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        河北省降水的氣候特征分析

        2024-01-01 00:00:00裴瑞穎齊致李寧瑞
        農(nóng)業(yè)災(zāi)害研究 2024年6期
        關(guān)鍵詞:氣候降水河北省

        摘 要:利用雙線性插值、一元線性回歸、平均等統(tǒng)計(jì)方法,對河北省21站1951—2012年降水觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。結(jié)果表明,河北省年平均降水量呈西北少、東南多分布形態(tài)。河北省降水季節(jié)分布極不均勻。降水空間形態(tài)上春、夏、秋3個季節(jié)比較類似,呈西北少、東南多態(tài)勢;冬季則呈南多北少分布形態(tài)。1956—2012年河北省平均降水量、夏季和冬季平均降水量呈遞減趨勢;春季和秋季平均降水量呈遞增趨勢。河北省年降水量中貢獻(xiàn)最大的是夏季,年降水遞減主要是夏季降水遞減造成的。對降水成因分析表明,夏季降水多的1964年,夏季平均位勢高度場上河北省位于500 hPa高空槽前,低層對應(yīng)著低壓,有利于降水發(fā)展;夏季降水少的1999年,夏季平均位勢高度場上河北省處于高壓脊控制,對應(yīng)低層高壓,不利于降水產(chǎn)生。

        關(guān)鍵詞:降水;氣候;時空分析;河北省

        中圖分類號:P468.024 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B 文章編號:2095–3305(2024)06–0-03

        河北省橫跨華北、東北兩大地區(qū),地形種類多,存在顯著的氣候區(qū)域差異[1-2]。季風(fēng)和地形的綜合作用使得河北省降水的局地性差異明顯,且常常發(fā)生局地強(qiáng)降水[3]。隨著全球變暖,近60年來,河北省的氣候也發(fā)生了明顯變化,如降水量明顯減少。高霞、李強(qiáng)[4]利用近45年的河北省降水資料,分析了轄區(qū)內(nèi)降水的時空變化特征。當(dāng)前,有關(guān)河北省全省范圍降水的多尺度演變規(guī)律研究相對較少。由于降水空間離散型特點(diǎn),必須利用多站點(diǎn)資料進(jìn)行河北全省范圍多站降水變化特征的研究。

        主要利用全國753站觀測資料,根據(jù)河北省的氣候狀況和自然地理?xiàng)l件,結(jié)合雙線性插值、一元線性回歸、平均等統(tǒng)計(jì)方法,對河北省1951—2012年降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行研究,并選擇合適的站點(diǎn)、時間長度及研究方法,分析河北省降水的空間變化特征和時間變化特征并作出總結(jié)。探究河北省降水變化原因,有助于充分認(rèn)識和利用當(dāng)?shù)貧夂蛸Y源。

        1 資料來源與分析方法

        1.1 資料選取

        從全國753站信息中篩選出河北地區(qū)21個站,大部分?jǐn)?shù)據(jù)開始于20世紀(jì)60年代,其中泊頭站(54618)從1996年開始觀測,觀測時間序列較短,不符合氣候分析的要求,將此站剔除。在進(jìn)行分析前,統(tǒng)計(jì)1951—2012年的數(shù)據(jù)情況,經(jīng)過統(tǒng)計(jì)剔除泊頭站后,剩下站點(diǎn)有效數(shù)據(jù)年限最短的是滄州站(54616),年限為44年,基本滿足氣候分析的需求。

        應(yīng)用NCEP/NCAR全球逐月再分析資料,風(fēng)場資料為u、v分量逐月平均u、v分量再分析資料,空間分辨率為2.5°×2.5°,其中包括26個垂直氣壓層。海平面氣壓再分析資料的水平分辨率為2.5°×2.5°,時間尺度為月平均的海平面氣壓。位勢高度資料為逐月平均氣溫再分析資料,其垂直氣壓層為26層,水平分辨率為2.5°×2.5°。

        1.2 數(shù)據(jù)處理方法

        1.2.1 雙線性插值

        用雙線性插值法,把選取出來的河北站點(diǎn)數(shù)據(jù)插值到0.1×0.1的等經(jīng)緯度網(wǎng)格上,從而繪制圖形。

        1.2.2 季節(jié)平均

        根據(jù)我國氣候特征,春季為每年3—5月、夏季為6—8月、秋季為9—11月、冬季為12月至翌年2月,選取相應(yīng)時段數(shù)據(jù)進(jìn)行平均。

        1.2.3 線性趨勢

        為了解降水的長期變化趨勢,利用一元線性回歸方法計(jì)算各季和年的直線回歸系數(shù)。因變量y和自變量x之間呈線性相關(guān),y和x之間的依存關(guān)系可表示為:

        yi=α+βxi+ε(1)

        該式為總體的一元線性回歸模型。其中α、β是常數(shù)。隨機(jī)擾動項(xiàng)是無法直接觀測的隨機(jī)變量,在圖上β表示直線的斜率,β大于0表示直線向上,β小于0表示直線向下傾斜。

        2 河北省降水的空間分布特征

        2.1 年平均降水的空間分布特征

        圖1為1951—2012年平均降水量分布圖,1951—2012年河北省年平均降水量為360~660 mm??臻g分布不均勻,東南多西北少,降水量較大的地區(qū)位于燕山和太行山迎風(fēng)坡一側(cè),而且壩上地區(qū)的降水量普遍低于平原地區(qū),西部地區(qū)降水量明顯小于東部地區(qū)。其中,唐山市、秦皇島市和承德市南部3個地區(qū)是河北省年平均降水量高的主要區(qū)域。年平均降水量超過600 mm,其中唐山地區(qū)年平均降水量則超過650 mm。與其他地區(qū)相比,唐山市降水明顯偏多,主要因?yàn)槠涞乩砦恢每拷澈?,東南氣流自海上而來,在陸地得到抬升,極易產(chǎn)生降水,也呈現(xiàn)出沿海地區(qū)降水量多于內(nèi)陸地區(qū)的現(xiàn)象。河北省南部的年平均降水為400~500 mm。而西北地區(qū)年平均降水量則少于

        400 mm,區(qū)域主要位于張家口和承德北部,最少區(qū)域位于張家口市,年平均降水不足360 mm,為全省最少。

        河北省降水出現(xiàn)這種情況的原因包括兩點(diǎn):一是地理區(qū)域不同,二是大氣環(huán)流形勢的變化[5]。在極地大陸氣團(tuán)向南移動和副熱帶海洋氣團(tuán)向北伸展過程中,由于地形因素影響,高聳的山脈阻礙2個過程的運(yùn)動,從而使這2個過程向北伸展受到一定影響,使得燕山和太行山山脈的東南迎風(fēng)坡存在2個多雨中心,所以迎風(fēng)坡的一側(cè)成為河北省降水量較多的地區(qū);在河北省西北高原和中南平原存在2個少雨中心,成為河北省降水量相對較小的地區(qū)[6-7]。

        2.2 降水的季節(jié)分布特征

        每年的3—5月、6—8月、9—11月、12月至翌年2月劃分為春、夏、秋、冬4個季節(jié),分析1951—2012年四季平均降水分布情況。

        春季河北省降水量為50~70 mm,空間差異較小。從空間分布來看,整體呈中間低、兩頭高的分布形式。夏季河北省降水量為240~480 mm,為全年降水主要集中期,分布空間差異大,整體分布形式與年降水類似,呈現(xiàn)西北少、東南多的態(tài)勢。秋季河北省平均降水量為70~90 mm,降水形勢與春季類似,區(qū)域整體差異不大,降水強(qiáng)度略強(qiáng)于春季,整體上西北部及中部少、南部及東北部多。冬季是河北全年降水最少的季節(jié),全省平均降水少于14 mm,呈南多北少態(tài)勢,并隨緯度增加而遞減。

        河北省年平均降水量為360~660 mm,呈西北少、東南多分布形態(tài),唐山市降水量最大,張家口市降水量最少。河北省降水季節(jié)分布極不均勻,降水量大小排序依次是夏季、秋季、春季、冬季,其中夏季降水占全年降水的70%,冬季降水只占全年的7%。降水空間形態(tài)上春、夏、秋3個季節(jié)比較類似,呈西北少、東南多態(tài)勢;冬季則呈南多、北少形態(tài)。

        3 河北省降水的時間變化特征

        3.1 降水的年變化特征

        1951—1955年河北省有觀測的站點(diǎn)數(shù)量少于10個,數(shù)據(jù)樣本太少,不具有代表性,因此從1956年開始分析降水年變化。

        1956—2012年的57年間,河北省平均降水量是499 mm。從降水曲線(圖2)來看,1995年以前河北地區(qū)降水大概有一個4年的高—低—高的周期,1995年后這個周期縮短至2~3年。在歷史上河北省經(jīng)歷了2個相對的干旱時期,一個是1980—1984年,其平均年降水量為420 mm;另一個是1999—2002年,4年平均降水為375 mm。從變化趨勢來看,1956—2012年河北省降水呈遞減趨勢,以每年1.2 mm的趨勢遞減。

        分析四季降水量變化,1956—2012年期間河北省春季平均降水量是60 mm,春季降水呈遞增趨勢,以0.3 mm/年的趨勢遞增;夏季平均降水量是352 mm,

        夏季降水呈遞減趨勢,以1.8 mm/年的趨勢遞減;秋季平均降水量是79 mm,秋季降水呈遞增趨勢,以0.3 mm/年的趨勢遞增;冬季平均降水量是8.3 mm,冬季降水呈緩慢下降趨勢,以0.02 mm/年的趨勢遞減。河北省年降水量中貢獻(xiàn)最大的是夏季,年降水量遞減主要由于夏季降水量遞減。

        3.2 峰值降水原因分析

        河北省降水主要來源于夏季,夏季降水的多少將決定河北省的年降水量,必須對河北省夏季降水進(jìn)行分析。從夏季降水年變化來看,1964年河北省夏季平均降水達(dá)到了520 mm,而1999年河北省夏季降水僅有190 mm,選取這兩年作為夏季降水的典型年,對其夏季環(huán)流場做平均,分析其環(huán)流特征(圖3),以期找到其夏季降水不同的原因。

        1964年夏季500 hPa位勢高度平均場上,副熱帶高壓位置偏東,其584位勢10 m線位于我國東部海上,西脊點(diǎn)延伸至福建沿海,中高緯度貝加爾湖地區(qū)為高壓脊線控制,新疆、西藏地區(qū)為平直的西風(fēng)氣流,在內(nèi)蒙古中部—山西—四川一帶為一低壓槽,河北位于低壓槽前部,低壓槽前具有正渦度平流,能夠使地面減壓,利于地面氣旋的生成,從而造成上升運(yùn)動,形成降水,這是1964年河北省降水偏多的直接原因[8-10]。1999年夏季500 hPa位勢高度平均場上,副熱帶高壓位置較1964年偏西,其584位勢10 m線覆蓋長江中下游以南區(qū)域,西脊點(diǎn)延伸至西藏東部,在青?!拭C一帶為一高壓脊,低壓槽位于東北東部至我國東部沿海地區(qū),河北省位于高壓脊線前部,有負(fù)渦度平流,利于低層反氣旋發(fā)展,利于下沉運(yùn)動,造成降水較少。

        1964年夏季850 hPa上平均高度場上,內(nèi)蒙古地區(qū)為一低壓控制,其低壓槽線向南延伸至四川地區(qū),高壓區(qū)域位于海上,河北省位于低壓槽線前部,上空等值線呈東北—西南走向,根據(jù)地轉(zhuǎn)風(fēng)原理,此時河北省上空為西南風(fēng),并且等值線密集,表明西南風(fēng)強(qiáng)盛,從我國南海至華北都是一致的西南風(fēng),這種形勢有利于南海水汽和不穩(wěn)定能量輸送至河北地區(qū),給河北省降水提供豐富的水汽和熱力條件[11]。1999年夏季850 hPa位勢高度平均場上,我國整個東部地區(qū)都被高壓控制,且等值線稀疏,不利于南方水汽向北方傳輸,不利于降水發(fā)展。

        以上分析表明,夏季降水多的1964年夏季,河北省位于500 hPa高空槽前,低層對應(yīng)著低壓,有利于降水發(fā)展;夏季降水少的1999年夏季,河北省受高壓脊控制,對應(yīng)低層高壓,不利于降水產(chǎn)生。

        4 結(jié)論

        (1)河北省年平均降水量為360~660 mm,呈西北少、東南多分布形態(tài),唐山市降水量最大,張家口市降水量最少。

        (2)河北省降水季節(jié)分布極不均勻,降水量大小排序依次是夏季、秋季、春季、冬季,其中夏季降水占全年降水的70%,冬季降水只占全年降水的7%。降水空間形態(tài)上春、夏、秋3個季節(jié)比較類似,呈西北少、東南多態(tài)勢;冬季則呈南多北少形態(tài)。

        (3)1956—2012年河北省的平均降水量499 mm,年降水以1.2 mm/年的趨勢遞減;春季呈遞增趨勢;夏季呈遞減趨勢;秋季呈遞增趨勢;冬季呈緩慢遞減趨勢。河北省年降水量中貢獻(xiàn)最大的是夏季,年降水遞減主要是夏季降水遞減造成的。

        (4)夏季降水多的1964年,夏季平均位勢高度場上河北省位于500 hPa高空槽前,低層對應(yīng)著低壓,有利于降水發(fā)展;夏季降水少的1999年,夏季平均位勢高度場上河北省處于高壓脊控制,對應(yīng)低層高壓,不利于降水產(chǎn)生。

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        收稿日期:2024-03-07

        作者簡介:裴瑞穎(1995—),女,河北遷安人,助理工程師,主要從事氣象工作。

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