黄河中游干旱指数计算方法探讨

黄河中游干旱指数计算 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 探讨 【专题研究】 黄河中游干旱指数计算方法探讨 1 2 1 1康玲玲,张亚民,王玲玲,陈江南 ()1 . 黄河水利科学研究院 ,河南 郑州 450000 ;2 . 梁山县陈垓引黄灌区灌溉处 ,山东 梁山 272600 摘 要 :利用近 50 年水文 、气象资料 ,通过统计 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 气温 、降水变化对径流影响及气温 、降水相互关系 ,发现近 50 年黄河 中游呈“干暖型”;据此定义流域干旱及其指数计算思路 ,建立了干旱指数的计算公式 ,计算给出了 1955,2002 年黄河 中游夏半年及初夏 、盛夏 、秋季的干旱指数系列 。 关 键 词 : 干旱指数 ; 天然径流量 ; 气温 ; 降水 ; 黄河中游 ; 19552002 年 () 文章编号 :1000 - 1379 200408 - 0031 - 03 中图分类号 : P462 . 3 文献标识码 :A 干旱这一自然灾害 ,由于其出现频率高 、持续时间长 、波及 份则常常呈现凉夏低温的特点 。这不仅加深了对于黄河中游 范围广 ,对社会经济 ,特别是生态环境和人民生活 、甚至生存造 ,而且为流域干旱定义及其指数计算建立了思 气候特点的认识 路 。 成极其严重的影响 ,因此长期以来得到各国政府的高度重视 , 并成为当今世界环境领域的重要研究课题 ,许多科学家对此进 % 表 1 降水不变条件下气温变化对径流量的影响率 行了长期研究 。 温度变化影响率 但是 ,以往研究较少分析黄河中游近期干旱的特性 ,也尚 河 流 未见到有关中游干旱指数计算方法等方面的研究成果 。为此 , - 2 ? - 1 ? 0 ? + 1 ? + 2 ? 渭 河 12 . 9 5 . 3 0 . 0 - 4 . 0 - 6 . 9 本文利用近 50 年中游地区的水文 、气象资料 , 在统计分析气 温 、降水变化对径流影响及其相互关系的基础上 ,建立干旱指 6 . 7 3 . 1 0 . 0 - 2 . 9 - 6 . 1 大理河 数计算公式 ,计算获得了 19552002 年的干旱指数 。 黄河中游干旱定义及其指数计算公式 2 2 . 1 干旱的定义 1 黄河中游干旱影响因素分析 目前研究领域和实际工作中所涉及的干旱主要有气象干 就流域而言 ,径流量的丰 、枯是其干旱与否的一个重要标 旱 、水文干旱 、农业干旱和社会经济干旱等 。 志 ,而影响径流量变化的主要因素则是气温和降水 。 王云璋等 鉴于本课题研究的主要任务是 : 从气候系统的概念出发 ,1 对 1919, 1989 年降水 、径流资料进行了统计 以降水趋势和蒸发状况为主 ,结合径流变化 ,分析干旱状况和 变化规律 ,评价其影响 ,并根据加快治黄和生态环境建设的需 分析 ,结果表明 :黄河中游年径流量与降水量存在有显著的函 求 ,研究干旱的预测方法和发展趋势 。因此 ,本文所指的干旱 数关系 。经计算 ,当降水量增加或减少 10 %时 ,黄河中游的天 应包含有气象干旱和水文干旱 ,并大体可以定义为 : 指某段时 3 然径流量将相应增大或减小 60 亿 m左 右 , 即 其 变 化 幅 度 达 间内降水偏少 、天气干燥 、气温偏高 、蒸散发增大以及黄河中游 27 % ,说明黄河中游径流量的丰枯对于降水变化具有较显著的 天然径流量出现持续性偏枯的一种异常现象 。 敏感性 。又如 ,王国庆等曾就气候变化对黄河中游水资源的影 2 . 2 干旱指数的计算2 ,3 响进行了分析,结果表明 ,黄河中游径流量的丰枯 ,还较明 根据上述的干旱定义 ,由降水指数和气温指数两部分组成 显地受同期气温的影响 ,这主要是由于气温高低决定着流域下干旱指数更为合适 : 前者表示降水对流域产水量的直接贡献 , 垫面蒸发和植物蒸腾量的大小 ,进而对径流产生直接影响的缘 故 。表 1 是作者等应用月水文模型 ,计算气温变化对渭河和大 后者则表示由于蒸腾 、蒸发的耗水而对流域产水量的负影响 。 理河径流的影响率 ,可见 :在降水不变的条件下 ,气温即使仅仅 升高 1 ?或 2 ?,就会因蒸散发增强 ,致使同期径流量减少 3 % ,说明干旱越严重 ,水量越枯 ;反之亦然 。 指数值越大 4 ,4 %或 6 %,7 % ; 反 之 , 同 期 径 流 量 增 加 3 %, 5 %或 7 %, 依据上述思路和原则 ,参考标准差指标和李平等在“陕 13 % 。 西省干旱及其环流特征”中用降水和气温两要素构成 S 指数作 由此可见 ,黄河中游气温和降水变化对于径流量和干旱都 是互为“负贡献”,当然也表明气温与降水为反相关 。 收稿日期 :2004 - 07 - 10 ( ) 综上所述 ,说明近 50 年黄河中游夏半年 510 月 ,下旬的( ) 基金项目 :水利部科技创新项目 SCX2002 - 18。 ( ) 作者简 介 : 康 玲 玲 1966 - , 女 , 河 南 巩 义 人 , 高 级 工 程 师 , 5 的比值确定相应的权重 。 为干旱指标的方法, 用 S 指数作为黄河中游的干旱指标 , 公 式如下 : 3 . 2 实例说明 S = aS + bS ( ) 1 1 2下面以黄河中游中心地带的宜川站为例 ,具体说明气温 、 ,以及单站干旱指数的计算 。 降水指数权重系数的确定方法 式中 : S 为降水指数 ; S 为气温指数 ; a 、b 分别为降水 、气温指 1 2 () () ( ) 1计算气温和降水指数 。采用式 2和式 3就可计算出 数的权重系数 。19551989 年宜川站逐年的降水指数和气温指数 。 2 . 3 月降水指数的计算() 2建立天然径流量计算公式 。利用气温 、降水指数及其 如文献 6 所述 ,日常干旱研究中所采用的降水指标比较 与黄河中游天然径流量的关系 ,通过回归分析就可以建立中游 多 ,由于本课题主要围绕流域干旱及其对水量影响的研究 ,同 天然径流量计算公式为 时考虑到流域降水 多 寡 对 径 流 丰 枯 产 生 重 要 影 响 这 一 实 际 。 ( )4 W = 296 . 095 - 561 . 136 x - 111 . 765 x 为此 ,可参考文献 4 、5 的方法 ,用降水量标准差的大小来表 1 2 3 式中 : W 为黄河中游天然年径流量 , 亿 m; x 为气温指数 ; x 示降水对干旱的影响 。由于最终建立的干旱指标将由气温指 1 2 为降水指数 。数和降水指数组成 ,因此本项降水指数只是为了表示其对干旱 () 式 4复相关系数为 0 . 70 ,拟合效果如图 1 所示 。可见 ,仅 的影响程度 ,这里的分子用多年平均值与降水量的差来表示 , 由宜川单站的降水 、气温指数所拟合的计算值与径流量实际值 即 的变化趋势基本一致 ,表明该站对于黄河中游具有一定的代表 R - R i性 ,也说明中游地区夏半年的降水 、气温变化趋势具有较好的 )( S = 2 1 σ 同步性 。因此说 ,拟合效果应该是满意的 。 σ式中 : R 为多年平均月降水量 ; R 为逐年月降水量 ;为均方 i 差 。 可见 , S 的值必然有正数和负数 , 分别表示对干旱的正 、 1 负贡献 。 2 . 4 月气温指数的计算 根据气温指数 S 的大小 , 即表示由于蒸散发所引起耗水 2 对流域干旱影响的程度这一思路 , 确定 S 的计算公式为 2 T- T i d( ) S = 3 2 T d 式中 : T为逐年月平均气温 ; T 为历史最低月平均气温 。 i d 可见 , S 值都大于或等于 0 。这里所给出的气温指数 ,旨 2 在表示气温高低所 引 起 蒸 、散 发 耗 水 量 变 化 对 流 域 干 旱 的 影 响 ,而其对干旱的影响程度 ,则应随地域和时间而变 ,即在流域 1 黄河中游天然年径流量实测值与宜川站计算值比较 图 干旱指数的综合计算过程中 ,还须根据其对于天然径流量的影 () 3确定气温 、降水指数的权重 。为了计算该站的综合干 响程度 ,给予气温指数适当的权重 。( ) 旱指数 ,就必须首先确定式 1中的系数 a 和 b ,即气温 、降水 指数的权重系数 。为此 ,根据 1955,1989 年的降水量 、气温和3 单站干旱指数的计算 () 天然径流量资料 ,利用式 4分别计算在一要素不变条件下 ,另 一因素增加极差值的 10 %时 , 所对应天然径流量计算值的增 3 . 1 确定权重的步骤 量 ,并把气温 、降水指数所对应增量的相对比例 ,作为各自指数 () 由式 1可以看到 ,要想根据各站的气温指数和降水指数 的权重系数 ,分别为 0 . 234 和 0 . 766 。说明降水变化对于流域 综合计算出干旱指数 ,首先必须确定两者各自的权重系数 。鉴 干旱的影响要大于气温 。 () 4单 站 综 合 干 旱 指 数 的 计 算 。根 据 权 重 系 数 和 宜 川 站 于本项目研究的干旱包含有气象干旱和水文干旱的意义 ,同时 () 19551989 年气温 、降水指数 ,由式 1可计算出单站综合干旱指 还要分析研究干旱对径流的影响 。因此 ,所建立的干旱指数还 数 ,见表 2 。 必然在一定程度上反映径流量丰枯的变化趋势 。 于是 ,就以站点所在区间径流量为校核目标 ,通过比较各 自变化对径流量影响的大小来确定其权重 。主要步骤为 : () 1根据 1955,1989 年本站的 5,10 月气温 、降水指数及 4 流域季节干旱指数的计算 其与流域或区间天然年径流量的关系 ,建立区间天然年径流量 计算公式 。 根据黄河中游气候 、产流特点 ,参考水量丰枯变化及干旱 () 2推求出气温 、降水指数各自的 35 年极差值 ,并应用天 对其影响分析的需要 ,结合课题将着重对 5 , 6 月的初夏旱 、7 然径流量计算公式分别在其中一因素不变 ,另一因素增加 10 % ( ) ,8 月的盛夏旱和 9,10 月的秋旱 ,以及夏半年 510 月 ,下同极差值的情况下 ,计算其对径流的影响量 。 干旱基本规律和变化特点进行分析的实际 ,表 3 给出以上对应 () 3校核分析径流影响量计算成果的合理性 ,必要时可对 时段的流域干旱指数 。S 、S 、S 和 S 分别表示初夏 、盛夏 、秋 c s q x 第 8 期 康玲玲等 :黄河中游干旱指数计算方法探讨 ?33 ? 表 2 宜川站综合干旱指数 1955 1956 1957 1958 1959 1960 1961 1962 1963 1964 1965 1966 年份 0 . 296 - 0 . 280 0 . 435 - 0 . 801 0 . 146 0 . 084 - 0 . 457 - 0 . 070 - 0 . 100 - 0 . 613 0 . 267 - 0 . 397 指数 年份 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 - 0 . 271 0 . 304 0 . 424 - 0 . 244 0 . 338 0 . 069 0 . 417 - 0 . 665 0 . 018 0 . 059 - 0 . 265 0 . 086 指数 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 年份 - 0 . 038 0 . 065 - 0 . 234 - 0 . 189 0 . 110 - 0 . 166 - 0 . 021 0 . 254 - 0 . 498 0 . 547 0 . 104 指数 表 3 黄河中游 19552002 年各时段干旱指数 年份 1955 1956 1957 1958 1959 1960 1961 1962 1963 1964 S 0 . 534 - 0 . 626 - 0 . 037 - 0 . 048 - 0 . 121 . 467 - 0 . 193 . 451 - 0 . 308 - 0 . 246 0 0 c S 0 . 187 - 0 . 348 0 . 048 - 0 . 706 - 0 . 027 0 . 001 0 . 093 - 0 . 071 0 . 164 - 0 . 352 s S q- 0 . 278 0 . 513 0 . 548 0 . 160 0 . 328 0 . 179 - 0 . 558 - 0 . 026 0 . 071 - 0 . 716 S 0 . 165 - 0 . 198 0 . 170 - 0 . 340 0 . 048 0 . 169 - 0 . 160 0 . 078 0 . 029 - 0 . 450 x 1965 1966 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 年份 S 0 . 389 0 . 228 0 . 033 0 . 390 0 . 507 - 0 . 025 - 0 . 181 0 . 290 0 . 125 0 . 110 c S 0 . 218 - 0 . 208 - 0 . 001 0 . 085 0 . 186 0 . 101 0 . 257 0 . 267 - 0 . 107 0 . 402 s S 0 . 429 0 . 015 - 0 . 204 - 0 . 432 - 0 . 161 0 . 086 0 . 295 0 . 383 - 0 . 096 - 0 . 115 q S 0 . 343 - 0 . 011 - 0 . 042 0 . 017 0 . 184 0 . 072 0 . 170 0 . 317 - 0 . 053 0 . 208 x 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 年份 S 0 . 287 . 389 . 191 . 089 . 226 - 0 . 223 . 206 . 352 - 0 . 341 - 0 . 322 0 0 0 0 0 0 c S 0 . 077 - 0 . 224 - 0 . 070 - 0 . 144 - 0 . 192 0 . 168 - 0 . 220 - 0 . 166 0 . 202 - 0 . 047 s 0 0 0 0 0 0 0 - 0 . 545 . 277 . 338 . 025 . 401 . 206 . 169 . 290 - 0 . 561 - 0 . 149 S q S - 0 . 041 0 . 067 0 . 114 - 0 . 045 0 . 069 0 . 086 - 0 . 014 0 . 088 - 0 . 147 - 0 . 161 x 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 年份 S - 0 . 208 . 056 - 0 . 346 - 0 . 024 . 146 - 0 . 055 - 0 . 151 . 066 - 0 . 021 . 103 0 0 0 0 c S 0 . 174 0 . 362 0 . 338 - 0 . 467 0 . 137 0 . 141 0 . 549 - 0 . 033 0 . 048 0 . 139 s S - 0 . 501 0 . 378 0 . 349 0 . 351 0 . 405 0 . 289 0 . 418 0 . 101 0 . 467 0 . 297 q S - 0 . 109 0 . 307 0 . 188 - 0 . 155 0 . 226 0 . 151 0 . 363 0 . 025 0 . 156 0 . 185 x 年份 平均 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 S 0 . 505 - 0 . 009 . 552 - 0 . 182 . 127 . 124 . 475 - 0 . 479 . 068 0 0 0 0 0 c S - 0 . 102 - 0 . 104 0 . 424 - 0 . 177 0 . 369 0 . 263 0 . 218 0 . 460 0 . 049 s S 0 . 371 0 . 183 0 . 405 0 . 641 0 . 270 0 . 084 - 0 . 025 0 . 232 0 . 116 q S 0 . 179 - 0 . 011 0 . 481 0 . 044 0 . 301 0 . 194 0 . 236 0 . 186 0 . 077 x 参考文献 : 结 语 5 1 王云璋 ,吴祥定 . 近 70 年黄河中上游气候与水沙关系分析 () 从气候系统的概念出发 ,以降水 、气温为基本因子 ,结合 1 A . 钮仲勋 . 黄河流域环境演变与水沙运行规律研究文 径流变化趋势 ,提出了包含有气象干旱 、水文干旱含义在内的黄 河中游干旱定义 ,建立了指数计算公式 ,给出了黄河中游近 50 () 集 第四集C . 北京 :地质出版社 ,1993 . 年不同时段的干旱指数系列 ,为进一步开展中游干旱研究提供 王国庆 , 王云璋 , 尚长昆. 气候变化对黄河水资源的影响2 了重要依据 。 () J . 人民黄河 ,2000 ,22 9.() 2尽管本文所提出的干旱指数已考虑了流域径流变化趋 3 王国庆 ,王云璋 ,康玲玲 . 黄河上中游径流对气候变化的敏 势 ,但所采取的以径流量作为气温 、降水指数权重校核指标的办 () 感性分析 J . 应用气象学报 ,2002 ,13 1. (法 ,以及在流域综合干旱指数的计算过程中过多采用以单站 或 4 冯 平 ,李绍飞 ,王仲珏 . 干旱识别与分析指标综述 J . 中) 单月降水量占总量比例作为权重进行加权平均的方法 ,都具有 () 国农村水利水电 ,2002 , 7.一定的局限性 。 5 李 平 ,侯明全 ,董长林 . 陕西省干旱及其环流特征 J . 气 () 3流域干旱以及干旱指数的计算 ,乃是十分重要而又复杂 () 象 ,1997 ,23 4. 的问题 ,本文只是从统计方法入手进行了探索 , 有些还很不成 6 王玲玲 ,康玲玲 ,王云璋. 气象 、水文干旱指数计算方法研 () 究概况 J . 西北水资源与水工程 ,2004 ,15 3.