小五臺(tái)山自然保護(hù)區(qū)降水與氣溫的相關(guān)性研究

甄 偉

（河北小五臺(tái)山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，河北 張家口 075700）

小五臺(tái)山自然保護(hù)區(qū)降水與氣溫的相關(guān)性研究

甄 偉

（河北小五臺(tái)山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，河北 張家口 075700）

該文通過(guò)對(duì)小五臺(tái)山自然保護(hù)區(qū)內(nèi)氣象站2013～2016年逐日降水及氣溫監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，分析了不同量級(jí)降水量、降水頻率、降水強(qiáng)度與氣溫的相關(guān)性。結(jié)果表明：不同量級(jí)的降水隨氣溫的變化具有明顯差異。（1）小雨和中雨級(jí)別的降水變化趨勢(shì)基本一致，降水量隨氣溫升高先升后降，低于臨界氣溫時(shí)，降水量隨氣溫的增長(zhǎng)而增加，高于此氣溫時(shí)，降水量隨氣溫的增長(zhǎng)而下降；降水頻率的變化趨勢(shì)和降水量大體相同；小雨及中雨量級(jí)降水強(qiáng)度總體處于較穩(wěn)定的狀態(tài)，隨溫度變化不明顯。（2）大雨及以上量級(jí)的降水隨溫度的升高而增加，高于峰值溫度后無(wú)降水量分布；降水更集中，頻率與降水量的變化趨勢(shì)大體一致，當(dāng)處于峰值溫度時(shí)，降水頻率高于其他量級(jí)降水；降水強(qiáng)度隨機(jī)性強(qiáng)，與溫度變化無(wú)明顯相關(guān)性。通過(guò)對(duì)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)和城市內(nèi)降水與氣溫的相關(guān)性進(jìn)行對(duì)比研究，有助于探討城市化效應(yīng)對(duì)氣候的影響機(jī)制。

降水；氣溫；自然保護(hù)區(qū)

隨著全球各種高影響天氣氣候事件的頻繁出現(xiàn)，城市降水的變化和預(yù)測(cè)越來(lái)越引起更多的關(guān)注[1-5]。在全球及區(qū)域尺度范圍內(nèi)，熱力條件與降水的變化均有著密切的聯(lián)系，因此開展降水與氣溫的對(duì)應(yīng)關(guān)系的研究具有重要意義[6-8]。已有研究表明：不同氣候區(qū)、不同強(qiáng)度的降水隨地表氣溫的升高有著不同的變化趨勢(shì)[9]。因而，針對(duì)多種類型氣候區(qū)進(jìn)行相關(guān)分析，對(duì)于進(jìn)一步了解降水的變化特征是有意義的[10]。目前國(guó)內(nèi)關(guān)于氣溫與降水對(duì)應(yīng)關(guān)系的分析文獻(xiàn)主要集中在城市范圍內(nèi)開展的觀測(cè)，缺乏對(duì)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)的相關(guān)研究。自然保護(hù)區(qū)是有代表性的自然生態(tài)系統(tǒng)，具有動(dòng)植物分布集中、人為干擾性小等特征，是研究城市降水變化及預(yù)測(cè)的理想對(duì)照模型。

小五臺(tái)山自然保護(hù)區(qū)位于河北西北部，東與北京市門頭溝區(qū)和保定地區(qū)的淶水縣接壤，屬于“自然生態(tài)系統(tǒng)類型”中的“森林生態(tài)系統(tǒng)類型”。該區(qū)氣候?qū)贉貛Т箨懠撅L(fēng)型山地氣候，具有雨熱同季、冬長(zhǎng)夏短、四季分明、夏季晝夜溫差大等特點(diǎn)。區(qū)內(nèi)山峰峽谷眾多，其中主峰東臺(tái)海拔2882m，為河北最高峰。通過(guò)對(duì)近年的氣候特征分析得出：該地區(qū)具有氣溫日較差和年較差較大的氣候特點(diǎn)，年均溫為7.87℃；年降水量高，達(dá)728.48mm[11]。保護(hù)區(qū)的森林和植物群落可分為針葉林、闊葉林、灌叢、灌草叢、草叢、草甸和沼生植被7個(gè)植被型、18個(gè)群落系和35個(gè)群系，獨(dú)特的自然條件使該區(qū)成為京津冀地區(qū)生物種類最豐富的地區(qū)之一。本文利用小五臺(tái)山自然保護(hù)區(qū)山澗口溝山神廟灘自動(dòng)氣象站（40°0′16.5″N，115°3′28.0″E，1370m asl）2013～2016 年逐日觀測(cè)資料，試圖揭示保護(hù)區(qū)內(nèi)不同量級(jí)降水量、降水強(qiáng)度、降水頻率與氣溫的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文所用數(shù)據(jù)來(lái)自小五臺(tái)山自然保護(hù)區(qū)自動(dòng)氣象站2013～2016年監(jiān)測(cè)的逐日降水量和逐日氣溫?cái)?shù)據(jù)。由于氣溫對(duì)降水的影響非瞬時(shí)相應(yīng)，而是一個(gè)能量的不斷積累與系統(tǒng)逐漸發(fā)展的過(guò)程[10]，為了較好的反應(yīng)出降水的整體環(huán)流背景及其與氣溫的關(guān)系，對(duì)逐日氣溫進(jìn)行整理，分析中使用日平均氣溫?cái)?shù)據(jù)[9、12]。

2 分析方法

在降水與氣溫關(guān)系的研究中，通常按降水日的日平均氣溫進(jìn)行分組，在各氣溫區(qū)間分別討論其與降水的對(duì)應(yīng)關(guān)系。本文以1℃為間隔，來(lái)討論不同氣溫區(qū)間內(nèi)各等級(jí)（分為小雨、中雨、大雨以上）降水量、降水頻率及降水強(qiáng)度的變化趨勢(shì)。其中小雨、中雨、大雨過(guò)程的判定采用中國(guó)氣象局發(fā)布的通用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)果分析

3.1 降水次數(shù)與氣溫的相關(guān)性分析

小五臺(tái)山自然保護(hù)區(qū)2013～2016年不同強(qiáng)度的降水次數(shù)隨氣溫的分布（見(jiàn)圖1）。降水樣本在日平均氣溫-8～27℃均有分布，降水次數(shù)隨溫度的增加呈不標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，每一個(gè)氣溫間隔內(nèi)降水樣本數(shù)可從0～31個(gè)不等，不同降水量級(jí)的樣本數(shù)分別為小雨0～31個(gè)、中雨1～8個(gè)，大雨及以上1～5個(gè)。總體上看，降水主要集中在13～23℃氣溫區(qū)間。

圖1 不同量級(jí)降水次數(shù)隨氣溫的分布

3.2 氣溫與降水量的相關(guān)性分析

不同等級(jí)降水量占總雨量百分比隨氣溫的變化趨勢(shì)（見(jiàn)圖2）?？梢?jiàn)不同量級(jí)的降水隨氣溫的變化具有明顯差異。小雨和中雨級(jí)別的降水變化趨勢(shì)基本一致，隨氣溫升高降水量先升后降，當(dāng)日平均氣溫處于13～23℃時(shí)，降水量所占百分比達(dá)到峰值，分別為60%和77%，低于此氣溫時(shí)，降水量隨氣溫的增長(zhǎng)而增加，高于此氣溫時(shí)，降水量隨氣溫的增長(zhǎng)而下降。大雨以上量級(jí)的降水當(dāng)日平均氣溫處于13～20℃時(shí)，降水量所占的百分比達(dá)到峰值，為87%，低于此氣溫時(shí)，降水量隨氣溫增長(zhǎng)而增加，高于此氣溫時(shí)，無(wú)降水量分布。

圖2 降水量隨氣溫的變化

3.3 氣溫與降水頻率的相關(guān)性分析

各等級(jí)降水頻率隨氣溫的變化趨勢(shì)（見(jiàn)圖3）。由圖3可見(jiàn)，不同量級(jí)的降水頻率隨氣溫的變化不同。小雨和中雨有一個(gè)隨氣溫先升后降的過(guò)程，為單峰型非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，大雨及以上降水頻率隨溫度增加而升高。小雨和中雨級(jí)別的降水分別在日平均氣溫處于18、19℃時(shí)降水頻率達(dá)到最高，當(dāng)氣溫超過(guò)此閾值時(shí)，降水頻率開始明顯下降。大雨以上量級(jí)的降水在20℃左右時(shí)降水頻率達(dá)到最高，高于此臨界溫度后無(wú)降水分布。在峰值處，大雨及以上量級(jí)的降水頻率高于其他量級(jí)降水。

圖3 降水頻率隨氣溫的分布

3.4 氣溫與降水強(qiáng)度的相關(guān)性分析

為進(jìn)一步分析降水對(duì)氣溫變化的響應(yīng)，統(tǒng)計(jì)了平均降雨強(qiáng)度隨氣溫的變化（圖4）。不同量級(jí)的降水強(qiáng)度隨氣溫變化不明顯。小雨及中雨量級(jí)降水強(qiáng)度總體處于較穩(wěn)定的狀態(tài)，大雨及以上量級(jí)的降水強(qiáng)度穩(wěn)定性差，但與溫度變化無(wú)明顯相關(guān)性。

圖4 降水強(qiáng)度隨氣溫的分布

4 結(jié)論和討論

4.1 結(jié)論

本文對(duì)小五臺(tái)山自然保護(hù)區(qū)2013～2016年逐日降水及氣溫的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，分析了不同量級(jí)降水與氣溫的相關(guān)性，結(jié)果表明：不同量級(jí)的降水隨氣溫的變化具有明顯差異。（1）小雨和中雨級(jí)別的降水變化趨勢(shì)基本一致，降水量隨氣溫升高先升后降，低于臨界氣溫時(shí)，降水量隨氣溫的增長(zhǎng)而增加，高于此氣溫時(shí)，降水量隨氣溫的增長(zhǎng)而下降；降水頻率的變化趨勢(shì)和降水量大體相同，隨氣溫增加有一個(gè)先升后降的過(guò)程，當(dāng)高于降水頻率最高峰溫度閥值后，降水頻率開始明顯下降；小雨及中雨量級(jí)降水強(qiáng)度總體處于較穩(wěn)定的狀態(tài)，隨溫度變化不明顯。（2）大雨及以上量級(jí)的降水隨溫度的升高而增加，高于峰值溫度后無(wú)降水量分布；降水更集中，頻率與降水量的變化趨勢(shì)大體一致，隨溫度增加而升高，當(dāng)高于峰值溫度后無(wú)降水分布，當(dāng)處于峰值溫度時(shí)，降水頻率高于其他量級(jí)降水；降水強(qiáng)度隨機(jī)性強(qiáng)，與溫度變化無(wú)明顯相關(guān)性。

4.2 討論

通過(guò)對(duì)小五臺(tái)山自然保護(hù)區(qū)內(nèi)降水與氣溫的相關(guān)性研究得出了降水量、降水頻率、降水強(qiáng)度隨氣溫的變化趨勢(shì)，為研究城市化產(chǎn)生的熱島效應(yīng)對(duì)氣候的影響提供了一定依據(jù)。小五臺(tái)山與北京市相鄰，該研究得出的結(jié)論與以往對(duì)北京地區(qū)不同區(qū)域降水與氣溫的相關(guān)性研究得出的結(jié)論不同，具體差異表現(xiàn)在：該區(qū)小雨和中雨量級(jí)的降水與氣溫的相關(guān)性大體一致，與大雨及以上量級(jí)的降水不同，而對(duì)北京地區(qū)的研究表現(xiàn)為中雨及以上量級(jí)的降水與氣溫的相關(guān)性大體一致，與小雨相異[10]。這體現(xiàn)了自然保護(hù)區(qū)作為完整的自然生態(tài)系統(tǒng)與人為干擾后生態(tài)系統(tǒng)的顯著差異，同時(shí)也可能是由于地形、植被、海拔等多因素造成。將自然保護(hù)區(qū)作為研究城市氣候變化的對(duì)照模型為研究城市化對(duì)氣候的影響提供了思路，有助于探討城市化效應(yīng)對(duì)氣候的影響機(jī)制。

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Study on the Correlation Between Precipitation and Air Temperature in Xiaowutai Mountain Nature Reserve

ZHEN Wei
（Hebei Xiaowutaishan National Nature Reserve，Zhangjiakou，Hebei 075700）

Based on the observation data of daily precipitation and air temperature of weather atation in Xiaowutai mountain Nature Reserve from 2013～2016，the correlation between the amount of precipitation，precipitation frequency，precipitation intensity and air temperature were analyzed.The results showed that:The precipitation with difference magnitude changed with the air temperature was obvious.（1）For light and moderate rainfalls，daily precipitation presented a first increasing then decreasing trend with air temperature rising.The amount of precipitation presented increasing trend with air temperature rising before the air temperature reached a threshold，decreasing trend after the air temperature reached the threshold.The precipitation frequency presented the same trend with the amount of precipitation.precipitation intensity kept stable and weakly with air temperature increasing for light and moderate rainfalls.（2）For heavy rainfalls，the amount of precipitation increased with air temperature increaing.No precipitation distribution after the air temperature reached a threshold.Precipitation is more concentrated and the precipitation frequency presented the same trend with the amount of precipitation.，The precipitation frequency is higher than that of other precipitation when the air temperature reached a threshold.The precipitation is randomness and no significant correlation between air temperature.It is helpful to explore the mechanism of the urbanization effect on climate through the comparative study of the correlation between precipitation and air temperature in the nature reserve and the urban areas.

Precipitation；Air temperature；Nature Reserve

S16.1

A

1002-3356（2017）02-0017-03

2017-03-28

甄偉（1986-），女，碩士，林業(yè)工程師，主要研究方向?yàn)樯稚鷳B(tài)。Email：13473132969@163.com。