小五台山自然保护区降水与气温的相关性研究

甄 伟

（河北小五台山国家级自然保护区，河北 张家口 075700）

小五台山自然保护区降水与气温的相关性研究

甄 伟

（河北小五台山国家级自然保护区，河北 张家口 075700）

该文通过对小五台山自然保护区内气象站2013～2016年逐日降水及气温监测数据进行整理，分析了不同量级降水量、降水频率、降水强度与气温的相关性。结果表明：不同量级的降水随气温的变化具有明显差异。（1）小雨和中雨级别的降水变化趋势基本一致，降水量随气温升高先升后降，低于临界气温时，降水量随气温的增长而增加，高于此气温时，降水量随气温的增长而下降；降水频率的变化趋势和降水量大体相同；小雨及中雨量级降水强度总体处于较稳定的状态，随温度变化不明显。（2）大雨及以上量级的降水随温度的升高而增加，高于峰值温度后无降水量分布；降水更集中，频率与降水量的变化趋势大体一致，当处于峰值温度时，降水频率高于其他量级降水；降水强度随机性强，与温度变化无明显相关性。通过对自然保护区内和城市内降水与气温的相关性进行对比研究，有助于探讨城市化效应对气候的影响机制。

降水；气温；自然保护区

随着全球各种高影响天气气候事件的频繁出现，城市降水的变化和预测越来越引起更多的关注[1-5]。在全球及区域尺度范围内，热力条件与降水的变化均有着密切的联系，因此开展降水与气温的对应关系的研究具有重要意义[6-8]。已有研究表明：不同气候区、不同强度的降水随地表气温的升高有着不同的变化趋势[9]。因而，针对多种类型气候区进行相关分析，对于进一步了解降水的变化特征是有意义的[10]。目前国内关于气温与降水对应关系的分析文献主要集中在城市范围内开展的观测，缺乏对自然保护区内的相关研究。自然保护区是有代表性的自然生态系统，具有动植物分布集中、人为干扰性小等特征，是研究城市降水变化及预测的理想对照模型。

小五台山自然保护区位于河北西北部，东与北京市门头沟区和保定地区的涞水县接壤，属于“自然生态系统类型”中的“森林生态系统类型”。该区气候属温带大陆季风型山地气候，具有雨热同季、冬长夏短、四季分明、夏季昼夜温差大等特点。区内山峰峡谷众多，其中主峰东台海拔2882m，为河北最高峰。通过对近年的气候特征分析得出：该地区具有气温日较差和年较差较大的气候特点，年均温为7.87℃；年降水量高，达728.48mm[11]。保护区的森林和植物群落可分为针叶林、阔叶林、灌丛、灌草丛、草丛、草甸和沼生植被7个植被型、18个群落系和35个群系，独特的自然条件使该区成为京津冀地区生物种类最丰富的地区之一。本文利用小五台山自然保护区山涧口沟山神庙滩自动气象站（40°0′16.5″N，115°3′28.0″E，1370m asl）2013～2016 年逐日观测资料，试图揭示保护区内不同量级降水量、降水强度、降水频率与气温的对应关系。

1 数据来源

本文所用数据来自小五台山自然保护区自动气象站2013～2016年监测的逐日降水量和逐日气温数据。由于气温对降水的影响非瞬时相应，而是一个能量的不断积累与系统逐渐发展的过程[10]，为了较好的反应出降水的整体环流背景及其与气温的关系，对逐日气温进行整理，分析中使用日平均气温数据[9、12]。

2 分析方法

在降水与气温关系的研究中，通常按降水日的日平均气温进行分组，在各气温区间分别讨论其与降水的对应关系。本文以1℃为间隔，来讨论不同气温区间内各等级（分为小雨、中雨、大雨以上）降水量、降水频率及降水强度的变化趋势。其中小雨、中雨、大雨过程的判定采用中国气象局发布的通用行业标准。

3 结果分析

3.1 降水次数与气温的相关性分析

小五台山自然保护区2013～2016年不同强度的降水次数随气温的分布（见图1）。降水样本在日平均气温-8～27℃均有分布，降水次数随温度的增加呈不标准正态分布，每一个气温间隔内降水样本数可从0～31个不等，不同降水量级的样本数分别为小雨0～31个、中雨1～8个，大雨及以上1～5个。总体上看，降水主要集中在13～23℃气温区间。

图1 不同量级降水次数随气温的分布

3.2 气温与降水量的相关性分析

不同等级降水量占总雨量百分比随气温的变化趋势（见图2）。可见不同量级的降水随气温的变化具有明显差异。小雨和中雨级别的降水变化趋势基本一致，随气温升高降水量先升后降，当日平均气温处于13～23℃时，降水量所占百分比达到峰值，分别为60%和77%，低于此气温时，降水量随气温的增长而增加，高于此气温时，降水量随气温的增长而下降。大雨以上量级的降水当日平均气温处于13～20℃时，降水量所占的百分比达到峰值，为87%，低于此气温时，降水量随气温增长而增加，高于此气温时，无降水量分布。

图2 降水量随气温的变化

3.3 气温与降水频率的相关性分析

各等级降水频率随气温的变化趋势（见图3）。由图3可见，不同量级的降水频率随气温的变化不同。小雨和中雨有一个随气温先升后降的过程，为单峰型非对称结构，大雨及以上降水频率随温度增加而升高。小雨和中雨级别的降水分别在日平均气温处于18、19℃时降水频率达到最高，当气温超过此阈值时，降水频率开始明显下降。大雨以上量级的降水在20℃左右时降水频率达到最高，高于此临界温度后无降水分布。在峰值处，大雨及以上量级的降水频率高于其他量级降水。

图3 降水频率随气温的分布

3.4 气温与降水强度的相关性分析

为进一步分析降水对气温变化的响应，统计了平均降雨强度随气温的变化（图4）。不同量级的降水强度随气温变化不明显。小雨及中雨量级降水强度总体处于较稳定的状态，大雨及以上量级的降水强度稳定性差，但与温度变化无明显相关性。

图4 降水强度随气温的分布

4 结论和讨论

4.1 结论

本文对小五台山自然保护区2013～2016年逐日降水及气温的观测数据进行整理，分析了不同量级降水与气温的相关性，结果表明：不同量级的降水随气温的变化具有明显差异。（1）小雨和中雨级别的降水变化趋势基本一致，降水量随气温升高先升后降，低于临界气温时，降水量随气温的增长而增加，高于此气温时，降水量随气温的增长而下降；降水频率的变化趋势和降水量大体相同，随气温增加有一个先升后降的过程，当高于降水频率最高峰温度阀值后，降水频率开始明显下降；小雨及中雨量级降水强度总体处于较稳定的状态，随温度变化不明显。（2）大雨及以上量级的降水随温度的升高而增加，高于峰值温度后无降水量分布；降水更集中，频率与降水量的变化趋势大体一致，随温度增加而升高，当高于峰值温度后无降水分布，当处于峰值温度时，降水频率高于其他量级降水；降水强度随机性强，与温度变化无明显相关性。

4.2 讨论

通过对小五台山自然保护区内降水与气温的相关性研究得出了降水量、降水频率、降水强度随气温的变化趋势，为研究城市化产生的热岛效应对气候的影响提供了一定依据。小五台山与北京市相邻，该研究得出的结论与以往对北京地区不同区域降水与气温的相关性研究得出的结论不同，具体差异表现在：该区小雨和中雨量级的降水与气温的相关性大体一致，与大雨及以上量级的降水不同，而对北京地区的研究表现为中雨及以上量级的降水与气温的相关性大体一致，与小雨相异[10]。这体现了自然保护区作为完整的自然生态系统与人为干扰后生态系统的显著差异，同时也可能是由于地形、植被、海拔等多因素造成。将自然保护区作为研究城市气候变化的对照模型为研究城市化对气候的影响提供了思路，有助于探讨城市化效应对气候的影响机制。

［1］于淑秋.北京地区降水年际变化及其城市效应的研究［J］.自然科学进展，2007，17（5）：632-638.

［2］吴庆梅，杨波，王国荣，等．北京地形和热岛效应对一次β中尺度暴雨的作用［J］.气象，2012，38（2）：174-181.

［3］王令，王国荣，孙秀忠，等．应用多种探测资料对比分析两次突发性局地强降水［J］.气象，2012，38（3）：281-290.

［4］周宁芳，康志明，赖芬芬．2012年夏季华北降水和环流形势的低频振荡特征分析［J］. 气象，2014，40（9）：1106-1113.

［5］王迎春，梁旭东，苗世光，等.城市气象研究动向的思考［J］.气象，2012，38（10）：1232-1237.

［6］Boer G J.Climate change and the regulation of the surface moisture and energy budgets［J］.Clim Dynam，1993（8）：225-239.

［7］Allen M R，Ingram W J.Constraints on future changes in climate and the hydrologic cycle［J］.Nature，2002（419）：224-232.

［8］Pall P，Allen M，Stone D.Testing the clausius-clapeyron constrainton changesin extreme precipitation under CO2warming［J］.Clim Dynam，2007（28）：351-363.

［9］孙蟩，李建，宇如聪，等．华南暖季极端降水与气温的对应关系［J］.气候变化研究进展，2013，9（2）：96-101.

［10］郑祚芳.北京地区夏季降水与气温的对应关系［J］.气象，2016，42（5）：607-613.

［11］甄伟，张爱军，左万星.小五台山自然保护区气候特征初步分析［J］.河北林业科技，2016（4）：48-50.

［12］Trenberth K E，DaiA，Rasmussen R M，etal.The changing character of precipitation［J］.Bull Amer Meteor Soc，2003（84）：1205-1218.

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

甄伟（1986-），女，硕士，林业工程师，主要研究方向为森林生态。Email：13473132969@163.com。