ENSO事件對(duì)紅水河龍灘站徑流的影響分析

朱 麟

(龍灘水電開發(fā)有限公司龍灘水力發(fā)電廠,廣西天峨547300)

ENSO事件對(duì)紅水河龍灘站徑流的影響分析

朱 麟

(龍灘水電開發(fā)有限公司龍灘水力發(fā)電廠,廣西天峨547300)

用多元ENSO(厄爾尼諾/南方濤動(dòng))指標(biāo),分析厄爾尼諾和拉尼娜事件對(duì)徑流的影響。月徑流量數(shù)據(jù)采用天峨水文站1950年～1997年共48年汛期(5月～10月)徑流資料,結(jié)合美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心(NCEP)和美國(guó)國(guó)家大氣研究中心(NCAR)的逐月MEI指數(shù)分析紅水河龍灘站來水規(guī)律。結(jié)果顯示,龍灘站在汛前或汛期極強(qiáng)/強(qiáng)拉尼娜事件減弱期對(duì)應(yīng)汛期流量呈放大趨勢(shì)概率大,反之流量呈減少趨勢(shì)概率大；在極強(qiáng)厄爾尼諾事件年汛期來水總量年際差異巨大,厄爾尼諾事件與流量關(guān)系并不總是保持一致,一般情況下厄爾尼諾事件年入汛偏晚概率大。

ENSO事件；影響分析；徑流；紅水河

龍灘水電站是廣西境內(nèi)最大的水電工程,也是西江防洪體系的骨干工程。壩址位于廣西天峨縣境內(nèi),距天峨縣城15 km。壩址以上流域面積98 500 km2,占紅水河流域面積的71.2%。壩址多年平均流量1 610 m3/s,年均徑流量508億m3。紅水河流域地處副熱帶季風(fēng)區(qū),4月～10月份為雨季,降水總量約占全年降水量的89%,雨日約占全年的71%。龍灘站地處紅水河上游,一般4月底5月初進(jìn)入汛期,10月份汛期結(jié)束。

1 方 法

由于南盤江上游天生橋一級(jí)水電站于1998年下閘蓄水,本文以天峨縣水文局提供的天峨縣水文站月流量的徑流資料,數(shù)據(jù)起止時(shí)間為1950年～1997年。文中還使用了美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心和美國(guó)國(guó)家大氣研究中心(NCPE/NCAR)發(fā)布的全球逐月MEI指數(shù)數(shù)據(jù)。這些資料的起止時(shí)間均為1950年～1997年。

1.1 MEI指標(biāo)的特征及等級(jí)劃分

本文使用多元ENSO(MEI)指標(biāo),分析厄爾尼諾和拉尼娜事件對(duì)徑流的影響。

多元ENSO(MEI)指標(biāo)是根據(jù)6種熱帶海洋觀測(cè)要素經(jīng)主成分分析得到的。這6種要素分別是海平面氣壓、緯向風(fēng)、經(jīng)向風(fēng)、海表面溫度、海面上空的氣溫、天空總云量。MEI比其他指數(shù)包含的信息多,能更好地反映海氣耦合系統(tǒng)的本質(zhì)；因此,本項(xiàng)研究選擇MEI指標(biāo)作為ENSO事件的表征。

圖1是標(biāo)準(zhǔn)化MEI指標(biāo)的時(shí)間序列變化圖,圖中的陰影區(qū)是±0.5MEI值的等值線包圍的區(qū)域,該區(qū)域表示MEI指標(biāo)是正常狀態(tài)。從圖1中可以看到,在MEI指標(biāo)的正值和負(fù)值都有持續(xù)過程,在MEI≥0.5和MEI≤-0.5的持續(xù)時(shí)段,基本對(duì)應(yīng)了厄爾尼諾和拉尼娜事件。因此,MEI指標(biāo)可以較好地反映ENSO事件。

圖1 MEI指標(biāo)的時(shí)間序列變化

當(dāng)以±0.5為標(biāo)準(zhǔn)時(shí),出現(xiàn)≥0.5的正值頻率大約為33.16%,出現(xiàn)≤-0.5的負(fù)值的頻率為26.56%,其余40.28%為正常年的頻率。這種劃分結(jié)果與其他學(xué)者用海溫距平的劃分結(jié)果大致相當(dāng)。

本文用ENSO綜合指標(biāo)及其徑流預(yù)測(cè)方法,以±0.5為臨界值,提取每個(gè)連續(xù)5次達(dá)到±0.5的厄爾尼諾/拉尼娜事件過程,計(jì)算極端最大MEI值MEImax、平均MEI值MEImean、達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后持續(xù)時(shí)間MEImonth,按月計(jì)算。將平均強(qiáng)度MEImean、極端強(qiáng)度MEImax和持續(xù)時(shí)間MEImonth按0.6∶0.3∶0.1的權(quán)重衡量一個(gè)ENSO事件,對(duì)歷次ENSO事件進(jìn)行綜合指標(biāo)計(jì)算,得到綜合MEIZ值。即,ENSO綜合指標(biāo)MEIZ=0.6MEImean+0.3MEImax+0.1MEImonth

計(jì)算拉尼娜的綜合值時(shí),先取MEI數(shù)值的絕對(duì)值,然后再計(jì)算權(quán)重。因此,在MEIz劃分的等級(jí)中,拉尼娜與厄爾尼諾等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)一致,只是符號(hào)相反(見表1)。

表1 MEI指標(biāo)的等級(jí)劃分

1.2 ENSO事件分析

按照表1的標(biāo)準(zhǔn),可以將1950年～1997年期間的歷次厄爾尼諾/拉尼娜事件挑選出來。表2和表3分別為48年厄爾尼諾/拉尼娜事件表。可以看到,用MEI指標(biāo)挑選出14次厄爾尼諾事件(表2)和11次拉尼娜事件(表3)。比較表2和表3可以發(fā)現(xiàn),厄爾尼諾事件的次數(shù)多于拉尼娜事件,但是,每個(gè)厄爾尼諾事件持續(xù)的時(shí)間都短于拉尼娜。在表2中,最長(zhǎng)的厄爾尼諾事件是1991年～1993年間,持續(xù)了32個(gè)月,其余事件的持續(xù)時(shí)間都小于20個(gè)月。表3中,有兩個(gè)持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的拉尼娜事件,一個(gè)是1954年～1957年間,持續(xù)了34個(gè)月。另一個(gè)是1973年～1976年間,持續(xù)了35個(gè)月。

表2 厄爾尼諾事件統(tǒng)計(jì)(1950年～1997年)

表3 拉尼娜事件統(tǒng)計(jì)(1950年～1997年)

如果從年代的角度分析,可以發(fā)現(xiàn),在20世紀(jì)50年代,出現(xiàn)了2次厄爾尼諾事件和2次拉尼娜事件；60年代,出現(xiàn)了3次厄爾尼諾事件和3次拉尼娜事件；70年代,出現(xiàn)了4次厄爾尼諾事件和2次拉尼娜事件；80年代,出現(xiàn)了2次厄爾尼諾事件和2次拉尼娜事件；90年代,出現(xiàn)了3次厄爾尼諾事件(截至1997年)。

從事件的頻次來看,20世紀(jì)80年代以前厄爾尼諾事件和拉尼娜事件都是交替出現(xiàn)的,但是從1977年那次厄爾尼諾事件開始,連續(xù)出現(xiàn)3次厄爾尼諾事件,其間并未出現(xiàn)拉尼娜事件。1991年開始連續(xù)出現(xiàn)3次的厄爾尼諾事件,直到1998年再次出現(xiàn)拉尼娜事件。

從事件強(qiáng)度上來看,從1950年有記錄以來,極強(qiáng)和強(qiáng)拉尼娜事件都是發(fā)生在20世紀(jì)80年代前,自1973年～1976年那次極強(qiáng)拉尼娜事件后再未發(fā)生過中等以上強(qiáng)度的拉尼娜事件。而從1982年～1983年的那次極強(qiáng)厄爾尼諾事件開始,極強(qiáng)和強(qiáng)厄爾尼諾事件開始逐漸增多。

2 ENSO事件與龍灘站徑流關(guān)系的分析

從圖2歸納了來水偏多兩成或偏少兩成的年份。來水偏多兩成年份有10個(gè),其中有4個(gè)厄爾尼諾事件年和5個(gè)拉尼娜事件年,另有1個(gè)年份屬于兩種事件轉(zhuǎn)換年,無正常年份。來水偏少兩成年份有11個(gè),其中有2個(gè)厄爾尼諾事件年和4個(gè)拉尼娜事件年,另有2個(gè)年份屬于兩種事件轉(zhuǎn)換年,正常年份3個(gè)。來水異常偏多或偏少的事件主要發(fā)生在厄爾尼諾事件年和拉尼娜事件年。

圖2 1950年～1997年龍灘汛期總徑流量

2.1 拉尼娜事件年龍灘站汛期來水規(guī)律

1950年～1997年間拉尼娜事件年龍灘站汛期來水規(guī)律見圖3、圖4。

圖3 極強(qiáng)/強(qiáng)拉尼娜年龍灘站流量距平值與ENSO時(shí)間演變

從圖3可以看出,龍灘站在極強(qiáng)/強(qiáng)拉尼娜年汛前或汛期拉尼娜事件減弱對(duì)應(yīng)汛期流量呈放大趨勢(shì),概率大如1950年、1951年、1954年、1974年、1976年、1968年和1971年,汛期總來水量增大23%～43%；而汛前或汛期拉尼娜事件加強(qiáng)則汛期流量呈減小趨勢(shì),概率大如1955年、1975年、1967年及1970年,當(dāng)年汛期總來水量偏少1%～42%。

圖4 中等強(qiáng)度拉尼娜年龍灘站流量距平值與ENSO時(shí)間演變

圖4顯示,1988年汛期拉尼娜事件呈加強(qiáng)趨勢(shì),對(duì)應(yīng)該年汛期總來水量減小12.6%,與極強(qiáng)/強(qiáng)拉尼娜事件年一致；但1964年拉尼娜事件加強(qiáng)汛期總來水量增幅11.6%,1989年拉尼娜事件減弱,汛期來水總量減幅達(dá)47.8%(為1950年～1997年間第2枯年),與極強(qiáng)/強(qiáng)拉尼娜事件規(guī)律不一致。

2.2 厄爾尼諾事件年龍灘站汛期來水規(guī)律

1950年～1997年間厄爾尼諾事件年龍灘站汛期來水規(guī)律見圖5、圖6。

從圖5可見,3次極強(qiáng)厄爾尼諾事件對(duì)應(yīng)MEI指數(shù)越大則對(duì)應(yīng)流量正距平百分率越大。其中,1983年汛期來水總量偏多25.4%、1997年汛期來水總量偏多39.2%,而1992年汛期來水總量則偏少33.3%。極強(qiáng)厄爾尼諾事件年汛期來水年份差異巨大。

由圖6可以看出,強(qiáng)/中等強(qiáng)度厄爾尼諾事件與流量關(guān)系并不總是保持一致。2次強(qiáng)厄爾尼諾事件和3次中等強(qiáng)度的厄爾尼諾事件峰值當(dāng)年汛期總來水量偏少的概率大。其中,1958年、1987年和1972年偏少11%～30%、1965、1994年則偏多11%～23%。

紅水河入汛一般為4月底5月初,而以上所有的厄爾尼諾事件年5月來水量除1972年、1983年正距平百分率超50%,其他基本為負(fù)值或趨于零。由此可認(rèn)為,一般厄爾尼諾事件年紅水河入汛偏晚。

圖5 極強(qiáng)厄爾尼諾年龍灘站流量距平值與ENSO時(shí)間演變

圖6 強(qiáng)/中等強(qiáng)度厄爾尼諾年龍灘站流量距平值與ENSO時(shí)間演變

3 結(jié) 論

本文使用了多元ENSO(MEI)指標(biāo),分析厄爾尼諾和拉尼娜事件對(duì)紅水河龍灘站徑流的影響。主要結(jié)論如下：

(1)珠江上游紅水河龍灘站來水異常多/少的年份主要出現(xiàn)在厄爾尼諾/拉尼娜事件年,20世紀(jì)80年代以前厄爾尼諾事件和拉尼娜事件都是交替出現(xiàn)

的,從80年代開始拉尼娜事件出現(xiàn)的頻率明顯減少且未出現(xiàn)過強(qiáng)/極強(qiáng)拉尼娜事件。而20世紀(jì)80年代以前厄爾尼諾事件強(qiáng)度小,但80年代以后強(qiáng)/極強(qiáng)厄爾尼諾事件發(fā)生的次數(shù)增多。

(2)龍灘站在極強(qiáng)/強(qiáng)拉尼娜年汛前或汛期拉尼娜事件減弱期對(duì)應(yīng)汛期流量呈放大趨勢(shì)概率大。而汛前或汛期拉尼娜事件加強(qiáng)則汛期流量呈減小趨勢(shì)概率大。

(3)龍灘站在極強(qiáng)厄爾尼諾事件年汛期來水總量年際差異巨大,厄爾尼諾事件與流量關(guān)系并不總是保持一致,但通過厄爾尼諾事件年5月來水分析,一般情況下厄爾尼諾事件年入汛偏晚概率大。

[1]李曉燕, 翟盤茂. ENSO事件指數(shù)與指標(biāo)研究[J]. 氣象學(xué)報(bào), 2000, 58(1)： 102- 109．

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[3]劉永強(qiáng), 丁一匯. ENSO事件對(duì)我國(guó)天氣氣候的影響[J]. 應(yīng)用氣象學(xué)報(bào), 1992, 3(4)： 473- 481．

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(責(zé)任編輯 陳 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,安徽涇縣人,工程師,主要從事水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行工作．

P339(267)

A

0559- 9342(2017)04- 0074- 05