北京市石景山區(qū)汛期降水的氣候特征分析

朱立

摘要：利用北京市石景山氣象站1977-2016年降水量數(shù)據(jù)，分析了石景山汛期降水量的變化特征。結(jié)果表明，1977-2016年石景山汛期降水量以1.55毫米/10年的速率增加，其中6月、7月和9月降水量在增加，而5月和8月降水量在減少。汛期小雨日、大雨日和暴雨日在減少，中雨日在增加，同時(shí)汛期降水量中的中雨、大暴雨雨量的比率在增加。汛期降水頻次和降水量的日變化均以前半夜為高值區(qū)。

關(guān)鍵詞：降水量；雨日；降水頻次；汛期；石景山

引言

華北地區(qū)汛期降水具有雨量集中、年際變化大以及地域性強(qiáng)的特點(diǎn)（陳烈庭，1999）。華北中部汛期開(kāi)始遲，南、北部汛期開(kāi)始早；華北東南部汛期結(jié)束最早，京津、河北東北部結(jié)束最晚（趙翠光和李澤椿，2012）。北京位于華北平原的北部邊緣，三面環(huán)山，西部為太行山，北部和東北部為燕山，屬于東亞季風(fēng)區(qū)。前人對(duì)北京降水的變化已做過(guò)大量研究（謝莊和王桂田，1994；何敏等，2007；馬京津，2012；劉偉東等，2014）。北京地區(qū)平均年降水量、年降水日數(shù)和年降水強(qiáng)度均呈下降趨勢(shì)，夏季降水量呈明顯下降趨勢(shì)，中雨雨量呈增加趨勢(shì)，小雨雨日、大雨雨日和暴雨雨日均減少，中雨雨日增加（尤煥苓等，2012）。北京地區(qū)夏季降水量和降水頻次的日變化特征表現(xiàn)出明顯的一致性，均以午后至次日清晨為高值區(qū)，高值區(qū)可以劃分為2個(gè)峰值，分別是午后至傍晚和清晨；在中午前后達(dá)到最低值（李建等，2008）。北京大部分地區(qū)夏季平均有效降水時(shí)數(shù)約120～160小時(shí)，降水時(shí)數(shù)高值區(qū)主要位于北部懷柔、密云山前迎風(fēng)坡一帶，降水量存在較明顯的周期變化特征，其中7天左右的周期是主周期（鄭祚芳等，2015）。

近幾年北京地區(qū)出現(xiàn)了2011年6月23日暴雨、2012年7月21日特大暴雨和2016年7月20日特大暴雨，其中“7.21”暴雨中北京城區(qū)最大降雨點(diǎn)出現(xiàn)在石景山模式口，降水量達(dá)到328毫米，給人民生命財(cái)產(chǎn)及交通、農(nóng)業(yè)、林業(yè)等造成巨大損失。石景山區(qū)位于北京西山風(fēng)景區(qū)南麓和永定河沖積扇上，西北部山地是太行山余脈，地勢(shì)北高南低。本文擬分析石景山汛期降水的特征，以便更好地開(kāi)展石景山區(qū)汛期氣象服務(wù)和防災(zāi)減災(zāi)工作。

1.數(shù)據(jù)和方法

本文使用了北京市石景山區(qū)氣象局提供的石景山國(guó)家氣象觀測(cè)站1977-2016年月累計(jì)降水量、逐日降水量數(shù)據(jù)和2005-2016年逐時(shí)降水量數(shù)據(jù)。日降水量為前一天20時(shí)-當(dāng)天20時(shí)降水量累加值，氣候值是指1981-2010年平均值，汛期指5-9月。

根據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《降水量等級(jí)》，將24小時(shí)內(nèi)降水量為0.1～9.9毫米、10～24.9毫米、25～49.9毫米、50～99.9毫米、100～249.9毫米、≥250毫米的降雨過(guò)程分別定義為小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨、特大暴雨。本文使用了趨勢(shì)分析、滑動(dòng)t檢驗(yàn)等分析方法。

2.石景山汛期降水量的變化

2.1 年際變化

1977-2016年石景山汛期降水量以1.55毫米/10年的速率增加，沒(méi)有通過(guò)0.05的顯著性檢驗(yàn)（圖1）。石景山汛期降水量有很明顯的年際變化，2012年汛期降水量最多，為810.4毫米，比氣候值偏多73%；1980年汛期降水量最少，為204.9毫米，比氣候值偏少56%。汛期最多降水量是汛期最少降水量的4倍。

用滑動(dòng)t檢驗(yàn)檢測(cè)1977-2016年石景山汛期降水量的突變（圖2），給定顯著性水平α=0.01、0.05和0.1，t分布自由度υ=18，由圖可見(jiàn)，t統(tǒng)計(jì)量有三處通過(guò)了0.05的顯著性檢驗(yàn)，分別是1984、1996、2010年，表明石景山汛期降水量在40年里經(jīng)歷了三次突變，1984年經(jīng)歷了由少到多的轉(zhuǎn)變，1996年經(jīng)歷了由多到少的轉(zhuǎn)變，2010年經(jīng)歷了由少到多的轉(zhuǎn)變，1980-1984年降水量平均為329.5毫米， 1985-1996年降水量平均為559.2毫米，1997-2010年降水量平均為419.2毫米，2011-2016年降水量平均為569.9毫米。

2.2 分月特征

石景山汛期降水量氣候值為467.4毫米，月降水量以7月最多，8月次之，5月最少，其中7-8月降水量為298.9毫米，占汛期降水量的63.9%（表1）。5-9月期間，月最大降水量是其氣候值的2.7～3.8倍，其中，7月最大降水量為479.2毫米，出現(xiàn)在2012年，是其氣候值的2.8倍，9月最大降水量為189.4毫米，出現(xiàn)在2015年，是其氣候值的3.8倍；月最小降水量介于2.3～25.6毫米之間，其中，9月最小降水量?jī)H2.0毫米，出現(xiàn)在1998年，7和8月最小降水量均為25.6毫米，分別出現(xiàn)在1980年和1998年。從1977-2016年5-9月降水量的變化趨勢(shì)看，6月、7月和9月降水量分別以4.8毫米/10年、12毫米/10年、11.7毫米/10年的速率增加，而5月和8月降水量分別以3.2毫米/10年、23.7毫米/10年的速率減少。

3.汛期各級(jí)別降水的變化

從氣候平均看，小雨日為36.2天，占汛期降水日數(shù)的73%，中雨日為7.9天，占汛期降水日數(shù)的16%，大雨日和暴雨日分別為4.2、1.3天，分別占汛期降水日數(shù)的8%和3%。1977-2016年石景山汛期降水日數(shù)以0.9天/10年的速率減少，但沒(méi)有通過(guò)0.05的顯著性檢驗(yàn)（圖3）。其中，1990年汛期降水日數(shù)最多，為67天，比氣候值多17天，2000年汛期降水日數(shù)最少，僅為37天，比氣候值少13天。1977-2016年石景山汛期小雨日、大雨日和暴雨日分別以0.9天/10年、0.2天/10年、0.2天/10年的速率減少，中雨日以0.4天/10年的速率增加，這和尤煥苓等（2012）的研究結(jié)果比較類似。1977-2016年期間總共出現(xiàn)9個(gè)大暴雨日，其中1985年2個(gè)，1986年1個(gè)，1998年1個(gè)，其它都出現(xiàn)在2005年以后，2006、2011、2012、2015、2016年各1個(gè)。

從氣候平均看，在汛期總降水量中，小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨的雨量所占的比例分別是19%、27%、31%、18%、4%。1977-2016年汛期小雨、大雨、暴雨的雨量分別以2.1毫米/10年、7.7毫米/10年、11.6毫米/10年的速率減少，而中雨、大暴雨的雨量分別以5.0毫米/10年、17.5毫米/10年的速率增加。從在各年汛期降水量中所占比率的變化看，小雨、大雨、暴雨雨量的比率分別以0.7%/10年、1.6%/10年、1.8%/10年的速率減少，而中雨、大暴雨雨量的比率分別以1.1%/10年、2.8%/10年的速率增加。

4.逐時(shí)降水量的變化

從三點(diǎn)平滑的2005-2016年平均汛期逐時(shí)降水量和降水頻次的變化（圖4）看，4-14時(shí)累積小時(shí)降水量小于20毫米，19-23時(shí)累積小時(shí)降水量超過(guò)25毫米；8時(shí)-17時(shí)之間累積降水頻次相對(duì)較小，低于9次，20-24時(shí)累積降水頻次較高，大于11次?？梢?jiàn)，汛期降水頻次和降水量均以前半夜為高值區(qū)。由2005-2016年汛期小時(shí)最大降水量的逐年變化（圖5）可以看到，12年中，有7年小時(shí)最大降水量介于20～40毫米之間，有3年小時(shí)最大降水量介于40～70毫米之間，有1年小時(shí)最大降水量低于20毫米，小時(shí)最大降水量極大值為90.8毫米，出現(xiàn)在2011年6月23日17時(shí)。

5.結(jié)論

1977-2016年石景山汛期降水量以1.55毫米/10年的速率增加，汛期最多降水量是汛期最少降水量的4倍，其中6月、7月和9月降水量在增加，而5月和8月降水量在減少。石景山汛期降水量在40年里經(jīng)歷了三次突變，突變點(diǎn)分別是1984、1996、2010年，2010年經(jīng)歷了汛期降水量由少到多的轉(zhuǎn)變。

石景山汛期降水日數(shù)以小雨日和中雨日占主導(dǎo)；汛期總降水量以中雨雨量和大雨雨量為主。1977-2016年石景山汛期小雨日、大雨日和暴雨日在減少，中雨日在增加，同時(shí)汛期降水量中的中雨、大暴雨雨量的比率在增加。

2005-2016年石景山汛期降水頻次和降水量的日變化均以前半夜為高值區(qū)。20-24時(shí)累積降水頻次較高，8時(shí)-17時(shí)之間累積降水頻次相對(duì)較小。19-23時(shí)累積小時(shí)降水量相對(duì)較大，4-14時(shí)累積小時(shí)降水量相對(duì)較小。12年中，石景山小時(shí)降水量最大值為90.8毫米。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳烈庭.華北地區(qū)夏季降水年際和年代際變化的地域性特征. 高原氣象，1999，18（4）：477-485.

[2]何敏，林建，韓榮青，2007.影響北京夏季降水異常的大尺度環(huán)流特征.氣象，33（6）：89-95.

[3]劉偉東，尤煥苓，任國(guó)玉，等.北京地區(qū)精細(xì)化的降水變化特征. 氣候與環(huán)境研究，2014，19（1）：61-68.

[4]馬京津，李書(shū)嚴(yán)，王冀.北京市強(qiáng)降雨分區(qū)及重現(xiàn)期研究.氣象，2012，38（5）：569-576.

[5]喬林，李延香，符嬌蘭，等.GB/T 28592-2012，中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《降水量等級(jí)》.

[6]謝莊，王桂田.北京地區(qū)氣溫和降水百年變化規(guī)律的探討.大氣科學(xué)，1994，18（6）：683-690.

[7]尤煥苓，任國(guó)玉，劉偉東.1961-2010年北京地區(qū)降水變化特征.沙漠與綠洲氣象，2012，6（4）：13-20.

[8]鄭祚芳，祁文，李青春，等.基于自動(dòng)站觀測(cè)的北京夏季降水特征.氣候與環(huán)境研究，2015，20（2）：201-208.

[9]趙翠光，李澤椿.華北夏季降水異常的客觀分區(qū)及時(shí)間變化特征.應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2012，23（6）：641-649.