ENSO事件对红水河龙滩站径流的影响分析

朱 麟

(龙滩水电开发有限公司龙滩水力发电厂,广西天峨547300)

ENSO事件对红水河龙滩站径流的影响分析

朱 麟

(龙滩水电开发有限公司龙滩水力发电厂,广西天峨547300)

用多元ENSO(厄尔尼诺/南方涛动)指标,分析厄尔尼诺和拉尼娜事件对径流的影响。月径流量数据采用天峨水文站1950年～1997年共48年汛期(5月～10月)径流资料,结合美国国家环境预报中心(NCEP)和美国国家大气研究中心(NCAR)的逐月MEI指数分析红水河龙滩站来水规律。结果显示,龙滩站在汛前或汛期极强/强拉尼娜事件减弱期对应汛期流量呈放大趋势概率大,反之流量呈减少趋势概率大；在极强厄尔尼诺事件年汛期来水总量年际差异巨大,厄尔尼诺事件与流量关系并不总是保持一致,一般情况下厄尔尼诺事件年入汛偏晚概率大。

ENSO事件；影响分析；径流；红水河

龙滩水电站是广西境内最大的水电工程,也是西江防洪体系的骨干工程。坝址位于广西天峨县境内,距天峨县城15 km。坝址以上流域面积98 500 km2,占红水河流域面积的71.2%。坝址多年平均流量1 610 m3/s,年均径流量508亿m3。红水河流域地处副热带季风区,4月～10月份为雨季,降水总量约占全年降水量的89%,雨日约占全年的71%。龙滩站地处红水河上游,一般4月底5月初进入汛期,10月份汛期结束。

1 方 法

由于南盘江上游天生桥一级水电站于1998年下闸蓄水,本文以天峨县水文局提供的天峨县水文站月流量的径流资料,数据起止时间为1950年～1997年。文中还使用了美国国家环境预报中心和美国国家大气研究中心(NCPE/NCAR)发布的全球逐月MEI指数数据。这些资料的起止时间均为1950年～1997年。

1.1 MEI指标的特征及等级划分

本文使用多元ENSO(MEI)指标,分析厄尔尼诺和拉尼娜事件对径流的影响。

多元ENSO(MEI)指标是根据6种热带海洋观测要素经主成分分析得到的。这6种要素分别是海平面气压、纬向风、经向风、海表面温度、海面上空的气温、天空总云量。MEI比其他指数包含的信息多,能更好地反映海气耦合系统的本质；因此,本项研究选择MEI指标作为ENSO事件的表征。

图1是标准化MEI指标的时间序列变化图,图中的阴影区是±0.5MEI值的等值线包围的区域,该区域表示MEI指标是正常状态。从图1中可以看到,在MEI指标的正值和负值都有持续过程,在MEI≥0.5和MEI≤-0.5的持续时段,基本对应了厄尔尼诺和拉尼娜事件。因此,MEI指标可以较好地反映ENSO事件。

图1 MEI指标的时间序列变化

当以±0.5为标准时,出现≥0.5的正值频率大约为33.16%,出现≤-0.5的负值的频率为26.56%,其余40.28%为正常年的频率。这种划分结果与其他学者用海温距平的划分结果大致相当。

本文用ENSO综合指标及其径流预测方法,以±0.5为临界值,提取每个连续5次达到±0.5的厄尔尼诺/拉尼娜事件过程,计算极端最大MEI值MEImax、平均MEI值MEImean、达到标准后持续时间MEImonth,按月计算。将平均强度MEImean、极端强度MEImax和持续时间MEImonth按0.6∶0.3∶0.1的权重衡量一个ENSO事件,对历次ENSO事件进行综合指标计算,得到综合MEIZ值。即,ENSO综合指标MEIZ=0.6MEImean+0.3MEImax+0.1MEImonth

计算拉尼娜的综合值时,先取MEI数值的绝对值,然后再计算权重。因此,在MEIz划分的等级中,拉尼娜与厄尔尼诺等级标准一致,只是符号相反(见表1)。

表1 MEI指标的等级划分

1.2 ENSO事件分析

按照表1的标准,可以将1950年～1997年期间的历次厄尔尼诺/拉尼娜事件挑选出来。表2和表3分别为48年厄尔尼诺/拉尼娜事件表。可以看到,用MEI指标挑选出14次厄尔尼诺事件(表2)和11次拉尼娜事件(表3)。比较表2和表3可以发现,厄尔尼诺事件的次数多于拉尼娜事件,但是,每个厄尔尼诺事件持续的时间都短于拉尼娜。在表2中,最长的厄尔尼诺事件是1991年～1993年间,持续了32个月,其余事件的持续时间都小于20个月。表3中,有两个持续时间最长的拉尼娜事件,一个是1954年～1957年间,持续了34个月。另一个是1973年～1976年间,持续了35个月。

表2 厄尔尼诺事件统计(1950年～1997年)

表3 拉尼娜事件统计(1950年～1997年)

如果从年代的角度分析,可以发现,在20世纪50年代,出现了2次厄尔尼诺事件和2次拉尼娜事件；60年代,出现了3次厄尔尼诺事件和3次拉尼娜事件；70年代,出现了4次厄尔尼诺事件和2次拉尼娜事件；80年代,出现了2次厄尔尼诺事件和2次拉尼娜事件；90年代,出现了3次厄尔尼诺事件(截至1997年)。

从事件的频次来看,20世纪80年代以前厄尔尼诺事件和拉尼娜事件都是交替出现的,但是从1977年那次厄尔尼诺事件开始,连续出现3次厄尔尼诺事件,其间并未出现拉尼娜事件。1991年开始连续出现3次的厄尔尼诺事件,直到1998年再次出现拉尼娜事件。

从事件强度上来看,从1950年有记录以来,极强和强拉尼娜事件都是发生在20世纪80年代前,自1973年～1976年那次极强拉尼娜事件后再未发生过中等以上强度的拉尼娜事件。而从1982年～1983年的那次极强厄尔尼诺事件开始,极强和强厄尔尼诺事件开始逐渐增多。

2 ENSO事件与龙滩站径流关系的分析

从图2归纳了来水偏多两成或偏少两成的年份。来水偏多两成年份有10个,其中有4个厄尔尼诺事件年和5个拉尼娜事件年,另有1个年份属于两种事件转换年,无正常年份。来水偏少两成年份有11个,其中有2个厄尔尼诺事件年和4个拉尼娜事件年,另有2个年份属于两种事件转换年,正常年份3个。来水异常偏多或偏少的事件主要发生在厄尔尼诺事件年和拉尼娜事件年。

图2 1950年～1997年龙滩汛期总径流量

2.1 拉尼娜事件年龙滩站汛期来水规律

1950年～1997年间拉尼娜事件年龙滩站汛期来水规律见图3、图4。

图3 极强/强拉尼娜年龙滩站流量距平值与ENSO时间演变

从图3可以看出,龙滩站在极强/强拉尼娜年汛前或汛期拉尼娜事件减弱对应汛期流量呈放大趋势,概率大如1950年、1951年、1954年、1974年、1976年、1968年和1971年,汛期总来水量增大23%～43%；而汛前或汛期拉尼娜事件加强则汛期流量呈减小趋势,概率大如1955年、1975年、1967年及1970年,当年汛期总来水量偏少1%～42%。

图4 中等强度拉尼娜年龙滩站流量距平值与ENSO时间演变

图4显示,1988年汛期拉尼娜事件呈加强趋势,对应该年汛期总来水量减小12.6%,与极强/强拉尼娜事件年一致；但1964年拉尼娜事件加强汛期总来水量增幅11.6%,1989年拉尼娜事件减弱,汛期来水总量减幅达47.8%(为1950年～1997年间第2枯年),与极强/强拉尼娜事件规律不一致。

2.2 厄尔尼诺事件年龙滩站汛期来水规律

1950年～1997年间厄尔尼诺事件年龙滩站汛期来水规律见图5、图6。

从图5可见,3次极强厄尔尼诺事件对应MEI指数越大则对应流量正距平百分率越大。其中,1983年汛期来水总量偏多25.4%、1997年汛期来水总量偏多39.2%,而1992年汛期来水总量则偏少33.3%。极强厄尔尼诺事件年汛期来水年份差异巨大。

由图6可以看出,强/中等强度厄尔尼诺事件与流量关系并不总是保持一致。2次强厄尔尼诺事件和3次中等强度的厄尔尼诺事件峰值当年汛期总来水量偏少的概率大。其中,1958年、1987年和1972年偏少11%～30%、1965、1994年则偏多11%～23%。

红水河入汛一般为4月底5月初,而以上所有的厄尔尼诺事件年5月来水量除1972年、1983年正距平百分率超50%,其他基本为负值或趋于零。由此可认为,一般厄尔尼诺事件年红水河入汛偏晚。

图5 极强厄尔尼诺年龙滩站流量距平值与ENSO时间演变

图6 强/中等强度厄尔尼诺年龙滩站流量距平值与ENSO时间演变

3 结 论

本文使用了多元ENSO(MEI)指标,分析厄尔尼诺和拉尼娜事件对红水河龙滩站径流的影响。主要结论如下：

(1)珠江上游红水河龙滩站来水异常多/少的年份主要出现在厄尔尼诺/拉尼娜事件年,20世纪80年代以前厄尔尼诺事件和拉尼娜事件都是交替出现

的,从80年代开始拉尼娜事件出现的频率明显减少且未出现过强/极强拉尼娜事件。而20世纪80年代以前厄尔尼诺事件强度小,但80年代以后强/极强厄尔尼诺事件发生的次数增多。

(2)龙滩站在极强/强拉尼娜年汛前或汛期拉尼娜事件减弱期对应汛期流量呈放大趋势概率大。而汛前或汛期拉尼娜事件加强则汛期流量呈减小趋势概率大。

(3)龙滩站在极强厄尔尼诺事件年汛期来水总量年际差异巨大,厄尔尼诺事件与流量关系并不总是保持一致,但通过厄尔尼诺事件年5月来水分析,一般情况下厄尔尼诺事件年入汛偏晚概率大。

[1]李晓燕, 翟盘茂. ENSO事件指数与指标研究[J]. 气象学报, 2000, 58(1)： 102- 109．

[2]朱益民, 杨修群, 陈晓颖, 等. ENSO与中国夏季年际气候异常关系的年代际变化[J]. 热带气象学报, 2007, 23(2)： 105- 116．

[3]刘永强, 丁一汇. ENSO事件对我国天气气候的影响[J]. 应用气象学报, 1992, 3(4)： 473- 481．

[4]刘宣飞, 袁慧珍, 管兆勇. ENSO对IOD与中国夏季降水关系的影响[J]. 热带气象学报, 2008, 24(5)： 502- 506．

(责任编辑 陈 萍)

Influence Analysis of ENSO Events on the Runoff of Longtan Dam in Hongshui River

ZHU Lin

(Longtan Hydropower Plant, Longtan Hydropower Development Co., Ltd., Tian’e 547300, Guangxi, China)

The multiple ENSO index are used to analyze the influences of El Nio and La Nia events on the runoff of Hongshui River. The flood season runoff data (from May to October of year) from 1950 to 1997 of Tian’e Hydrological Station and NCEP/NCAR monthly MEI index are used to analyze the flow law in Longtan Dam of Hongshui River. The results indicate that, (a) the flood flow in Longtan Dam has a high probability to increase if the very strong or strong La Nia events weaken before or in flood season, and on the contrary, the flood flow has a high probability to decrease; and (b) the total water flows between very strong El Nio years have a huge different, the relationship between El Nio events and flow is not always consistent, and the probability of later flood season is high in El Nio year．

ENSO event; influence analysis; runoff; Hongshui River

2017- 02- 16

朱麟(1983—),男,安徽泾县人,工程师,主要从事水库调度运行工作．

P339(267)

A

0559- 9342(2017)04- 0074- 05