华东地区过去50年的降水变化特征以及旱涝灾害的关系分析外文翻译资料

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华东地区过去50年的降水变化特征以及旱涝灾害的关系分析

白爱娟^1,2，刘晓东²

（1.成都信息工程大学、成都610225中国;

2.中国科学院地球环境研究所,西安710075中国）

摘要:利用113个华东地区气象站近50年的降水数据的计算降水集中度（PCD）和集中期(PCP),并分析了华东地区的降水集中程度(PCD)和降水集中期(PCP)和讨论变化趋势。结果表明, 华东地区北部的PCD明显高于南部,但南方的PCP比北方早出现约一个半月左右,地区降水量存在显著差异。随着全球变暖, 华东地区降水有增加趋势,但PCD显示这一趋势既不增加也不减少。同时,PCP比之前晚,主要表现在江西和河南南部省份。华东地区降水、PCD和PCP之间有着紧密的联系,在降水较多的年份, PCD越强其PCP比往常晚。总之, 华东地区降水、PCP和PCD的异常分布是导致更多的极端事件和更多的旱涝灾害。

关键词：气象学；旱涝灾害；降水量集中度和集中期；华东地区

中图分类号：P426.616

文献标识码：A

Doi：10.3969/j.issn.1004-4965.2010.02.009

1. 引言

华东地区位于较低的长江三角洲东亚季风地区,是中国重要的经济区域之一。近年来,华东地区的快速发展展示了其在中国的经济发展的重要地位,也引发了人们极大关注该地区的洪水和干旱灾害。气候变化国家评估报告^[1]明确指出, 在全球气候变暖的背景下，中国在过去的50年里已经在极端天气和气候事件的发生频率和强度方面有了巨大的变化, 中国长江流域和东南流域洪灾造成损失加多。何等^[2]在研究长江流域降水时指出,暴雨和干旱等极端天气和气候事件表现出日益增长的趋势,使长江洪水和干旱变得更加频繁。符等^[3]的研究显示,在过去的45年间长江中下游的有效雨天(降雨量大于0.1毫米的天数)增加了,主要是大雨和暴雨天数增加,说明长江流域大雨与暴雨发生的频率增加了。因此在华东地区旱涝灾害加重情况下,分析该区域降水的时空分布和变化特征有非常重要的意义。

对长江中下游地区自然灾害的成因分析表明,旱涝灾害加重的主要原因之一是极端降水事件频繁发生,因此降水的时空分布不均与旱涝灾害是密切相关的。苏等^[4]对长江流域极端降水的时空变化研究表明,在过去的45年,不仅超强降雨的数量, 长江中下游的降水强度和降水天数不断增强趋势, 而且年内极端暴雨事件的次数会增加,并在6月份集中,这也是长江流域洪水发生的原因。翟等^[5],李等^[6]和江等^[7]认为,自1990年以来，强降水事件往往集中，大规模的旱涝灾害出现频率显著增加; 不断恶化的洪水和干旱可能归因于极端降水事件的时空变化程度。王等^[8]在一项中国不同强度级别的降雨量的变化趋势研究显示,华东地区降水量会显著增加,年降雨频率趋于减少,平均降水强度增加; 华东地区降水的增加主要是由暴雨的频率的增加。张等 ^[9]分析了长江流域的洪水和干旱状况,表明降水的聚合程度变化是导致旱涝灾害增加的一个重要原因,并发现长江流域降水集中程度(PCD)在时间和空间显著增加。因此分析降水量时空分布特征对探讨华东地区洪涝灾害成因具有重要意义。然而,在这个领域研究工作较少,所以有必要对本地区的PCD和PCP进行深入分析和研究。本文从华东地区日降水量资料出发，研究降水量、降水量集中度和集中期的分布特征和长期变化趋势，讨论它们之间的相互关系与华东地区洪水和干旱的关系,并探索自然灾害发生的原因。

1. 资料和方法

2.1 资料

降水量资料为国家气象信息中心提供的华东地区(110～123 °E，25～35 °N)自建站到 2006 年 12 月的日降水量数据，包含分布在9个省份河南、湖北、湖南、安徽、江西、福建、江苏、浙江和上海 (图1) 的113个气象站。这些选择的站点是均匀分布在华东地区,具有降雨特征的代表性，没有迁站记录。分析降水量年际变化特征时选用的时段为1957到2006 年。

图1 华东地区9个省的位置和气象站(点)分布

2.2降水量集中度和集中期的分析方法

降水量集中度（PCD）和集中期(PCP)是测量非均匀降水年内分配的方法，并能定量描述不均匀降水时空异质性，PCP是能够识别最大降水峰值的时间。可以使用两个指标来分析和讨论旱涝灾害灾害的基本特征及其形成机制^{[9 - 11]}。具体方法参照文献^[9],把一年内的候（5天为一候）指定为一个向量,72个候指定为一个圆,特定候指定为一个向量模式。因此一个气象站的PCD和PCP是定义为

，PCD_i和PCP_i 分别为研究期间的PCD和PCP，

，

R_i为某站研究时段内的总降水量，r_ij为研究时段某候降水量，theta;_j为研究时段内各候对应的方位角(整个研究期间的方位360°)。本文中, i 为年份（i＝1951，1952，1953，hellip;hellip;，2006），j 为每年的候序（j＝1，2，3，hellip;hellip;，72）。

按照上述计算方法,PCD能反映的程度总降水集中在每个研究期间内,PCP是一个复合的方位向量，显示了每个候降水量合成后的总体效应,即向量合成后重心所指示的角度,反映了一年之内最大候降水量发生的时间。

1. 年降水量,PCD和PCP的分布和变化特点

3.1 年降水量

华东地区靠近华东地区沿海,受季风和登陆台风影响,有丰富的夏季降雨，年降水量比大多数中国北部和其他内陆省份多。年降水量的分布(图2),华东地区降水分布呈北方比南方少,南方地区也呈西部比东部少。东南沿海的福建、江西降雨量最丰富的量和年降水量超过1600毫米,在浙江和湖南大约1500毫米，在偏北的河南、湖北、 安徽和江苏等地雨水相对偏少，年降水量在 800～1 200 mm。。

分析各气象站自建站到 2006 年年降水量的趋势系数(图2 b)表明 ，在华东地区年降水量的趋势系数以正值为主,特别是在中部江西和安徽的系数大于0.2,通过90%以上显著性检验。江苏、湖北、湖南西部,以及福建的一些地区,这一趋势系数是负值，年降雨量显示了一个微不足道的下行趋势。根据国家气候变化评估报告^[1], 长江中下游年降雨量增加了60 - 130毫米。王等^[12]和向等^[13]的研究成果还表示, 中国降水量增加的区域主要是华东地区，并且降水量呈显著增加趋势,对年降水量而言,增加的趋势只是出现在江西和安徽,但在其他地区是不显著的。在1957 - 2006年降水量变化的分析(图2 c)显示华东地区降水量有增加的变化趋势，而且存在明显的年代际变化特征。1970年以前,该地区年降水量一直降低,但在1970年代之后降水开始增加、年际差异扩大。1978年,年降雨量是近50年来的最低水平,只有大约980毫米,而在1975年达到最大值的1500毫米。1980年代以后,年降水量开始高于历史平均水平。同时年际变化减少,特别是1990年以后,年降水量持续高于多年平均水平。自2000年以来,降水在很大程度上是低于正常。过去50年华东地区降水量越来越趋势与增量超过50毫米,年降水量趋势系数0.16,这通常是符合国家气候变化评估报告的结果^[1]。总的来说, 华东地区年降水量增加是一个重要的特点，导致全国降水量的增加, 是中国降水量增加的一个主要区域。

图2所示 华东地区年平均降雨量(a,单位:毫米),年降雨量趋势系数(b)和平均降雨量变化曲线(c,单位:10毫米)。（R:趋势系数;横坐标:年）

为了分析降水量的年际变化与区域洪水和干旱之间的关系, 找出年降水量最高值的前 6 年（(从最大到最小),即1954、1975、1954、1975、1983和1973(表1)。描述华东地区旱涝灾害年的1949 - 1990年可用表^[14]以及魏等^[15],陶等^[16],张等 ^[17], 苏等^[18]。在1990年之前, 如果表^[14]提及长江下游大洪水和干旱事件的那年被确定为干旱或洪水年; 1990 年之后的干旱和洪涝年由《气象年月》杂志上出版的各年气候概况确定。具体地说, 其中在 1954、 1975、1983 和 1998 年华东地区出现大面积的洪涝灾害，尤其是 1954 年和 1998 年长江流域发生了严重的洪涝事件，其他两个年份的年降水量的值较大,但没有洪水发生。同样, 找出降水量的低值年,再一次提出了从低到高:1978年,1966年,1971年,1986年,1963年和1988年; 仅在1978年,1986年和1988年出现了严重的干旱,而其他三年降水量低于正常但是干旱并未发生。尽管降水量与洪水在华东地区有一定的关系,它不是洪水和干旱的直接原因, 这意味着多年的高值的年降水量不一定表明洪水的出现而低值的年降水量的年不一定导致干旱。

3.2降水集中程度

研究表明,，长江中下游地区降水量在年内的不均匀时空分布，以及强降水的聚集期是水旱灾害加重的主要原因^[6]。华东地区丰富的降水是受自然地理和气候条件综合配置的影响。在正常年长江不同流域PCP是分开的，降水在时间和空间均匀分布。然而,在一些年, 不同流域降水时段集中，极端降水频繁出现,降水分布不均,削弱该地区的自然灾害预防机制,导致相对强劲的旱涝灾害^[10]。

降水在不同的河流所示的PCD (图3)的分布,华东地区平均年降水量PCD约为40%,表明这个地区降雨过程集中,全年有雨季和非雨季。河南北部、江苏和湖北北部PCD是39%以上,明显高于其他省份和地区。因此降雨在北部地区有更好的一致性,更明显的雨季和降雨量集中。相反,在南部地区,即上海、浙江、湖南等地PCD较低,在33%或更低,这表明在这些地区降水期长，降水量在时间分布上相对较均匀。

分析降水量集中度的变化趋势(图 3b)，整个华东地区降水量集中度的趋势系数值偏小，没有显著的变化趋势。然而,华东地区的边缘区域PCD的趋势系数是正的,显示弱的上升趋势,尤其是在湖南,PCD显著增加。PCD大多是负面的趋势系数在其他领域在其余地 区降水量集中度的趋势系数多为负值，减弱的趋势,尤其是在江苏和上海。张和钱等^[9]的分析显示长江流域的降水显著增加的趋势中，但在华东地区仅湖南的降水量集中度明显增强，江苏等地的降水量集中度没有增强，反而减弱， 这可能与资料分析时间段不一致有关系。

从过去的50年平均PCD年际变化曲线的(图3 c) 看, 平均来看华东地区PCD约39%,表现出强烈的降雨集中的特点。此外, PCD还有显著的年际变化,最大值(50%以上)出现在1995年,并于1972年最低(27%)。平均来看，华东地区PCD的趋势系数在接近0,表明没有减少或增加趋势的特性。

图3所示。分布均值的PCD(a)和PCD(b)和平均降水量集中度的年变化曲线(c R:趋势系数;横坐标:年)

对比华东地区降水量集中度的年际变化与水旱灾情特征，发现高PCD(45%或以上)年份有1954年,1955年,1956年,1962年,1973年和1979年(表1), 显示这些年中降水量降水过程相对集中的特征。对比华东地区的洪涝灾害,1954年、1962年和1979年经历了相对严重的水灾。相反, PCD的低值年,即1978年,1997年,1953年,1985年,1990年和1959年, 这些年的降雨更均匀地分布,应该有更少的干旱或洪水灾难。事实上,尽管没有洪涝灾害,但严重的干旱频繁发生在1978年,1953年、1959年和1985年。因此降水量集中度并非越低灾情越 少。通常华东地区降水往往集中在汛期, 这可以有效增加降雨,导致更少的干旱。然而PCD太低时,降水分散,相应的汛期降雨量减少,使干旱可能更高的发生率。，总之PCP与华东地区旱涝灾害有密切关系。

表1。年极端降水分布和旱涝灾害在华东地区

注:加粗的数字表明干旱洪水和倾斜的数字。

3.3降水集中期

各站近 50年平均PCP分布(图 4a)显示,在华东地区PCP是明显差异的,即它不均匀分布，且降水过程出现在不同的时间,表明这个地区对洪水灾难拥有天然的防御机制。华东地区的平均PCP是33.8候,也就是6月中旬左右。在南部省份江西、福建、湖南等地PCP超前于北部 10 候左右,约超过一个半月。上海(东部地区)落后于同一纬度其他地区7候。江西PCP最早,在28候以前,5月中旬左右,而站在上海PCP在36候，7月初, 相差了大约一个多月。北部的河南、湖北、安徽PCP落在第32和40候之间,以 6月初到7月中旬。华东地区PCP的这些显著差异的突

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