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水 利 学 报

2025 年 4 月 SHUILI XUEBAO 第 56 卷 第 4 期

文章编号：0559-9350（2025）04-0466-11

海河流域 500 年尺度降水周期性分析与预测

谭伟丽，赵 勇，王庆明，刘 蓉
（中国水利水电科学研究院 流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京 100038）

摘要：周期性是降水年代际变化的基本特征，基于近 60 年序列数据的年代际周期性分析，能否代表区域降水的真
实年代际周期一直存在争论，对未来的预测结果也难以令人信服，因此更长时间降水序列重建及年代际周期性分
析尤为必要。本研究基于长短期记忆网络（Long Short-Term Memory，LSTM）算法，结合历史旱涝等级记录、站点
监测数据等，重建了海河流域 546 年降水序列，并分析了降水年代际周期性变化及未来演变趋势。主要结果有：
（1）建立了基于 LSTM 算法的旱涝-降水模型，重建了海河流域 1477—2022 年降水序列；（2）546 年降水序列显示海
河流域存在 33、66 和 17 a 三个显著周期，目前主周期为 33 a，但 66 a 周期的振幅信号在增强，PDO 指数呈现 64 a
周期性变化，为 66 a 降水周期振幅强烈现象提供了依据；（3）目前海河流域降水处于偏多时期，33 a 周期下推测
2022 年之后海河流域降水偏多时期 75% 概率会持续 4～8 a，随后步入降水偏少时期，偏少时期约 86% 概率持续
15～18 a。海河流域水安全应对必须未雨绸缪，迎接干旱周期的严峻挑战。
关键词：海河流域；LSTM 模型；降水重建；降水周期；预测
中图分类号：P468 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20240348

1 引言

过去 60 年海河流域水资源剧烈衰减，成为我国水资源短缺问题最突出的流域之一 ，降水丰枯变
［1］
化直接影响水安全保障形势，关系着南水北调东中线后续工程及国家水网重大工程实施布局 ［2-4］ 。
2010 年后我国夏季雨带北移至黄河下游地区 ，海河流域降水开始增多，叠加南水北调东中线一期工
［5］
程建成通水，一定程度上缓解了海河流域水资源供需矛盾，关于海河流域是否还缺水，南水北调东中
线后续工程是否还有实施的必要性成为讨论的问题 ［6-7］ 。降水存在年代际周期，当前海河流域降水偏
丰时期还能持续多长时间，未来降水偏枯时期什么时候到来，急需深入研判。
本研究讨论的周期主要是年代际尺度，过去关于海河流域降水周期性以及趋势的研究通常基于有
限的历史观测数据 ［8-10］ ，难以反映长序列数据下降水周期变化，如何重建更长时间降水序列数据是提
升周期分析可靠性的关键。以往关于降水序列数据重建的研究，往往是通过构建树木年轮、冰心、洞
穴等历史变量与降水序列线性方程的方法 ［10-11］ ，例如，杨宝等 ［12-13］ 基于年轮宽度序列数据通过线性回
归模型重建了夏季水分数据，捕捉到了百年尺度下河西走廊地区的水分变化趋势；王文卓等 ［14］ 基于树
轮年表数据，通过分层贝叶斯回归模型重建了黄河源区过去 1160 年的雨季降水数据；任国玉等 ［10］ 基
于海河流域旱涝、雪水数据重建了 500 多年降水距平数据，发现该地区存在 2 ~ 7、11、22 ~ 23、33 和
63 ~ 65 a 较为明显准周期。尽管此类工作在降水数据重建领域取得了一定进展，但是却未充分考虑历

收稿日期：2024-06-07；网络首发日期：2025-03-21
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网络首发地址：https：/link.cnki.net/urlid/11.1882.TV.20250320.1417.001
基金项目：国家杰出青年科学基金项目（52025093）；国家重点研发计划项目（2021YFC3200204）
作者简介：谭伟丽（1997-），博士生，主要从事水文水资源研究。E-mail：tanweili@edu.iwhr.com
通信作者：赵勇（1977-），博士，正高级工程师，主要从事水循环演变、水资源高效利用与国家水网研究。
E-mail：zhaoyong@iwhr.com
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