长沙市年降水变化规律及其对水库调度的影响

卢荣琼，刘迎春，黄柱坚，邱庆栋

（1.长沙市气象局，湖南 长沙 410205；2.株洲市气象局，湖南 株洲 412005）

长沙市年降水变化规律及其对水库调度的影响

卢荣琼1，刘迎春2，黄柱坚1，邱庆栋1

（1.长沙市气象局，湖南 长沙 410205；2.株洲市气象局，湖南 株洲 412005）

应用平滑异同移动平均线（MACD）原理，对长沙市1971～2014年44 a间的降水量变化规律进行分析，并将其结果应用到水库安全调度中。结果表明，长沙地区的年降水从1991年进入偏多期，并在2001年后出现转折，进入平水年，逐步转入偏少期，2012年开始逐步转向偏多期态势；1992年以前年降水量的最大值和最小值的差值小，而1992年以后年降水量的最大值和最小值的差值增大，预示着灾害性天气出现的频率增大；降水偏多期，要有正常调度和应急调度两种预防方案，同时严格控制水库最高水位，万一发生超校核标准的洪水，应立即采取紧急措施泄洪，以保证水库安全；年降水偏少期，应力争使水库水位达到规定的偏少期蓄水位，保证偏少期不缺水，使整个灌区在大旱之年不见旱。

年降水量；规律初探；水库调度；长沙市

长沙市位于湖南省东部偏北，湘江下游和长浏盆地西缘，地处东经111°53′～114°15′，北纬27°51′～28°41′，属亚热带季风性湿润气候，气候温和，四季分明，雨热同期，降水充沛，年均降水量1 428.1 mm。

春末夏初，西太平洋副热带高压北上抵达华南地区，北方冷空气南下受阻于长江以南、南岭以北地区，常形成南岭静止锋，致使极锋雨带滞留在长沙地区。该极锋雨带配合南支西风气旋活动，使长沙地区常出现持续阴雨或大到暴雨天气，降水量高度集中，并伴随出现山洪、区域性洪涝和滞涝等灾害。

盛夏和初秋，随着副热带高压北挺西伸，极锋雨带北移，长沙地区稳定受西太平洋副热带高压控制，降水量减少，蒸发量增大，此时正值高温炎热时期，地面蒸发和作物蒸腾量都较大，各地区出现不同程度的干旱情况。有的年份，由于长时间受单一气团的控制，还会出现秋温高于春温的小阳春气候，或者秋冬连旱气候。

水库是防洪抗旱的主要工程设施之一。水库对洪水的调节作用有两种，一种是滞洪作用，另一种是蓄洪作用。如何科学应用降水变化规律调节水库的作用方式，保证降水偏少期不缺水、降水偏多期无滞涝是人们普遍关注的课题[1-2]。

1 数据来源

为了准确地揭示长沙市年降水变化规律，以长沙市基本气象观测站1971～2014年44 a的地面观测降水数据为研究对象进行分析。

2 平滑异同移动平均线原理简介

目前，短期气候预测的统计方法有纯经验统计预测方法、物理统计方法、动力统计预测方法等[3]。该研究利用纯经验统计预测方法和MACD来统计年降水变化的趋势。

MACD是 Moving Average Convergence and Divergence的简称，即平滑异同移动平均线。该指标由阿普尔（Gerald Appel）于1979年首创，应用于股票市场中股票价格的趋势预报[4]。该方法的设计来源于股票的均线系统，即用固定的样本容量移动来计算股票的平均值，并绘制移动平均线。如果用快、慢移动平均线的离差值进行平滑，并用柱状图将其表示在0轴上，则股价的离差值形成一个不规则的类似于波谱的图形。这个离差值就是最初的MACD。应用MACD时，首先要计算出快速移动平均线（即PMA1）和慢速移动平均线（即PMA2），以这两个数值作为测量快慢速线间离差值（DIF）的依据，然后再求DIF在N周期内的平滑移动平均线DEA（也叫MACD）。由此可知，MACD包括两项指标，其一是DIF，即均线的离差值，其二是DIF的平滑值，即MACD，这就是MACD的设计原理。

3 应用MACD原理研究长沙市年降水变化规律

3.1 基本概况和计算过程

长沙市1971～2014年间最大年降水量为1 824 mm （1977年），最小年降水量为933 mm （2001年），历年平均降水量为1 410 mm。下面利用长沙市气象局历年年降水数据，运用平滑异同移动平均线（MACD）原理进行中长期降水趋势预测。根据多年的观测经验，对MACD快线和慢线的时间参数进行调整，此次预报M快的时间参数取5、8，M慢的时间参数取8、13，对MACD值进行平滑处理，取时间参数为3、5。计算及分析步骤如下。

第一步：按公式（1）计算长沙市气象局历年降水各时段移动平均值，结果见表1。

Pma=（V1+V2+V3+V4+……+Vn）/n （1）

式中：V1、V2、…、Vn为历年降水量；n为年降水量移动平均时段。

第二步：计算不同的Pma间的DIF、MACD。

第三步：绘MACD不同参数时与年降水量移动平均线综合曲线图（见图1、图2）。

3.2 结果与分析

通常，在股票市场是根据DIF和MACD交叉情况及所处位置来预测股价趋势的。在年降水变化规律中，关于DIF和MACD的位置关系有这样的意义：（1）DIF与MACD均在0线之上时，年降水趋势属偏多；（2）DIF与MACD均在0线之下时，年降水趋势属偏少；（3）若降水的变动与DIF、MACD的变动发生背离，都意味着降水趋势可能逆转；（4）MACD大于0时为偏多年份；反之为偏少年份。

当DIF和MACD均在0轴之上降水处于强势，即年降水进入降水偏多期态势，反之在0轴以下则进入降水偏少期态势（即前一交叉为偏多信号，则后一交叉为偏少信号；反之前一交叉为偏少信号，则后一交叉为偏多信号）。

从图1中可以看出，1987年开始至1990年，其不同单位移动平均线呈下降趋势，而且MACD处于0轴下，年降水量进入偏少态势；1991～2002年其不同单位移动平均线呈上升趋势，而且MACD处于0轴上，年降水量进入偏多态势；2003年开始其不同单位移动平均线呈下降趋势，而且MACD处于0轴下，年降水量进入偏少态势；但2012年DIF处于0轴上，交叉为偏多信号。

从图2中可以看出，1980年开始至1991年，其不同单位移动平均线呈下降趋势，而且MACD处于0轴下，两套参数下的MACD都印证了这段时期年降水量进入偏少态势；1992～2004年MACD处于0轴上，年降水量进入偏多状态；2005～2014年，年降水量进入偏少年状态，MACD（5，8，3）虽在0轴下呈平稳走势，但由图1可知，2012年后DIF向上和0轴交叉，参考不同单位的平均线可以推测这一时期的年降水量将由平水向偏多转变。

对比图1和图2可知，两套参数下的MACD，参数取得时间长的趋势比较平滑，参数取得时间短的小波动比较多，但总的看来基本趋势是一致的。掌握其降水量的变化规律，对指导水库的调度运行和保证水调工程调水的顺利实施具有重要意义，在降水预测和水库实际调度中可以参考这一结果。

4 结论与建议

利用MACD原理对长沙市1971～2014年44 a间的年降水变化数据进行分析，结果显示，长沙市的年降水从1991年进入偏多期，在2001年后出现转折，进入平水年，并逐步向偏少期态势转变，但2012年开始DIF处于0轴上，交叉为偏多信号，该地区降水又逐步转向偏多期态势；1992年以前年降水量的最大值和最小值的差值小，而1992年以后年降水量的最大值和最小值的差值增大，预示着灾害性天气出现的频率增大。

从2012年开始，长沙市的年降水量进入偏多期，如何预防水涝灾害及其引发的其他灾害，需从正常调度和应急调度两个方面着手。降水偏多期要严格控制水库最高水位，运行时一般不允许超过，万一发生超校核标准的洪水，应立即采取紧急措施泄洪，以保证大坝安全。

而当年降水量进入偏少期时，水库调整应坚持兼顾上下游、左右岸用水，坚持限污、节水、水工程调水相结合的原则，确保缺水期的用水安全。 偏少期水位决定了下一个偏多期到来之前的水库效益，故实时调度中，应力争使水库水位达到规定的偏少期蓄水位，以保证降水偏少期不缺水，使整个灌区在大旱之年不见旱。

[1] 徐建新，陈学凯，黄 鑫，等. 贵州省近50年降水量时空分布及变化特征[J]. 水电能源科学，2015，33（2）：10-14.

[2] 潘志祥. 湖南省防汛抗旱决策气象服务手册[M]. 北京：气象出版社，2005.

[3] 孙照渤. 短期气候预测基础讲义[M]. 南京：南京信息工程大学，2005.

[4] 戴湘豫，周小花，李 衡，等. MACD与K线图技术在证券投机中的实证研究[J]. 湖南工业大学学报，2010，24（4）：102-105.

（责任编辑：成 平）

Change Law of Annual Precipitation and Its Impact on Reservoir Operation in Changsha

LU Rong-qiong1，LIU Ying-chun2，HUANG Zhu-jian1，QIU Qing-dong1

（1. Meteorological Bureau of Changsha, Changsha 410205, PRC; 2. Meteorological Bureau of Zhuzhou, Zhuzhou 412005, PRC）

The study utilized Moving Average Convergence/Divergence (MACD) principle to analyze the change law of 44 years’precipitation from 1971 to 2014 in ChangSha, and applied the results in the safe operation of reservoirs. The results showed that the annual precipitation of Changsha region had exceeded the average since 1991; it took a turn in 2001 which was a normal fow year, and afterwards the annual precipitation was below the average gradually; then Changsha entered the period with an annual precipitation above the average since 2012. The range of annual precipitation was small before 1992, but later it became bigger which indicated the frequency of disaster weather increased. When the annual precipitation exceeds the average, it is necessary to prepare two prevention programs, normal operation and emergency operation. At the same time, people must control the highest water level of the reservoir strictly, in case that the water level is higher than that for check food, and urgent measures should be adopted immediately to discharge food and ensure the safety of the reservoir. When the annual precipitation is below the average, people should try to make the water level of the reservoir meet the requirement for this period and ensure suffcient water supply to avoid the drought situation for irrigation areas in the severe drought year.

annual precipitation; preliminary exploration of law; reservoir operation; Changsha

TV125

A

1006-060X（2015）08-0076-03

10.16498/j.cnki.hnnykx.2015.08.024

2015-07-15

卢荣琼（1970-），女，湖南安化县人，工程师，主要从事气象预报服务工作。