国际地球物理学杂志

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国际地球物理学杂志/2016年/文章

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体积 2016年 |文章的ID 6820397 | https://doi.org/10.1155/2016/6820397

Abderrahmane Nekkache Ghenim, Abdesselam Megnounif, 年度最大程度上的每日降雨量变化和趋势在阿尔及利亚北部”,国际地球物理学杂志, 卷。2016年, 文章的ID6820397, 11 页面, 2016年 https://doi.org/10.1155/2016/6820397

年度最大程度上的每日降雨量变化和趋势在阿尔及利亚北部

学术编辑器:罗伯特Tenzer
收到了 2015年11月03
接受 07年6月2016年
发表 2016年7月27日

文摘

35个气象站的日常降雨数据集包括阿尔及利亚北部的一段研究了43年,1970年代后记录。年度最大程度上的每日降雨量的变化和趋势(AMDR)时间序列和他们的贡献在年降雨量(AR)进行调查。系列的分析是基于统计特性,燃烧是季节性的过程,Mann-Kendall测试和线性回归技术。AMDR AR分析的贡献受到Buishand测试和双质量曲线技术。AMDR特征揭示一个强大的时间不规则,有宽的频率出现在11月和12月的月最大强度发生在10月。观察到的现象很不规则,没有占主导地位的季节和极端事件的发生可以在任何时候到达。AMDR趋势表明,35站中,只有6个重要的趋势。对于其他电台,没有突出明显的趋势。这个结果证实了线性回归的过程。相反,AMDR的贡献在57%的年度总量表现出显著增加趋势的网站研究增长率高达50%。

1。介绍

降雨是气候的一个基本元素,几十年来,在永恒的突变。对于大多数在地中海地区,这些变化导致明显降雨赤字(1,2]伴随着增加等异常事件的严重干旱和毁灭性的洪水(3,4]。地中海的环境中,典型的半干旱地区享受,而气候宜人,阳光和它的好天气,可以遭受危险的情况,因为几个地区经常被严重的暴雨。这类事件是高度可变的时间和空间(5),通常持续了不到一天(6]。因此,这些暴风雨的关键参数是最大程度上的每日降雨量,而不是总降雨量。年度最大程度上的每日降雨量的定义是一个极端的实例,一个分水岭的关键时间,地区或州(7]。水文年,每日最大降雨参数被认为是评估直接影响的水文响应流,洪水的城市,水土流失,大坝淤塞、和农业生产8,9]。

位于地中海的南岸,阿尔及利亚遭受气候干旱半干旱。尽管干旱已经持续了超过三十年,短暂的,强烈的,毁灭性的洪水经常影响城市。由于降雨强度,通常最后不到24小时和城市的脆弱性,洪水造成的损害和人类生活的重大损失。唯一的洪水,2001年11月发生在阿尔及尔市引起了一些740的伤亡10- - - - - -12]。

本研究的目的是为知识的年度最大程度上的每日降雨量的变化及其变化北部的阿尔及利亚。特别关注检测可能的趋势描述AMDR系列和评估AMDR的变化对年度总额的贡献。

2。研究区/材料和方法

研究区北部的阿尔及利亚和覆盖表面的国家总数的15%(238万公里2)。地中海海岸线的长度约1200公里。由于其地理位置和山区自然,降雨量显示了各领域之间的强烈对比。这个地区有一个高空间和时间气候变化称为地中海气候。Intra-annual降雨是不规则且最雨在10月和4月之间,虽然罕见,当地风暴发生在旱季从7月到10月。

降雨数据收集由国家机构的水力资源(ARNH) (http://www.anrh.dz/)。因为有太多差距后殖民时期的数量在1960年代和多年的观测太低用于统计目的,许多电台系列被丢弃的数据集。因此,只选择(图35降雨系列1)。

收集的数据是一组每日降雨量系列1970年之后的时期。它们包括不到5%的差距。这些被车站的值取代有最好的相关性。数据测试的质量控制。可疑数据的交叉检查与附近的车站(一些不用于本研究)。日常山庄的算术总和是一年一度的降雨记录值(AR),每日最大观察年内代表年度最大程度上的每日降雨量(AMDR)。根据水文数据聚合从9月到8月。选中的站点所描述的地理坐标,数年的观察,和统计特征(表1)。


数量 坐标 平均AR(毫米) AMDR(毫米)
纬度 经度 平均 马克斯 简历 Cs

1 皮埃尔du聊天 41 1°26 52′′′W 35°08年37′′′N 330年 46 255.4 0.81 4.60
2 Meffrouche 41 1°31 17′′′W 51 34°19′′′N 608年 64年 158.1 0.50 1.30
3 Bensekrane 37 26 1°13′′′W 35°28 04′′′N 377年 46 82.2 0.36 0.46
4 Ras埃尔马 39 0 34°48′′′W 41 34°29′′′N 194年 25 52.2 0.50 0.51
5 s . a . Benyoub 42 0°44′04′′W 34°58 38′′′N 351年 35 77.2 0.42 0.85
6 亚诺 41 52 0°35′′′W 59 35°44′′′N 357年 40 88.7 0.45 1.48
7 Hassi Daho 40 0°26 32′′′W 35°05 28′′′N 313年 38 103年 0.40 2.10
8 Cheurfas 35 06年0°15′′′W 35°24′15′′N 328年 38 114.4 0.56 1.93
9 西班牙埃尔赴麦加朝圣 35 0°08年56′′′E 34°25 45′′′N 330年 29日 61.6 0.38 1.14
10 Ghriss 38 0°09年59′′′E 46 35°14′′′N 291年 31日 52 0.31 0.74
11 Maoussa 35 0°14′53′′E 35°41 22′′′N 292年 34 84.9 0.44 1.16
12 旱谷El Kheir 41 50 0°22′′′E 08年35°57′′′N 301年 31日 94.4 0.50 2.16
13 Bekhedda 33 1°02′15′′E 35°20′32′′N 315年 30. 64.4 0.41 0.89
14 穆尔 41 24′2°27′′E 36°26 58′′′N 615年 71年 176.8 0.51 1.62
15 Djebabra 41 2°26日06年′′′E 36°23 43′′′N 647年 59 176.8 0.54 1.79
16 埃尔还去寻找更多 41 2°34 01′′′E 36°28 31′′′N 586年 40 83年 0.39 0.99
17 Kolea 41 2°46 19′′′E 36°38′04′′N 606年 54 105.5 0.34 0.93
18 Ouzera 41 2°50 50′′′E 36°15′21′′N 571年 52 134年 0.46 1.38
19 Hamiz-D9 38 3 49°19′′′E 36°39 26′′′N 598年 57 102.9 0.38 0.56
20. Lakhdaria 39 3°35′12′′E 36°37 40′′′N 701年 61年 117.4 0.40 1.02
21 K 'sob 34 4°34′03′′E 35°49 32′′′N 220年 25 53.5 0.38 1.20
22 Sidi· 40 4°37′11′′E 36°25 19′′′N 377年 35 70.1 0.33 1.00
23 方案 40 23 6°10′′′E 53 35°33′′′N 374年 36 64.4 0.35 0.40
24 El Milia 40 38 6°16′′′E 36°45 21′′′N 874年 70年 210.3 0.52 1.70
25 Ain Tinn 40 6°26日21′′′E 39 35°22′′′N 430年 47 143年 0.46 2.44
26 Timgad 40 07年6°28′′′E 51 35°29′′′N 289年 33 93.7 0.44 1.93
27 Chelia 43 6°39′03′′E 22′35°02′′N 481年 52 177.5 0.56 2.65
28 Zardasas 41 6°53 48′′′E 58 36°35′′′N 658年 58 137年 0.54 1.24
29日 Ain Mimoun 40 6°57 22′′′E 35°24′55′′N 434年 43 116.1 0.41 2.32
30. Helioplolis 41 7°26 44′′′E 36°30′32′′N 596年 54 103.7 0.43 0.79
31日 是北大 43 03号7°27′′′E 50 35°47′′′N 408年 40 104年 0.36 2.24
32 目前还 42 7°35′47′′E 36°41 30′′′N 631年 53 111年 0.43 0.94
33 Bouchegouf 41 7°42 35′′′E 33 36°27′′′N 545年 32 120年 0.41 1.12
34 还比释动能 41 46 8°11′′′E 23 36°35′′′N 712年 57 155.1 0.47 1.41
35 Ain Assel 41 8°57 21′′′E 36°46′03′′N 821年 60 142.7 0.38 1.31

:多年的记录;简历:变异系数;Cs:偏态系数。

在地中海地区,暴雨不太可能持续超过24小时(6]。所以,年度最大程度上的每日降雨量(AMDR)系列可能引入研究极端降水的分布在一年之内出现。检查规律等系列,我们应用描述的季节性所燃烧13]。这个方法用来估计的时间和规律洪水被移到极端降雨特别是AMDR [14]。的相似度评估流域的水文响应或极端降水的发生。燃烧的向量定义的 代表日期的变化发生的极端事件。它的方向是意味着极端事件的发生日期和模数平均值周围的变化。AMDR的日期出现基于日历年度。1月1日是第一天,12月31日是第365天。

每一个日期 取而代之的是一个角度: 获得系列涵盖了单位圆,每一项可以用极坐标描述为一个向量( ), 用弧度表示方向。燃烧的方法后,笛卡尔坐标系, ,是用来评估燃烧的向量定义的 的平均方向和平均模量以下方程: 在哪里 降低为零,没有单一的主要季节和极端事件的发生可以在任何时候到达, 是一个虚拟价值表明极端事件发生在同一天。极端事件的发生日期是常规,模量趋于单位。

AMDR的年度趋势系列使用两种统计方法分析了:Mann-Kendall试验和线性回归。非参数Mann-Kendall测试(15,16)检测的方向趋势模式水文变量。对于一个时间序列 值,每个值 比较与对应 计算符号,和指数 采取相应的值 。肯德尔的 统计是基于和方差之和计算。在这项研究中,一个错误的风险5%被接受;这意味着一个概率阈值低于零假设,这一趋势系列,是单调的,将被拒绝。因此,Mann-Kendall测试预计将影响较小的异常值,因为它的数据是基于差异的标志而不是随机变量的值(17]。

线性回归过程的统计方法估计变量之间的关系(例如, )。直线 是通过最小二乘回归方法。斜率( )表示的平均变化率所使用的变量。如果改变是明显不同于零,然后发生真正的改变。正斜率定义增加的趋势而- 1显示一个下降的趋势。

率贡献的时间系列AMDR的年降雨量受到Buishand测试来评估趋势和出发日期的同质性(18]。测试是一个图形化方法基于以下的进化方程: 在哪里 的变量, 本系列的平均值, 标准偏差。

统计参数 是一个很好的指标,同质性的离开(19]。双方的增加或减少四肢的极值 分别对应于盈余或赤字时期。当重大变化被证实,我们应用双质量曲线量化的盈余或赤字20.]。曲线是一条直线的斜率是比例常数。在斜率表示变化的比例21]。边坡的破坏和两条直线形成的角度显示日期和变化的程度的行为现象。

3所示。结果

研究站点位于阿尔及利亚北部的一个部门在150毫米如图的增量1(一),平均年降雨量变化从194毫米(Ras埃尔马站,编号4)到874毫米(El Milia站编号24)(表1)。空间、降雨分布在四个领域22]:(我)中央高地,Sersou和Ras埃尔马地区,虽然坐落在高海拔,庇护湿电流相比,降雨量小于300毫米。(2)国家西部地区的特点是一个相对的位置相比,海上低容量的影响和救援。年度平均通常少于450毫米。(3)山区和平原高室内(山特莱姆森在西部和Zaccar山区和东部Dahras)的特点是总降水量的相对重要性,年均超过600毫米。(iv)阿特拉斯Tellien地区暴露在北部和西北部记录降雨量超过800毫米。AMDR的价值观,一个部门在10毫米增量和主要统计参数估计站所示,分别在图1(b)和表1。空间变异性intra-annual平均AMDR范围从最低的25毫米(站Ras埃尔马,编号4)的最大71毫米(站穆尔,编号14)。低的值都是集中在西区高值在这个国家的中部和东部地区。

通过研究35站,年度最大程度上的每日降水的时间分布是不规则的。简历,变异系数在31%和81%之间变化,空间44%的平均水平。最不规则的系列,简历上面0.5,发现附近的浮雕。车站代码数字1和24定位面临的北部和车站代码数字2,4,8日,12日,14日,15日,24日,27日和28日定位面临南(图1)。最大的值记录的255和210毫米,分别站在西方地区编号1 1999 - 2000年和1990年在东车站编号24 - 1991。空间的最大程度上的每日平均降雨量114毫米,代表24%的平均年降雨量间的空间平均。

站在考虑,偏态系数(Cs)有积极价值波动从0.4到4.6的空间的意思是1.43。因此,在95%水平的信心,拒绝为正态分布多数电台自偏态系数的值高于0.62 31 35台。这意味着低价值更频繁,而高值仍然罕见但过度。明显偏态系数发生在车站皮埃尔du聊天(代码1)。

的差异定位站(在海岸线附近,面对大海,在高海拔或山脉之间)防止高度的相关性相对较好。降雨的空间变异性(AR和AMDR)主要受纬度(图的影响2)。分别AR和AMDR的平均增加约140毫米和25毫米至100公里纬度。

AMDR的发生更频繁的在11月,12月和1月(图紧随其后3(一个)),而山峰按照重要性发生在10月和11月12月(图3 (b))。此外,季节性集中指数 变化从0.03到0.32,平均为0.15(图4)。所以,没有单一的占主导地位的季节,一个极端事件的发生可以在任何时候到达。另一方面,燃烧的方法表明,AMDR更集中在2月通过电台的40%,与10月的20%(图4)。

Mann-Kendall试验结果总结表2和图5(一个)。在95%置信水平,只有35 6站显示显著的趋势。车站Ras埃尔马,还自Chelia显示增加的趋势,而这种趋势是减少Sarno, El就去寻找更多和Djebabra,而在其余站没有明显的趋势。这一发现证实了由线性回归分析结果(表2和图5 (b))。实际上,34站斜率( )小于 导致系列的平稳性。唯一Djebabra站显示了一个温和的下降趋势。


数量 Mann-Kendall测试 线性回归 AMDR对AR的贡献
价值 τ 斜率( ) 改变日期 %的财政赤字(−)或盈余(+)

1 皮埃尔du聊天 0.167 −0.151 + 0.118 2001年 + 34.9
2 Meffrouche 0.078 −0.193 −0.872 复杂的
3 Bensekrane 1.000 + 0.002 + 0.024 1987年 + 41.2
4 Ras埃尔马 0.002 + 0.022 + 0.353 1999年 + 22.9
5 s . a . Benyoub 0.374 + 0.104 + 0.286 1987年 + 25.3
6 亚诺 0.047 −0.217 −0.427 复杂的
7 Hassi Daho 0.305 −0.114 −0.027 1997年 + 27.8
8 Cheurfas 0.787 −0.034 + 0.158 1986年 + 29.6
9 西班牙埃尔赴麦加朝圣 0.822 −0.029 −0.140 1988年 −17.4
10 Ghriss 0.874 −0.024 −0.089 1983年 + 42.6
11 Maoussa 0.287 + 0.128 + 0.335 复杂的
12 旱谷El Kheir 0.928 + 0.011 + 0.032 1997年 + 18.9
13 Bekhedda 0.687 + 0.051 + 0.061 1991年 + 18.3
14 穆尔 0.240 −0.129 −0.437 复杂的
15 Djebabra 0.001 −0.368 −1.223 1985年 −22.7
16 埃尔还去寻找更多 < 10 −0.431 −0.802 复杂的
17 Kolea 0.574 −0.062 −0.045 1990年 + 07.9
18 Ouzera 0.084 −0.189 −0.588 没有趋势
19 Hamiz-D9 0.372 −0.102 −0.349 复杂的
20. Lakhdaria 0.200 −0.145 −0.301 1990年 + 8.5
21 K 'sob 0.778 −0.036 −0.057 1981年 + 18.4
22 Sidi· 0.577 + 0.066 + 0.034 1987年 −18.8
23 方案 0.576 + 0.063 + 0.093 没有趋势
24 El Milia 0.363 + 0.101 + 0.285 1981年 + 49.9
25 Ain Tinn 0.651 + 0.111 −0.166 1985年 + 12.2
26 Timgad 0.402 + 0.094 + 0.275 1992年 + 10.0
27 Chelia 0.013 + 0.265 + 0.664 没有趋势
28 Zardasas 0.357 + 0.101 + 0.293 1979年 + 29.6
29日 Ain Mimoun 0.807 −0.028 + 0.042 1986年 −11.01
30. Helioplolis 0.200 + 0.140 + 0.425 1991年 + 28.1
31日 是北大 0.944 −0.009 −0.151 1989年 −12.1
32 目前还 0.032 + 0.232 + 0.601 1987年 + 14.2
33 Bouchegouf 0.094 + 0.183 + 0.411 1998年 + 33.2
34 还比释动能 0.551 −0.066 −0.255 复杂的
35 Ain Assel 0.142 + 0.161 + 0.345 1990年 + 14.2

在5%显著水平的趋势。

Buishand过程产生的曲线被分为四个不同的情况。第一种情况的担忧5降雨站(不是北大,还El赴麦加朝圣,Sidi·Ain Mimoun,和Djebabra) 曲线显示升序和降序羊羔,最大的 曲线对应的日期改变(图6(一))。年降雨量AMDR的衰落的贡献,体现的羔羊,被双质量量化曲线和变化在22.7%和12.1之间。变化的日期被观察到在1980年代(表2)。第二个病例分组(图20降雨系列表现出相反的行为6 (b))。AMDR的贡献显著增加(例如,El Milia站增加达到50%左右)。变化发生的日期从1970年代末到1990年代末。第三例代表七35降雨系列,是通过一个复杂的形式显示不止一个日期的变化。然而,羊羔 曲线没有足够长的应用双质量方法(图6 (c))。在过去的情况下,三个35降雨系列中,没有明确的趋势可以检测到任何降雨序列(如Ouzera,方案,和Chelia)(图6 (d))。

4所示。讨论和结论

35降雨站的数据记录在1970年之后和覆盖北部的阿尔及利亚显示,降雨进行一个总体下降的趋势。20至40%赤字估计在这个国家的一些地区(23- - - - - -27]。这个年降雨量的减少伴随着大量时间不规则像地中海地区28,29日]。AMDR的价值观,变异系数在不同地点不同±12%的平均44%左右显示更明显不规则发生,但在其他地区相同的比例(30.- - - - - -32]。的确,时间序列的偏态值,显示如果数据的经验分布遵循正态分布,更重要的是在极端比在西部和东部的中心(比率为1.66)。一切积极的价值观Cs发现表明分配转移到左边的值(表1)的顺序相同的Chott-Chergui盆地西部阿尔及利亚(33]。在这个分析中,我们排除皮埃尔du聊天站的255.4毫米的例外值增加了所有系数。

对于更好地理解水的可用性,这是非常有趣的划分准均匀气候区域的气候条件和识别一个观测网络(34]。然而,阿尔及利亚北部,毗邻地中海和周围的各种浮雕很难界定均匀区域。此外,增加斜压不稳定饱和空气潜热释放密切相关,因此对流的发展现象。在雨季,阿尔及利亚北部极面影响,尤其是这个国家的东部。进一步南部高地通常是受西方影响干扰后,地形强迫与强降雨导致雷暴35]。然后,降雨和高度之间的关系是复杂的。它可能是有效的只有有限的地区。相反,降水呈正相关的纬度和东方比西方国家更湿润(图2)。

对于几乎所有的电台,意味着AMDR的值以及基于“增大化现实”技术的两年为特定高出5倍。这差距平均值和峰值结合统计上面引用的参数如图4根据燃烧13]。季节性集中指数 在0.03和0.32之间变化显示,没有单一的占主导地位的季节,和时间的分布在一个极端事件的发生。这表明降雨的范围不规则南部的地中海。这是通过其他地区并非总是如此。在斯洛伐克中部,举个例子,这一现象有一个时空发生更多的常规14]。尽管如此,10月和11月的几个月当洪水是最致命的。应该注意,阿尔及利亚国家洪水灾民的数量是最高的地中海国家36]。

AMDR的考试趋势使用Mann-Kendall测试和线性回归过程表明,与年降雨量进行降雨的下降趋势在大多数站在阿尔及利亚28,37- - - - - -39),没有明确的趋势上升或下降的系列AMDR的大多数网站进行了研究。研究该地区的特点是大量的复杂性相关的地理位置和地形的组合产生的影响使得天气预报非常困难导致高时空变异性。所以,像许多其他地区的地中海地区,大多数AMDR系列阿尔及利亚北部的记录显示无意义的趋势(38,40,41]。然而,在全球范围内,AMDR系列节目的增加趋势在该国东部的中心,而在西方,减少系统更为复杂和没有多数站不同于其他人。在这种背景下,政府间气候变化专门委员会报告证实,极端降雨明显不同的行为从年度总数相当大的地理差异的频率、时间、和事件的大小42]。

当前研究与开发的结果不收敛一些作者和极端降水的发生预测中预测极端降水的增加在世界许多地区,甚至在一些地区平均年降雨量有下降的趋势(42- - - - - -45]。一些作者,这个发现是有效的地中海国家,3 - 4年以来的创纪录的降雨赤字(3,28]。然而,我们的研究表明,这种趋势不仅AMDR系列的依赖全球和区域设置,但同时,它深受当地的地理特征。这个结果证实了发现Tramblay et al。38和琼斯等人。46)援引山岳形态学影响当地气候过程产生的主要原因。其他调查全球许多国家的极端降雨表明极端降水趋势是复杂的。例如,它增加了在美国、中国、澳大利亚、加拿大、挪威、墨西哥和波兰(47),没有发现明显的趋势在巴西等其他地区和埃塞俄比亚(7,48]。虽然总的趋势为干旱和减少降雨强度预测了地中海东部[49),极端降水趋势是更多的误解在约旦(32]。

没有提供的主要季节,AMDR发生主要是在10月和3月之间(图4)和最高的值被记录在秋天(图3)。也观察到类似的结果其他地中海地点略有增加(10月在秋季降水主要是觉得50,51),从而导致更多的降雨集中在水文年(52]。

AMDR的值之间的关系和AR北部的阿尔及利亚经历了显著的时间变化在大多数的研究。然而,四个配置AMDR和AR(图之间的关系6)是有区别的,似乎与气候变化相关的操作在地中海地区。尽管缺乏AMDR系列的趋势,他们的贡献在年降雨量在上升。这发生在80%的电台从东向西蔓延(不考虑车站,提交了一份复杂的或无意义的趋势行为)。这种贡献的增长率将从8至50%左右。虽然利率减少年降水量在1970年后的一段时期高于20%对于大多数站在阿尔及利亚,一些非常高的贡献增加年度总额的AMDR放大了极高的记录值AMDR (El Milia站)的例子。在这种背景下,通过分析事件的贡献在年降水量北部的地中海,De Luis et al。53)报道,在所有的研究,超过37%的有经验的贡献越来越反对15%,下降的贡献。

开始的改变导致AMDR的年降雨量的增加贡献主要是发生在1980年代和1990年代,AMDR主要发生在秋天的季节。然而,这种观察是误导,因为年降雨量的减少主要是由于冬季降水的急剧减少。事实上,AMDR的值发生在秋天是在相同的比例(图中观察到冬天3)。在地中海地区,Giorgi和Lionello [50]观察大幅下降,冬季降雨对小秋的增加。他们主要极端每日强度的增加归因于年降水量的减少。减少的速度估计超过30%在阿尔及利亚的西北部54]。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

引用

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版权©2016 Abderrahmane Nekkache Ghenim和Abdesselam Megnounif。这是一个开放的分布式下文章知识共享归属许可,它允许无限制的使用、分配和复制在任何媒介,提供最初的工作是正确引用。


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