三峽地區(qū)氣候特征分析

旱澇氣候災害原因分析幾十年來，長江上游的森林資源遭到嚴重破壞，土壤侵蝕加劇。此外，世界氣候溫暖等因素導致氣候災害的頻繁發(fā)生，尤其是降雨、洪水和干旱。分析揭示三峽地區(qū)暴雨、洪澇、干旱等主要氣候災害的時空分布和發(fā)展規(guī)律是三峽工程建設的需要。眾所周知,氣候異常的監(jiān)測是氣候監(jiān)測最重要的工作。而確定合理的監(jiān)測指標則是開展監(jiān)測工作的前提。對于三峽地區(qū)而言,要確定合理的旱澇監(jiān)測指標,首先需要分析與旱澇氣候災害密切相關的氣象因子的時空變化特點。旱澇本身包含了許多復雜的因子,而降水、溫度和蒸發(fā)是影響旱澇的重要氣象因子,分析、研究降水、溫度和蒸發(fā)的時空變化特點以及他們之間的相互關系是研究旱澇災害的基礎。1蒸發(fā)資料時段及氣象條件特征在三峽地區(qū)選取資料完整的15個站點,他們分別是:瀘州、敘永、重慶、奉節(jié)、巴東、秭歸、巫山、遂寧、南充、梁平、宜昌、內(nèi)江、恩施、忠縣、豐都。降水、溫度資料時段:1961～2000年;蒸發(fā)資料時段:巴東、秭歸、宜昌、恩施,1961～2000年,內(nèi)江:1974～2000年,其余各站:1980～2000年。采用統(tǒng)計分析的方法,對三峽地區(qū)15站降水、溫度和蒸發(fā)三要素的時空分布特征以及他們之間的相互關系進行了初步分析研究。根據(jù)文獻的研究結(jié)果,三峽地區(qū)11～3月各月的月降水量不到年降水量的5%,三峽地區(qū)東部入汛期平均為6月6日,西部入汛期平均為6月3日,而春季枯水期后首次大降水大多出現(xiàn)在4月份。因此稱11～3月為干季,相應地,稱4～10月為降水期。本文重點研究分析降水期、夏季和逐月降水、溫度和蒸發(fā)三要素的時空變化特征。2降水時空變化的特征分析2.1降水特征量的統(tǒng)計描述從圖1可以看出,20世紀70年代初期以前降水距平百分率的10年滑動值在零線附近變化。70年代中期該地區(qū)降水為負距平,降水量少于氣候平均值。70年代中后期到80年代中期,該地區(qū)降水為正距平,降水量多于氣候平均值,處于相對濕潤期。20世紀80年代末至今,降水量處于偏少階段。為了進一步了解三峽地區(qū)降水變化的基本特征,統(tǒng)計分析了一些降水的統(tǒng)計特征量,其中,標準差反映降水量偏離平均值的平均變化程度,而變差系數(shù)則綜合了降水量的平均值和標準差在描述降水分布中的作用,它的大小反映觀測值頻率分布的離散程度。變差系數(shù)越大,說明該地區(qū)降水不穩(wěn)定,容易發(fā)生旱澇。偏態(tài)系數(shù)反映了降水隨時間的變化特點,可以用此檢測是否服從正態(tài)分布。表1給出了三峽地區(qū)15站降水期(4～10月)降水的一些特征量的值。由表1可見,平均降水量除遂寧和秭歸兩站稍小,梁平和恩施兩站稍大外,其余各站比較接近;15站降水的變差系數(shù)都不太大;全區(qū)只有秭歸站的偏態(tài)系數(shù)大于相應的臨界值0.705。這些特征表明,三峽地區(qū)15站的降水與全區(qū)的平均降水相似,即:用全區(qū)域平均降水可以較好地反映該區(qū)域降水以及區(qū)域內(nèi)各站的降水;三峽地區(qū)降水相對穩(wěn)定,相比較而言,南充、內(nèi)江、巴東、秭歸、宜昌較容易發(fā)生旱澇;三峽地區(qū)降水期的降水量除個別站外服從正態(tài)分布。類似地,可以得到三峽地區(qū)15站夏季(6～8月)降水和逐月降水的統(tǒng)計特征量(表略)。夏季降水的特征為:在15個站中有10個站的變差系數(shù)超過0.3,并有10個站的偏態(tài)系數(shù)大于臨界值0.705,其中奉節(jié)和秭歸站的偏態(tài)系數(shù)高達1.497。這表明,各站夏季降水的特征與降水期的降水特征有較大的差別:夏季降水的穩(wěn)定性不如降水期的降水,夏季降水不符合正態(tài)分布,但是各站夏季降水量平均值相差不大。三峽地區(qū)各站逐月降水的統(tǒng)計特征與夏季降水的特征類似。以上結(jié)果表明,三峽地區(qū)逐月、夏季的降水具有相似的變化特征,但和降水期的降水有較大的差別。各站夏季降水和逐月降水比較容易出現(xiàn)波動,降水變化不服從正態(tài)分布。降水期的降水除秭歸站外都符合服從正態(tài)分布。因此,對三峽地區(qū)而言,在利用降水量進行旱澇分析時,需要對夏季和逐月降水量進行正態(tài)化處理。2.2峽地區(qū)的降水分區(qū)利用各站降水交叉相關分析方法和EOF分析方法對三峽地區(qū)降水量進行區(qū)域分布特征分析。降水期15站各站降水交叉相關分析顯示,瀘州、敘永、內(nèi)江、遂寧、南充、重慶等西部6站之間的交錯相關系數(shù)相對較大,而奉節(jié)、巴東、秭歸、巫山、梁平、宜昌、恩施、忠縣、豐都等東部9站之間的相關也較大。西部各站中,內(nèi)江的代表性最好,與瀘州和遂寧的相關系數(shù)高達0.6以上;東部各站中,巴東的代表性最好,與秭歸、巫山等站的相關系數(shù)高達0.8以上。EOF的分析結(jié)果表明,三峽地區(qū)降水變化一致的概率為45.6%,而降水變化明顯分成兩個區(qū)域的概率為12%。因此,作為一級近似可以將三峽地區(qū)降水考慮為一個區(qū)域,作為二級近似,可以將三峽地區(qū)降水分為兩個區(qū),各區(qū)所包含的站點分別為:西部區(qū):敘永、瀘州、重慶、內(nèi)江、遂寧、南充等6站。東部區(qū):豐都、忠縣、梁平、恩施、奉節(jié)、巫山、巴東、秭歸、宜昌等9站。這一結(jié)果與降水交叉分析的結(jié)果一致。3降水期平均溫度特征表2給出了三峽地區(qū)各站降水期平均溫度的統(tǒng)計特征量。由此可見,降水期各站的平均溫度相當接近。溫度最高站(巫山)與溫度最低站(恩施)平均溫度之差不到2.0℃。15站平均溫度的標準差和變差系數(shù)都很小,分別為0.5℃和0.02℃左右;表征分布特性的偏態(tài)系數(shù)也比較小,只有遂寧和內(nèi)江兩站大于相應的臨界值0.705。這些特征表明,三峽地區(qū)15站的降水期的平均溫度具有很好的一致性,即:用全區(qū)域平均溫度可以很好地反映該區(qū)域內(nèi)各站的溫度狀況,也可以用某一單站的溫度來反映區(qū)域或區(qū)域內(nèi)各站的溫度狀況;三峽地區(qū)降水期平均溫度的變化比較穩(wěn)定,而且基本服從正態(tài)分布特點。類似地,可以得到各站夏季和逐月平均溫度的統(tǒng)計特征量。三峽地區(qū)夏季各站的平均溫度的變化特征與降水期的特征相似(表略)。具體為:平均溫度在26～28℃之間,溫度最高站(巫山)與溫度最低站(恩施)平均溫度之差不到2.0℃。15站平均溫度的標準差和變差系數(shù)也都很小,但略大于降水期相應的值;偏態(tài)系數(shù)都比較小,只有秭歸一站的值略大于相應的臨界值0.757。三峽地區(qū)各站逐月溫度的變化特征與降水期、夏季平均溫度的變化特征相似。各站溫度交叉相關分析和EOF分析的結(jié)果都表明,三峽地區(qū)溫度的空間分布具有相當好的一致性,可以將全區(qū)作為一個區(qū)域考慮。4月內(nèi)蒸發(fā)量統(tǒng)計特類似地,可以通過分析統(tǒng)計特征量的方法分析蒸發(fā)的變化特點。結(jié)果表明,無論是降水期的蒸發(fā)量,還是夏季的蒸發(fā)量,三峽地區(qū)各站的變化特點與相應時段的溫度變化特點相似:各站變化相對比較穩(wěn)定、基本符合正態(tài)分布特點。表3給出了三峽地區(qū)15站降水期有關統(tǒng)計特征量,其他時段的特征量略。各站逐月蒸發(fā)量之間的交叉相關分析表明,蒸發(fā)量的空間分布特點隨時間而變化。1、2、5、6和12月表現(xiàn)為兩個區(qū)域:東部和西部,東部由豐都、忠縣、梁平、恩施、奉節(jié)、巫山、巴東、秭歸、宜昌等9站組成,西部區(qū)由敘永、瀘州、重慶、內(nèi)江、遂寧、南充等6站組成。這一區(qū)域分布與降水的區(qū)域分布一致。其他月份蒸發(fā)量的空間分布表現(xiàn)為一個區(qū)域。5降水與溫度、降水之間的關系降水、溫度和蒸發(fā)是影響旱澇的重要因子,探討他們之間的相互關系有助于分析、建立旱澇指標。圖2～4給出了東、西部代表站巴東、內(nèi)江和資料完整的恩施站三要素之間的相關系數(shù)逐月變化。由圖2～4可見,溫度和蒸發(fā)之間的關系最密切,降水與蒸發(fā)之間的關系次之,降水與溫度之間的關系相對最弱。對內(nèi)江站而言,全年各月溫度和蒸發(fā)之間都有很高的正相關,對巴東和恩施兩站,除冬季外,也有很高的正相關。表明蒸發(fā)與高溫緊密相關。因此,當資料條件有限時,可以用溫度代表蒸發(fā),反之亦然。降水與溫度、降水與蒸發(fā)之間的相互關系隨季節(jié)而變化,而且不同站的特點有所不同。其共同特點為:降水與溫度在夏季有較好的負相關關系,其他季節(jié)不明顯;6～9月,降水與蒸發(fā)之間有較好的負相關關系。4、10月是比較特殊的月份,無論是降水和溫度之間關系,還是降水和蒸發(fā)之間關系都出現(xiàn)了轉(zhuǎn)折。6峽地區(qū)降水期時空分布特征(1)三峽地區(qū)逐月、夏季的降水具有相似的變化特征,各站降水量相差較小,降水不服從正態(tài)分布。降水期的降水分布基本服從正態(tài)分布。因此,對三峽地區(qū)而言,在利用降水量進行旱澇分析時,需要對夏季和逐月降水量進行正態(tài)化處理。(2)作為一級近似可以將三峽地區(qū)降水考慮為一個區(qū)域,作為二級近似,可以將三峽地區(qū)降水分為兩個區(qū),西部區(qū)由敘永、瀘州、重慶、內(nèi)江、遂寧、南充等6站組成,東部區(qū)由豐都、忠縣、梁平、恩施、奉節(jié)、巫山、巴東、秭歸、宜昌等9站組成。(3)三峽地區(qū)逐月、夏季和降水期的平均溫度具有相似的時空變化特征,各站平均溫度相差較小,變化比較穩(wěn)定,具有很好的一致性,而且基本服從正態(tài)分布。(4)三峽地區(qū)逐月、夏季和降水期的蒸發(fā)量的時空分布具有相似