降水量的分析计算

一、月、年降水量的分析

1956年，河北省水文总站派张治怡参加北京水科院水文研究所组织的雨量及河川径流的分析研究工作，着手编制《河北省实用水文手册》，取得的年降水量均值、变差系数查算图表等分析成果均列于手册之中。其后在编制《河北省水文图集》时，又增加了各月降水量等值线图，典型站年内分配，降水日数均值等查算图表。至70年代各地区修订水文手册时，将降水资料系列延长至1970年，包括了丰水年的资料，提高了降水资料的代表性。1973-1976年水电部第十三工程局设计院组织有21个单位参加的“海滦河流域年径流分析”工作中。开始采用同步系列绘制年降水量等值线图。在80年代第一次全国水资源评价时，提出采用1956-1979年同步降水量资料绘制年降水量等值线图，“六五”第38项攻关，采用1956-1984年同步系列。以后，采用年降水量资料同步系列进行分析的方法一直延续下来。

根据第一次水资源评价及第38项攻关成果，河北省的多年平均年降水量的地区分布与水汽来源、地理位置和地形等因素有关，总趋势是由多雨的太行山、燕山迎风坡分别向西北和东南两侧减少。沿太行山、燕山山脉的迎风坡，有一条600毫米以上的孤形多雨带，其中包括蝉房、獐犭么、漫山、铁岭口、坡仓、马兰峪等700～800毫米的多雨中心。单站以滦河支流潵河半壁山为最大，达861毫米。西北部和北部大部分地区在400～500毫米之间，坝上高原及怀安、阳原、涿鹿等盆地不足400毫米。滨海平原，多在600～650毫米。冀中平原无极、辛集、新河一带较小，在500毫米以下。

降水量的年内分配很不均匀，全年降水量的80%左右集中在6～9月的汛期，而汛期的降水量又主要集中在30天甚至7天之内。整个非汛期8个月的降水量只占全年降水量的20%左右。特别是一些大水年份，降水更加集中。例如，獐犭么1963年最大7天降水量竟占全年降水量的80%。

降水量的年际变化比较大，年降水量变差系数Cv值在0.2～0.5之间。降水量年际变化幅度以太行山南部的迎风坡和北部的山前平原以及平原的献县、南皮一带为最大，实测最大最小年降水量之比在5以上，变差系数为0.4～0.5。燕山和内陆河流域的中北部地区最小，实测最大最小年降水量之比为2～3，变差系数0.2～0.3。其他地区变差系数为0.3～0.4。实测最大最小降水量之比在3～5之间。各雨量站实测最小年降水量一般为200～300毫米，个别站甚至小于200毫米。如文安站1934年降水量仅102.1毫米。

经资料分析，山区雨量受地形变化影响较明显，大区域的降水与地形高度之间难以找到较好的关系，采用不同区域的降水量高值区，分区建立多年平均年雨量与高程的关系，则可取得满意结果。如背山区清水河上游迎风区、太行山迎风区磁河、治河等可分别建立各自高程与雨量的关系线，说明这些区域的年雨量与水气输送方向、地形坡度、河流走向等因素有一定的关系，且呈现出多样的变化。

二、季降水量的分析

根据水利部关于“海滦河流域年、季降水量等值线汇编成图集”出版的指示精神，水电部天津勘测设计院会同有关省、市的有关部门，于1981年3月开展这项工作。河北省水文总站与河北师大地理系参加了这项工作，历经一年多完成图集编制工作，于1982年11月刊印。图集中绘编了1956-1980年均值及3～5月、6～9月和10～2月降水量均值等值线图，1952-1980年逐年的年及上述三个时段的降水量等值线图，提供了全流域各水资源分区的1952-1980年逐年的年及三个时段的面平均降水量。为了满足水利区划的要求，河北省水利规划设计队，1982年根据作物生育期需水量及有效降水，分2年一遇和4年一遇枯水年计算亏水量绘制等值线图，刊印了《河北省主要农作物亏水等值线图册》。1992年水电部天津勘测设计院将《海滦河流域降水量图集》资料系列延长至1990年。重新予以刊印，并编写专题分析报告。从年内各季降水成因分析可以看出，春季(3～5月)，受大陆变性气团影响，形成变化多端的天气特点。若径向环流较强，上空受常年同期偏强的西北气流控制，则多大风，少降水，蒸发量大，加剧了春旱的发展，1962年和1972年的春旱就是类似这种环流所造成的。有的年份春季，西太平洋副高非季节性北跳，西风小槽侵入的冷空气与暖湿气流交绥，形成1964和1990年春季多阴雨天气。

夏季(6～9月)降水，主要受西太平洋副热带高压、西风带长波型分布、地形及降水天气系统影响。西太平洋副热带高压的进退，与河北省降水关系密切。盛夏，西太平洋副热带高压向北推进到北纬30°或更以北的地区，呈阻塞型，西部有南北向切变，并有西南暖湿气流或东南暖湿气流向北输送，易形成大范围降雨。若西太平洋副热带高压中心位置偏东或偏南，易形成干旱少雨天气。

秋冬季(10～2月)，蒙古高压增强，西太平洋副热带高压随着北方冷空气的加强，迅速退出我国大陆，强度明显减弱，逐渐由“秋高气爽”转为隆冬寒冷的季节，降水量甚少。

三、年内分配的计算

降水量的年内分配，根据不同的设计要求，多采用接近设计值选择典型年的办法，典型年的选择带有一定的随意性。为了解决中小河流流域降水量的年内分配问题，并满足区域水文研究工作的需要，1959年张治怡提出用降水量不均匀系数和时间因素类型区划的办法，计算降水量年内分配。年降水量不均匀系数是反映各站降水量年内分配集中程度的定量指标，时间因素类型区划是依最大月降水发生月份和超出平均值的月份两项指标划分为四个类型区。在《河北省水文图集》中介绍了这种方法。这一方法属国内首创，国外也尚无先例。60年初，水文研究所曾将该法推荐，用于国际交流。

四、系列代表性分析

时段降水量系列为随时间变化的一组或几组离散型观测值，即为水文要素总体的一个样本。由水文统计原理可知，实测水文系列代表性应该是指对总体的代表性而言，但总体是未知的，其代表性只能用误差来衡量。一般来说，评判样本系列的代表性，一是要求系列足够长(抽样误差小)，二是包括有一个及几个完整的或比较完整的丰枯周期，其中最好能包括长系列中的最大和最小值。评判系列代表性的方法很多，参照已有水文要素周期性分析成果加以论证是办法之一。

据京津冀地区五百多年的降水变化用差积曲线分析，明显存在着丰枯交替的大周期，其降水丰枯变化周期不尽一致;短期三十年左右，最长达百余年。若从发生时序和周期长短考虑，可大体上分为“长、短、中”三个周期。

1470-1676年长周期，该时段降水差积曲线明显的呈107和100年两个长周期。每个周期的下降段比上升段历时为长。

1677-1899年短周期。该时段历时223年，出现明显的周期8个，平均每个周期历时约28年。

1900-1991年中周期。在本段历时92年中，明显存在着1.5个周期，其中完整周期的历时为65年，下降段为49年，上升段为16年。

如果采用方差分析法与模糊假设检验法，按时间滑动统计海河流域平均降水量存在着15年左右的准周期变化。

从以上周期变化分析，可供论证年降水量系列代表性时作参考。