计算的n年内有线性增 (降) 的趋势。

降雨倾向率

将上速公式计算所得降雨量要素的气候系数进行t检验, 判断其变化的可信度, 对通过0.05显著性水平检验的台站进行线性趋势拟合, 将要素x的趋势变化用一次线性方程表示, 即

将a1*10称为气候倾向率, 表示要素x每10年的变化率。

三、结果分析

图1给出了湖南省老埠头站汛期降雨量的逐年变化和汛期逐年累积距平变化, 图1 (a) 中直线为汛期降雨量与时间序列 (年) 拟合的趋势线, 通过了0.01显著性水平的显著检验, 因此, 1950~1990年湘江流域汛期降雨量呈明显下降趋势。由逐年累积距平变化曲线图1 (b) 可看出, 1979年为主要的转折年, 1979年之后基本低于多年平均水平 (即1950~1990年的37年平均) 。

图2给出了湖南省衡阳站汛期降雨量的逐年变化和汛期逐年累积距平变化, 图1 (a) 中直线为汛期降雨量与时间序列 (年) 拟合的趋势线, 通过了0.01显著性水平的显著检验, 因此, 1950~1990年湘江流域汛期降雨量呈明显下降趋势。由逐年累积距平变化曲线图1 (b) 可看出, 1982年为主要的转折年, 1982年之后基本低于多年平均水平 (即1950~1990年的41年平均) 。

图3给出了湖南省湘潭站汛期降雨量的逐年变化和汛期逐年累积距平变化, 图1 (a) 中直线为汛期降雨量与时间序列 (年) 拟合的趋势线, 通过了0.01显著性水平的显著检验, 因此, 1950~1990年湘江流域汛期降雨量呈明显下降趋势。由逐年累积距平变化曲线图1 (b) 可看出, 1977年为主要的转折年, 1977年之后基本低于多年平均水平 (即1950~1990年的41年平均) 。

图4给出了湖南省株洲站汛期降雨量的逐年变化和汛期逐年累积距平变化, 图1 (a) 中直线为汛期降雨量与时间序列 (年) 拟合的趋势线, 通过了0.01显著性水平的显著检验, 因此, 1950~1990年湘江流域汛期降雨量呈明显下降趋势。由逐年累积距平变化曲线图1 (b) 可看出, 1984年为主要的转折年, 1984年之后基本低于多年平均水平 (即1950~1990年的37年平均) 。

图5给出了湖南省长沙站汛期降雨量的逐年变化和汛期逐年累积距平变化, 图1 (a) 中直线为汛期降雨量与时间序列 (年) 拟合的趋势线, 通过了0.01显著性水平的显著检验, 因此, 1950~1990年湘江流域汛期降雨量呈明显下降趋势。由逐年累积距平变化曲线图1 (b) 可看出, 1977年为主要的转折年, 1977年之后基本低于多年平均水平 (即1951~1990年的40年平均) 。

由汛期降雨量的不同年代统计特征 (见表1) 可以看出, 1950—1990年湘江流域降雨量有如下特点:20世纪50—70年代汛期降雨量相当, 80—90年代相当, 80—90年代较50—70年代具有明显的下降趋势。湘江流域主要五站点中衡阳站下降趋势最小, 为13.2%, 湘潭站最大, 为20.9%。其次为株洲和老埠头及长沙站。

四、汛期降雨量变化趋势原因分析

降水是由于陆地表面以及海洋水体表面在太阳辐射的作用下部分液态水转变成水汽分子进入到大气层中, 这些水汽分子在大气层运动的过程中遇到适当的条件变发生凝结, 从而产生降水。因此降水的大小变化主要受制于蒸发水汽分子多少和形成降水的条件, 而蒸发能力大小受辐射、气温、湿度、风等多种要素影响, 在这些要素当中, 辐射要素占据了主导作用, 根据比较权威的Michael的论点 (该论点认为近年来蒸发皿蒸发量的下降主要是由于太阳辐射量的减少造成) , 通过对我国从1960年——2000年中国日照百分率资料分析表明, 就全国整体而言, 1960年—2000年中国日照百分率呈明显下降趋势, 由20世纪60年代的53.95%, 降为90年代的50.67%, 下降了3.28%。日照百分率的下降必然导致太阳总辐射的下降, 因此, 进来来中国太阳总辐射是下降的, 结合Michael的论点, 可以认为中国蒸发皿蒸发量的下降可能是由于太阳总辐射下降引起, 因而降水量也呈下降趋势。

结论

1、就湘江流域整体而言, 汛期降水量呈明显下降趋势,

汛期降水量在20世纪50-70年代较80年代下降最小量为78.2mm, 下降幅度为13.2%;最大量为130.9, 下降幅度为20.9%。

2、由相关图、累积距平图及年代变化表可看出, 在主要

转折年以前, 汛期降水量基本变化不大, 而转折年后, 汛期降水量下降趋势大。

3、近年来中国日照百分率呈明显下降趋势, 日照百分率

下降而造成太阳总辐射的下降可能是引起湘江流域近年来汛期降水量下降的主要原因。

参考文献

[1]湘江流域水情, 1998年。

[2]《水文情报预报规范》 (SL250-2000)

降雨量变化篇2

1 材料和方法

1.1 研究区概况

研究区位于福州农业气象试验站, 地处福州市东部, 属典型的亚热带季风气候, 雨热同期, 对农业生产有利, 主要气象灾害有台风、暴雨洪涝、高温、干旱、寒潮等。研究区土壤为砂黏土, 种植草本植物, 植被覆盖度好。

1.2 仪器与方法

通过布设自动土壤水分观测仪, 利用传感器间的土壤充当电介质, 再通过传输线的驻波比电压或电容振荡频率与土壤水分之间的对应关系, 来测量土壤水分, 观测要素为10cm、20cm、30cm、40cm、50cm土层的土壤体积含水量、土壤相对湿度、土壤重量含水率、土壤有效水分贮存量。研究采用2013年自动土壤水分观测站数据及1982~2013年气象站的降水量数据, 用来对比分析2013年福州市土壤水分变化规律及与降水量之间的关系。

2 结果和分析

2.1 降雨量分布特征分析

从图1可以看出, 2013年降雨量为1157mm, 比多年平均降雨量1395.6mm偏少约17%, 降水主要集中在3~9月, 2013年除5月、8月、11月和12月以外, 其余月份降雨量均低于多年均值。从逐月分布特征来看, 2013年降雨量分布与往年相比总体较为类似, 呈双峰分布, 峰值分别位于5月和8月。这是由于3~6月为雨季, 降水多集中在5月和6月, 所以形成第一个峰值。6月下旬雨季结束开始进入高温季节, 这个期间高温少雨。7月受超强台风“苏力”影响 (过程雨量67.4mm) , 8月主要受超强台风“尤特” (过程雨量35.3mm) 、台风“潭美” (过程雨量138.1mm) , 故8月份降水量达到年内第2个峰值, 由此高温季节多靠台风过程带来充沛的降水。

2.2测点各层土壤水分变化

图2可以看出, 各层次的土壤体积含水量水分变化规律较为类似, 变化幅度差异较大。各层土壤含水量均在5月达到主峰, 在9月达到次峰。其中, 10cm土壤体积含水量变化波动最为剧烈, 波动范围在14%~22%, 这是由于该层土壤受降雨、温度、风力等气象因子的影响较大;20cm和30cm波动幅度次之, 约在12%~19%;40cm和50cm土层体积含水量波动幅度相对平缓, 50cm波动幅度最小, 约在16%~21%之间波动, 这是由于随着土层的加深, 受外界环境的影响相对较小。

2.3降雨量和土壤相对湿度之间的关系

地表至20cm深的土层, 一般称为耕作层。这层土壤水分极易受气象要素的影响, 土壤水分运行极为活跃, 存在着频繁的下渗和上升的交替现象, 土壤水分变化最大。选取10cm土层进行分析, 通过图3可以看出, 1~3月, 虽然此时降水量较小, 对于土壤的补给较少, 但由于此时植被未处于生长旺期, 且蒸发量较小, 所以10cm土层的土壤湿度变化幅度不大。进入4~6月以后, 随着雨季的到来, 降水量的增加, 土壤湿度维持在一个较高的水平, 地表植被逐渐进入生长旺期, 耗水量开始增大, 土壤湿度的变化幅度开始增大。7~9月, 此时处于高温少雨季, 地表蒸发加强, 植被处于生长旺季, 蒸腾增加, 使土壤水分大量消耗, 土壤湿度下降。但此期多受台风影响, 台风能够带来充沛的降水, 因此每当台风过后, 土壤水分得到迅速补充, 土壤湿度又回到较高的位置, 而一旦没有台风所带来的降水, 在高温高损耗的情况下, 土壤水分下降非常迅速, 土壤湿度变化幅度剧烈。11月以后, 随着地表蒸发和植被生长的减弱, 水分消耗的降低, 降水对于土壤水分的补充作用十分明显, 土壤湿度维持在较高的水平。

2.4 土壤水分对一次典型台风降水过程的响应

进入6月下旬, 随着雨季结束, 随之而来的高温少雨季, 这个期间土壤水分多靠台风带来的降水进行补充。选取2013年7月超强台风“苏力”降水过程 (降雨量67.4mm) 来研究降雨前后各层土壤水分的动态变化及对降雨的响应过程。从表1可以看出, 耕作层 (10~20cm) 土壤含水量受降雨的影响响应最快, 其中10cm土壤含水量在降水1h内就显著增加且4h后就达到较高水平保持稳定, 20cm含水量在5h后明显增加, 而30cm和40cm土层含水量分别在9h和20h后开始增加, 50cm土层含水量则在降雨过后40h才有所增加, 增加幅度也不大。从观测结果来看, 10~30cm土壤含水量在较短的时间内就可以得到较好的补充, 对降水的响应时间较为迅速, 而40cm和50cm土壤的水分含量则缓慢通过重力水下渗得到恢复, 响应时间明显缓慢。

3 结论与讨论

2013年降水量分布与多年平均状况较为类似, 呈双峰分布。

从各层体积含水量变化规律来看, 10cm土壤体积含水量变化波动最为剧烈, 50cm波动最小, 表层受外界环境影响较大, 而深层土壤受外界环境的影响相对较小。

耕作层土壤受气象要素的影响较大, 土壤相对湿度的变化规律和降水量变化较为一致;在高温季节, 台风所带来的降水对土壤湿度的改善极为显著。

10cm的土壤水分对降水的响应时间较为迅速, 10~30cm土壤含水量在较短的时间内就可以通过得到较好的补充, 而40cm和50cm土壤的水分含量则缓慢通过重力水下渗得到恢复, 响应时间明显缓慢且补充较少。

摘要：本文利用自动土壤水分观测仪观测了2013年福州市土壤水分的主要要素, 分析了该地区土壤水分变化的主要特征。结果表明, 10cm土层的土壤水分变化幅度较大, 而50cm土层的土壤水分变化幅度较小, 外界环境对表层土壤的影响较大, 而深层土壤受外界环境的影响相对较小;耕作层的土壤湿度变化规律和降水量变化较为一致;在高温季节, 台风所带来的降水对土壤湿度的改善极为显著, 耕作层 (1020cm) 土壤含水量受降雨的影响响应最快。

关键词：土壤水分,降水量,变化规律,福州市,降雨量

参考文献

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[3]王春娟, 张义芳, 李建军.鸡地区农田土壤水分周年变化特征及冬小麦干旱指标[J].山西气象, 2010, (1) :22-25.

降雨量变化篇3

降雨径流受气候变化和人类活动的影响, 径流特征的变化又影响流域生态系统, 进而影响社会经济的发展。不同地区降雨径流关系变化趋势如何, 已经引起学者的关注[1,2,3,4]。广西北部湾经济区开放开发, 给该地区水资源带来一定的压力, 而关于北部湾经济区降雨径流关系及其变化的研究较少。本文基于1970-2008年月均实测径流、降雨资料, 分析北部湾经济区径流、降雨的年内分配、年际变化特征及其变化规律, 为北部湾经济区水资源合理开发利用、水资源配置与安全保障、生态环境保护提供参考。

1 研究区流域概况

广西北部湾经济区由南宁、北海、钦州和防城港四市组成, 地处桂南沿海, 南临北部湾。本文以北海市南流江和钦州市钦江为代表性河流, 选取南流江常乐水文站、钦江陆屋水文站 (图1) 1970-2008年逐月实测径流、降雨量资料, 分析北部湾经济区降雨径流特征及其变化规律。

南流江是桂南沿海诸河中最大的河流, 发源于北流县新圩乡大容山南麓, 在合浦县党江镇附近分流呈网状流入北部湾。南流江干流长285 km, 平均坡降为0.035%, 多年平均入海径流量74.96亿m3。钦江属桂南沿海独流入海诸河之一, 干流全长179km, 发源于灵山县平山镇东山山脉东麓白牛岭, 至钦州市尖山镇注入茅尾海。

南流江常乐水文站集水面积6 645 km2, 钦江陆屋水文站集水面积1 400 km2, 两个站都为国家基本水文站网, 采用自记水位计24 h观测。本文将实测径流量换算为实测径流深, 以便和降雨量比较分析。

2 径流、降水分配特征分析

2.1 年内分配

南流江、钦江多年月均实测径流与降雨量年内分配呈单峰型。1-2月份降雨、径流量变化不大, 3月份开始缓慢增加, 到汛期的6-8月份, 降雨量与径流量达到最大值。常乐站6-8月份径流量占全年的49.4%, 降雨量占55.9%;陆屋站6-8月份径流量占全年的53.7%, 降雨量占54.0%。9月份以后径流和降雨量呈现下降的趋势。

采用年内分配不均系数分析径流、降雨年内分配的均匀状况, 年内分配不均匀系数Cvy的计算方法如下:

$C_{v y} = \sqrt{\frac{\sum_{i = 1}^{12} (Κ_{i} / \bar{Κ} - 1)^{2}}{12}} (1)$

式中:Cvy为径流 (降雨量) 年内分配不均匀系数;Ki为各月径流 (降雨量) 占年径流 (降雨量) 的百分比; $\bar{Κ}$ 为各月平均占全年百分比, 即 $\bar{Κ} = 100 % / 12 = 8.33 %$ 。Cvy值越大, 表明各月径流 (降雨量) 相差越悬殊, 即年内分配越不均匀[5]。

南流江、钦江径流、降雨年内分配不均系数较小, 在0.08～0.26之间波动。1970-2008年南流江和钦江径流、降雨Cvy呈上升趋势, 说明气候变化导致降雨年内稳定程度降低, 而南流江、钦江属雨源型河流, 降雨量的变化和人类活动造成径流年内分配不均系数增大。

2.2 年际变化

采用变差系数Cv、年际变化绝对比率P和不均匀系数α[6]分析径流、降雨量的年际变化规律。

变差系数Cv的计算方法为:

$C_{v} = \frac{σ}{\bar{R}} ‚ σ = \sqrt{\frac{1}{Ν} \sum_{i = 1}^{Ν} (R_{i} - \bar{R})^{2}} ‚ \bar{R} = \frac{1}{Ν} \sum_{i = 1}^{Ν} R_{i} (2)$

式中:σ、 $\bar{R}$ 、Ri、N分别为年径流量/降雨量的标准差、平均值、各年径流量 (降雨量) 和观测年数。Cv值反映年径流量 (降雨量) 的总体系列离散程度, Cv值越大, 离散度越大, 说明其年际变化越剧烈, 对水资源的利用不利, 而且易发生洪涝灾害;Cv值越小, 则其年际变化小, 有利于水资源的利用。

绝对变化比率P用式 (3) 计算:

$Ρ = R_{\max} / R_{\min} (3)$

式中:Rmax和Rmin为多年最大径流 (降雨) 量和最小径流 (降雨) 量, P值反映了径流、降雨量两个极端值的倍数关系, 显示其不均匀程度。P越大, 表明径流 (降雨) 年际变化越不均匀。

年际不均匀系数α由式 (4) 计算:

$α = \bar{R} / R_{\max} (4)$

年际不均系数α反映年际变化的不均匀特征, α 越接近1表明年际变化越均匀。

表1显示, 南流江、钦江的径流变差系数为0.34～0.35, 降雨变差系数为0.17～0.25, 说明径流的多年变化大于降雨的。径流量绝对变化率P (4.51～5.11) 大于降雨量绝对变化率P (2.13～2.46) , 说明实测径流量不仅受降雨量变化的影响, 还受水资源开发等人类活动的影响, 使其不均匀程度大于降雨的。径流量不均匀系数为0.58～0.59, 降雨不均匀系数为0.66～0.71, 与降雨量相比, 径流量的年际变化均匀度较差。

2.3 距平百分率分析

按距平百分率p来划分径流的丰枯等级与降雨的旱涝等级, 其计算表达式为:

$p = \frac{R - \bar{R}}{\bar{R}} \times 100 % (5)$

式中:R为某年的径流量 (降雨量) ; $\bar{R}$ 为多年平均值。

径流量丰枯等级的划分标准:p>20%, 为丰水;10%<p≤20%, 为偏丰;-10%≤p≤10%, 为平水;-20%≤p≤-10%, 为偏枯;p<-20%, 为枯水[7]。

降雨量的旱涝类型划分标准:p≥50%, 为大涝;25%≤p<50%, 为偏涝;-25%<p<25%, 为正常;-50%<p≤-25%, 为偏旱;p≤-50%, 为大旱[8]。

南流江、钦江径流、降雨距平百分率见图2。实测径流的丰枯等级变化波动频繁, 丰枯历时较短。南流江径流丰水、枯水时段历时1～2 a, 钦江径流丰水、枯水时段历时1～3 a, 偏丰、平水、偏枯时段历时通常为1 a。降雨旱涝等级变化波动较小, 旱涝正常的年份占80%左右, 且正常时段历时较长, 最长可达11 a。在降雨旱涝等级变化波动小的情况下, 南流江、钦江实测径流丰枯等级变化波动频繁, 说明水资源利用等人类活动对北部湾经济区河流径流的扰动较大。

3 径流、降雨变化趋势分析

3.1 径流变化趋势

实测径流年际变化曲线 (图3) 显示, 南流江、钦江实测径流呈下降趋势。采用相关系数检验法分析表明, 钦江实测径流下降趋势显著 (α=0.05) , 而南流江径流下降趋势不显著 (α=0.05) 。

3.2 降雨量变化趋势

降雨量年际变化曲线 (图4) 显示, 南流江降雨呈现上升趋势, 钦江降雨呈现下降趋势, 但其变化幅度较小。经相关系数检验法分析, 降雨量变化趋势都不显著 (α=0.05) 。综合分析径流、降雨变化趋势后发现, 南流江降雨呈上升趋势, 而实测径流呈下降趋势;钦江降雨、径流都呈下降趋势, 但径流下降幅度大于降雨的。

3.3 实测径流系数变化趋势

径流系数是反映降雨转化为径流的比例系数, 反映整个流域下垫面对降雨所产生的径流的影响程度, 而实测径流系数还可以反映水资源利用等人类活动对降雨所产生径流的影响。实测径流系数k0采用下式计算[9]:

$k_{0} = R_{0} / Ρ (6)$

式中:R0为实测径流深, mm;P为降雨量, mm。

南流江、钦江实测径流系数都呈下降趋势 (图5) 。相关系数检验显示, 钦江实测径流系数呈显著下降趋势 (α=0.01) , 南流江实测径流系数下降趋势不显著 (α=0.05) 。北部湾经济区开放开发后经济迅速发展, 导致流域下垫面变化, 流域径流调蓄能力降低, 加上水资源开发利用程度提高, 耗水量增加以及气候变化等, 致使实测径流系数呈下降趋势。

3.4 降水、径流双累积曲线

采用降雨径流双累积曲线分析年降雨与年径流关系随时间的变化规律。降雨径流双累积曲线 (图6、7) 显示, 1970-2008年南流江、钦江的降雨径流关系变化规律基本一致。

南流江降雨径流关系可分为1970-1989年、1990-2000年、2001-2008年3个阶段, 且3个阶段的降雨径流关系存在减小的规律;钦江降雨径流关系分为1970-1988年、1989-1999年、2000-2008年3个阶段, 且3个阶段的降雨径流关系存在减小的规律。降雨径流关系变化规律说明, 下垫面条件变化、水资源利用等人类活动导致了北部湾经济区径流能力的减弱。

4 结语

南流江、钦江1970-2008年月均实测径流与降雨量年内分配呈单峰型, 径流、降雨量年内分配不均系数较小, 但呈上升趋势。由于受水资源开发利用等人类活动的影响, 实测径流多年变化和不均匀程度大于降雨的, 径流量的年际变化均匀度较差。在降雨旱涝等级变化波动较小的情况下, 实测径流丰枯等级变化波动频繁, 丰枯历时较短。

南流江降雨呈上升趋势, 而实测径流呈下降趋势;钦江降雨、径流都呈下降趋势, 但径流下降幅度大于降雨的。钦江实测径流系数下降幅度大于南流江, 且呈显著下降趋势。南流江、钦江降雨径流关系分为3个阶段, 降雨径流关系呈现减小的规律。北部湾经济区开放开发后经济迅速发展, 流域下垫面变化, 水资源开发利用程度提高, 耗水量增加, 致使流域径流能力降低。

参考文献

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