第33卷第5期人民黄河Vol.33,No.5 2011年5月YELLOW R IVER M ay,2011
=重点关注>
1961)2005年黄河流域极端气候事件变化趋势
陈效逑,刘立,尉杨平
(北京大学城市与环境学院,北京100871)
摘要:利用黄河流域58个气象站点1961)2005年的逐日平均气温、最高气温、最低气温和逐日降水量数据,采用百分比阈值法定义极端气温和极端强降水事件,计算气象综合干旱指数(CI),并分析了黄河流域极端气候事件的变化趋势及其空间格局。结果表明:黄河流域极端低温和极端高温天数分别呈减少和增加趋势,平均速率分别为-3.8d/10a和1.7 d/10a;年极端强降水总量的变化趋势存在着明显的区域差异,河源区增加最显著,而中游的黄土高原中、东部减少最显著;干旱天数呈减少趋势,河源区减幅最大,河套-宁夏平原以及鄂尔多斯高原西北部的减幅最小。
关键词:极端气温;极端强降水;气象综合干旱指数;变化趋势;黄河流域
中图分类号:P467文献标识码:A do:i10.3969/.j i ssn.1000-1379.2011.05.002
全球变暖背景下极端气候事件频发,给人类社会造成了重大的经济损失和人员伤亡,引起了学术界的广泛关注[1-2]。国内外对极端气候事件的研究主要集中在极端气温(低温和高温)[3-4]和极端降水(暴雨和干旱)[5-7]两方面。在各种极端气候事件的研究中,关于/极端0的定义主要有两种:一种采用绝对值阈值法[3-4],如定义日最高(低)气温高于35e(低于0e)的日数为高温(低温)日数,定义日降水量大于50mm为暴雨;另一种采用百分比阈值法,如规定所有日降水量的第90、95或99个百分位值为极端强降水阈值[5,8]。笔者认为第二种定义更为合理,它不仅体现了极端气候事件因地区而异的特征,而且有利于不同区域极端气候事件变化趋势的空间比较。干旱事件的统计指标有很多,如帕尔默旱度模式[9]、K干旱指数[10]、S指数[11]等。2006年发布的气象干旱等级国家标准[12]指出,气象综合干旱指数(CI)既反映月和季尺度的降水量异常情况,又反映短时间尺度影响农作物的水分欠缺情况,已在干旱监测和评估业务中广泛使用,故这里采用CI指数研究干旱事件的变化规律。
黄河流域横贯我国中北部,其中上游为温带半湿润、半干旱气候区,河源属高原亚寒带湿润气候区,中、下游基本上属于暖温带半湿润气候区。黄河水少沙多,水沙异源,而且最近几十年受人类活动和气候变化的影响很大[13]。黄河流域的极端气候事件可能带来极端水文事件的变化,从而影响工农业生产和城市化发展[14]。根据黄河流域不同地区自然地理条件和水文气象条件的差异,将黄河流域划分为龙羊峡以上(?)、龙羊峡)兰州(ò)、兰州)河口镇(ó)、内流区(?)、河口镇)龙门(?)、龙门)三门峡(?)、三门峡以下(×)7个子区域[15],并以此为空间单元分析黄河流域1961)2005年极端低温、极端高温、极端强降水和干旱的变化趋势及其区域差异,以期揭示水旱灾害的区域差异及其形成机制,因地制宜地应对气候变化和极端气候事件。1数据来源及其处理方法
1.1数据来源
数据取自中国气象局国家气象信息中心提供的58个气象站连续逐日气温和降水量序列。
1.2气象数据插值方法
计算极端低温、极端高温、强降水、干旱变化趋势的空间分布时,采用了基于G IS技术的高斯-克里格插值法,它是一种基于统计学的插值方法,其基本原理是根据相邻变量的值,利用变异函数揭示的区域化变量的内在联系来估计某个空间变量数值[16]。数据插值的空间分辨率约为4km@4k m。
1.3极端气候事件的计算方法
参考百分比阈值法,将1961)2005年总共16425d的日最低气温累计频率小于5%的事件定义为极端低温,日最高气温累计频率大于95%的事件定义为极端高温,日降水量累计频率大于95%的事件定义为极端强降水事件。利用逐日最高气温、最低气温和降水量数据,计算出各站点每年的极端气候事件的天数,其中区域特征用区域内所有站点的平均值表示。气象综合干旱指数的计算式为
CI=aZ
30
+bZ
90
+c M
30
式中:Z
30
、Z
90
分别为近30d和近90d的标准化降水指数;M
30为近30d相对湿润度指数;a、b、c分别为标准化降水系数和相对湿润系数,分别取0.4、0.4、0.8[12]。
根据前期日平均气温和日降水量可以滑动计算出每天的CI指数。综合气象干旱等级的划分:CI>-0.6为不旱,收稿日期:2010-11-04
基金项目:中国-欧盟流域管理项目(A3117)。
作者简介:陈效逑(1958)),男,北京人,教授,博士生导师,研究方向为气候变化和植物物候学。
E-m ai:l cxq@pku.e https://www.doczj.com/doc/604160898.html,
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-1.2 2 结果分析 2.1 极端低温 从黄河流域区域平均极端低温强度来看(表1),流域最低值(-25.2e )出现在青藏高原上的区域?,最高值(-9.1e )出现在中、下游交接处的区域×。分别统计1961)1985年和1986)2005年各区域极端低温出现的年平均天数,可以看出,各区域近20a 极端低温的天数均较之前的25a 明显减少,减少最多的是区域ó,从平均每年24.6d 减少到11.1d ,减少幅度达55%;减少最少的是区域?,减少幅度为26%。 表1 黄河流域各区域极端最低气温的平均强度及其天数分 区平均强度/ e 1961)1985年年均天数/d 1986)2005年 年均天数/d ?-25.223.213.0ò-18.821.315.1ó-18.824.611.1?-21.123.912.0?-19.321.015.6?-12.723.612.5× -9.1 22.2 14.0 从空间上看,全流域年极端低温天数呈显著减少的线性趋势,平均速率为-3.8d/10a(p <0.05)。其中,减少最快的区域在河套平原和鄂尔多斯高原西北部一带,平均减少速率超过-5d/10a ,而陇中高原和山西高原北部减少最慢,平均减少速率不足-2.5d/10a(图1) 。 图1 黄河流域年极端低温天数线性趋势的空间格局 2.2 极端高温 与黄河流域区域平均极端低温强度的空间分布大致相同,区域平均极端高温强度以区域?最低,仅为21.5e ,而区域×最高,达到34.8e 。各区域近20a (1986)2005)极端高温的天数均较之前的25a(1961)1985)明显增加,增加最多的是区域?,从平均每年15.4d 增至23.1d ,增幅达50%;增加最少的是区域× (表2)。 在1961)2005年期间,全流域极端高温天数呈增加趋势,平均速率为1.7d /10a(p >0.05),但空间格局比较复杂。山西和陕西高原之间的局部地区增速最快,为5~7d /10a ,而陇中高原、渭河下游平原,以及中条山和伏牛山一带的增速最慢,为0~1d /10a(见图2)。总的来说,流域大部分地区极端高温天数的增加速率小于极端低温天数的减少速率。 表2 黄河流域各区域极端最高气温的平均强度及其天数分 区平均强度/ e 1961)1985年年均天数/d 1986)2005年 平均天数/d ?21.517.320.5ò27.317.020.9ó31.517.021.0?32.717.220.5?33.315.423.1?32.917.021.2× 34.8 18.7 18. 8 图2 黄河流域年极端高温天数线性趋势的空间格局 2.3 极端强降水 黄河流域极端强降水阈值以区域×最大,为11mm,而区域?最小,只有4.1mm 。从各区域前后两个时期年极端强降水天数的变化情况看,区域?和?天数增加,其他5个区域减少。其中,区域?从1961)1985年平均每年17.6d 增至1986)2005年平均每年19.5d ,为增幅最大的区域;而区域?减少1.6d ,为减幅最大的区域(表3)。 表3 黄河流域各区域极端强降水的阈值及其天数分 区阈值/mm 1961)1985年年均天数/d 1986)2005年 年均天数/d ?7.617.619.5ò7.518.618.2ó 4.318.518.4? 4.118.218.5?7.118.917.8?8.719.117.5× 11.0 18.5 18.3 黄河流域年极端强降水总量(指一年中极端强降水量的总和)增加趋势最为明显的地区主要集中在河源区,增速为12~ 24mm /10a ;而减少趋势最为明显的地区出现在黄土高原的中、东部,减速为-12mm /10a 以上(图3) 。 图3 黄河流域年极端强降水总量线性趋势的空间格局 2.4 干 旱 从各区域多年平均干旱天数来看,除区域?(内流区)外,区域?)区域ó较小,区域?)区域×较大。在1961)2005年期间,区域×的年干旱天数最多,区域?的年干旱天数最少。分时段统计结果表明,1961)1975年是黄河流域各区域最为干 # 4# 旱的时段,此后,年干旱天数总体趋于减少。各区域近15a (1991)2005年)的年平均干旱天数与最初15a (1961)1975年)相比都明显减少,但与中间15a (1976)1990年)相比区域ó)区域×略有增加(表4)。 表4 各区域分时段年平均干旱天数 d 分区1961)2005年1961) 1975年1976)1990年1991) 2005年?34.653.034.416.5ò50.974.243.535.0ó65.685.355.556.0?70.488.259.963.1?62.889.245.753.6?69.988.557.264.0× 72.6 105.0 56.0 56.7 从空间上看,黄河流域年干旱天数呈明显减少的趋势,其中:河源区的减少速率最大,为-15d/10a ;河套-宁夏平原以及鄂尔多斯高原西北部的减少速率最慢,为-7~-9d/10a(图4) 。 图4 黄河流域年干旱天数线性趋势的空间格局 3 结 语 (1)黄河流域1961)2005年极端低温天数呈减少趋势,这与同期我国北方大部分地区冬季气温明显上升的结论一致[2,5]。 (2)黄河流域大部分地区极端高温天数呈增加的趋势,这与同期我国北方大部分地区夏季气温上升的结论基本一致 [8] 。 (3)黄河流域年极端强降水总量有增有减,其中:河源区增加最显著,增速为12~24mm /10a ,洪水出现的可能性加大;而黄土高原的中、东部减少显著,减速为-12mm /10a ,导致入黄泥沙可能减少,这对于中游水库和下游河道泥沙淤积具有减缓作用。极端强降水总量和天数的变化趋势与相关地区滑坡、泥石流等地质灾害发生频率的关系有待深入研究。 (4)黄河流域内每年中旱以上的干旱天数呈减少趋势,其中:河源区的减少速率最大,为-15d /10a ,这对该区农牧业的发展和土地退化的治理,具有积极的影响;而河套-宁夏平原以及鄂尔多斯高原西北部的减少速率较慢,为-7~-9d /10a ,且近15a 来干旱天数略有增加,加上这一带极端高温天数的较快增加,使得农耕区的抗旱情势依然严峻。 参考文献: [1] I PCC .Su mm a r y o f P olic y m akers o f C li m ate Chang e 2007:The Physic a l Sci ence Basi s Co ntri buti on o fW orki ng G r oup I t o t he Fourt h A ssess m ent Repo rt of t he Int ergov er nm ent a l Panel on Cli m at e Chang e[M ].Ca m bri dge ,UK:Ca m bri dge U ni v ersit y P ress ,2007. 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K ey w ords:ma i n ri ve r;tri butary;head w ate r;general survey of ri ve rs and lakes V ari ati on Trend of Extre m e C lim ate Events of t he Y ell o w R i ver Basi n i n1961-2005Peri od C H EN X i a o-qiu,L IU L,i WE I Y ang-p i n g (C olle ge of Urban and Environ m ental Sciences,Beijing U ni ver sity,Beijing100871) Abst ract:The paper de fines t he events o f ex tre m e cli m ate and ex tre m e strong precipita tion,ca lcu l a tes the co m prehensive m eteoro log i ca l drought i ndex(CI)and ana l y zes t he var i a tion trend and its spati a l pa ttern o f ex tre m e c li m ate events happened i n the Y e ll ow R iver basi n by usi ng t he da ta of da ily ave rage te m pera t ure,the m ax i m u m and m ini m u m te m pe rature and da ily prec i pita ti on of58w eathe r stati ons dur i ng 1961-2005per i od o f t he bas i n and usi ng the m e t hod o f thresho l d va l ue.T he outco m es show tha t a)the days o f the l ow est te m pe ra t ure and h i ghest te m pe ra t ure of t he basi n sho w t he trend o f reduc tion and i ncrease respecti ve l y and the average rate is-3.8d/10a and1.7d/10a respectively;b)the var i a ti on trend of t o ta l ex tre m e strong prec i pita ti on has obv i ous l y reg iona l d ifference.T he head w ater reg ion i s rem arkab l e in increase and the center and east parts of t he L oess P lateau situated in t he m iddle reaches a re re m arkable i n decrease and;c)the day s of drought are i n the trend of reducti on.T he m ax i m um reducti on happens i n the head w ater reg i on and the m i n i m u m i n H etao-N i ngx i a plain and t he no rt hw est o f O rdos P lateau. K ey w ords:extreme cli m ate;extrem e strong preci p itation;comprehens i ve m eteo ro l og ical drought i ndex;va riati on trend;the Y e ll ow R iver basi n A nal ysi s on Sat urated–U nsaturated So il Seepage of t he Y ello w R i ver Em bank m ents LI Yong-le1,Z HANG Cheng1,Z HANG H ong-fen2 (1.N orth China Institute of W ater C onservancy&H ydroelectr ic Pow er,Zhengzhou,H enan450011; 2.H ebei University of Eng i neering,H andan,H ebei056021) Abst ract:T he paper calcu lates the seepage equ i potenti a l li ne,veloc it y vecto r and li ne o f satura ti on o f t he Y ell ow R i v er e m bank m ents under the conditions o f fl ood and d ifferent ti m es after e m bank m ent strengthen i ng through w arp i ng by usi ng the seepag e t heory o f saturated–unsa t u-ra ted so il and obta i ns t he locati on o f li ne of saturati on,ve l oc ity vec t o r,tota lw ater head and the distributi on o f hydrauli c head o f the e m bank-m ents at d ifferen t ti m es.The outco m es o f the seepage ana lysis sho w that t he e m bankm ent streng t hen i ng through w arp i ng has greatly reduced the li ne o f sat uration and the destruc ti ve pow er of the seepage to the dyke.It can e ffecti v ely prevent the damage o f p i p i ng and so il l oss in add iti on to t he dyke conso li dati on. K ey w ords:seepage analysis;saturated–unsaturated so i;l streng t hen i ng through w arp i ng;t he Y e llo w R i ver embank m ents A pproach to O ptim ized R egu l ati on of G ux ian R eservoir Z HAO X i a n-rong1,2,DUAN Jing-w ang3,XUE Q i n g-m in2,YAO Gang-bing2,SHEN Ke-li2 (1.F lood C ontro l Off ice,Yellow R i ver Conservanc y Comm ission,Zhengzhou,H enan450003; 2.Gux ian K e y W ater Control A d m i nistration,Y ello w R iver Conservancy C o mm ission,San m enx ia,H enan472000; 3.San m enx ia K ey W ater Control Adm inistration,Yellow R i ver C onservancy Comm ission,San m enx i a,H enan472000) Abst ract:The paper seeks so l ution o f opti m u m regu lati on li ne of G ux i an R eservo ir by usi ng t he m ethod of dynam ic plann i ng based on the analysis o f rate o f consu m pti on o f un it e l ectric energy and through se lecti ng w et,no r m al and dry representative y ea rs of1977-2007se ries. T he outcom es sho w that a)the h i gh efficiency range of wa ter head of the operati on o f g enerati ng un it of t he reservo ir i s67-74m.W hen the head reduces t he consu m pti on i ncreases.T he effi c i ency o fw ater t urbi ne reduces under the sa m e load w hen t he head i s too h i gh;b)when the w ater leve l i s527.3m and518.0m respectively i n flood season of we t,norma l and dry representative years,the d ifference of m ax i m um
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