石家庄地区降水的变化特征.docx

1、石家庄地区降水的变化特征第四章 石家庄地区降水的变化特征4.1 石家庄地区降水量的变化特征4.1.1 年和各季节降水量的变化特征通过计算石家庄地区年和各季节平均降水量的线性趋势，发现近37年来，石家庄地区年平均降水量呈上升趋势，但趋势较弱，线性趋势为6.5mm/10a；春季和秋季平均降水量也呈上升趋势，其中春季降水量呈显著上升趋势（通过=0.05的显著性检验），趋势系数为11.4mma/10，秋季的上升趋势非常弱，线性趋势仅为0.7mm/10a；夏季和冬季降水量则呈弱的下降趋势，线性趋势分别为-4.6mm/10a、-0.7 mm/10a。将石家庄地区各站近37a来年及各季节降水量的线性趋势（m

2、m /10a）做等值线图（图4.1），分析图4.1得到：图4.1石家庄地区年和各季节降水量线性趋势等值线近37年石家庄地区年降水量的线性趋势西部、北部为正值区，即降水量有增多的趋势，其中北部的新乐为正值中心，其线性趋势为31.5mm/10a；东部和南部以负值为主，即降水量有减少的趋势，其中东部的辛集为负值中心，其线性趋势为-35.4mm/10a。春季降水量的线性趋势为一致的正值区，即石家庄地区全区春季的降水量均有增多趋势，其中行唐、灵寿、新乐、无极、赞皇、栾城和高邑的的春季降水量呈显著增多趋势（通过=0.05的显著性检验）。降水量的增多趋势从南、北向中间逐渐减小，无极和栾城为两个最大值中心，线

3、性趋势分别为15.7mm/10a、15.5mm/10a。夏季降水量的线性趋势除中部、北部以及南部的高邑为正值，降水量有弱的增加趋势；其它地区的降水量均有减少的趋势，并在东部的辛集形成负值中心，其线性趋势为-42.3mm/10a，且通过了a=0.05的显著性检验，即辛集夏季的降水量呈显著减少趋势。秋季降水量的线性趋势西部、北部以正值为主，降水量有增多的趋势，其中北部的深泽线性趋势最大，为4.7 mm/10a；东部和南部以负值为主，降水量有减少的趋势，其中南部赞皇的减少趋势最明显，线性趋势为-5.8 mm/10a。冬季的降水量线性趋势除北部的新乐和正定为正值，降水量略有增加的趋势，其它地区的降水量

4、均略有减少的趋势。以上分析可见，石家庄降水量的变化趋势有明显的季节差异和区域差异。就各站而言，市区、平山、行唐、灵寿和无极降水量的变化趋势一致：除冬季的降水量有减少的趋势外，其它各季的降水量均有增多的趋势；赞皇、栾城、藁城、晋州和辛集降水量的变化趋势一致：除春季的降水量有增多的趋势外，其它各季的降水量均有减少的趋势；井陉、深泽、元氏和赵县降水量的变化趋势一致：春季和秋季降水量有增多的趋势，夏季和冬季降水量有减少的趋势。较为特殊的是新乐、正定和高邑三个站：新乐各季的降水量均有增多的趋势；正定除秋季降水量有减少趋势外，其它三个季节降水量均有增多的趋势；高邑春季和夏季降水量有增多的趋势有减少趋势外，

5、秋季和冬季降水量有减少的趋势。4.1.2 年代际降水量的变化特征从年代际来看（表4.1），石家庄地区在不同年代的年平均降水量波动较小，距平值在-1.2%0.6%之间，80年代年平均降水量最少，近10年年平均降水量最多。春季和冬季平均降水量波动较大，夏季和秋季波动较小。各站在不同年代的年均降水量距平值在-9.9%11.6%之间，波动不大。表4.1 不同年代际年和四季平均降水量（mm）及距平百分率不同年代际年平均降水量及距平百分率春季平均降水量及距平百分率夏季平均降水量及距平百分率秋季平均降水量及距平百分率冬季平均降水量及距平百分率1970s488.70.5%50.2-25.4%339.45.4%

6、80.5-3.7%13.518.2%1980s480.4-1.2%68.72.2%315.1-2.2%84.10.6%13.014.2%1990s487.10.1%67.91.1%325.61.1%84.41.0%12.16.1%2000s489.50.6%82.122.2%308.2-4.3%85.42.1%7.0-38.7%图4.2给出了石家庄地区各站在不同年代平均降水量距平等值线分布，可以看到，在7090年代，石家庄地区年平均降水量基本上从西向东依次减少，近10年则是从西北向东南依次减少。不同年代年均降水量的极值分布也有所不同：70年代平山年均降水量最多，新乐最少；80年代高邑年均降水量

7、最多，正定最少；90年代平山年均降水量最多，藁城最少，近10年平山年均降水量最多，辛集最少。图4.2 石家庄地区不同年代年平均降水量距平等值线（%）4.1.3 周期分析通过相关分析，发现石家庄市区站年降水量与石家庄地区的年平均降水量呈显著的正相关关系（相关系数=0.92，通过=0.001的显著性检验），因此同样采用石家庄市区站19552008年54年的较长的时间序列来分析，以此代表石家庄地区来分析降水量的周期。取石家庄市区站1955-2008年年降水量计算功率谱， =54，最大滞后长度仍取为13（），因为序列得滞后自相关系数r（1）=-0.03，表明序列无持续性，所以用白噪声标准谱进行检验（=

8、0.05）。从图4.3可以清楚地看出，石家庄年降水量存在4年、6-7年和26年的周期，但不存在显著周期。同样对各季节降水量进行功率谱分析，分析表明：石家庄春季降水量存在6.5年的显著周期，还存在26年和2.9年的周期；夏季降水量存在3.7年的显著周期，还存在26年和6.5年的周期；夏季降水量存在2.4年的显著周期，还存在8.7年和4.3年的周期；冬季降水量存在13、3.7和2.6年的周期。图4.3石家庄市区年和各季节降水量功率谱（点线为=0.05的白噪音标准谱）4.1.4 突变分析前面分析得出石家庄地区春季降水量呈显著增加趋势，其中行唐、灵寿、新乐、无极、赞皇、栾城和高邑的春季降水量呈显著增多

9、趋势（通过=0.05的显著性检验）；辛集夏季降水量呈显著减少趋势，对以上序列均进行了MK突变检验（图4.4），发现均未发生突变。图4.4 石家庄地区春季平均降水量MK统计量曲线4.2 石家庄地区极端强降水的变化特征暴雨是一种比较常见的气象灾害，暴雨的出现对国民经济和人民生命财产安全有很大的威胁，著名的“96.8”特大暴雨使得河北省11座大型水库和338座中小型水库溢洪，京广、石太铁路一度缓行或中断，造成直接经济损失456.3亿元69。石家庄地处中纬欧亚大陆东岸，属暖温带半湿润季风型气候，西部是太行山区，东部是海河平原，地形复杂，暴雨等灾害性天气时有发生。西部山岭由古代灰岩和古老的变质岩系组成，

10、山前丘陵多为单面山地形，多峭壁断崖，地面切割强烈，山体相对高度较大，谷底狭窄，易形成泥石流和局部山洪。平原区域地势低平，落差很小，河流由山区进入平原，流势由急变缓，往往由于河水宣泄不畅，容易在山前平原的沿河两岸形成洪涝灾害。而暴雨则是诱发泥石流、山洪和洪涝等自然灾害的主要因素，所以对暴雨的气候特征和变化规律的分析具有特别重要的意义。本节的暴雨是指某站某一天（20-20时）24小时累计降水量50mm的降水，以暴雨发生次数（即日数）作为定量表征指标。按照上述标准，统计了石家庄地区17个观测站1972-2008年近37年的暴雨发生次数资料。4.2.1 年际、年代际变化特征将石家庄地区17个观测站的暴

11、雨总次数（站次）求和，作为一个整体来分析研究它的变化。图4.5给出了整个地区近37年年暴雨站次（下同）数距平百分率，可以看到，石家庄地区年暴雨次数波动较大。如果取距平百分率20%作为多暴雨年，取距平百分率-20%作为少暴雨年，则多暴雨年为1976、1977、1981、1982、1993、1995、1996和2000年（共8年），少暴雨年为1972、1973、1975、1978、1980、1983-1987、1991、1992、1994、1997、1998、2001-2003年年（共18年），其余11年为正常年份。可见，近37年中石家庄地区少暴雨年明显多于多暴雨年,正常年份则趋于正常。如果取距平

12、百分率50%作为显著偏多年，取距平百分率-50%作为显著偏少年，则1976、1977、1982、1995和1996年为显著偏多年，1972、1985、1986、1991、1997和2002年为显著偏少年。如果取距平百分率80%作为异常偏多年，取距平百分率-80%作为异常偏少年，则1976、1977、1982、1995和1996年为异常偏多年，1997年为异常偏少年。可见，虽然多暴雨年明显偏少，但是很容易形成灾害，所以对暴雨的气候特征和变化规律的研究更具有重要意义。（多暴雨年和少暴雨年数，根据概率分布形态划分？否则少暴雨年份太多；另也可列表表示多少年数，更清晰）图4.5 石家庄地区1972-20

13、08年年暴雨次数距平百分率及线性趋势（虚线）由图4.5还可以看出，石家庄地区年暴雨发生次数的线性趋势不明显，近37年来略有上升，但幅度非常小，线性趋势仅为0.05次/10a。表4.2给出了1972-2008年不同年代际暴雨年均频次，可以看出，石家庄暴雨次数在不同年代际基本上呈“波浪式”变动趋势，70年代和90年代处于波峰，而80年代和近10年则处于波谷。未来10年暴雨频次如何演化值得关注。表4.2 1972-2008年不同年代际暴雨频次年代70年代80年代90年代近10年暴雨频次23.221.125.319.64.2.2 季节变化特征表4.3 1972-2008年69月及汛期暴雨次数的线性趋势

14、（/10a）年季年6月7月8月9月汛期（68月）线性趋势/10a0.050.82-1.060.40.070.15（均未通过a=0.05的显著性检验）石家庄地区在411月均会出现暴雨，其中4、10和11月（近37年，分别出现4、2和1次暴雨）出现暴雨的次数相当少，以69为明显，但主要集中在7月和8月，其中7月份最多，年均暴雨次数接近10站次。从表4.3可以看出，近37年，石家庄暴雨发生次数在6月、8月、9月及汛期均呈上升趋势，但上升趋势不显著（均未通过a=0.05的显著性检验），其中6月的线性趋势最大，即石家庄暴雨发生次数在6月份增加最多；而7月则呈下降趋势，每10a暴雨次数减少近1次。在旬季分

15、布上，石家庄暴雨从5月中旬开始缓慢增加，7月上旬则急剧增加，8月上旬达到峰值，而后开始下降。7月上旬到8月下旬每旬的年均暴雨次数均在2次以上，其中又以7月下旬和8月上旬最为明显，即所谓的“七下八上”；其它旬季的年均暴雨次数均在1次以下；而5月上旬、9月下旬、10月上旬和10月下旬近37年则没有出现过暴雨。表4.4 1972-2008汛期不同旬季暴雨次数的线性趋势（/10a）旬季6月上旬6月中旬6月下旬7月上旬7月中旬7月下旬8月上旬8月中旬8月下旬线性趋势/10a0.030.080.72-0.08-0.39-0.590.070.230.1（注：6月下旬通过a=0.05的显著性检验）从表4.4可以看出，6月和8月的上、中、下三旬的暴雨次数均呈上升趋势，其中6月下旬的上升趋势最明显，通过了a=0.02的显著性检验；7月三旬的暴雨次数均呈下降趋势，其中7月下旬的下降趋势最明显。6月中、下旬的暴雨增多与7月下旬的暴雨