延安降水強(qiáng)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(qiáng)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(gè)國(guó)家氣象站1980—2011年15個(gè)時(shí)段年最大降水量資料,對(duì)降水強(qiáng)度的氣候概況作了初步分析。結(jié)果顯示:延安市15個(gè)時(shí)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(qiáng)度在0.2～4.4mm/min之間,降水強(qiáng)度曲線基本呈指數(shù)分布,時(shí)間越短,降水強(qiáng)度越大。最大降水量以7—8月居多,一天內(nèi)12—20時(shí)出現(xiàn)頻次占一半以上。延安市高強(qiáng)度降水范圍較小,以影響1個(gè)縣為主。氣候變化分析表明,只有志丹站15個(gè)時(shí)段年最大降水量有增強(qiáng)趨勢(shì),其他站變化規(guī)律不明顯。

降水強(qiáng)度;最大降水量;氣候分析

按照 《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》規(guī)定,各氣象站每年從降水量自記紙或每分鐘降水量數(shù)據(jù)文件中,挑選15個(gè)時(shí)段的年最大降水量來表示當(dāng)?shù)禺?dāng)年不同時(shí)段的降水強(qiáng)度。對(duì)每個(gè)時(shí)段,挑選出任意連續(xù)時(shí)段內(nèi)降水量的最大值及開始時(shí)間。挑選時(shí)可以跨日、跨月但不跨年[1]。不同時(shí)段的降水強(qiáng)度是工程設(shè)計(jì) (例如房屋排水系統(tǒng)設(shè)計(jì))和小型水利工程設(shè)計(jì)計(jì)算及降水侵蝕力計(jì)算的參數(shù)之一[2]。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)個(gè)別地區(qū)15個(gè)時(shí)段年最大降水量的變化進(jìn)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(qū),其土壤侵蝕主要由為數(shù)不多的暴雨引起[5-6]。強(qiáng)降水也是引起山洪地質(zhì)災(zāi)害的主要誘導(dǎo)因子[7]。近年來,針對(duì)延安降水量和降水日的變化已有較多研究[8-11],但未見對(duì)15個(gè)時(shí)段降水強(qiáng)度的研究。利用延安市13個(gè)國(guó)家氣象站近30年15個(gè)時(shí)段年最大降水量資料,分析降水強(qiáng)度變化特征,以期加深對(duì)延安降水時(shí)空變化規(guī)律的認(rèn)識(shí),增進(jìn)對(duì)黃河中游水沙變化驅(qū)動(dòng)因素的理解,并可在工程設(shè)計(jì)、氣候論證等方面得到應(yīng)用。

1 資料與方法

采用延安市13個(gè)氣象觀測(cè)站1980—2011年15個(gè)時(shí)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(cè),資料時(shí)間較短,吳起、延安、洛川、黃龍站各有1a缺測(cè)。

各時(shí)段年最大降水量的地理分布是在Arc-GIS9.0平臺(tái),將降水?dāng)?shù)據(jù)采用Kriging方法進(jìn)行空間插值,得到1km分辨率的柵格數(shù)據(jù)。逐年挑取13個(gè)站各時(shí)段年最大降水量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,了解其氣候特征。

對(duì)于各時(shí)段年降水量變化趨勢(shì)的分析采用回歸分析方法,即把降水量值看作是時(shí)間的函數(shù),對(duì)降水量與年份進(jìn)行回歸分析,得到一元線性回歸方程,用來表示該時(shí)段降水量的變化趨勢(shì)。如果方程的斜率為負(fù)值則認(rèn)為降水量呈減小趨勢(shì),為正值則認(rèn)為降水量呈增加趨勢(shì)。以相關(guān)系數(shù)通過的顯著性檢驗(yàn)水平P判斷降水量減小或增加趨勢(shì)明顯程度,即P≤0.1趨勢(shì)明顯,P≤0.05趨勢(shì)顯著。

2 結(jié)果分析

2.1 降水量

延安市13個(gè)縣區(qū)15個(gè)時(shí)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(qiáng)度變化之大。如1440min年最大降水量的最大值(292.2mm,子長(zhǎng)縣, 2002年7月4日)是最小值(20.6mm,子長(zhǎng)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(dá)64mm,超過日暴雨標(biāo)準(zhǔn);90min最大值達(dá)114mm,超過日大暴雨標(biāo)準(zhǔn)。

每縣各時(shí)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(zhǎng)縣最大為292.2mm,二者之間相差了183.5mm。

表1中的極值是同時(shí)段13個(gè)氣象觀測(cè)站的最大值。5min極值出現(xiàn)在延川縣1996年7月26日,10min、15min極值出現(xiàn)在宜川縣1994年6月22日,20min極值出現(xiàn)在延安站1988年8月25日,30min以上的極值均出現(xiàn)在子長(zhǎng)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(shí)段年最大降水量的極值和出現(xiàn)時(shí)間,發(fā)現(xiàn)很少有兩個(gè)及其以上縣同時(shí)段降水極值出現(xiàn)在同一次降水過程中,說明延安市高強(qiáng)度降水范圍較小,以影響1個(gè)縣為主。各縣的極值也出現(xiàn)在較少的幾個(gè)降水過程中,表明延安市降水較集中且雨強(qiáng)差異非常明顯。

2.2 降水強(qiáng)度

延安市15個(gè)時(shí)段年最大降水量的降水強(qiáng)度在0.2～4.4mm/min之間(見圖1),時(shí)間越短,降水強(qiáng)度越大。降水強(qiáng)度擬合曲線基本呈指數(shù)分布。5min雨強(qiáng)超過4mm/min,10min雨強(qiáng)大于3mm/min,30min雨強(qiáng)大于2mm/ min,20～120min雨強(qiáng)大于1mm/min,180～360min雨強(qiáng)大于0.5mm/min,時(shí)長(zhǎng)超過360 min的雨強(qiáng)小于0.5mm/min。

2.3 時(shí)間分布

延安市15個(gè)時(shí)段年最大降水量出現(xiàn)在5—10月,但以7—8月居多。將一天按每4h一段,共分為6個(gè)時(shí)段,以30min時(shí)段降水量為代表統(tǒng)計(jì)分析降水出現(xiàn)時(shí)間,在12—20時(shí)出現(xiàn)的比例占53%;08—12時(shí)出現(xiàn)最少,僅占7%(表2)。

表1 延安市各站15時(shí)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(xiàn)時(shí)間分布

圖1 延安市15個(gè)時(shí)段年最大降水量降水強(qiáng)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(xiàn)在宜川縣32.5mm,子長(zhǎng)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(shí)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(zhǎng)縣、安塞縣和黃龍縣一南一北兩個(gè)高值中心,吳起縣、志丹縣與延長(zhǎng)縣兩個(gè)低值中心。

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

2.5 各時(shí)段降水量的氣候變化趨勢(shì)

同樣,以各站10min和60min年最大降水量為代表,計(jì)算這兩個(gè)時(shí)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(gè)時(shí)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(fù),無規(guī)律。計(jì)算出的15時(shí)段年最大降水量線性方程相關(guān)系數(shù)只有志丹站的通過可信度為0.05的檢驗(yàn),其它站均無法通過檢驗(yàn),表明志丹站15時(shí)段年最大降水量增強(qiáng)趨勢(shì)明顯,其它站變化趨勢(shì)不明顯。

表3 各站10min、60min年最大降水量變化趨勢(shì)

3 結(jié)論

3.1 延安市15個(gè)時(shí)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(qiáng)度在0.2～4.4mm/min之間,時(shí)間越短,降水強(qiáng)度越大。降水強(qiáng)度曲線基本呈指數(shù)分布。

3.2 延安市15個(gè)時(shí)段年最大降水量出現(xiàn)在5—10月,以7—8月居多。一日內(nèi)12—20時(shí)出現(xiàn)比例占53%;08—12時(shí)出現(xiàn)最少,僅占7%。

3.3 兩個(gè)及其以上縣同時(shí)段降水極值很少出現(xiàn)在同一次降水過程中,說明延安市高強(qiáng)度降水范圍較小,以影響1個(gè)縣為主。

3.4 氣候變化分析表明,只有志丹站15個(gè)時(shí)段年最大降水量有明顯增強(qiáng)趨勢(shì),其他站變化趨勢(shì)不明顯。

[1] 中國(guó)氣象局.地面氣象觀測(cè)規(guī)范[M].北京:氣象出版社,2003:119.

[2] 《建筑工程師手冊(cè)》編委會(huì).建筑工程師手冊(cè)[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(wù)。

中國(guó)氣象局蘭州干旱氣象研究所干旱氣象科學(xué)研究項(xiàng)目(IAM201103)