臨邑縣近50 a 降水變化特征分析

徐 強 胡 玲 魯 亓

（臨邑縣氣象局，山東臨邑 251500）

近年來，天氣極端事件不斷發(fā)生，給氣候預(yù)測和天氣預(yù)報工作帶來了挑戰(zhàn)，全球氣候變化目前引起了眾多學(xué)者的關(guān)注，成為一個研究熱點。相關(guān)研究表明，全球大部分地區(qū)的強降水事件頻率增加，目前已觀測到的高緯地區(qū)降水增加和大部分亞熱帶地區(qū)降水略減的趨勢仍在持續(xù)，但對溫帶降水的變化趨勢沒有明確闡述。目前，氣候變化的變化趨勢已經(jīng)越來越受到公眾關(guān)注，我國的許多氣象科工作者和氣象專家在我國近代氣候的變化規(guī)律和氣候變化對區(qū)域氣候的影響等方面進行了廣泛的研究。

本文通過對臨邑縣氣象臺站近50 a（1966-2015 年）的降水資料進行分析研究，分析其月降水量、各級降水日數(shù)、大雨和暴雨日數(shù)的變化趨勢，揭示50 a 來臨邑縣降水變化的特征，進一步了解和掌握了臨邑縣的降水變化規(guī)律和趨勢，對于協(xié)助地方政府做好防汛抗旱工作，從而實現(xiàn)保障地方經(jīng)濟、服務(wù)當(dāng)?shù)孛裆哪繕司哂兄匾闹笇?dǎo)意義。

1 選取資料和研究方法

1.1 資料 本文所選資料來源于臨邑縣國家一般氣象站（海拔18.5 m），該站位于北緯37° 12′、東經(jīng)116° 49′。本文所選數(shù)據(jù)為臨邑縣氣象站50 a（1966-2015 年）的實際觀測數(shù)據(jù)資料，對該站點附近區(qū)域具有較好的代表性。由于氣象臺站遷址對降水資料質(zhì)量的影響沒有其他氣象要素大，因此忽略其影響。

本文分別以日降水量≥0.1 mm、≥25.0 mm、≥50 mm、≥100 mm 為標準，將降水日分為雨（雪）日、大雨日、暴雨日、大暴雨日，分析大雨和暴雨的日數(shù)和降水強度的變化特征，并用統(tǒng)計方法建立臨邑縣降水?dāng)?shù)據(jù)序列與時間的一元線性回歸方程，根據(jù)回歸系數(shù)判斷其變化傾向；計算其與時間的相關(guān)系數(shù)，以α=0.05 為標準，對相關(guān)系數(shù)進行檢驗，判斷其在近50 a 的變化趨勢。分別普查1966-2015 年臨邑縣觀測站第一次大雨、暴雨的出現(xiàn)日期，選每年最早日期代表該年第1次大雨、暴雨的日期；分別以3 月1 日、4 月1 日為基點，得到第一次大雨、暴雨日期與基點日期的日數(shù)插序列，并分析其變化傾向和趨勢。

1.2 研究方法 本文對臨邑縣地區(qū)50 a 的氣溫和降水量的季節(jié)、年變化及年代際變化趨勢進行了初步分析。其中，季節(jié)按照春季（3-5 月）、夏季（6-8 月）、秋季（9-11 月）以及冬季（當(dāng)年12 月到次年2 月）進行劃分。分析采用了一元線性趨勢分析以及累積距平方式，分析相關(guān)資料序列的變化趨勢。

1.2.1 一元線性趨勢分析 分析氣候要素在某一時間段內(nèi)的趨勢變化一般采用一元線性回歸模型進行描述，即：

在式（1）中，y 是氣候要素序列，x 是時間序列（本文中為1961-2005 年），b 為線性趨勢項，10 b 即為氣候要素每10 a 的氣候傾向率，用于定量分析氣候要素變化的線性趨勢。1.2.2 累積距平分析 累積距平是根據(jù)數(shù)值變化曲線直觀判斷相關(guān)數(shù)據(jù)變化趨勢的方法。在研究氣候要素序列時，某一時刻t（t=1,2,...n）的累積距平表示為：

將n 個時刻的累積距平值全部算出，就能繪出累積距平曲線并進行趨勢分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 降水量與氣溫隨年際的變化特征 1966-2015 年，臨邑縣的年平均氣溫在11.5℃～14.5℃，其氣候傾向率為0.319℃/10 a，大于全國的平均增暖速率0.22℃/10 a。春、夏、秋、冬四季的平均氣溫都呈現(xiàn)升高趨勢，其中冬季增溫幅度最大，達到0.604℃/10 a；春季秋季次之，為0.266℃/10 a；夏季增溫幅度最小，為0.102℃/10 a。通過對比分析發(fā)現(xiàn)，臨邑縣地區(qū)的年平均氣溫和四季平均氣溫的變化趨勢與全國年平均氣溫和四季平均氣溫的變化趨勢非常相似，但增暖速率明顯地低于全國平均水平。

觀測地區(qū)在1966-2015年的年降水量為216.4～867.5 mm，氣候傾向率為9.9 mm/10 a，年降水量在波動中略有增加，但趨勢并不明顯，與全國平均年降水量波動略有減少的趨勢不同。年降水量最低的年份為1967 年與2014 年，均小于300 mm。該地區(qū)的季節(jié)降水量呈現(xiàn)出的變化趨勢以及變化強度均不相同。前人研究表明，華北地區(qū)夏季降水的減少趨勢十分明顯。春季、夏季的降水量和冬季的降水量呈現(xiàn)增多的趨勢，夏季的降水增強幅度最大，為5.95 mm/10 a，冬季降水為0.272 mm/10 a，春季降水氣候傾向率為4.37 mm/10 a；秋季降水呈現(xiàn)減少的趨勢，為-0.668 mm/10 a。

2.2 氣溫與降水量的年代際變化特征 1966-1975 年和1976-1985 年的氣溫偏冷，但氣溫已經(jīng)呈現(xiàn)上升的趨勢，開始逐漸變暖，之后在1986-1995 年、1996-2005 年和2006-2015 年，氣溫明顯呈升高趨勢，并且增溫幅度有逐年增大的趨勢。四季溫度的年代際變化也呈現(xiàn)統(tǒng)一的增暖趨勢，春季、夏季和秋季的均溫在1996-2005 年開始變暖，冬季均溫在1986-1995 年開始變暖。

經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，觀測地區(qū)的降水量年代際變化趨勢并不明顯，變化趨勢呈現(xiàn)出先減少后增加的趨勢，其中1976-1985 年和1986-1995 年屬于降水偏少的年份，1966-1975 年以及1966-2005 年、2006-2015 年屬于降水較多的年代。而反觀四季降水量，其年際變化比年降水量變化顯著，但并沒有明顯的持續(xù)增加或減少趨勢，基本是增加和減少交替進行。秋季和冬季降水量的年代際變化幅度較大，春季和夏季降水量的年際變化幅度較小。

2.3 年均溫和年降水量累積距平分析 通過分析1966-2015年觀測期間的氣溫累積距平，分析結(jié)果顯示出1966-2015 年臨邑縣地區(qū)的年平均氣溫累積距平呈現(xiàn)先下降后上升的“V” 字形趨勢，1966-1989年呈現(xiàn)下降趨勢，1990-2015年呈現(xiàn)上升趨勢，在1990 年達到最低值，說明觀測地區(qū)的溫度從1990 年開始上升，氣溫突變可能發(fā)生在1990 年左右。得出判斷：觀測地區(qū)年平均氣溫在1989-1991 年發(fā)生了由低溫到高溫的突變。

通過分析觀測地區(qū)在1966-2015 年的年降水量累積距平發(fā)現(xiàn)，觀測地區(qū)的年降水量經(jīng)歷了較為明顯的升降變化過程，擁有3 個極低值點，分別在1970 年、1989 年和2009 年。1966-1970 年，年降水量呈現(xiàn)降低趨勢，1970-1977 年呈現(xiàn)逐年增加的趨勢，1978-1989 年的年降水量逐漸減少，1990-1997 年的年降雨量逐漸增加，1997 年上升到最大值，1998 年、2009 年的年降雨量在波動中緩慢下降，呈明顯減少趨勢，并且在2009年下降到最低值。而高于多年平均降水量的年份有1974 年、1976年、1997年和2013年。根據(jù)以上分析，由此推斷1970年、1989 年和2008 年可能是降水發(fā)生突變的年份。

3 降水

3.1 降水日數(shù)的年際變化特征 董旭光等發(fā)現(xiàn)，山東地區(qū)的年降水日數(shù)存在明顯的年代際震蕩，降水日數(shù)呈現(xiàn)減少趨勢，為-0.232 d/a[1]。1966-2015 年，臨邑縣地區(qū)的年平均降水日數(shù)變化在47 ～82 d，平均降水日數(shù)為65.66 d，年平均降水日數(shù)在波動中逐漸減少，氣候傾向率為-1.64 d/10 a，明顯高于山東省的平均降水日增速-2.32 d/10 a。董旭光等指出，山東省大雨以及暴雨的空間分布表現(xiàn)為東南多、西北少的分布特征，魯西北的德州一帶降水日數(shù)小于67.5 d，與本文得出的結(jié)論相似，這主要受海陸位置及地形影響[1]。

相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，20 世紀60 年代前期的降水日數(shù)較多，60年代中后期至70 年代末期的降水日數(shù)波動較小，80 年代中后期開始至90 年代前期，降水日數(shù)年際波動比較大，山東省歷史上干旱比較嚴重的時期是20 世紀80 年代。2003 年的降水突增，局部發(fā)生大澇。從總體上看，20 世紀60 年代中期、90年代初期和21世紀初期是山東省年降水事件變化劇烈的時期，降水的急劇變化導(dǎo)致這段時期出現(xiàn)比較嚴重的旱澇事件。

本文發(fā)現(xiàn)，1966-1978 年的降水日數(shù)較多，1975 年的降水日數(shù)最多，突破了80 d；但在1980 年前后降水日數(shù)明顯減少；在1984 年之后，降水日數(shù)在降水平均日數(shù)附近波動。在臨邑縣地區(qū)春、夏、冬3 季的平均降水日數(shù)均呈現(xiàn)減少趨勢，而秋季的平均降水日數(shù)卻呈現(xiàn)出增多的趨勢。春、夏、秋、冬四季的降水日數(shù)增速分別為-0.204、-1.281、0.378、-0.203 d/10 a。

3.2 大雨與暴雨日數(shù)的年際變化特征 1966-2015 年，臨邑縣地區(qū)的年大雨和暴雨日數(shù)變化范圍分別為2 ～11 d 和0 ～7 d，平均日數(shù)分別為6.2 d 和1.9 d。從大雨和暴雨降水日數(shù)的年際變化可知，大雨和暴雨日數(shù)的趨勢較為平緩，變化不大，降水日數(shù)的減少并沒有影響大雨和暴雨日數(shù)的增多。以往研究表明，魯西北、魯北的大雨日最少，低于4.3 d。而暴雨日數(shù)的分布主要受東亞季風(fēng)和地形相互作用影響，魯西北內(nèi)陸地區(qū)的暴雨日數(shù)明顯減少。暴雨日數(shù)較多的時期出現(xiàn)在60 年代和70 年代初期，80 年代前后的暴雨日數(shù)較少，90年代至今為波動變化期，在此期間年際變化不均勻。相比之下，暴雨日數(shù)的波動程度大于大雨日數(shù)。

在本文中，近50 a 來臨邑縣的大雨和暴雨降水日數(shù)均呈現(xiàn)出緩慢增加的趨勢，與山東省整體大雨日數(shù)減少的趨勢不同，其增加趨勢分別為0.047、0.048 d/10 a，增加趨勢接近。山東省大雨和暴雨歷年平均降水日數(shù)分別為5.1、2.4 d/a，本文中的大雨日數(shù)與山東省整體水平相當(dāng)，而暴雨日數(shù)大于整體水平。

4 結(jié)論與討論

4.1 主要結(jié)論 通過對臨邑地區(qū)1966-2015 年氣溫和降水量的變化特征進行分析，主要得出以下結(jié)論。

1966-2015 年臨邑縣的年平均氣溫為11.5℃～14.5℃。觀測地區(qū)的春、夏、秋、冬四季的平均氣溫均呈現(xiàn)增加趨勢，其中冬季增溫幅度最大，春季秋季次之，夏季增溫幅度最小。1966-2015 年，觀測地區(qū)的年降水量為216.4 ～ 867.5mm，氣候傾向率為0.027 mm /10 a。春季、夏季和冬季的降水量呈現(xiàn)增多的趨勢，春季降水增強幅度最大，秋季降水呈現(xiàn)減少的趨勢。

1966-2015 年，觀測地區(qū)氣溫的年代際變化呈現(xiàn)明顯的增溫趨勢，1966-1975 年和1976-1985 年氣溫偏冷，但氣溫已經(jīng)開始呈上升趨勢，逐漸變暖，1986 年開始上升幅度逐年增大。降水量年代際變化趨勢并不十分明顯，整體上呈現(xiàn)出先減少后增加的趨勢。秋季、冬季的降水量變化幅度較大，春季和夏季的降水量年際變化幅度較小。

通過分析觀測期間氣溫累積距平發(fā)現(xiàn)，1966-2015 年臨邑縣地區(qū)年平均氣溫累積距平呈現(xiàn)先下降后上升的“V”字形趨勢，以1990 年為轉(zhuǎn)折點經(jīng)歷了下降- 上升的過程。降水量累積距平結(jié)果表明，觀測地區(qū)年降水量經(jīng)歷了較為明顯的升降變化過程，擁有3 個極低值點，分別在1970 年、1989 年和2009 年。

臨邑縣的年平均降水日數(shù)變化在47 ～82 d，平均降水日數(shù)為65.66 d，年平均降水日數(shù)在波動中逐漸減少，氣候傾向率為-1.64 d/10 a。在臨邑縣地區(qū)，春、夏、冬3 季的平均降水日數(shù)均呈現(xiàn)減少趨勢，而秋季的平均降水日數(shù)卻呈現(xiàn)增多的趨勢。1966-2015 年，臨邑縣地區(qū)的年大雨和暴雨日數(shù)變化范圍分別為2 ～11 d 和0 ～7 d，平均日數(shù)分別為6.2 d 和1.9 d。近50 a 來，臨邑縣的大雨和暴雨降水日數(shù)均呈現(xiàn)出緩慢增加的趨勢，與山東省整體大雨日數(shù)減少的趨勢不同。

4.2 不足與展望 由于資料不足，本文只選用了臨邑縣氣象站的觀測資料，其代表意義具有局限性，并且無法從空間角度上對降水強度、降水日數(shù)和氣溫變化進行分析。而由于研究時間跨度較長，會造成數(shù)據(jù)缺失或者不準確，并且無法對數(shù)據(jù)進行驗證。本次研究只局限于降水和氣溫，對其他的氣象要素進行分析，日后可以引入相應(yīng)的氣象場，并做深入研究氣溫和降水的影響機制，這將是以后研究工作的重點。同時，分析方法不夠全面。本文主要采用了一元線性趨勢分析和累積距平分析，分析手段較為單一，只對其變化趨勢進行了探討，接下來的工作應(yīng)該側(cè)重于其他統(tǒng)計方法的應(yīng)用。研究表明，在全國氣象臺站中，城鎮(zhèn)站的氣象資料大多會受到城市熱島效應(yīng)增強的影響，在今后的工作中要剔除城市化對地表氣溫的影響。