河南省降水集中程度研究

第32卷第10期人民黄河Vol. 32,No.102010年10月YELLOW RIVEROct. ,2010[水资源]河南省降水集中程度研究王纪军123，裴铁璠' ,苏爱芳4 ,孔海江4 ,顾万龙(1.中国科学院沈阳应用生态研究所,辽宁沈阳110016; 2.中国科学院研究生院,北京100039;3.河南省气候中心,河南郑州450003;4.河南省气象台,河南郑州450003 )摘要:利用河南省 49个台站1957- -2005 年逐候降水资料,运用降水集中度和集中期分析了河南省降水时空分布特征和变化规律,同时对多水年和少水年的集中度进行了比较。结果表明:降水集中度和集中期能够定量地表征降水量在时空场上的非均一性,降水集中度平均为0.515,集中期平均为40.029候;降水集中度的E0F分析显示取前6个特征值对应的特征向量可解释80%以上的方差;第一气候模态表现为全省一致性,第二气候模态表征为河南省南、北部的反相;多水年的降水集中度明显比少水年的偏大,且多水年的降水集中度分布较少水年简单,基本为带状分布。关键词:时空分布;降水集中期;降水集中度;河南省中图分类号: P333文献标识码:Adoi:10. 3969/j. ssn. 1000-1379. 2010.10. 036 .我国华北地区降水量自20世纪60年代中期开始偏少,从N为研究时间序列的长度;r.,(i = 1,2...,N;j = 1,2,,n)为1970年开始,降水量的减少趋势在范围和强度上都非常显研究时段内第i年第j候降水量,n为研究时段的长度;θ,为第j著,20世纪80年代后干旱化加重2-4]。持续的干旱不仅制个候对应的方向11-21 ,把- - 年作为一.个圆周,每日平均分配，约了经济发展,同时对生态环境也造成了恶劣影响'5]一日相当于0.986°,以每个候的中间日作为这个候向量的河南省地处北亚热带向暖温带过渡的大陆性本风气候区方向。内,属于对全球变暖最敏感的地区之一,加之境内地理条件复式(1)能够反映总降水量在研究时段内各个候的集中程杂,降水量的水平及垂直差异显著。由于每年降水量时空分布度,取值为0~1.0:PCD值越接近1. 0,表明降水量越集中在某的非均匀性,因此比较容易形成旱涝灾害。。笔者依据华北地一个候内;PCD值越接近0,表明各候的降水量越平均。式(2)区降水方面的相关研究1.7-9],对河南省降水集中程度和集中计算了合成向量的方位角,标示了向量合成后重心指示的角日期进行了分析。度,反映了一年中最大候降水量出现的时段。1.3 降水集中度的EOF分析1资料和方法对降水集中度的距平值进行EOF(经验正交函数)分析,以研究降水集中度时空场的变化。1.1研究区 域和资料所用资料为河南省气候中心整编的1957- -2005 年49个2降水异常的时空分布特征分析站(约占河南省所有台站总数的50%)的逐候降水数据,站点分布相对均匀。河南省降水年内分配很不均匀,气候学意义上通常把6- -81.2降水集中度和集中期的定义月定为夏季,而河南省雨热同季,所以习惯上把6- -8 月作为汛对一个区域降水量的年内分配进行标示时,--般采用各候期。但经过简单的统计,可知70%以上的站年6--8月降水量或各季降水量占年降水量的百分比,用等值线的方式进行标占年降水量的比例不足60%,43.9%的站年6--8月降水量不示。这种方法不能用比较简明的数据来统一地反映降水量在到年降水量的50% ;而5-9月降水量占年总量60%以下的仅年内各时段的集中程度以及出现的时段。为此,利用向量分析有261个站年(仅占10.8% )。笔者将5- 9月作为汛期,分别的原理,定义单站降水量时间分配特征的参数。一个候的降水对年降水量和汛期降水量的集中程度进行分析。量数值看做向量的长度,而对应的候则当作向量的方向,由此定河南省汛期降水量的带状分布明显:信阳南部为多雨区，义降水集中度( PCD,无量纲量)和集中期( PCP ,单位为候)[0-121。汛期降水量多在700 mm以上;驻马店大部、信阳北部属于降水PCD =√R +R/R,(1)收稿8期:2009PCP = arctan( Rg/R, )(2)作者简介:河南中国煤化工区域气象中心科技发展基金资助项目( QYMYHR。= Zrsinθ,R,= Zr.cosO,(3)作者简介:王台. CN MHG程师，博士，研究方向为气式中:R(i = 1,2,.,N)为某测站第i年研究时段内总降水量,E-mail:wj_ wang@ hotmail. com人民黄河2010年第10期量次高区;豫北豫西则为相对少雨区,500mm等雨量线基本与汤奇成等121研究的河川径流的集中度分布态势类似;京广呈东北一西南走向;商丘、南阳、平顶山、漯河、周口降水量为线以西地形相对复杂,中部出现两个低值中心和一一个次高值中500~600mm。历年汛期降水量的均方差显示豫西山地和豫西心,南北两侧的太行山和南阳盆地大部分地区带状分布,与京北降水量小,年际变化幅度也小;豫东南基本为一个大变率中广线以东形态类似;降水量多的区域降水时间分布相对均匀，心,一般也是灾害性旱涝多发区,但从变差上看,信阳、驻马店而降水少的区域降水反而比较集中,从而加剧了这些少雨地区要小得多。的干旱形势;降水集中度的均方差全省平均为0. 109 ,65%以上的台站为0.10 ~0.12;低于0. 10的测站为20% , 多位于豫西山3降水集中度 和集中期的时空分布特征地和太行山区;仅有5个测站的均方差大于0. 12,位于驻马店3.1区域平均降水集中度和集中期的年际变化的高值中心内;豫西多以经向分布为主,京广线以东则基本呈图1为1957-2005年河南省降水集中度和集中期的年际纬向分布,其他地区均方差比较- -致。变化情况。平均降水集中度历年平均值为0.515,年际变化较历年汛期降水平均值的集中度最大值仍然位于林州市(图大,从1995年的0. 697变化到1997年的0. 325,均方差为略),但最小值却在信阳市,分别为0.399和0.147;强度显然比0.080;区域最大降水集中度历年平均的分布(图略)与区域平年降水集中度要小得多。61. 2%的台站集中度为0.2 ~0.3;均的相仿,均方差接近;区域最小降水集中度的平均年际变化22. 4%的测站集中度在0.2以下;低值中心分别位于豫南的信更大,均方差为0.101;区域平均降水集中度具有比较明显的波阳、驻马店市、豫西山地和豫西南;而高值中心位于豫北的安阳峰、波谷周期性变化;汛期降水集中度平均为0.354,从2001年市、鹤壁市;汛期集中度均方差则比年集中度均方差要大得多，的0. 640变化到2002年的0. 192, 年际变化大,均方差为均方差最大值为0.191,位于商丘市的民权站;最小值为0.126,0.045 ,约为年集中度均方差的50% ,其中21 a的集中度在0.3位于三门峡的卢氏站;低于0.14的测站仅有5个;57. 1%的站为0.14~0. 17;20. 4%的台站为0.17 ~0. 18。以下，占42.9%,说明汛期降水量变化相对均匀。■汛期河南省降水集中期出现的时间在空间分布上同样具有良好的地带性规律,等值线基本为东北一西南走向。空间分布和时间分布的数值相仿,平均为40.029候;年降水集中期的均方差除豫东南在3.8候以上外,其余地区多在3.8候以下;汛期1957 1963 1969 1975 1981 1987 1993 1999 2005PCP为37.195 ~42.755候，平均为41.084候;汛期降水集中期的均方差最小值在林州( 3.125候),最大值在伊川( 6.396候),(a)降水集中度变化情况变化范围与年值相当,但均方差多数台站都为4.0~6.0候,占所有台站的77%以上;黄河以南地区呈纬向分布,黄河以北地区高低值中心相间出现,模态复杂。3.2降水集中 度空间分型利用EOF方法对河南省候降水量集中度的距平进行分197319891997年份析,结果表明取前6个特征值就基本可以反映空间分布类型(b)降水集中期变化情况(累计贡献率达81. 28% )。图11957--2005年河南省候降水集中度和集中期的时间分布图2为第一、第二特征向量的空间及对应的时序分布图河南省区域平均降水集中期历年从1959年的34. 919候(空间分布图略)。 由图2可知:第一特征向量所代表的气候模变化到2001年的45.966候，历年平均值为40. 029候(7月中态全省变化- - 致,即降水量在年内分配上要么是全省普遍集旬);年际变化不大，均方差为2.578候。汛期降水集中期平均中,要么是普遍相对均匀;第--典型场(EOF1)显示除豫西部分为41. 084候,从1969年的47.641候变化到1971年的36. 292地区:呈近南北走向外,其他基本呈东南一西北走向。第- -特征候，年际变化比较大,均方差达到2.738候。向量对应的时间系数存在明显的年代际变化特征,20世纪70从图1中分别选出1957- -2005 年河南PCD和PCP的极年代中期到20世纪80年代中期为正值区;20世纪50年代和大值年和极小值年,另外也选出汛期PCD和PCP的极大值年20世纪80年代中后期到20世纪90年代中期集中表现为明显和极小值年,分析可见,汛期的集中度比较小、降水相对均匀的负值期;20世纪60年代到20世纪70年代中期以及20世纪时,则年降水的集中度--般也比较小、降水分布平均;汛期降水90年代中期到21世纪初期正负值基本相间出现;2001年以后较集中的年份和年降水较集中的年份则不具有同步性。时间系数处于明显的上升期;1995年出现最大值,最小值出现由河南省1957- -2005年PCD平均值和均方差的空间分布在1997年。第二特征向量所代表的气候模态基本呈纬向分(图略)可知:全省台站平均的降水集中度为0.515,历年降水布,南北呈反相说明南北集中程度相反,表现为跷跷板形式;0集中度平均值的最大值为0. 659,出现在林州市;最小值为值线大致位于中国煤化工本呈纬向相- - 致。0.388,位于固始县;京广线以东集中度的空间带状分布明显，第二特征向量HCNMHG化仍然较为明显:20从西北的高值中心到东南的低值中心，辐射状向中部排开;从.世纪60年代和20世纪80年代中期到90年代初期基本表现为北到南集中度逐渐下降,与年降水量的分布形势正好相反,这负值;20世纪70年代和90年代多为正值;进人21世纪后全部人民黄河2010年第10期.表现为负值。0.88),在0.10置信度下,均需要接受原假设,即多水年和少水.5[年的集中度和集中期不存在显著差异。TC0.5文参考文献:[1]左洪超.吕世华,胡隐樵.中国近50年气温及降水量的变化趋势分析[J].要-0.5高原气象.0042 ):238 -244.-1.02]黄荣辉.徐予红.周连童我国夏季降水的年代际变化及华北的干早化趋势-139571973198119891997 2005[ J].高原气象.199 4 ):465 -476.年份3]孙淑清. 近五十年来华北地区早涝特征与全球变化的研究及未来趋势的探图2第一( 虚线)、第二(实线)特征向量的时序分布试[J]高原气象,1999 4 ):541 -551.4]戴新刚,汪萍,张培群 .等.华北降水频谱变化及其可能机制分析[J].自然4汛期降水与集中度和集中期的相关分析科学进展200(0 11 )1182 -1189.[5]石祥升,林振山.华北地区早-湿转变周期的动力研究[J].热带气象学报，采用合成分析法,分别对河南省1957- 2005年年降水量200( 4):436 -442.最多和最少的前5年进行合成。多水年顺次为2003年、19646]程炳岩. 河南气候概论[ M ].北京:气象出版社,1995.年、2000年、1984年和1963年;少水年依次为1966 年、19977] 杨建平,丁永建,陈仁升,等.近50年来中国干湿气候界线10年际波动[J].地理学报,002( 6 ).655 -661.年.1986年.1959年和1978年。由多水年和少水年平均PCD8]范广洲,吕世华,程国栋. 华北地区夏季水资源特征分析及其对气候的响应的空间分布可知:①多水年的降水集中度比少水年的大,多水( II ):华北地区夏季水量丰.枯与气候变化的关系[ J ]. 高原气象, 2002年的集中度平均为0.56,72%以上的台站降水集中度在0.5以(1):45-51.上,其中最大值为0. 67、最小值为0.43;少水年的集中度平均9]范广洲, 吕世华,程国栋.华北地区夏李水资源特征分析及其对气候的响应为0.45 ,80%以上的台站降水集中度在0.5以下。多水年的降( I ):近40年华北地区夏季水资源特征分析[J].高原气象，2001( 4):421 -428. .水集中期比少水年的偏晚。多水年的集中期平均为41.12候，[10]张 录军,钱永甫.长江流域汛期降水集中程度和洪涝关系研究[ J ].地球物80%以上的台站为40候以后;少水年的集中期平均为38.27理学报,004( 4 ):622 -630.候,将近80%的台站集中期出现在40候以前。②多水年的降[ 11 ] Zhang Lu - jun,Qian Yong - fu. Annual distribution features of the yearly pre-水集中度空间分布类型较少水年简单。③多水年和少水年的cipitation in China and their interanmual variations[ J ] Acta Meteorlogica Sini-降水集中度和集中期均呈正相关,相关系数为0.84,均可以通[12]汤奇成，程天文.李秀云,中国河川月径流的集中度和集中期的初步研究ca ,003(0 2):146 - 163.过0.001的信度检验。④对多水年和少水年的降水集中度和[J].地理学报,1982( 4):383 -393.集中期分别进行t检验(集中度和集中期的1值分别为1.18、. [责任编辑翟戌亮]2?...........................???????????.??.???.???...........??????????(上接第83页)(2 )15种化合物中,毒性最弱的是苯胺,最强的是2,4-二[3]股震育.于玲红,李玉梅.苯酚苯胺对黄河水中藻类的急性毒性研究[J]人民黄河,008 ,30( 11):54 -55.氯苯酚;取代基对毒性的贡献大小顺序依次为-Cl> -NO2 >[4]周凤霞， 陈剑红.淡水微型生物图谓M ].北京:化学工业出版社.005.-CH,> -0H> -NH25] Wang C,LuG H,Li Y M. QSARs for the chromie toricity of halogenated ben-( 3 )通过多元线性回归分析发现,1lgP、M。和Euwo3个参数zenes to bacteria in natural waters[ J ]. Bul Environ Contam Toxicol ,2005( 1 ):可以很好地反映芳胺、族酚类化合物对水库藻类的慢性毒性，102 - 108.回归方程-lgMATC = 0. 382lgP +0.015 M。+0.230 ELMO +6 ] Nelzeva T I,Dearden J C, Edwards R. Toxicological evaluation and QSAR mod-1. 441的复相关系数为0.958,可以用于预测结构相似化合物的eling of aromatic amices to Chlorella vulgri[ J ]. Bull Environ Contam Toxicol,2004( 2 ):385 -391.慢性毒性。7] Hadzi D,Jemman B. QSAR in drug design and toicology[ M ]. New York: Elsevi-er Science Publishers ,1987.Veith G D, Mekenyan 0 G. A QSAR approach for estimating the aquatic toxicity[1] 陆光华吴吴,陈志永，等.3.4 -二氯苯胺与取代芳烃联合毒性的定量构效of soft electronphiles[ J ]. Quantitative structure - activity relationships, 1993关系研究[ J].环境科学,2009 ,30( 10 ):3104 -3109.(4):349 -356.[2]林碧琴.谢淑琦.水生藻类与水体污染监测[M].沈阳:辽宁大学出版社,[责任编辑刘祺]中国煤化工MYHiCNMHG