燕山南北两侧气候差异性探究

柴博语

摘要 本文将研究着眼于燕山的坡向、海拔、与海的距离等地理因素，探究产生如温度降水等这些气象因子上的较大差异的原因。得到如下的结论：（1）燕山的存在加大了南、北坡气温和降水上的差距，坡向为影响气温和降水的主要因子，与年平均温度的相关系数达到了0.824，与年降水量的相关系数达到了0.818。（2）燕山起到了阻挡水汽的作用，使北坡降水量明显小于南坡，燕山地区夏季易出现暴雨，受海陆因素影响，燕山地区年降水量較大值出现在南坡东段，受地形因素影响，极端降水较大值出现在南坡西段。（3）根据水热条件，燕山山脉沿线站点可分为3类。

关键词 燕山;气象因子;温度;降水

中图分类号：P462

文献标识码：B

文章编号：2095-3305（2021）02-087-03

1研究背景

通過对燕山南北坡之间各气象因子如温度、降水等的研究，使燕山附近的居民更好地利用气候条件来进行生产生活，并合理利用开发山区，同时对北京及附近地区的气候研究、防灾减灾具有一定的参考价值。

前人针对燕山及其他山脉在气候变化背景下发生的气候条件的变化进行了许多研究，也有些研究着眼于山脉的气候对农业生产的影响进行研究，发现我国多地普遍存在积温带移、上移的特点，而燕山地区西部积温带移动不明显，东部地势较缓和地区暖温带北界明显北移。燕山山脉处在一个比较重要的位置——北京附近，有了燕山山脉的影响，才出现了类似“7·21”这类极端的天气事件，而人们当时对这类暴雨的预报和应对还存在定的问题，所以研究燕山的各项气候因子，对老百姓的生活生产具有实际意义的。研究大地形对局部地区天气和气候产生的影响的预测，是当下困扰人们的难题，如果把这件事解决，其在将来的应用将遍布农业生产、防灾减灾等各个方面，有着广泛的应用前景。再加上燕山同我国其他很多山脉一样，南北两侧的气候条件大不相同，所以，有必要对燕山山脉对各项气象因子的影响进行研究。本文针对过去研究不足的方向，对燕山具体温度、降水等情况进行了研究分析。

2资料与方法

2.1研究资料来源

本文所用研究气象资料包括每日最高温度、最低温度、平均温度、降水量等，均来自中国气象数据网（htpe：//data.cma.cn），海拔、地形、与海的距离等地理资料来自地理空间数据云（gscloud.cn）。气象数据选取19512017年燕山南北坡共8个站的数据，所选测站均为基准站或基本站，已经过订正，具有较高的精度，缺测数据已筛除。

2.2研究方法

进行同纬度无山（或少山）情况下的对照实验和显著性假设检验，然后进行主成分分析，找出影响燕山山脉地区各地温度差异的最主要因素，之后，继续利用上述步骤对降水量数据进行处理，找出影响降水量的最主要的影响因素，之后将各站降水数据进行聚类。最后，将得出的所有结论进行总结。

3结果与分析

3.1燕山山脉对温度的影响探究

在研究燕山山脉对各气象因子的影响的过程中，发现了燕山山脉南坡北京、唐山、秦皇岛等地的年平均气温要远远高于北坡怀来、承德、建昌等地的年平均气温这一现象，而在相同纬度无山或少山的辽宁鞍山（41°N，与燕山北坡纬度相似）与辽宁瓦房店（39.6°N，与燕山南坡纬度相似）之间，年平均气温的差距则较小南坡选取北京、唐山、秦皇岛、绥中4个测站;北坡选取怀来、承德、建昌、朝阳4个测站，省略气象资料的前期处理过程（如求年平均值、月平均值的过程），进行的探究如下。

3.1.1燕山山脉对年、月平均温度的影响探究利用上述站点的每日温度数据共60a左右）求出平均值，计算平均温度，并进行插值计算出图，所求结果如表1、图1所示。

燕山山脉南、北坡温度在冬季月差距明显，北坡各项指标明显低于南坡，1月平均最高气温，南坡各站均为正值，北坡各站均为负值。燕山山脉坡向在1月对温度的影响通过了95%显著性假设检验。7月燕山山脉南、北坡温度在夏季7月同样有一定差距，但差距缩小。在不同的月份，各测站之间温度的变化趋势不相同。燕山南坡各站除北京外，均为秋温大于春温，而北坡各站均为春温大于秋温。

3.1.2燕山山脉附近地区年平均温度的对照实验将影响温度的因子分为海拔、与海的距离、坡向、经度、纬度5种。计算燕山地区南北坡与对照地区的年平均温度的温差，并进行显著性检验。由此可看出，燕山南坡与北坡之间年平均气温相差很大，南坡各站年平均温度的平均值为10.9℃，北坡各站年平均温度的平均值为9.0℃，南、北坡平均温度差值为1.9℃，同样纬度差距下鞍山与瓦房店之间年平均温度的差值为0.2℃，Sig=0.027《0.05，落入95%置信区间，证明燕山的存在加大了南北温差。并且，燕山北坡地区年平均气温比同纬度地区低，燕山南坡地区年平均气温比同纬度地区高。这是因为燕山起到了阻挡冷空气的作用，并且冷空气翻越燕山会下沉增温。

3.1.3对于影响各站温度的因子的主成分分析对于燕山南、北坡不同地区、不同时段，影响其温度的主要地理因子是不同的，对表1中各项温度要素进行主成分分析，确定对燕山地区来说哪种因子对其温度的影响更大。选取方差贡献率最大的两个成分矩阵列于表2，这两个成分矩阵的累积方差贡献率达到了92.7%6，各成分公因子方差的提取均超过了80%。

选取第一主成分矩阵进行分析，发现坡向为影响燕山地区温度的最主要因子。经计算，坡向与年平均温度的相关系数达到了0.824，与年最低温度的相关系数达到了0.907。南、北坡各测站的年平均温度与海拔高度也存在相关性。还有一个现象值得关注，无论南坡还是北坡，东段在冬季都出现了比西段冷的现象，产生这种现象的原因可能是地形。西段山脉的海拔要高于东段山脉，对冷空气的阻挡和下沉作功作用也更强，且在山脉东段有很多缺口，内蒙古高原方向的冷空气可以从这些缺口直接越过燕山，到达辽西走廊和葉东平原，而且东段受辽西走廊和渤海影响，有时会有狭口效应出现，使风速增大冷平流增强，所以南坡东段比西段冷，东北平原南部比纬度相近的燕山沿线要冷，也是这个道理。东段距离强冷空气的平均入侵路径也更近2。同时，东段冬季气温的波动也比西段要大，冷空气较强时甚至可能出现东段南坡气温低于西段北坡的现象。

此外，燕山还有阻挡水汽的作用，冬季北坡水汽输送很差，各站水汽压很低，几乎不受海陆因子的影响，无论东段还是西段，气温均具有很强的大陆性特征。

3.2燕山山脉对降水的影响探究

仍采用上述站点资料，将各地年平均降水量历史数据进行比较。

3.2.1燕山山脉对年总降水量、月降水量的影响探究

将燕山地区各地年平均降水量与对照组进行对比，并进行显著性检验。

之后插值得出燕山地区各地年平均降水量地理分布图（图2）。

燕山南坡各站年降水量的平均值为613.0mm，北坡各站年降水量的平均值为487.6mm，南北坡年降水量的平均值相差125.4mm，大于对照组鞍山、瓦房店之间相差的75.2mm。Sg-0.028《0.05，可证明燕山山脉加大了降水量在纬向上的差距。燕山南坡的年降水量大于北坡，且自西向东有逐渐增加的趋势，受海陆因素和地形影响，这种趋势在北坡比較明显。根据我国主要的水汽输送路径，在夏季，燕山地区盛行偏南暖湿气流，自南向北输送的水汽经燕山的抬升作用促进了上升运动，水汽配合上升运动易产生降水，而山脉南坡的一些朝华北平原开口的山谷或河谷也促进了水汽的充分灌入形成“喇叭口”地形，也加强了这种上升运动，在南坡形成河北省的一个多雨中，而北坡由于受到山脉阻挡，减少了部分水汽输送，所以水汽输送不如南坡充沛。

将各站各月降水量进行统计可知，各地降水的月变化趋势一致，均为7月最多，1月最少，冬季各测站降水均稀少，夏季降水最多，主要集中在68月，秋季降水比春季多一些。在夏季降水量上南、北坡的差距比较明显，降水量越多的月份，南、北坡各测站间降水量的差距也越大。例如秦皇岛与怀来，月降水量都不多，降水量只相差1mm，7月降水量却相差82.1mm，差不多是怀来站年降水量的五分之一。选取各项降水要素进行主成分分析，确定哪种因子对降水的影响更大。选取方差贡献率最大的两个成分矩阵列于表3，累积方差贡献率达到了91.5%，各成分因子方差的提取均超过了909%。

选取第一、第二主成分矩阵进行分析，发现坡向对燕山地区降水的正影响最大，经计算，坡向与年降水量的相关系数达到了0.818，海陆因子对燕山地区各地的降水量也起到了影响的作用。而且，第二主成分中经度的数值为正，这可能是因为燕山东段山地缺口比西段多，山势不如西段险，来自南方的水汽可以沿缺口深入北坡更多一些，所以北坡东段比西段降水多。而西段的阻挡作用更强，也是造成怀来降水较少的重要原因。

3.2.2燕山地区极端降水天气分析研究

夏季的燕山地区时常受到极端降水的侵扰，著名的北京“7·21”暴雨天气过程就是一次典型的北方雨季极端降水过程。这次强降水是在东南洋面上的台风带来的强水汽输送和西侧的强气旋性切变，燕山、太行山的强烈抬升作用以及东侧日本海高压稳定维持的情况下发生的，燕山的抬升作用为这次暴雨提供了有利条件。而且，山区的地形可能会使气流产生一定的气旋性切变，所以说虽然燕山地区年降水总量并不算多，但极端降水却一点也不少。各测站无论北坡、南坡，单日最大降水量均高于沈阳、石家庄这类平原站点，且单日最大降水量占年降水量的百分比都大于平原地区的站点。而且，燕山南坡单日最大降水量是西段大于东段，很可能与西段山势更险、抬升作用更强有关。

3.3燕山附近地区温度、降水聚类分析

将整理所得的各项温度、降水数据进行聚类分析，得到的结果如表4所示。

根据各站温度、降水特征来看，可分为3类：1类是水热条件较好，2类是水热条件一般，3类是热量条件较2类好但水汽条件均较1、2类差。怀来自成类，可能与其远离海洋、水汽受山脉阻挡作用较强等因素有关。

4结论与讨论

4.1结论

（1）燕山的存在加大了南、北坡气温的差距，坡向为影响燕山地区温度的最显著因子，与各项温度指标均存在一定的相关性，其中与年平均温度的相关系数达到了0.824，与年最低温度的相关系数达到了0.907。不同的月份影响各测站温度的主要因子也不相同。

（2）燕山地区的温度还受海陆因素、地形因素、地理位置影响。燕山南坡地区，冷空气沿地形下沉増温，使该地区冬季比中国同纬度季风区温暖;无论南坡还是北坡，东段在冬季都出现了比西段冷的现象，且气温年较差东段大于西段;燕山南坡东段夏季最高气温低于北坡，且气温日、年较差北坡大于南坡。

（3）在降水量方面，燕山起到了阻挡水汽的作用，坡向仍为最主要的影响因素，坡向与年降水量的相关系数达到了0.818，且与各项降水指标都存在着一定的相关性。海陆因素、地理位置、地形因素对燕山地区降水量也有影响。燕山地区夏季易出现暴雨，受地形因素影响，极端降水较大值出现在南坡西段。

（4）通过对温度、降水情况的分析，可将燕山地区的气候条件分为3类。

4.2讨论

在坡向方面，只将山脉坡向分为南坡、北坡进行了初步研究，由于条件有限，没有将坡向化为具体的角度，并且忽略了地形遮蔽、太阳辐射、坡度方面的研究。且没有把海陆因素与经度因素、坡向因素与纬度因素之间存在的相互影响剔除，一些研究通过其他方法减轻了这种影响。

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责任编辑：黄艳飞