長(zhǎng)沙市年降水變化規(guī)律及其對(duì)水庫(kù)調(diào)度的影響

盧榮瓊，劉迎春，黃柱堅(jiān)，邱慶棟

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

長(zhǎng)沙市年降水變化規(guī)律及其對(duì)水庫(kù)調(diào)度的影響

盧榮瓊1，劉迎春2，黃柱堅(jiān)1，邱慶棟1

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

應(yīng)用平滑異同移動(dòng)平均線（MACD）原理，對(duì)長(zhǎng)沙市1971～2014年44 a間的降水量變化規(guī)律進(jìn)行分析，并將其結(jié)果應(yīng)用到水庫(kù)安全調(diào)度中。結(jié)果表明，長(zhǎng)沙地區(qū)的年降水從1991年進(jìn)入偏多期，并在2001年后出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，進(jìn)入平水年，逐步轉(zhuǎn)入偏少期，2012年開(kāi)始逐步轉(zhuǎn)向偏多期態(tài)勢(shì)；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(yù)示著災(zāi)害性天氣出現(xiàn)的頻率增大；降水偏多期，要有正常調(diào)度和應(yīng)急調(diào)度兩種預(yù)防方案，同時(shí)嚴(yán)格控制水庫(kù)最高水位，萬(wàn)一發(fā)生超校核標(biāo)準(zhǔn)的洪水，應(yīng)立即采取緊急措施泄洪，以保證水庫(kù)安全；年降水偏少期，應(yīng)力爭(zhēng)使水庫(kù)水位達(dá)到規(guī)定的偏少期蓄水位，保證偏少期不缺水，使整個(gè)灌區(qū)在大旱之年不見(jiàn)旱。

年降水量；規(guī)律初探；水庫(kù)調(diào)度；長(zhǎng)沙市

長(zhǎng)沙市位于湖南省東部偏北，湘江下游和長(zhǎng)瀏盆地西緣，地處東經(jīng)111°53′～114°15′，北緯27°51′～28°41′，屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)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(dá)華南地區(qū)，北方冷空氣南下受阻于長(zhǎng)江以南、南嶺以北地區(qū)，常形成南嶺靜止鋒，致使極鋒雨帶滯留在長(zhǎng)沙地區(qū)。該極鋒雨帶配合南支西風(fēng)氣旋活動(dòng)，使長(zhǎng)沙地區(qū)常出現(xiàn)持續(xù)陰雨或大到暴雨天氣，降水量高度集中，并伴隨出現(xiàn)山洪、區(qū)域性洪澇和滯澇等災(zāi)害。

盛夏和初秋，隨著副熱帶高壓北挺西伸，極鋒雨帶北移，長(zhǎng)沙地區(qū)穩(wěn)定受西太平洋副熱帶高壓控制，降水量減少，蒸發(fā)量增大，此時(shí)正值高溫炎熱時(shí)期，地面蒸發(fā)和作物蒸騰量都較大，各地區(qū)出現(xiàn)不同程度的干旱情況。有的年份，由于長(zhǎng)時(shí)間受單一氣團(tuán)的控制，還會(huì)出現(xiàn)秋溫高于春溫的小陽(yáng)春氣候，或者秋冬連旱氣候。

水庫(kù)是防洪抗旱的主要工程設(shè)施之一。水庫(kù)對(duì)洪水的調(diào)節(jié)作用有兩種，一種是滯洪作用，另一種是蓄洪作用。如何科學(xué)應(yīng)用降水變化規(guī)律調(diào)節(jié)水庫(kù)的作用方式，保證降水偏少期不缺水、降水偏多期無(wú)滯澇是人們普遍關(guān)注的課題[1-2]。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源

為了準(zhǔn)確地揭示長(zhǎng)沙市年降水變化規(guī)律，以長(zhǎng)沙市基本氣象觀測(cè)站1971～2014年44 a的地面觀測(cè)降水?dāng)?shù)據(jù)為研究對(duì)象進(jìn)行分析。

2 平滑異同移動(dòng)平均線原理簡(jiǎn)介

目前，短期氣候預(yù)測(cè)的統(tǒng)計(jì)方法有純經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)方法、物理統(tǒng)計(jì)方法、動(dòng)力統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)方法等[3]。該研究利用純經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)方法和MACD來(lái)統(tǒng)計(jì)年降水變化的趨勢(shì)。

MACD是 Moving Average Convergence and Divergence的簡(jiǎn)稱，即平滑異同移動(dòng)平均線。該指標(biāo)由阿普爾（Gerald Appel）于1979年首創(chuàng)，應(yīng)用于股票市場(chǎng)中股票價(jià)格的趨勢(shì)預(yù)報(bào)[4]。該方法的設(shè)計(jì)來(lái)源于股票的均線系統(tǒng)，即用固定的樣本容量移動(dòng)來(lái)計(jì)算股票的平均值，并繪制移動(dòng)平均線。如果用快、慢移動(dòng)平均線的離差值進(jìn)行平滑，并用柱狀圖將其表示在0軸上，則股價(jià)的離差值形成一個(gè)不規(guī)則的類似于波譜的圖形。這個(gè)離差值就是最初的MACD。應(yīng)用MACD時(shí)，首先要計(jì)算出快速移動(dòng)平均線（即PMA1）和慢速移動(dòng)平均線（即PMA2），以這兩個(gè)數(shù)值作為測(cè)量快慢速線間離差值（DIF）的依據(jù)，然后再求DIF在N周期內(nèi)的平滑移動(dòng)平均線DEA（也叫MACD）。由此可知，MACD包括兩項(xiàng)指標(biāo)，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(shè)計(jì)原理。

3 應(yīng)用MACD原理研究長(zhǎng)沙市年降水變化規(guī)律

3.1 基本概況和計(jì)算過(guò)程

長(zhǎng)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(zhǎng)沙市氣象局歷年年降水?dāng)?shù)據(jù)，運(yùn)用平滑異同移動(dòng)平均線（MACD）原理進(jìn)行中長(zhǎng)期降水趨勢(shì)預(yù)測(cè)。根據(jù)多年的觀測(cè)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)MACD快線和慢線的時(shí)間參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，此次預(yù)報(bào)M快的時(shí)間參數(shù)取5、8，M慢的時(shí)間參數(shù)取8、13，對(duì)MACD值進(jìn)行平滑處理，取時(shí)間參數(shù)為3、5。計(jì)算及分析步驟如下。

第一步：按公式（1）計(jì)算長(zhǎng)沙市氣象局歷年降水各時(shí)段移動(dòng)平均值，結(jié)果見(jiàn)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(dòng)平均時(shí)段。

第二步：計(jì)算不同的Pma間的DIF、MACD。

第三步：繪MACD不同參數(shù)時(shí)與年降水量移動(dòng)平均線綜合曲線圖（見(jiàn)圖1、圖2）。

3.2 結(jié)果與分析

通常，在股票市場(chǎng)是根據(jù)DIF和MACD交叉情況及所處位置來(lái)預(yù)測(cè)股價(jià)趨勢(shì)的。在年降水變化規(guī)律中，關(guān)于DIF和MACD的位置關(guān)系有這樣的意義：（1）DIF與MACD均在0線之上時(shí)，年降水趨勢(shì)屬偏多；（2）DIF與MACD均在0線之下時(shí)，年降水趨勢(shì)屬偏少；（3）若降水的變動(dòng)與DIF、MACD的變動(dòng)發(fā)生背離，都意味著降水趨勢(shì)可能逆轉(zhuǎn)；（4）MACD大于0時(shí)為偏多年份；反之為偏少年份。

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

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

從圖2中可以看出，1980年開(kāi)始至1991年，其不同單位移動(dòng)平均線呈下降趨勢(shì)，而且MACD處于0軸下，兩套參數(shù)下的MACD都印證了這段時(shí)期年降水量進(jìn)入偏少態(tài)勢(shì)；1992～2004年MACD處于0軸上，年降水量進(jìn)入偏多狀態(tài)；2005～2014年，年降水量進(jìn)入偏少年?duì)顟B(tài)，MACD（5，8，3）雖在0軸下呈平穩(wěn)走勢(shì)，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(cè)這一時(shí)期的年降水量將由平水向偏多轉(zhuǎn)變。

對(duì)比圖1和圖2可知，兩套參數(shù)下的MACD，參數(shù)取得時(shí)間長(zhǎng)的趨勢(shì)比較平滑，參數(shù)取得時(shí)間短的小波動(dòng)比較多，但總的看來(lái)基本趨勢(shì)是一致的。掌握其降水量的變化規(guī)律，對(duì)指導(dǎo)水庫(kù)的調(diào)度運(yùn)行和保證水調(diào)工程調(diào)水的順利實(shí)施具有重要意義，在降水預(yù)測(cè)和水庫(kù)實(shí)際調(diào)度中可以參考這一結(jié)果。

4 結(jié)論與建議

利用MACD原理對(duì)長(zhǎng)沙市1971～2014年44 a間的年降水變化數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果顯示，長(zhǎng)沙市的年降水從1991年進(jìn)入偏多期，在2001年后出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，進(jìn)入平水年，并逐步向偏少期態(tài)勢(shì)轉(zhuǎn)變，但2012年開(kāi)始DIF處于0軸上，交叉為偏多信號(hào)，該地區(qū)降水又逐步轉(zhuǎn)向偏多期態(tài)勢(shì)；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(yù)示著災(zāi)害性天氣出現(xiàn)的頻率增大。

從2012年開(kāi)始，長(zhǎng)沙市的年降水量進(jìn)入偏多期，如何預(yù)防水澇災(zāi)害及其引發(fā)的其他災(zāi)害，需從正常調(diào)度和應(yīng)急調(diào)度兩個(gè)方面著手。降水偏多期要嚴(yán)格控制水庫(kù)最高水位，運(yùn)行時(shí)一般不允許超過(guò)，萬(wàn)一發(fā)生超校核標(biāo)準(zhǔn)的洪水，應(yīng)立即采取緊急措施泄洪，以保證大壩安全。

而當(dāng)年降水量進(jìn)入偏少期時(shí)，水庫(kù)調(diào)整應(yīng)堅(jiān)持兼顧上下游、左右岸用水，堅(jiān)持限污、節(jié)水、水工程調(diào)水相結(jié)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(gè)偏多期到來(lái)之前的水庫(kù)效益，故實(shí)時(shí)調(diào)度中，應(yīng)力爭(zhēng)使水庫(kù)水位達(dá)到規(guī)定的偏少期蓄水位，以保證降水偏少期不缺水，使整個(gè)灌區(qū)在大旱之年不見(jiàn)旱。

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

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

[3] 孫照渤. 短期氣候預(yù)測(cè)基礎(chǔ)講義[M]. 南京：南京信息工程大學(xué)，2005.

[4] 戴湘豫，周小花，李 衡，等. MACD與K線圖技術(shù)在證券投機(jī)中的實(shí)證研究[J]. 湖南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，24（4）：102-105.

（責(zé)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(yù)報(bào)服務(wù)工作。