秦皇岛市降水变化特征分析

赵云峰

(河北省唐秦水文水资源勘测局,河北唐山 063000)

0 综述

秦皇 岛市位于东经 118°33′至 119°51′;北纬 39°22′至40°37′。北靠燕山,东、南临沿海,西与唐山市相望。东西宽74 km,南北长 132 km,总面积7750 km2。秦皇岛市地貌的地质构成是中生代燕山运动形成,地貌复杂,大致可分为山区、丘陵区、和平原区三个地貌单元。秦皇岛市属暖温带半湿润季风气候,四季分明。基本特点是:春季干旱多风,夏季炎热多雨,秋季昼暖夜凉,冬季寒冷干燥[1]。

根据 1956～2009年 52个站降水量同步系列统计结果,秦皇岛市多年平均降水量651.6mm,降水总量 50.50亿 m3。降水量区域变化趋势比较明显,总的变化趋势为自北部山区向南部沿海平原呈逐渐减少趋势,北部山区降水量介于650.0～760.0 mm之间,其中东洋河流域上游和石河流域上游燕山迎风坡降水量大于 700.0 mm,最大点降水量为青龙县刘家房站 753.1mm。南部沿海的平原降水量小于550.0mm。

1 降水量的年内、年际变化

秦皇岛市年降水量的 80%左右集中在汛期(6～9月),而汛期降水量集中在 7～8月。非汛期降水量以 4月、5月、10月所占比重较大。枯水年份,汛期降水量所占比重约减少3%～8%,5月和 10月降水量占比重增加 2%～5%。

降水量受气候和地形等因素的共同影响,年际变化较大。年际降水量变差系数在 0.2～0.4之间,年最大降水量为 1324.2 mm(1977年),最小降雨量为 262.1 mm(1982年),极值比为 5.05。降水量的年际变化幅度以北部山区和南部沿海平原最大,极值比在 4.0以上,最大极值比为 4.43,变差系数在 0.3～0.4之间;中部丘陵地区,极值比在 2.0～3.0之间,变差系数在 0.2～0.3之间。

从降水量的年代变化来看,在 1956～2009年的 54年系列中,五十年代(1956～1959年)处于平水期,平均降水量比52年系列均值少 0.4%;六十年代(1960～1969年)和七十年代(1970～1979年)处于丰水期,平均降水量比 52年系列均值多 6.8%和 12.0%;八十年代(1980～1989年)、九十年代(1990～1999年)和 2000～2009年处于枯水期,平均降水量比 54年系列均值少 5.6%、0.9%和 15.6%;自八十年代以来,降水量基本呈现减少的趋势。

2 降水变化倾向分析

以年代 t为自变量,年降水量 y为因变量监理一元回归方程 Y=a+bt的降水倾向率方程为 b=dy/d t。

当 b为正值时表示降水有增多趋势,值越大的趋势越明显;当 b为负值时,表示降水有减少趋势,绝对值越大,降水减少趋势越明显。

通过对 52个站 1956～2009年降水系列资料降水倾向率分析,除局部地区降水略微呈上升趋势外,绝大部分地区降水倾向率 b为负值,年降水量总体上呈减少趋势。

3 降水量变化的周期性

根据秦皇岛市各水资源分区代表站 1931～2009年降水量差积曲线分析(图 1),降水量明显呈现丰枯交替的周期性变化且降水丰枯变化的周期不尽一致。河北沿海流域(秦皇岛站)2009～1988年为下降段属枯水期,1987～1957年为平水期,1956～1921年为上升段属丰水期;滦河流域(卢龙站)2009～1989年为下降段属枯水期,1988～1956年为上升段属丰水期。可见各站 1956～2009年降水系列一般包括一个或两个丰枯周期。可见秦皇岛市降水量变化存在 60年左右的中周期。

图1 代表站 1930～2009年降水量差积曲线图

采用模糊假设检验法,对代表站各组数据存在 T周期的程度进行检验[2,3],给定显著性水平区间(0.025,0.1),通过计算可以发现秦皇岛市降水存在 2年、8～9年、10～11年的小周期变化,恰好与反映太阳活动中心强弱的太阳黑子数的周期相当,可以说年降水量变化与太阳黑子谁周期变化有一定关系。

4 降水变化的阶段性

从降水量多年变化过程来看,以偏多、偏少阶段交替出现为基本特征。自 1956年至今,进入一个以偏旱为主的阶段。从降水量距平百分率累计曲线(图 2)见可以看出,降水量变化有两个特点:一是总的变化趋势基本一致,降水量呈正相关;二是具有明显的阶段性,但降水量变化的阶段性在空间上不同步,主要表现在降水偏多、偏少阶段的起止时间、持续时间长度、降水变幅等不同。

图2 代表站念经水量距平百分率图

丰枯指标以时段均值与系列均值之比表示,0.95以下为枯水阶段,0.95～1.05为平水阶段,1.06以上为丰水阶段,水资源分区代表站年降水阶段性分析成果见表 1。

表1 代表站降水阶段性分析成果表

根据阶段性分析成果,秦皇岛市 1931～1934年滦河流域属丰水段,河北沿海流域属平水段,大部分地区在 1934年降水量比较丰沛;1935～1936年属枯水阶段,以少雨为主;1937～1938年属丰水阶段,以多雨为主;1939～1948年属枯水阶段,流域降水变化较大,河北沿海流域 1939～1941年为下降段,1942～1948年为上升段,出现了与滦河流域截然不同的降水趋势;1949～1979年属丰水阶段,降水呈波浪式上升,且持续时间最长,期间少雨的年份比较少,接近常年降水的年份偏多,大部分区域在 1969年或 1977年出现了降水量极大值;1980～1983年属枯水阶段,气候持续干旱,降水量偏少,多数地区出现了降水极小值;1984～1988年属丰水阶段,降水量较常年偏多 10%～20%,局部地区属平水阶段;1989年以后属枯水阶段,降水量呈现明显的减少趋势,并出现了1992、1999和 2002年特殊干旱年,部分地区出现了降水极小值。

5 降水变化的不稳定性

秦皇岛市属暖温带半湿润季风气候,夏季受东北低压、东蒙低涡、冷锋、西来槽、横切变、黄河气旋及台风等影响。据统计,西来槽和冷锋等天气系统影响,夏季降水较多,其不稳定性也最大,从而导致年降水量变化的不稳定性,降水量年际变化大,年降水量极值比最大达到 5.0以上,丰枯交替变化无常,洪涝和干旱时有发生,有时出现大洪、大涝或连续干旱的情况。

6 结论

秦皇岛市降水量区域变化趋势比较明显,自北部山区向南部沿海呈现逐渐递减趋势。降水量年内分配不均,80%左右降水集中在汛期。自 1956年以来,秦皇岛市降水量有明显减少趋势。南部沿海降水减少幅度大于北部山区。

秦皇岛市降水以偏多、偏少阶段交替出现为基本特征,变化周期在 60年左右,但各水资源分区降水变化阶段的起止时间、持续时间长度、降水变幅等不同。

[1]秦皇岛市水务局,秦皇岛市水文手册[M],地矿部河北地勘局测绘院,1999。

[2]陈守煜,模糊水文学与水资源系统模糊优化原理[M],大连理工大学出版社,1990。

[3]水利部天津勘测设计院,海滦河流域降水量分析报告[M],1992。