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(jié)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(shù)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(nèi)12—20時出現(xiàn)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(guī)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(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個時段的年最大降水量來表示當?shù)禺斈瓴煌瑫r段的降水強度。對每個時段,挑選出任意連續(xù)時段內(nèi)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(shè)計 (例如房屋排水系統(tǒng)設(shè)計)和小型水利工程設(shè)計計算及降水侵蝕力計算的參數(shù)之一[2]。國內(nèi)學者對個別地區(qū)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(qū),其土壤侵蝕主要由為數(shù)不多的暴雨引起[5-6]。強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(guī)律的認識,增進對黃河中游水沙變化驅(qū)動因素的理解,并可在工程設(shè)計、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(shù)據(jù)采用Kriging方法進行空間插值,得到1km分辨率的柵格數(shù)據(jù)。逐年挑取13個站各時段年最大降水量進行統(tǒng)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(shù),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(guān)系數(shù)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(jié)果分析

2.1 降水量

延安市13個縣區(qū)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(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(xiàn)時間,發(fā)現(xiàn)很少有兩個及其以上縣同時段降水極值出現(xiàn)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(xiàn)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(shù)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(xiàn)在5—10月,但以7—8月居多。將一天按每4h一段,共分為6個時段,以30min時段降水量為代表統(tǒng)計分析降水出現(xiàn)時間,在12—20時出現(xiàn)的比例占53%;08—12時出現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(guī)律。計算出的15時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,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(jié)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(shù)分布。

3.2 延安市15個時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時出現(xiàn)比例占53%;08—12時出現(xiàn)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(xiàn)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。

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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)。

中國氣象局蘭州干旱氣象研究所干旱氣象科學研究項目(IAM201103)