文摘
本文的目的是调查的统计方面multiannual降水的变化Hurbanovo站,斯洛伐克,超过140年(1872 - 2011)。我们比较长期的年降水量的变化Hurbanovo(斯洛伐克),布尔诺(捷克共和国),维也纳(奥地利),和Mosonmagyarovar(匈牙利)站使用自相关和谱分析方法。从长期的角度来看,没有一致的年降水量的趋势;发现只有multiannual可变性。因此我们确定年度最大程度上的每日降水的分布的变化对不同时期Hurbanovo冬天春天和summer-autumn季节使用直方图,经验超过数曲线,日常降水的频率曲线。接下来,我们计算时间的天没有降水超过1872年和2011年之间的29天。持续时间最久的一天没有降水在1947年83天。统计分析不确认我们最初的假设,无论是高每日降水(每天超过51.2毫米)和长期的干旱期(50多天没有降水)会发生更频繁了。我们假设在年降水量减少1942 - 2011年期间(1872 - 1941)相比,每天那么频繁发生造成的降水0.4和25.6毫米之间。
1。介绍
水文和气象问题极端(洪水和干旱)近年来已获得了高度的关注。后灾难性洪水在中欧在过去15年(1997 -摩拉瓦河河,2002年,捷克和多瑙河上游,2008年,乌克兰,2010年,斯洛伐克,2013年,多瑙河)我们需要关注该地区降雨和洪水风险评估(1- - - - - -4]。另一方面,在过去十年的2001 - 2010年,2003年是非常干燥,与中部、东南部和北部欧洲受影响最(斯洛伐克,西班牙、葡萄牙、瑞士、法国、意大利、荷兰和挪威)。这干旱导致经济损失在农业生产和广泛的森林火灾。2010年夏天,在俄罗斯非常干燥,直接参加了大量的野火在首都莫斯科。与此同时,2010年的夏天非常湿在斯洛伐克。欧洲中部和东南部的地区(包括整个多瑙河流域)受到极端干旱的影响在2011年秋季。斯洛伐克地区的年平均降雨量在2003年是573毫米,而在2010年是1255毫米。
是全球范围内观察到空气温度比较大气中温室气体浓度的增加,因此反映在extremality在气象和水文数据。根据2013年联合国政府间气候变化专门委员会(5),从长远来看,全球降水与globalmean表面温度增加会增加。全球平均降水会增加速度每摄氏度低于大气水蒸气。平均降水的变化在一个变暖的世界将展示大量的空间变化。一些地区将经历的增加,其他地区将经历减少,然而,其他人不会经历重大的改变。有很高的信心之间的年平均降水对比干燥和潮湿地区,干湿对比将增加全球的大部分随着温度的增加。例如Hanel et al。6]分析了季节性降水极端使用数量的瞬态变化区域气候模式在捷克共和国。他们的研究结果证实这一假说,气候变化将会伴随着大量增加天降水量最大值,因此也有越来越严重的洪水造成的降水的持续时间。克莱恩罐等。7)提出了一个数据集的气候时间序列与每天的决议,一直为欧洲气候评估&数据集编译项目(ECA&D)。这个ECA&D数据集包含199系列的日常的意思是,最低,最高温度;195系列的日常降水在气象站观测整个欧洲和中东。几乎所有系列覆盖标准正常时期1961 - 1990,其中约50%将至少1925。研究表明,冬季(去年)变暖在欧洲在1976年和1999年之间是伴随着积极趋势的温暖天气天数最多,但不是一个消极的趋势在寒流的天数。相反,在整个欧洲寒流天数量的增加。降水变化而言,平均每湿天主要降水深度增加对欧洲在1946年至1999年之间,这两个车站与冬季降水总额正面和负面的趋势。Boni et al。8]分析了年降雨量最高的历史记录记录在意大利北部,随着时间的推移累积windows(持续时间)1小时和24小时,和被认为是典型的描述风暴的短期和长期的持续时间和发生的概率特别事件的一年。他们的研究结果证实了四个月的存在主要季节最大化年降雨量最大值的出现。他们的研究结果也显示非凡的事件的季节性变化时不同的事件的持续时间被认为是。
当评估长期趋势的时间序列应该尽可能使用。研究Brunetti et al。9)旨在描述降水的行为在过去两个世纪广泛的地区集中在欧洲阿尔卑斯山。此外,它可以分析描述了如果使用现有的仪器数据的全部能力,相对较小但气候有趣的地区在不同的大陆范围内的欧洲气候政权之间的边界。奥氏小体和玻姆(10和奥尔等。11,12)观察奥地利冬天在潮湿的条件下增加在过去的150年里,也没有统一的行为在其他季节。每年,他们观察到两个独立的倾向在奥地利西部和东部地区;前被增加在潮湿条件下特征,而后者被增加在干旱条件下的特点。这种行为与我们的研究结果是一致的,因为奥地利站都分成(NE)北部和南部(SW和SE)地区,降水趋势相反。
Tornros [13]研究了如何检测降水趋势取决于选择的时间的长度。Dahamsheh和Aksoy14]分析了年降水量数据在约旦,但没有发现任何趋势的13个站1953 - 2002年的调查。Zhang et al。15)认为,中东地区的降水趋势较弱,而不是非常重要的。社会等。16]估计之间的关系北大西洋涛动(NAO)指数和降水和河流量在土耳其东北部。有人建议,NAO可能明显影响进一步东地中海区域。在欧洲,一个不成比例的巨大变化的信号在极端降水明显在站年平均降水量增加在20世纪下半叶(17]。在更大的规模,在最近的几十年里,这些地区的地球大陆遭受要么非常干燥或潮湿条件一直在增加。根据最新的et al。18),观察年度趋势和季节性降水在欧洲大陆的北部和南部地区之间的差异。在20世纪,年平均降雨量增加了在北欧和南欧有所下降。他们研究了大高山地区的降水变化和变化在1800 - 2003年期间,。在秋季和冬季降水显著增加20世纪后期在欧洲北部和俄罗斯西部被观察到。
本文中给出的研究动机,最后提出了复杂的全国性的频率分析降水在斯洛伐克在1960年代和1980年代中期(16,19,20.]。从那时起,更广泛的和可靠的记录每天的降水已经成为可用和可访问数据库的斯洛伐克水文气象研究所(希米)。在过去的几年中,一些研究应用新的地区降水频率已经出版的统计方法,主要专注于更大的集雨在斯洛伐克,(21- - - - - -25]。这些作者使用的数据自1950年以来,自1901年以来很少。因此我们决定完成日常数据系列自1872年以来在Hurbanovo车站。
2。材料
2.1。研究区和数据的描述
气象台在Hurbanovo(前名Ogyalla)是一个代表站相对干旱地区的多瑙河的低地区域(图1)。Hurbanovo站(北纬47.9°N;经度18.2°E,m a.s.l。)跻身欧洲中部最好的气象监测站提供足够长,高质量,和同质观测。气象观测站位于大花园的北部边缘Hurbanovo的小城市。定期测量空气温度(°C)和降水(毫米)在1876年开始在这个站(26]。1871 - 1875年期间完成后根据科莫诺站(从Hurbanovo距离20公里)。据佩特(26],降水总量是由不同的设备范围内的观察测量错误。降水系列自1871年到1900年在这项研究中获得的历史档案施密。覆盖后,1901年的数据(2011)从当前施密数据库中获得。额外的数据系列的年度和月度降雨雪是用于长期趋势和光谱分析从其他三个站在中央多瑙河地区:布尔诺(1803 - 2011),捷克共和国;奥地利维也纳(1841 - 2011);和Mosonmagyarovar(1861 - 2011),匈牙利。历史月降水从HISTALP数据库获得数据系列(27]。
3所示。方法
3.1。均匀性测试
化的时间序列是公认的重要一步构建可靠的长期的过程从最初的气候观测数据集。Hurbanovo气象台是欧洲最古老的车站之一。在所有车站长系列的观察在斯洛伐克发表在世界气象组织的目录28),Hurbanovo站现在是唯一站的一成不变的原始位置(29日]。
我们使用了AnClim软件(30.,31日)测试的绝对同质性的年降水量系列Hurbanovo站(1872 - 2011)。平均值和方差的变化与不同的测试(学生的测试似然比检验,以及,沃斯利Mann-Whitney-Pettit测试和标准正态均匀性测试)。在图2(一个)测试的特点“透明国际”标准正态均匀性测试(SNHT)的转变意味着32,33)所示。测试的特点“透明国际”略高于其临界值9.35 1966年95%置信水平。测试标准偏差的变化特征是相似的。实际上,长时间的“绝对同质性”系列总是有问题。的不均匀性可能导致长期趋势的变化,如图2 (b)。
(一)
(b)
(c)
相对同质性测试使用标准正态均匀性测试两站(30.,34,35]。在我们的例子中,从Mosonmagyarovar降水系列,维也纳,和布尔诺电台被用作参考站;Hurbanovo降水系列作为候选人。测试的特点“透明国际”的变化在任何情况下不超过9.35的临界值置信水平95%(图2 (c))。基于均匀性测试的结果,我们可以声明的年降水量系列Hurbanovo是均匀的。
本研究使用的统计处理软件EXCEL, STAGRAPHICS, CTPA, BestFit [36]。
本研究的目的是应用长期趋势,年降水量系列自相关和谱分析和频率分析日常降水系列观察到气象站1872 - 2011年期间Hurbanovo为了调查他们的长期趋势和multiannual可变性。
3.2。趋势与长期干和湿时间的年降水量的变化
已经50多年前,在纳赛尔Nile-Hurst(阿斯旺)大坝设计,(37表示意见,整个地球气候系统长期振荡。通过研究900多时间序列的各种数据(尼罗河水位超过了790年,dendrochronological系列、海洋和湖泊沉积物,等等),他观察到这些地球物理时间系列的一个特定的行为,已成为被称为“赫斯特现象。”这个术语指的是趋势的干、湿年集群成multiannual干燥和潮湿的时期。这一现象的基本数学表达式可以写成 在哪里是偏离的部分和范围的算术平均时间序列,然后呢是时间序列的标准差和长度吗。系数赫斯特系数表示。0.5将对应的赫斯特指数时间序列是真正随机的。的基础上的一项研究的几个年度时间序列,赫斯特发现的平均值0.73 [38]。
3.3。Hurbanovo日报降水系列的频率分析在不同时期
频率分析是一种技术,常被用来估计极端水文设计值或气候学的事件(非凡的洪水、降水深度、drought-meteorological和水文),并集中讨论环境文学在过去的几十年。
在这项研究中我们关注(我)比较不同时期的逐日降水,(2)最大年24小时降水系列的分析,(3)评估期间没有降水超过29天。
4所示。结果
4.1。趋势与长期干和湿时间的年降水量的变化
Hurbanovo站的逐日降水系列图所示3(一个)。过滤后的年降水量(图的图形描述3 (b))显示multiannual干和湿时间系列的周期。赫斯特系数Hurbanovo站的降水系列是0.697,支持该假说的存在一个重要的长期周期组件(表1)。
(一)
(b)
1981 - 1990年期间是最干燥的十年沉淀的历史观察到Hurbanovo站(图4)。附近的气象站(Mosonmagyarovar,维也纳,和布尔诺)证明低降水期发生在1871年之前。最好的例子降水长期趋势是可见的系列从气象台在布尔诺(捷克共和国)。1803年和1830年之间的时期很可能例外多瑙河的低地地区的降水。我们近似线性函数和多项式的长期趋势的第四届学位。明显干燥期发生在120 - 140年。相比其他三个站,可以假设Hurbanovo站的降水较低在1870年之前,。在斯洛伐克,没有观测的降水在1870年之前,因此我们只能推测如果降水也低至该地区的其他三个车站。然而,我们只能支持这一假设的协助下历史档案提供特殊事件的发生的信息。
一般,而洪水发生在潮湿时期更加频繁,更多的触发事件是注意到在干旱时期。历史记录火灾事件的斯洛伐克领土的确认时间1850 - 1875是非常干燥。1860年之后,由于频繁的火灾事件,在奥匈帝国帝国建立志愿消防队。后,1863年大火事件,建立了额外的消防队在布拉迪斯拉发,Trnava(1868),和尼特拉(1869)。
以下4.4.1。自相关和谱分析
Multiannual可变性在年降水量系列研究了通过自相关和光谱分析(37,39]。长时间被确定使用Blackman-Tukey功率谱、台面的方法,并结合周期图(数字5(一个)- - - - - -5 (b))。很明显从图5 (c)multiannual湿和干燥的时间轮流在一系列的降水。的重要multiannual周期持续时间2.35 -;3.64 -;5 -;7 -;12.8 -;研讨会;和60年Hurbanovo站降水系列中标识。这些周期被确定在其他几个数据系列在斯洛伐克,欧洲,和世界各地的其他地方9,40,41]。22年周期可能与太阳的活动(42相关)和2.35年的周期可以QBO Quasi-Biennial振荡现象。
(一)
(b)
(c)
4.1.2。Intra-Annual降水的变化的变化
改变intra-annual Hurbanovo站的降水分布两个时间段,1871 - 1940和1941 - 2010年,是描绘在图6(一)(左)。在[43]我们确定每日Hurbanovo天文台的降水分布的变化不同的冬天春天,summer-autumn季节使用30年时间每天降水时间序列1901 - 2005。在这项研究中我们比较20年时间而不是30年期的像往常一样,为了分析过去20年间从1992年到2011年。同时我们核实是否经历过类似的20年。每月由一个月降水明显的转变在Hurbanovo车站之间的两个时期。5月每月最大降水没有发生,就像1871 - 1940年期间,而是发生在6月。月平均降水量为两个时间段Mosonmagyarovar站在维也纳与月降水量不同,这是类似的。在布尔诺,另一方面,降水的intra-annual分布几乎是相同的两个100年的时间(1806 - 1905和1906 - 2005年)。虽然在本站没有显著变化,最大的月降水的发生似乎稍有变化(从100年8月在第一年时间100年7月在第二年时期)。200年沉淀的系列布尔诺站使用,因为它是最长的可用时间序列在这个地区。
(一)
(b)
接下来,我们将每四个气象站降水时间序列的两个季节,寒冷半年March-X-III(10月)和温暖半年September-IV-IX(4月)。降水的季节性移动平均线在图所示6 (b)(右),summer-autumn和冬天春天的季节。很明显,从长期的角度来看有一些降水系列循环中,在所有选定站是相同的。
4.2。Hurbanovo日报降水系列的频率分析在不同时期
4.2.1。准备日常降水的不同时期的比较
我们分析了时间序列Hurbanovo站的逐日降水的天数没有降水,天降水深度0.1毫米以上,然后对各种降水深度的天数(图7)。两个时间段的日常降水被认为是(1872 - 1941和1942 - 2011年)。每年的总天数与降水在单独的类中给出的两个不同时期表2。边界(毫米)确定每个类的函数:在哪里;。时间之间的差异最小。我们使用了Kolmogorov-Smirnov测试比较两个样本的分布。自值大于0.05,没有统计上的显著差异的两个样本之间的95.0%置信水平。
日常降水的频率曲线的对比图中给出了两个时期8Hurbanovo站在寒冷的半年和温暖的半年。最大年降水量变化的分布无论是在冬天还是在夏天季节。
在表3我们比较1992 - 2011年期间的统计特征与其他20年时间:1872 - 1891;1892 - 1911;…,1972 - 1991。从这些特点,1882 - 1901年与1992 - 2011年期间也有类似的特征。
最后我们测试了零假设,每日降水期1892 - 1911和1992 - 2011(温暖的半年和冷半年)从相同的分布结果。我们测试了变化的平均值和标准差。我们不能拒绝零假设0.05显著性水平这两个时间有相同的平均值的季节。
在斯洛伐克,几个作者处理区域,区域,和时间分析降水模式在斯洛伐克期间(1901 - 200044- - - - - -46]。每天增加降水extremality理论尚未得到明确的证明了Hurbanovo站观测数据的分析,。Brunovsky et al。2研究了几种定义极端事件的方法。每年平均每日降水总量似乎是静止的;雨天数量低,降雨时重上世纪开始和结束的时候,暴雨和分布的从1901年到2006年是统一的。我们的结果表明,在干旱时期持续20年(1972 - 1991)我们可以考虑1992 - 2011年期间是一个很极端的人。我们Hurbanovo站的降水系列的分析表明,相同的降水条件下我们今天的经验观察过去在Hurbanovo(1892 - 1911),并可能在更广泛的地区。
4.2.2。最大年24小时降水系列
考虑日常Hurbanovo站的降水数据的长度(1872 - 2011),我们比较的最大年24小时降水在整个期间,分别半年寒冷和温暖的半年,(图9)。趋势表明适度下降的最大年24小时降水系列。
在图中10理论分布曲线的变化(log-Pearson类型III)的最大程度上的每日降水Hurbanovo站70年两个时期的图形。第一时期(1872 - 1941)100年降水()是99 mm和1000年降水()是62毫米。在第二时期(1942 - 2011)是89毫米,是142毫米。
4.2.3。评估期间没有降水超过29天
过去研究的目的是评估的时间没有降水超过29天。斯洛伐克气象学家认为这一时期某一阈值的干旱,在中央多瑙河地区。在极端干旱期的评价我们恢复所做的分析佩特(26]。我们计算时间的天没有降水超过29天的系列每日1872 - 2011年期间的降水。发生时间的日期没有降水超过29天,天数没有降水Hurbanovo站表中列出4。数量的时间没有个人几十年降水量超过29天Hurbanovo呈现在图11。持续时间最久的一天没有降水在1947年83天。时间没有降水超过29天通常发生在每10年5 - 6次。干旱期超过50天发生7次在130年的观察。
(一)
(b)
5。结论
降水是水循环的主要组成部分,所以了解其政权可能是深刻的社会和经济意义。振动检测的降水时间序列收益率理解气候变化的重要信息。从分析降水系列的中央多瑙河的低地地区,可以断定(我)在多瑙河的低地地区,最干燥的十年是1981年至1990年,以及1891年和1900年之间的潮湿的十年;(2)1870年之前,多瑙河的低地地区的气候可能甚至比1981年和1990年之间干燥;(3)从长期的角度(180年)以上,年降水量没有一致的趋势,这一趋势是增加或减少根据被评估的时间,只发现一个multiannual可变性分析时间序列;(iv)降水时间序列包含3.5、5、7、10、13、22日和30年期周期;(v)multiannual季节性降水波动的周期;(vi)频率分析不确定变化的统计特征在Hurbanovo站逐日降水;(七)无论是高每日降水(每天超过51.2毫米)和长期的干旱期(50多天没有降水)现在更频繁地发生;(八)减少年降水量在1942 - 2011年期间(1872 - 1941)相比,每天那么频繁发生造成的降水0.4和25.6毫米之间。
根据斯洛伐克气候学家(23,29日]多瑙河的低地的气候从温暖干燥温暖,非常干燥在20世纪。最近在这一地区气候开始显示典型的地中海地区的一些特性。降水系列的一个更详细的调查,可能是气温,为了正确评估完成水径流在未来。降水的分析是有用的,但它并不能代替流流或地下水的分析水平。我们需要小心,不要认为观察到的或预测降水的变化将直接翻译简单或河川径流的变化(47]。根据(48]气候科学的重建工作提供一个模板水文重建的努力,可能预期换水文学家分析系统提供相同的好处:(i)的生成基线数据评估当代变化;(2)分析自然变化和长期影响水文循环系统;(3)调查水文影响人类社会的历史背景;(iv)的评估的性质和大小的变化对流域在史前的和历史的时间尺度,和评估的水文系统的灵敏度和响应这些变化;和(v)生成数据集评估和改进模型的水文系统的时间尺度,超过仪器记录的长度。甚至彻底的过去的知识可以帮助我们在评估气候变化对水资源的影响能力在未来。
利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
这项工作是支持的斯洛伐克研发机构,根据合同没有。apvv - 0496 - 10, KORANET项目015,和研发运营计划由项目实施下的ERDF: 26240120004 itm。