河北省降水的氣候特征分析

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(gè)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(shí)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(shí)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(shí)間長度及研究方法，分析河北省降水的空間變化特征和時(shí)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(gè)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(shí)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(gè)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(shí)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(shí)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(gè)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(gè)過程的運(yùn)動，從而使這2個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(shí)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(gè)，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(gè)4年的高—低—高的周期，1995年后這個(gè)周期縮短至2～3年。在歷史上河北省經(jīng)歷了2個(gè)相對的干旱時(shí)期，一個(gè)是1980—1984年，其平均年降水量為420 mm；另一個(gè)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(shí)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(gè)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(gè)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。