（气象学专业论文）气候变化对黄河中游三花区间水资源的影响研究.pdf

学位论文独创性声明 本人郑重声明： 1 、坚持以。求实、创新”的科学糟神从事研究工作 2 、本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究 成果 3 、本论文中除引文外，所有实验、数据和有关材料均是真实的 4 、本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或其它机构 已经发表或撰写过的研究成果 5 、其他同右对本研究所做的贡献均已在论文中作了声明并表示 了谢意 作者签名： 弓每 e l期： 丝2 垒2 i2 加 学位论文使用授权声明 本人完全了解南京信息工程大学有关保留，使用学位论文的规 定，学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论 文的电子版和纸质版；有权将学位论文用于非赢利目的的少量复锯 并允许论文进入学校图书馆被查阅；有权将学位论文的内容编入有 关数据库进行检索l 有权将学位论文的标题和摘要汇编出版保密 的学位论文在解密后适用本规定 啊= 作者签名：! 生 日 期：些2 童! 旦i 旦 气候变化对黄河中游三花区间水资源的影响研究 摘要 本文根据黄河中游三门峡至花园口区间( 简称区间) 近5 0 年水文、气象资 料，在分析气温、降水、径流量及可利用降水量时空分布和变化特点基础上， 依据气候因素与天然径流量的关系，建立径流量计算公式，分析了气候变化和 人类活动对径流量的影响。结果表明：区间降水主要集中在7 9 月，1 9 8 6 年以来降水量较前期递减了l 3 成：近5 0 年气温呈上升趋势，以沁河最甚， 冬、春季增温最明显；近5 0 年径流量呈减少趋势，尤其1 9 8 6 年以来减幅剧 增，其中天然径流量较前期减少l 4 成，年和汛期的实测径流量分别减少4 1 6 和5 4 8 ；区间径流主要由降水补给，径流丰、枯趋势的变化除受人类活 动影响外，主要取决于降水量的多寡，气温影响则起推波助澜的作用；可利 用降水量是一个考虑了多种气候因素影响的综合指标，其与径流量的关系比其 他任何单个因素与径流关系更密切；1 9 8 6 年以来区间径流量变桔主要是气候 变化和人类活动综合影响的结果；不同时期气候变化和人类活动对径流的影 响量比例存在差异，其中8 0 年代后期和近5 年的比例大体是3 ：i ，而9 0 年代则 是4 5 ：5 5 。 关键词：影响，气候变化，降水资源量，径流量，黄河三花区同 i m p a c to fc l i m a t ec h a n g eo nw a t e r r e s o u r c e sr e g i o nf r o m s a n m e n x i at oh u a y u a n k o uo f t h em i d d l ey e l l o wr i v e r a b s t r a c t t e m p o r a la n ds p a t i a lv a r i a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so ft e m p e r a t u r e ，p r e c i p i t a t i o n , r u n o f fa n da v a i l a b l er a i n f a l lr e s o u l c ei nt h er e g i o nf r o ms a n m e n x i at oh u a y u a n k o u o v e rt h el a s t5 0y e a r sw e r ea n a l y z e df i r s t l y r u n o f fc a l c u l a t i o nf o r m u l aw a s d e v e l o p e dc o n s i d e r i n gt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nn a t u r a lr u n o f fa n dc l i m a t i cf a c t o r s a n di n 丘l r l h e le f f e c t so fc l i m a t ec h a n g ea n dh u m a na c t i v i t i e so rr u n o f f w e s t u d i e d a n dr e s u l t si n d i c a t et h a t ：( 1 1r e g i o n a lp r e e i p i t a t i o nm a i n l yc o n c e n t r a t e si nt h ef l o o d s e a s o nf r o mj u l yt os e p t e m b e r a n n u a lp r e c i p i t a t i o na f t e r1 9 8 6h a sd e c r e a s e db y 1 0 t 03 0 o ft h a ti np r e v i o t e sp e r i o d ( 2 ) i nt h er e c e n t5 0y e a r s ，t e m p e r a t u r eh a s b e e nr i s i n g , e s p e c i a l l yw i n t e rt e m p e r a t u r ea n ds p n n gt e m p e r a t u r ei nq i n h er i v e r b a s i n ( 3 1a n n u a lr u n o f fh a sb e e np r e s e n t e dd e c r e a s i n gt r e n d n a t u r a lr u n o f fa f t e r 1 9 8 6h a sd e c r e a s e db y1 0 - 4 0 o f t h a ti np r e v i o u sp e r i o d a n d 也ec o r r e s p o n d i n g r e c o r d e da n n u a lr u n o f f a n df l o o ds e a s o nr u n o f f h a v ed e c r e a s e db y4 1 6 a n d5 4 8 r e s p e c t i v e l y ( r e g i o n a lr u n o f fi sm a i n l y 如mr a i n f a l l r u n o f fv a r i a t i o nh a sn o t o n l yb e e na f f e c t e db yh u m a na c t i v i t i e s 。b u ta l s ob e e ni n f l u e n c e db yc h a n g e si n r a i n f a l la n dt e m p e r a t u r e ( 5 ) a v a i l a b l ep r e c i p i t a t i o nr e s o u l - c 启i sac o m p r e h e n s i v e n d i c a t o rw h i c hh a sc o n s i d e r e d m u l t i p l ec l i m a t i cf a c t o r s ，a n d i th a sc l o s e r f e l a t i o n s b _ i pw i t hr u n o f f t h a na n yo t h e rs i n g l em e t e o r o l o g i c a lf a c t o r ( 6 ) s i n c e1 9 8 6 ， r e g i o n a lr u n o f f r e d u c t i o ni sc o n s e q u e n c eo f c l i m a t ec h a n g ea n dh u m a na c t i v i t i e s ( 7 ) t h ep r o p o r t i o nb e t w e i 七ne f f e c t si n d u c e db yc l i m a t ec h a n g ea n dh u m a na c t i v i t i e si s d i f f e r e n ti nd i f f e r e n tp e r i o d w h i c hi i ll a t e r1 9 8 0 sa n dt h er e c e n t5y e a r si sa b o u t3 ：1 。 b u ti n1 9 9 0 s i ti s4 5 ：5 5 k e yw o r d s ：e f f e c t , c l i m a t ec h a n g e ，w a t e r 姗u r c e sf r o mp r e c i p i t a t i o n , r u n o f f , r e g i o n 如ms a n m e n x i at oh u a y u a n k o u 2 前言 一、研究的目的与意义 2 0 世纪以来。全球环境发生了前所未有的变化，气候变暖则是其中最引入瞩目的现象 受全球增暖和人类活动等因素的影响，地球生态环境急剧恶化，世界各地自然灾害频繁发 生，其中以千早灾害所波及的范围最广，给社会造成的经济损失最大，对人类的生存和发展 构成了严重威胁因此，以气候变化及其影响为主题，伴随干旱化、土地沙漠化和水资源 供需矛盾日益加剧等的全球性环境、资源问题，已越来越受到科学界、社会公众和各国政 府的关注 研究表明“删，全球变暖给我国大范围气候带来了明显的影响，而地处中纬度的黄河流 域也对此也十分敏感如自上世纪8 0 年代以来，黄河流域的干旱化趋势十分明显。据文献 阻埘统计：黄河上游兰州以上地区1 9 9 0 年以来年降水量较前期减少近1 成；过去“年 气温总体呈上升趋势，平均上升幅度达1 3 c 由于降水减少、气温升高，导致径流量更为 显著的减少近5 0 年来黄河中游干旱化趋势比上游有过之而无不及。且这种变化趋势 自上世纪8 0 年代中期就已经开始，如1 9 8 6 年以来年降水量较前期平均减少了5 6 5 1 r r _ ，期 间气温较常年偏高约0 5 c 因此，该时段中游天然径流量比常年偏少了2 成3 成，而实 铡径流量则较前期减少近4 成。同时，除黄河下游频繁出现断流外。沁河武陟站、伊河龙门 站、汾河河津站、延河甘谷驿站也多次出现了断流 随着黄河中上游干旱化趋势的加剧，使得黄河中上游来水量剧降。河道水流挟沙能力 大减，造成河道的主槽萎缩，行洪能力大幅度降低因此，给黄河下游的防洪带来很大困 难，常常出现小水( 即较小的洪水) 大灾的严重局面，对黄河大堤和沿岸人民的安全构成 威胁，给广大滩区群众造成很大的经济损失和生产、生活困难 事实上，黄河中游三门峡至花园口区间( 简称“区间”) 正处于黄河中游的最下游，虽 然区域面积只有4 1 6 万k f ，仅占黄河流域总面积的5 6 ，但由于区间年降水量接近 6 0 0 u 。再加上良好的植被状况，使得该区成为黄河中游的重要水源区据统计，区间全年 天然径流量超过6 0 亿一，占到黄河流域天然径流息量的一成以上 3 由子该区盛夏期间常处于西太平洋副热带高压西伸脊边缘与西风带交绥的范国内，再 加上有利的地形，对于暖湿气流的输入和抬升极为有利因此，盛夏期间常产生高强度暴 雨，形成短历时洪水因此，此时的洪水常常是来势迅猛，陡涨陡落，对下游黄河大堤和 沿岸群众的安全构成严重威胁所以该区间乃是黄河中游三大洪水来源区( 另外还有河口 镇至龙门区间和渭河流域两个洪水来源区) 之一尽管修建小浪底水利枢纽之后，对于兰 门峡至小浪底区间发生的洪水能够得到较好的控制，但该区的小浪底至花园口区间尚有 3 5 9 万k 2 的面积( 占区间总息面积的8 6 3 n ) ，仍然处于小浪底水库的控制范围之外 再则，该区近5 0 年来的气候和径流量变化，也出现了类似黄河中上游的情况。据文献 o ”统计，该区上世纪8 0 年代中期以来径流量明显减少，如1 9 8 6 年2 0 0 3 年的1 8 年问， 其平均天然年径流量仅4 5 5 6 亿m i ，较前期减少了2 2 8 1 亿m ，减少幅度超过了常年均值 的三分之一在这期闯的2 0 0 3 年，黄河出现了有实测记录以来最严重的“水荒”，入海水 量一度每天只有几个立方米所以说，该区的气候变化特征和水资源状况，不仅对于当地 具有重要意义，而且对于黄河下游也有举足轻重的影响 为此，本文将以近5 0 年水文气象资料为依据，研究区间气候，径流量时空分布规律及 其变化规律，寻找并分析影响径流量的主要因子，探讨气候变化对径流量的影响。本文的研 究成果，对于流域区间的综合治理、农业发展水资源的台理开发、利用，制定水资源规划 和决策，乃至遏止水资源短缺和改普生态环境等都有着十分重要的意义 = ，研究现状 针对黄河中上游干旱化趋势加剧及其对于包括水资源在内的影响问题，黄河科研人员 和国内外关心黄河的学者、科学家都开展了各个方面的研究 如上世纪9 0 年代初以来的主要研究就有：黄河水利科学研究院的王云璋等在国家“八 五”科技攻关项目气候变化对水文水资源的影响及适应对策研究中设“气候变化对黄 河水资源影响及适应性对策”专题开展了研究”，在黄委会治黄科研专项先、后立题“气 候变化和人类活动对黄河中游水资源影响”和“气候变化对黄河水资源影响及预测研究” 等进行了研究 “九五”，“十五”期间。还在国家重点科技攻关项目立专题“2 l 世纪初黄河水资源交 4 化趋势初步分析”和国家重点基础研究发展规划项目( 即9 7 3 1 项目) 我国生存环境演变 和北方干旱化趋势预测研究所属专题“干旱化对黄河水资源影响研究”进行了研究 另外，很多科技人员针对黄河干旱化趋势的发展，围绕黄河水资源变化，气候变化及 其影响等问题展开了分析与影响。如有： 王国庆等“1 1 在国家重点基础发展规划项目中就气候变化对黄河水资源影响评价模型进 行了专门研究 彭梅香等；f ! 佣截至1 9 9 5 年的水文气象资料，在对1 9 8 6 年1 9 9 5 年气候特点进行分 析的基础上。就近1 0 年气候变化对黄河中游水沙的影响进行了探讨 王国庆等“耵( 2 0 0 0 ) 利用水文模型就黄河上中游径流量对气候变化的敏感性进行了计 算与分析。 张学成等“o ( 2 0 0 1 ) 就近5 0 年来黄河流域的天然径流量变化进行了分析 康玲玲等“”( 2 0 0 4 ) 利用1 9 5 5 年2 0 0 4 年的降水量资料，就近5 0 年黄河中游降水变 化及其对径流的影响进行了研究。 王琦等哪! ( 2 0 0 4 ) 在对黄河中游干旱趋势主要特征进行分析的基础上，着重就干旱化 对径流的影响进行了探讨 壬云璋等“”( 2 0 0 4 ) 利用近5 2 0 年黄河中游干旱指数系列，就干旱的历史演变规律及 未来3 0 年变化趋势进行了分析。 王昌高等1 ( 2 0 0 4 ) 根据黄河中游近5 0 年干旱序列。分析了黄河中游干旱的时空分布 及变化特点 刘昌明“( 1 9 9 8 ) 和陈先德嘲( 1 9 9 9 ) 先、后就黄河断流现状、成因，发展趋势和对 策等方面进行了分析研究，等等 但是，上述研究多数针对黄河中上游或者黄河中游地区，涉及三花区间，尤其是系统 对于三花区间气候，径流量特征、径流量影响因子和气候变化对区间径流量影响等方面的 研究很少 三，研究的内容和方法 本文主要根据区间近5 0 年水文，气象资料，计算可利用降水量，统计、揭示气温、降 5 水量及可利用降水量、径流量的空间分布规律及时间变化特点，分析气候诸因素与径流量 的关系，探讨气候变化和人类活动对径流量的影响 ( 一) 主要研究内容如下： 1 、径流量时空分布规律分析 根据- - f l 峡、花园口水文站及主要支流控制站有实测记录以来的径流量资料，统计分 析区间及各分区径流量的时间分配规律、各分区径流量占区间径流总量的比例，同时分析 区间及各分区径流量近5 0 年的变化特点 2 、气候基本特征及其与可利用降水量关系分析 ( 1 ) 气温、降水量基本特征分析 根据区间近5 0 年降水、气温资料，在对区间降水进行合理分区的基础上，应用统计学 方法对降水量、平均气温的区域分布规律、年内分配特征和时间变化特点进行分析 ( 2 ) 可利用降水量计算分析 根据气温、降水量资料，采用高桥蒸发量计算公式计算区间的蒸发量，并推算出区间 可利用降水量，进而分析其时空分布特征和近5 0 年变化特点 ( 3 ) 气温、降水与可利用降水量的关系分析 根据近5 0 年气温、降水量及计算所获得可利用降水量，统计分析气温、降水与可利用 降水量的关系及随季节、年代际的变化特点 3 、气候变化对区间径流量影响分析 根据区间1 9 5 5 1 9 8 5 年气温、降水量及可利用降水量与区间汛期径流量的关系，建立 天然径流量计算公式，进而利用1 9 8 6 年以来诸相关因素的实际数据，计算区间同期的天然 径流量分析评价气候变化和人类活动对径流量的影响 ( 二) 技术路线与主要计算方法 i 、技术路线 ( 1 ) 根据三门峡、花园口，黑石关、武陟等站1 9 5 6 年2 0 0 4 年的天然径流量资料， 运用经典的统计学方法，分析径流量的月、季、年、年代际变化特征、区问及各支流径流 量的时间分配特征和近5 0 年变化特点 6 ( 2 3 根据区间内代表站近5 0 年气温、降水量资料，应用统计学方法，对区间气温、 降水量的时空分布规律与变化特点进行分析 ( 3 ) 采用高桥蒸发量计算公式，计算区问各站的蒸发量，分析其时空分布特征，并推 算出区间可利用降水量，分析其对空分布特征和变化特点 ( 4 3 根据可利用降水量与同期气温、降水量资料，分析径流量的影响因子，探讨气温、 降水与可利用降水量的关系 ( 5 ) 应用相关统计分析和方差分析等统计学方法，分析径流量车、枯变化的气候背景， 研究水量丰枯变化的阶段性和周期性，探讨区间降水、径流量的历史变化特点 ( 6 ) 采用统计学方法，依据前期气候诸因素与区间汛期径流量的关系，建立天然径流 量计算公式，计算分析气候变化和人类活动对径流量的影响。 2 、资料统计方法 ( 1 3 季节的划分：3 5 月为春季；6 8 月为夏季：9 1 1 月为秋季；1 2 2 月为冬季 ( 2 ) 汛期划分：降水集中时段一汛期为6 9 月，非汛期为1 0 月至翌年5 月；径 流量分析中的汛期时段为6 1 0 月，非汛期即年径流量减去汛期径流量 ( 3 ) 区间和分区平均降水、气温的统计：区间由卢氏，洛宁，渑池、新安、盂津、 栾川、嵩县、伊川、安泽、高平、阳城、晋城、陵川、博爱、武陟、沁阳、垣曲，济源、 兰门峡、孟县和郑州等2 l 站求平均；伊洛河区以卢氏、洛宁、渑池、新安、孟津、栾 川、嵩县，伊川等8 站求平均； 沁河区以安泽、高平、阳城、晋城、陵川、博爱、武陟、 沁阳等8 站求平均；千流区问以垣曲、济源、兰门峡、孟县和郑州等5 站求平均 ( 4 3 径流量统计方法：伊洛河以黑石关站径流量代表；沁河以武陟站径流量代 表； 三花区间以花园口与- - i 1 峡两个干流控制站的径流量差代表：干流区由三花区 间径流总量减去伊洛河、沁河径流量后的差代表 3 ，主要计算方法 本文主要应用统计学方法，对所选取的基本资料进行了统计计算与分析现就其中的 部分计算公式及方法简述如下： 7 ( 1 ) 相关系数 气温、降水量、可利用降水量彼此之间及其与径流量之问的相关系数计算，采用以下 公式： r = ( x i x x y i - y ) ( 1 ) 式中：r 为相关系数，其值越大，表示两者之间相关性越显著，反之亦然；x i 和x 分别为 自变量( 气温、降水量、可利用降水量等) 逐年值与多年平均值；y i 和y 分别为因变量( 如 可利用降水量或者径流量) 逐年值与多年平均值 ( 2 ) 方差分析 方差分析是寻找时间序列主要周期和通过周期叠加外延( 即趋势预测) 的常用方法 其基本思路是，先从原序列中分析一个主要周期，然后从序列中除去该周期的影响，并在 余下新序列中寻找第二个主要周期，再进行循环过滤，直至达到所设定的要求为止 本文中判断主要周期的办法是，通过不同长度( 设x i 序列的长度为m ，其对应周期长 度可取2 、3 、4 、皿2 ) 周期所相应f 值的比较来实现，每次取其中f 值最大的为主要 周期f 的计算公式为： k 踹( m ( a b )一k ) 式中：m 为样本长度( 如本文中的单位为年) ，k 为分组的组数；a b 、c 分别为： 。( x 自) 2 n 善t l i im k ( x i ) 2 c = - 皇生生一 ( n l 为第i 组的样本数) m 本文周期分析方法阻1 ，编制了程序，并通过执行程序来实现周期分析和周期叠加拟合 s q 妒 鲁厶：曼 。m = a 计算的目的 ( 3 ) 变差系数c - 变差系数可以反映径流系列的离散程度，变差系数越大，离散度越大，即年径流的年 际变化越大，枯水年水量和丰水年水量相差越大，反之亦然变差系数大的河流，由于枯 水年份流量相对较小，抵抗像径流减少这类干扰的能力差，印河流更为敏感，而变差系数 小的河，情况则恰恰相反 为此，本文在径流量统计分析中采用了变差系数。目前变差系数c - 的计算值大多是用 矩法计算的。其公式如下： c v = 喔 = 3 喜( x , - x ) 2 ( n - i ) 式中z 。为第f 年的径流量；牙为多年平均径流量 ( 3 ) 因为蒸发的水分进入大气后就难以利用，所以降水中只有减去蒸发后的部分( 即p e ) 才是可以利用的降水量，本文称其为可利用降水量。蒸发量的计算采用了高桥浩一郎计 e 2 面碍3 1 0 0 p ( 4 ) 3 1 0 0 十l 。8 p 2 e x p 卜二芝】 其中e 为月地面实际蒸发量( 咖) ，p 为月平均降水6 删) ，t 为月平均气温( ) 四、创新性成果和结论 本文的主要成果和结论如摘要所述其中创新性的成果与结论简述如下： l 、首次以近5 0 年降水量、平均气温为基本资料，系统地分析t - - 花区间气候基本特 征，揭示了降水量和气温的时空分布规律，明确指出了近期降水量减少和气温升高是区间 干旱趋势加剧和水量偏桔的原因所在 9 2 、首次同时针对三花区间及分区实测径流量和天然径流量资料，采用统计学方法，全 面地统计分析了径流量时空分布特点和时间变化规律 3 ，首次计算给出了区间可利用降水量，并分析了其时空分布规律和时间变化特点，同 时还探讨了其与其他气候要素和径流量的关系。 4 、创造性地依据气候诸因素及其与径流量的关系，建立了天然径流量计算公式，首次 定量计算和分析了气候变化及人类活动对径流量的影响；并得出结论t 1 9 8 6 年以来区 间水量变枯主要是气候变化和人类活动综合影响的结果； 不同时期气候变化和人类活动 对径流的影响量比例存在差异，其中8 0 年代后期和近5 年的比例大体是3 ：1 ，而9 0 年代 则是4 5 ：5 5 这一研究结果将为区域水资源合理开发利用和流域治理规划提供了技术 支撑 1 0 第一章三花区间降水时空分布及变化特点分析 三花区间( 以下简称区问) 地处暖温带半湿润、半干旱气候区，在黄河流域属降水量 较为充沛的区域。由于该区间的形状南北长，东西窄，南北向呈菱形；而且西，北部有秦 岭、中条山，东侧有太行山、嵩山，南有伏牛山，区内还有崤山、熊耳山和王屋山等山脉； 中部沿黄河干流朝东呈现一个喇叭口，地形十分复杂，对降水的作用十分明显并且，该 区间夏半年的天气同时受副热带环流系统和西风带环流的影响因此，便区间内降水量的 时空分布呈现出地区差异悬殊、年内分配不均等特点 同时，该区间又是黄河中游三大洪水来源区中对下游威胁最大的一个，由于该区间夏 季降水主要以暴雨形式出现，并且降雨的强度大、历时短，再加上区间特好的产汇流条件， 因此所形成的洪水往往是陡涨陡落，给黄河下游防汛、农业生产以及沿岸广大人民的生命 财产带来极大威胁 对于三花区间降水的分布特点与变化，过去已有一些分析但是，由于这些工作 侧重于整个黄河流域或中游地区，而且重点在于分析降水变化对入黄泥沙量的影响，所以 涉及区间降水的内容和深度均不太够 本章将首先从近5 0 年( 1 9 5 5 2 0 0 4 年) 气候资料入手，在搞清区间降水量时空分布 及近5 0 年来变化的基础上，着重对降水量的时间变化，尤其近2 0 年区间降水量的时间和 空间变化进行分析旨在进一步认识区间水资源变化的原因，为探讨气候变化对径流量的 影响奠定基础，进而为水资源的合理开发利用，下游防洪和流域治理规划提供科学依据 第一节三花区间降水量的空间分布特点 一，流域分区与基本瓷科 根据区间地形、水系和产汇流的特点，本文将区间划分为沁河、伊洛河和干流区间( 简 称干流) 三个区 本文结合区间降水资料的具体情况，在区间内选取代表性较好，且资料系列较长的代 表雨量站共2 1 其中伊洛河8 个、千流5 个、沁河8 个 同时，我们对于部分年、月缺测的降水量资料，根据周围测站的实测资料，利用比值 1 1 法或参考降水量等值线进行插补延长最后统一取1 9 5 5 - 2 0 0 4 年逐月降水量作为本文统计 分析的基本资料 二、降水的地理分布特点 图1 一l 给出了区间年降水量等值线的分布情况不难看出，降水量的地理分布有以 下几个特点； 圈1 - - 1区同年库水量等值线分布 1 、南部多、北中部少 区间降水量的分布呈南部多，北中部少的特点黄河干流以南地区的降水量大多在 6 0 0 8 0 0 m 之间，其中伊河上游最多可达8 4 0 1 m ；而区间北中部则降水量相对较少，一般 为5 6 0 6 3 0 m m 2 、东西差异小、南北梯度大 降水量等值线基本上呈纬向分布，东西向降水量的差异比较小。整个区间东西向平均 降水量差值( 耶不同纬度东西流域界处降水量的平均差值) 为2 0 m 左右，表明东侧降水量 平均较西侧仅多2 0 = m 左右但是，区间降水的南北梯度则比较大，尤其南部伏牛山北麓的 降水梯度高达2 5 = m 硒。 3 、山区多、河谷平原少 区间四周多高山丛岭，干流区间东部和沁河、伊洛河下游地区为平原，并伴有一个偏 东或东南气流的入口由于地形的抬升作用，偏东暖湿气流沿河谷向上游坡面推进的同时 不断成云致雨结果是，山区往往要比平原、河谷地带降水量多如上述的平原区年降水 量一般为5 5 0 6 3 0 m m ，而山区大多超过6 2 0 m m ，尤其南部山区多达6 3 0 8 4 0 m m 第二节降水的时同变化特点 一，降水量的年内分配特点 1 、汛雨期的基本特征 汛期降水多少及其持续时间( 这里称其为汛雨时段) 的长短，除主要取决于大气环流 的作用外，还受地理纬度、地形以及水汽来源条件等诸因素的影响，由于三花区间范围较 广，南北跨度较大，地形十分复杂。因此，其降水除有以上地理分布特点外，在汛期降水 的起迄时闯方面还有一定差异 按照月降水量大于平均月降水量( 即指本站年降水量除以1 2 个月所得的平均降水量 值) 定义为进入汛期，而第一个小于平均月降水量的月份为汛期结束月，经统计，各分区 汛雨期终止时间一致，均在1 0 月，而开始时间则伊洛河要比其他区早一个月汛期集中了 全年大部分的降水量，尤其沁河和伊洛河其降水量约可占全年降水总量的7 成( 表l 1 ) 2 ，降水量的季节分配特点 袭3 - - 2 和表l 一3 分别列出了各区的月、季、汛期、非汛期降水量及其占年降水量的 百分率。结合资料分析，就降水量的季节分配大体可归纳出以下特点。 衰l l各区汛雨期及群水特征值缝计裹 区域 平均月降水量塑堕塑j 型堕一强度 ( n )趋迄 长度c a ) 降水量( m m ) f ( m m ，月) 伊洛河 “7595 千流 5 0 2694 沁河5 0 1694 区问 5 2 4694 4 6 9 1 3 9 7 | o 4 1 8 0 4 1 1 6 6 9 2 6 5 8 6 9 6 6 5 ， 9 3 8 9 9 2 1 5 1 0 2 9 注：0 。平均月辟水量”为年降水量除以1 2 ( 个月) 所得平均值； 。，为占年降水量的百分比 表1 - 2各医月痒水量及其占年障水量比倒缓计衰 伊洛河：翟1 ”2 9 搿嚣器翟等譬搿器2 。5 ，9 翟 注：表中“r ”为降水量c r a m ) ；“f ”为季降水量占全年降水量的百分率 袭1 - - 3各区季障水量及其占年带强比倒统计袭 伊洛河；嚣裟=翟=荔 注表中。r 为降水量( n u n ) i 。f ”为季降水量占全年降水量的百分率 就分月来看：7 9 月降水最集中区间7 9 月降水量超过3 4 0 m m ，集中了全年大部分 的降水量尤其沁河约占全年降水量的6 成其中以7 月降水量最多，达1 4 0 一l s o m m ，可 占到年降水量的四分之一降水量之集中，仅次于干旱地区 1 4 就季节变化来看：冬季降水最少1 2 2 月，区间受冬季风的影响，基本处于大陆性 干冷气团的控制之下，区间多晴朗天气，呈现出千冷少雨的特点各区冬季降水量不足3 0 哦。 仅占年降水量的4 左右因此说，冬季是全年降水量最少的季节，其中以1 月少雨最甚 春、秋季降水较少春、秋是冬半年与夏半年的过渡季节，由于受冬、夏季风进退时间早 晚不一，且不稳定等因素的影响，区间季降水量大多在1 0 0 1 8 0 衄之间，占年降水量的 1 7 2 6 因此，其降水量相对于夏季要少，但比冬季显著偏多 = ，备区的降永趋势的联系 表i - - 4 列出了各区降水量距平符号相同的百分率不难看出，区间与伊洛河降水趋 势的一致性最好，其距平符号相同的百分率高达9 2 8 其次是区间与干流区，其一致性 达8 3 3 相比之下，沁河与其他区的一致性较差，特别是沁河与伊洛河降水变化的同步 率最低，仅7 3 8 。 裘i - - 4各区年降水量距平符号相同的百分率统计袭 由此可见，三花区间由于北南部所跨越的纬度较大，客观上冷暖空气交绥致雨地带的 南北跨度有限，而且西风带环流系统与副热带环流系统的配合特点往往各年不同。因此， 南、北部降水变化的趋势有时表现不一致 三、降水量的年代变化 为便于对比分析，又考虑到伊洛河6 9 月降水量也相对集中。故以下对于各区汛期降 水量统一由6 9 月降水量代表，非汛期降水状况则以1 0 - - 5 月降水量表示表i - - 5 、i - - 6 、i - - 7 分别列出了年，汛期和非汛期降水量的年代特征值 袭1 - - 5 各区年阵水量年代特征僵统计表 匡堡堡竖塑王亟丝签壁画 1 9 5 5 降水量( n u n ) 6 9 9 89 3 2 5 6 8 0 87 0 0 4 1 1 塑星，! 蚴! ：! 曼! ! ：! ! ：1 1 9 6 0 降水量( ) 6 8 7 66 0 2 26 1 8 46 4 0 9 1 9 7 0 阵水量( n ) 6 4 1 66 1 1 25 8 7 76 1 3 8 1 9 7 9 距平( 嘲 - 3 5以l- i 11 9 1 9 8 0 降水量( m )6 9 9 16 1 4 55 5 5 86 2 4 4 1 9 8 9 距平c 9 幻 5 20 4- 6 5- 0 2 1 9 9 0 降水量( n u n ) 6 0 55 5 9 15 5 95 7 6 6 1 9 9 9 距平( ) - 9- 8 6- 6 0- 7 8 2 0 0 0 降水量6 8 0 86 1 4 26 2 26 4 2 6 2 0 0 4 距平( 9 的 2 40 44 62 7 衰l 一6备区汛期阵水量年代特征值统计表 1 9 舒 降水量m ) 4 7 0 7 5 2 2 34 8 44 8 8 1 9 5 9 距平( 钉 1 2 82 9 71 8 i1 8 7 1 9 6 0 降水：i t ( r a m ) 4 1 8 3 7 7 8 4 1 6 44 0 7 8 1 9 6 9 距平( ，钉0 , 2 - 6 21 6- o 8 1 9 7 0 降水量( ) 3 9 4 64 1 0 44 1 7 6 4 0 7 2 1 9 7 9 距平( ) 一5 41 91 9- 0 9 1 9 8 0 降水量( n ) 4 5 1 6 4 1 5 i3 8 6 84 1 8 2 1 9 8 9 距平( ，句8 2 3 1- 5 61 7 1 9 9 0 降水i ( m m ) 3 6 0 13 4 3 93 6 7 63 5 9 1 1 9 9 9 距平( 嘲 - 1 3 7- 1 4 61 0 3- 1 2 6 2 0 0 0 降水i ( r a m ) 4 5 4 2 4 1 14 3 8 34 3 7 8 2 0 0 4距平8 8 2 0 6 96 5 综合分析，可以看到：对比各区不同时段降水量的年代距平符号不难发现，唯有沁河年 降水量的年代变化趋势与区间相一致，里现出5 0 、6 0 年代和2 0 0 0 2 0 0 4 年( 以下简称近 5 年) 偏多，7 0 9 0 年代都为负距平；伊洛河的年、汛期降水量年代变化趋势与区间基本 一致，即年降水量除8 0 年代伊洛河偏多、区间正常外，其余年代的距平符号全部一致， 1 6 囊l 一7备区善汛期降水量年代特征值统计襄 区域伊洛河干流沁河区问 1 9 5 5 降水量( ) 2 2 9 12 1 0 2 1 9 6 9 2 1 2 3 1 9 5 9 距平( ) - 7 ，40 46 7- 1 0 1 9 6 0 砗承量( n ) 2 6 9 62 2 4 42 0 22 3 3 1 1 9 6 9照平( ) 9 07 2 9 4 8 7 1 9 7 0 降水量( 衄)2 4 6 92 0 0 81 7 0 12 0 6 7 1 9 7 9距平( ，句 0 2- 4 1 - 7 9 - 3 6 1 9 降水量( n 】 2 4 7 51 9 9 41 6 8 92 0 6 1 1 9 8 9 距平( 钉0 i 4 j8 5- 3 8 1 9 9 0 降水量( )2 4 52 1 5 21 9 1 52 1 7 5 1 9 9 9 距平( 9 幻 i 02 83 81 5 2 0 0 0 降水量( ) 2 2 6 52 0 3 31 8 3 82 0 4 7 2 0 0 4距平( ) - 8 4- 2 9- 0 4- 4 5 即5 0 ，6 0 年代和近5 年偏多，7 0 、9 0 年代偏少；而汛期降水量除6 0 年代伊洛河正常偏多、 区间正常偏少外，其余年代的趋势完全一致，即5 0 、8 0 年代和近5 年偏多，7 0 ，9 0 年代 偏少； 不论区间还是分区，9 0 年代均干旱少雨，9 0 年代降水量较常年偏少十分显著。如年降 水量，伊洛河、干流和区间偏少近1 成，这是其它任何年代所不及的；汛期降水量则偏少 更为显著，干流、伊洛河，区间和沁河都偏少1 成多，创历史记录。这是1 9 9 0 年开始的连 年干旱少雨的结果但是近5 年汛期多雨较明显。尽管近5 年各区非汛期的降水量都较常 年偏少，但各区汛期降水量较常年偏多较为突出，其中伊洛河和沁河的降水量较常年偏多 接近1 成，进而导致各区的年降水量也较多年平均值偏多 汛期与非汛期降水趋势大多相反对比袭t - - 6 与袭l 一7 不难发现，汛期与非汛期年 代降水量的距平符号大多不一致，这种不一致在区间和千流区较为明显l 这两个区的6 个 年代距平符号中就有5 个是相反的。如区间汛期降水量5 0 、8 0 年代和近5 年偏多，6 0 、9 0 年代偏少，丽非汛期降水量则呈5 0 、8 0 年代和近5 年偏少，6 0 ，9 0 年代偏多究其原因， 很可能与副热带高压的活动规律与影响有关 五、降水的年际变化 1 7 图l 一2 至图l 一5 分别给出了各分区及三花区问年、汛期和非汛期降水量的历史演变 曲线 1 2 0 0 l o o o 童8 0 0 妻6 0 0 莲4 0 0 2 0 0 o 1 9 5 5 1 9 6 01 9 6 51 9 7 0 1 9 7 5 1 9 8 0 1 9 8 51 9 9 0 1 9 9 52 0 0 0 2 0 0 5 时间( 年) 9 0 0 8 0 0 7 0 0 6 0 0 5 0 0 4 0 0 3 0 0 2 0 0 1 0 0 0 啊1 2 伊洛柯年( 囊鳓、汛期( 盥妨，善汛期催缝) 降承量演变一缱 1 9 5 51 9 6 01 9 6 51 9 7 01 9 7 51 9 8 01 9 8 51 9 9 01 9 9 5 2 0 0 0 2 0 0 5 时间( 年) 田1 - - 3 静河年( 簟鳓，打溯渔勘，翱硼恤鳓南溘敲矗线 1 9 5 5 1 9 6 0 1 9 6 51 9 7 01 9 7 5 1 9 8 0 1 9 8 5 1 9 9 01 9 9 52 0 0 02 0 0 5 时间( 年) 圈1 - - 4 千蠢区年( 细勘，汛期( 豳嘞垂汛期0 缸鳓水量囊变曲缱 i一_v叠 啪 啪 鲫 枷 | 言 o o珊哆蔷韪 mm 八 - 八入 ：一： v ，v l 。t v j vj0 ： ： 之1 氏二：久、? j k , j a 。 _ 。一v 一p v 。-j 圈1 5 三花区问年伪_ 缈、汛搠( 1 嘲、毒汛期凇) 悻瘩黻曲线 由降水历史演变曲线并结合各区的年，汛期及非汛期降水统计特征量( 表l 一8 ) 的计 算结果分析，年和汛期的降水变化趋势较一致降水量的年代变化趋势一样，年降水量与 汛期降水量的变化趋势基本一致，这主要由于区间和各分区降水主要集中在汛期的缘故 麦1 - - 8軎区年、汛期和睾汛期降永统计特征量表 特符信 至醛垄董垒= 2 旦堕查茎! 垒= 旦堕垄量 伊洛河 1 3 2 10 2 0 12 3 99 8 9 0 2 4 0 2 8 17 0 30 2 8 63 6 8 千流1 2 5 10 2 0 82 5 69 0 60 2 2 82 7 76 5 70 3 2 04 6 5 沁河 9 9 50 1 6 62 2 59 0 3o 2 1 62 6 95 5 00 3 0 14 3 7 区间1 1 0 4n 1 7 62 1 78 4 80 2 0 62 3 66 1 4o 2 8 33 9 8 注；表中“a 为均方差，“b ”代表最大降水量与最小降水量的比值，“g ”为变差系数 降水量时间变化的阶段性规律相对较差。如；与黄河流域的其他地区相比，降水变 化的阶段性变化特点不太明显；其中沁河的阶段性规律相对明显些，即呈现出1 9 6 5 年 以前、1 9 7 1 1 9 7 7 年和近2 年为多雨，1 9 6 5 1 9 7 0 年和1 9 7 8 2 0 0 2 年降水量偏少的特点； 其他分区和区间却星现出降水正、负距平频繁交错出现的变化特点。如伊洛河年降水量 偏多的持续时间大多在1 2 年，最长也不超过4 年，而偏少时段一般为2 3 年，最长也 不超过4 年；干流的情况也如此。除年降水量1 9 7 6 1 9 8 1 年持续7 年偏少外，其余多雨、 少雨的时段多在l 3 年，最长不超过4 年 从表l 一8 和各站最大年降水量与最小年降水量的比值( 图略) 可以看出，年际变化比 较小，区间的极值比较小，各区年降水量的极值比都在2 6 以下，汛期和非汛期虽然偏大 1 9 些，但也分别不超过2 9 和4 7 ；相应的c ，值也比较小，年，汛期和非汛期分别都在0 2 1 ， 0 ，2 5 、0 3 3 以下；其中汛期和非汛期降水量的年际变化虽然较年降水量要大一些，但与黄 河中游其它地区相比，仍算是比较小的。仅次于渭河中南部地区 表1 - - 9 列出了用方差分析方法对年、汛期和非汛期降水量进行周期分析的计算结果 其中l 为周期长度( 年) ；f b 为统计羞f 值与置信度口- - - - 0 1 0 时f 临界值的比值；r 为由 表中所列3 周期递加计算值与实测值的相关系数由表1 - 9 不难看出，降水存在着较明显 的周期性，其最显著的周期长度首先是3 年及3 年倍数( 如6 年、9 年、1 8 年和2 1 年) ， 其次是5 年、1 3 年和1 9 年 上述结果不仅与区问天然水量的分析结果伫町相一致，而且与陈涛、孙卫国等1 得出的 近5 0a 的河南ar 中存在着显著的准2 a 周期变化，多雨期、少雨期波动更替，降水特 征的气候突变发生在7 0 年代后期的结论基本一致 衰l 一9备区年，讯期和章汛期降水量方差分析成果袭 r 3l ，5 91 9 1 3 31 3 0 9 1o 9 l 伊洛河 r _ 9l ，5