北京市石景山区汛期降水的气候特征分析

2018-10-19朱立

科学与财富 2018年27期

朱立

摘要：利用北京市石景山气象站1977-2016年降水量数据，分析了石景山汛期降水量的变化特征。结果表明，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月降水量在减少。汛期小雨日、大雨日和暴雨日在减少，中雨日在增加，同时汛期降水量中的中雨、大暴雨雨量的比率在增加。汛期降水频次和降水量的日变化均以前半夜为高值区。

关键词：降水量；雨日；降水频次；汛期；石景山

引言

华北地区汛期降水具有雨量集中、年际变化大以及地域性强的特点（陈烈庭，1999）。华北中部汛期开始迟，南、北部汛期开始早；华北东南部汛期结束最早，京津、河北东北部结束最晚（赵翠光和李泽椿，2012）。北京位于华北平原的北部边缘，三面环山，西部为太行山，北部和东北部为燕山，属于东亚季风区。前人对北京降水的变化已做过大量研究（谢庄和王桂田，1994；何敏等，2007；马京津，2012；刘伟东等，2014）。北京地区平均年降水量、年降水日数和年降水强度均呈下降趋势，夏季降水量呈明显下降趋势，中雨雨量呈增加趋势，小雨雨日、大雨雨日和暴雨雨日均减少，中雨雨日增加（尤焕苓等，2012）。北京地区夏季降水量和降水频次的日变化特征表现出明显的一致性，均以午后至次日清晨为高值区，高值区可以划分为2个峰值，分别是午后至傍晚和清晨；在中午前后达到最低值（李建等，2008）。北京大部分地区夏季平均有效降水时数约120～160小时，降水时数高值区主要位于北部怀柔、密云山前迎风坡一带，降水量存在较明显的周期变化特征，其中7天左右的周期是主周期（郑祚芳等，2015）。

近几年北京地区出现了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”暴雨中北京城区最大降雨点出现在石景山模式口，降水量达到328毫米，给人民生命财产及交通、农业、林业等造成巨大损失。石景山区位于北京西山风景区南麓和永定河冲积扇上，西北部山地是太行山余脉，地势北高南低。本文拟分析石景山汛期降水的特征，以便更好地开展石景山区汛期气象服务和防灾减灾工作。

1.数据和方法

本文使用了北京市石景山区气象局提供的石景山国家气象观测站1977-2016年月累计降水量、逐日降水量数据和2005-2016年逐时降水量数据。日降水量为前一天20时-当天20时降水量累加值，气候值是指1981-2010年平均值，汛期指5-9月。

根據中华人民共和国国家标准《降水量等级》，将24小时内降水量为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毫米的降雨过程分别定义为小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨、特大暴雨。本文使用了趋势分析、滑动t检验等分析方法。

2.石景山汛期降水量的变化

2.1 年际变化

1977-2016年石景山汛期降水量以1.55毫米/10年的速率增加，没有通过0.05的显著性检验（图1）。石景山汛期降水量有很明显的年际变化，2012年汛期降水量最多，为810.4毫米，比气候值偏多73%；1980年汛期降水量最少，为204.9毫米，比气候值偏少56%。汛期最多降水量是汛期最少降水量的4倍。

用滑动t检验检测1977-2016年石景山汛期降水量的突变（图2），给定显著性水平α=0.01、0.05和0.1，t分布自由度υ=18，由图可见，t统计量有三处通过了0.05的显著性检验，分别是1984、1996、2010年，表明石景山汛期降水量在40年里经历了三次突变，1984年经历了由少到多的转变，1996年经历了由多到少的转变，2010年经历了由少到多的转变，1980-1984年降水量平均为329.5毫米， 1985-1996年降水量平均为559.2毫米，1997-2010年降水量平均为419.2毫米，2011-2016年降水量平均为569.9毫米。

2.2 分月特征

石景山汛期降水量气候值为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月降水量为298.9毫米，占汛期降水量的63.9%（表1）。5-9月期间，月最大降水量是其气候值的2.7～3.8倍，其中，7月最大降水量为479.2毫米，出现在2012年，是其气候值的2.8倍，9月最大降水量为189.4毫米，出现在2015年，是其气候值的3.8倍；月最小降水量介于2.3～25.6毫米之间，其中，9月最小降水量仅2.0毫米，出现在1998年，7和8月最小降水量均为25.6毫米，分别出现在1980年和1998年。从1977-2016年5-9月降水量的变化趋势看，6月、7月和9月降水量分别以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月降水量分别以3.2毫米/10年、23.7毫米/10年的速率减少。

3.汛期各级别降水的变化

从气候平均看，小雨日为36.2天，占汛期降水日数的73%，中雨日为7.9天，占汛期降水日数的16%，大雨日和暴雨日分别为4.2、1.3天，分别占汛期降水日数的8%和3%。1977-2016年石景山汛期降水日数以0.9天/10年的速率减少，但没有通过0.05的显著性检验（图3）。其中，1990年汛期降水日数最多，为67天，比气候值多17天，2000年汛期降水日数最少，仅为37天，比气候值少13天。1977-2016年石景山汛期小雨日、大雨日和暴雨日分别以0.9天/10年、0.2天/10年、0.2天/10年的速率减少，中雨日以0.4天/10年的速率增加，这和尤焕苓等（2012）的研究结果比较类似。1977-2016年期间总共出现9个大暴雨日，其中1985年2个，1986年1个，1998年1个，其它都出现在2005年以后，2006、2011、2012、2015、2016年各1个。

从气候平均看，在汛期总降水量中，小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨的雨量所占的比例分别是19%、27%、31%、18%、4%。1977-2016年汛期小雨、大雨、暴雨的雨量分别以2.1毫米/10年、7.7毫米/10年、11.6毫米/10年的速率减少，而中雨、大暴雨的雨量分别以5.0毫米/10年、17.5毫米/10年的速率增加。从在各年汛期降水量中所占比率的变化看，小雨、大雨、暴雨雨量的比率分别以0.7%/10年、1.6%/10年、1.8%/10年的速率减少，而中雨、大暴雨雨量的比率分别以1.1%/10年、2.8%/10年的速率增加。

4.逐时降水量的变化

从三点平滑的2005-2016年平均汛期逐时降水量和降水频次的变化（图4）看，4-14时累积小时降水量小于20毫米，19-23时累积小时降水量超过25毫米；8时-17时之间累积降水频次相对较小，低于9次，20-24时累积降水频次较高，大于11次。可见，汛期降水频次和降水量均以前半夜为高值区。由2005-2016年汛期小时最大降水量的逐年变化（图5）可以看到，12年中，有7年小时最大降水量介于20～40毫米之间，有3年小时最大降水量介于40～70毫米之间，有1年小时最大降水量低于20毫米，小时最大降水量极大值为90.8毫米，出现在2011年6月23日17时。

5.结论

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月降水量在减少。石景山汛期降水量在40年里经历了三次突变，突变点分别是1984、1996、2010年，2010年经历了汛期降水量由少到多的转变。

石景山汛期降水日数以小雨日和中雨日占主导；汛期总降水量以中雨雨量和大雨雨量为主。1977-2016年石景山汛期小雨日、大雨日和暴雨日在减少，中雨日在增加，同时汛期降水量中的中雨、大暴雨雨量的比率在增加。

2005-2016年石景山汛期降水频次和降水量的日变化均以前半夜为高值区。20-24时累积降水频次较高，8时-17时之间累积降水频次相对较小。19-23时累积小时降水量相对较大，4-14时累积小时降水量相对较小。12年中，石景山小时降水量最大值为90.8毫米。

参考文献：

[1]陈烈庭.华北地区夏季降水年际和年代际变化的地域性特征. 高原气象，1999，18（4）：477-485.

[2]何敏，林建，韩荣青，2007.影响北京夏季降水异常的大尺度环流特征.气象，33（6）：89-95.

[3]刘伟东，尤焕苓，任国玉，等.北京地区精细化的降水变化特征. 气候与环境研究，2014，19（1）：61-68.

[4]马京津，李书严，王冀.北京市强降雨分区及重现期研究.氣象，2012，38（5）：569-576.

[5]乔林，李延香，符娇兰，等.GB/T 28592-2012，中华人民共和国国家标准《降水量等级》.

[6]谢庄，王桂田.北京地区气温和降水百年变化规律的探讨.大气科学，1994，18（6）：683-690.

[7]尤焕苓，任国玉，刘伟东.1961-2010年北京地区降水变化特征.沙漠与绿洲气象，2012，6（4）：13-20.