深圳降水的周末效应浅析

2013-09-12郑群峰

中国人口·资源与环境 2013年1期

力梅郑群峰陈潜卢超

(深圳市国家气候观象台，广东深圳 518040）

所谓周末效应(又称星期效应），最早是指股票市场的收益率在一周之内存在差异，后来有学者提出，城市作为人类生产生活的人造空间，气候也有以周(7天）为周期的变化特征，城市气候环境的周末效应研究由此逐渐展开。据刘琴［1］介绍，美国国家海洋和大气层管理署的科学家研究得出世界上不少城市的气温日较差(日最高气温和日最低气温差）会以7天为周期变动，他们在35%的观测点发现了明显的“周末效应”，这种效应在不同地方表现形式并不完全一样。章志芹［2］等研究证实无锡空气污染物浓度有着较明显的周末效应，周六、周日的平均污染浓度值明显小于周一至周五的平均污染浓度值。段春锋［3］等研究表明，长江三角洲4个省会城市的气温变化具有明显的周末效应现象并存在季节差异。李文莉［4］等研究表明兰州城市日平均气温距平存在明显的周变化，双休日平均气温比工作日平均气温明显偏高，即存在显著的“周末效应”;苏晨等［5］分析了北京地区夏季城市、郊区和山区的气温日较差、相对湿度、水汽压和降水频次的周循环效应，结果表明北京地区随着城市化进展，周末效应不断增强，周末效应在城市、郊区和山区都存在。龚道溢等［6］对我国东部地区降水频次进行了研究，证实其存在明显的周末效应，表现为周末降水频次的增加以及周中降水频次的减少。

深圳地处广东省中南沿海，依山面海，面积约2000平方公里。1980年之前，深圳还是一个小县城，1980年8月成为经济特区后，深圳经历了高速度的城市化进程，截止2010年，深圳人口已由1980年的不足1万人变成常住人口超过1000万，机动车保有量超过了150万辆，深圳的高速城市化进程在世界范围内都是罕见的例子。与此同时，作为一个经济高度发达的城市，深圳又饱受暴雨的影响，每年都有因为暴雨引发的城市内涝见诸报道。因此对深圳降水的周末效应进行研究，不仅有助于进一步认识城市气候周末效应的特点，对城市防御气象灾害也有指导意义。

1 资料及方法

本文所用的资料为深圳基本站(WMO编号59493）在1981－2010年间的日雨量、降水频次(不含0.0 mm）资料。在评判是否存在周末效应方面，参考龚道溢等［5］的研究方法，通过如下步骤予以计算:①计算30年内一周各天出现的雨日总数，寻找工作日内降水频次最低的一天，记为星期N;②将周六的数据(雨量、降雨频次、相对湿度）减去星期N的数据，作为评判周末效应的指标，若该指标为正，则认为存在周末效应，若为0或负，则不存在周末效应。

2 结果与分析

2.1 降雨频次的周末效应

分析1981－2010年深圳总降雨频次在一周内的分布，发现一周之中以周一的降水频次最少，周六的降水频次最多。根据龚道溢等［6］的分析，中国东部沿海地区大多数城市都存在周末降水频次比工作日降水频次多的特征，本文的数据分析结果与之一致。

图1 1981－2010年深圳降水频次在一周内的分布

按照第2节中所述步骤，选取周六数据与周一数据(频次、雨量、相对湿度）相减，即可得到判断是否存在周末效应的指标D。

一年中，四季的降水日数受水汽条件、天气系统等各方面条件的影响，降水日数差别较大，因此，分析四季降水日数的周末效应对预报服务具有一定的指导意义。同样方法得到春(3－5月）、夏(6－8月）、秋(9－11月）、冬(12－次年2月）四季周末效应指标D值分别为10、2、2、9，可见，四季均存在明显的周末效应，尤以春季和冬季更为显著。

2.2 雨量的周末效应

取周六日雨量与周一日雨量差值，得到判断日雨量周末效应的指标Dp，表1给出了30年周末效应指标Dp值和近30年不同年代的周末效应指标Dp值，根据该表可分析日雨量的周末效应特征。

表1 平均日雨量的周末效应分析

根据表1，1981－2010年这30年中，Dp值为0.5 mm，大于0，表明日雨量的周末效应是存在的。而分时间段的Dp值对比则表明，在过去30年的各个时段，降雨量均存在一定的周末效应，并且随着时间的推进在逐渐增强。

深圳地处华南沿海，为亚热带季风气候区，其一年四季降水变化差异较大。为此，进一步分析30年日雨量四季周末效应Dp值列于表2中。由表2可知，四季中春季、夏季日雨量存在周末效应，尤其是夏季平均日雨量的周末效应在四季中最为显著。相对而言，秋冬两季的平均日雨量则不存在周末效应。

综合本节分析可知，降雨频次和降雨量在过去30年中的不同年代均存在周末效应。从不同季节来看，各个季节的降雨频次都存在周末效应，而日雨量则只有在春夏两季存在明显的周末效应。综合分析可知，过去30年中夏季的降雨量占年总雨量的52.7%，夏季日平均雨量的周末效应特征对年度总平均日雨量的周末效应起到了决定性作用，因此，即使秋、冬季日雨量不存在周末效应，30年平均日雨量依然存在周末效应。

表2 不同季节平均日雨量的周末效应分析

2.3 降雨与其它要素的关系

降水的形成的必要条件是水汽、凝结核和上升运动，因此，本文根据所掌握的资料情况，进一步从水汽、近几年可吸入颗粒物(PM10）指数变化等方面研究其是否与降水的上述周末效应具有相关性。

对1981－2010年30年间的平均相对湿度周末效应进行分析，得到其周末效应指标Dh。不同时段和不同季节的Dh值如表3和表4所示。

表3 平均相对湿度的周末效应分析

表4 不同季节平均相对湿度的周末效应分析

从表3可知，过去30年平均相对湿度的Dh值为0.59，大于0，说明平均相对湿度存在周末效应，这种效应与降水频次和平均日雨量存在较好的对应关系。而三个不同年代的Dh值分别为:0.72、0.23、0.81，均存在周末效应。从表4四季平均相对湿度来看，春季和夏季的平均相对湿度周末效应相对明显，冬季周末效应较弱，秋季无周末效应。这些结果均与日雨量周末效应存在一定的对应关系。

王玮［7］等研究表明，在单一考虑降水因素的情况下，降水过程中和降水后气溶胶浓度下降。结合日雨量周末效应特征，本文分析了2005－2010年间可吸入颗粒物(PM10）指数周末效应。计算表明，可吸入颗粒物指数周末效应检验值为－1.21，即周六的可吸入颗粒物(PM10）指数比周一低，同期的平均日雨量(2005－2010年）周末效应检验值为3.3，周六平均日雨量大于周一平均日雨量，这与可吸入颗粒物(PM10）指数周末效应反相变化正好验证了王玮等人的研究成果。

王玮［7］、王春明［8］等人研究表明，气溶胶浓度较大时，能够抑制云中的暖雨过程，延缓暖云降水，减少地面累积降雨量(约20%），而气溶胶浓度较小时，云中暖雨过程更活跃。根据有关资料分析，工作日受工厂开工等影响，空气中大粒子可吸入颗粒物浓度高，不利于降水，而周末城市空气中细粒子颗粒物占主要成份，细粒子的增加有利于降水，结合相对湿度的周末效应特征(周末相对湿度增加），两者在周末均对降水有利，周末降水多于工作日也就成为必然了。