1971—2021年廊坊夏季降水與氣溫的氣候特征及相關(guān)性分析

馬瑛 紀(jì)詩(shī)璇 王雅正 白千川 沈芳 許敏

摘要 利用廊坊地區(qū)9個(gè)國(guó)家氣象觀測(cè)站1971—2021年夏季逐日降水及氣溫地面觀測(cè)數(shù)據(jù)，分析了夏季氣溫和降水的年際變化和空間變化特征、兩者之間的相關(guān)性，以及不同量級(jí)不同區(qū)域之間降水與氣溫的對(duì)應(yīng)關(guān)系，為降水天氣的氣溫預(yù)報(bào)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等提供參考。

關(guān)鍵詞 廊坊；氣溫；降水；相關(guān)性；夏季

中圖分類(lèi)號(hào)：P426.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2023）09–0-03

自20世紀(jì)以來(lái)，全球氣溫升溫趨勢(shì)明顯，全球氣候變暖加劇了氣候系統(tǒng)不穩(wěn)定，氣候變化引起的高溫、干旱等極端氣象事件發(fā)生的頻率和強(qiáng)度均有明顯增強(qiáng)，嚴(yán)重影響了人們的生活和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。隨著氣溫的不斷變化，降水量在各地也發(fā)生了不同程度的變化。降水量是區(qū)域氣候變化最直接、最敏感的因素之一，降水量的變化會(huì)直接影響區(qū)域水資源，進(jìn)而對(duì)環(huán)境和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生一定的影響[1]。因此，開(kāi)展降水與氣溫對(duì)應(yīng)關(guān)系的研究具有重要的科學(xué)意義。

在全球變暖背景下，國(guó)內(nèi)外學(xué)者圍繞氣溫和降水的氣候變化進(jìn)行了大量的分析研究工作。孫溦等[2]分析了我國(guó)華南暖季極端降水強(qiáng)度與氣溫之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)當(dāng)氣溫低于25 ℃時(shí)，區(qū)域日極端降水強(qiáng)度隨氣溫升高而加強(qiáng)，但當(dāng)氣溫高于25 ℃時(shí)，日極端降水強(qiáng)度開(kāi)始隨氣溫升高而減弱。趙路偉等[3]在研究中指出，河南省近54年氣溫上升趨勢(shì)顯著，降水量在波動(dòng)中略微有減少的趨勢(shì)。鄭祚芳[4]年分析了1978—2012年北京地區(qū)夏季降水與氣溫的對(duì)應(yīng)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)北京地區(qū)降水量隨氣溫的升高有一個(gè)先升后降的過(guò)程。中雨及以上量級(jí)的降水，當(dāng)氣溫達(dá)到臨界值后雨量保持平穩(wěn)，隨氣溫變化不明顯。而當(dāng)氣溫上升至一定程度后，降水量開(kāi)始隨氣溫升高而迅速減弱。傅云燕等[5]在江蘇省冬季氣溫、降水年代異常及相關(guān)分析中發(fā)現(xiàn)降水與氣溫具有一定的正相關(guān)性。

利用長(zhǎng)時(shí)間序列的氣象資料，分析廊坊夏季氣溫和降水的氣候變化特征，并采用相關(guān)性分析法等方法，從不同降水量和降水日數(shù)對(duì)氣溫的影響等多方面系統(tǒng)性研究夏季降水與氣溫的相關(guān)性，以了解當(dāng)?shù)亟邓c氣溫的氣候特征，以及掌握兩者之間的相關(guān)影響，為降水天氣的預(yù)報(bào)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等提供參考。

1 資料與方法

1.1 資料介紹

選取廊坊9個(gè)國(guó)家氣象觀測(cè)站1971

—2021年夏季逐月和逐日觀測(cè)資料，包括月平均氣溫、月最低氣溫、月最高氣溫、月總降水量、日總降水量等氣象要素。經(jīng)檢驗(yàn)，各氣象站點(diǎn)的各類(lèi)氣象數(shù)據(jù)無(wú)明顯的突變和隨機(jī)變化，可以代表研究區(qū)氣候狀況。

1.2 研究方法

氣溫和降水的年際變化分析采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法：線性擬合方法分析平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫和總降水量資料的氣候變化趨勢(shì)。

相關(guān)性分析可以研究變量之間的相互依賴(lài)性，探討變量之間的相關(guān)程度。采用相關(guān)系數(shù)衡量氣溫和降水的相關(guān)程度。相關(guān)系數(shù)計(jì)算公式為：

（1）

式（1）中，xi表示第3年的氣溫，yi表示第i年降水，x、y分別表示氣溫降水的平均值；-1＜r＜1，r＞0表示正相關(guān)，r＜0表示負(fù)相關(guān)。

用氣候傾向率法分析降水與氣溫的變化趨勢(shì)，氣候傾向率的計(jì)算公式為：

θ =（2）

式（2）中，θ為氣候傾向率，單位為mm/10年或℃/10年；ci為第i年的降水、氣溫季節(jié)值，單位分別為mm、℃；n為計(jì)算時(shí)段年數(shù)。

1.3 降水等級(jí)和區(qū)域劃分

降水等級(jí)劃分采用《GB/T 20486—2017》劃分指標(biāo)中的降雨量等級(jí)劃分（表1）。

將廊坊9個(gè)站點(diǎn)分為北部、中部、南部，其中，北部為三河、大廠和香河，中部為廊坊、固安和永清，南部為大城、文安、霸州。

2 結(jié)果與分析

2.1 夏季總降水量的變化

從廊坊地區(qū)總降水量變化曲線（圖1）可以看出，1971—2021年夏季總降水量變化波動(dòng)比較頻繁，波動(dòng)幅度也比較大。近50年夏季總降水量隨時(shí)間呈現(xiàn)線性減少的趨勢(shì)，增長(zhǎng)速率存在明顯差異。1994年夏季總降水量最高，為794.0 mm，1983年夏季總降水量最低，為160.3 mm，最高值與最低值之間相差633.7 mm。夏季總降水量減少速率為19.676 mm/10年。

2.2 夏季氣溫變化

1971—2021年廊坊地區(qū)夏季最低氣溫在波動(dòng)中顯著上升，平均氣溫和最高氣溫增長(zhǎng)趨勢(shì)較為平穩(wěn)（圖2）。夏季平均溫度最高值為27.2 ℃，出現(xiàn)在2000年；夏季平均溫度最低值為23.5 ℃，出現(xiàn)在1976年，最高值與最低值之間相差3.7 ℃。夏季最低溫度最高值為16.2 ℃，出現(xiàn)在2006年；夏季最低溫度最低值為10.1 ℃，出現(xiàn)在1987年，最高值與最低值之間相差6.1 ℃。夏季最高溫度最高值為40.8 ℃，出現(xiàn)在2000年；夏季最高溫度最低值為35.2 ℃，出現(xiàn)在1995年，最高值與最低值間相差5.6 ℃。夏季平均氣溫增加速率為0.277 ℃/10年，最低氣溫增加速率為0.479 ℃/10年，最高氣溫增加速率為0.206 ℃/10年。

2.3 氣溫與降水的關(guān)系

從1971—2021年廊坊地區(qū)降水與氣溫的相關(guān)系數(shù)計(jì)算結(jié)果（表2）可知，夏季、7月和8月平均降水量和平均氣溫之間存在弱負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)特征不明顯；6月平均降水量與6月平均氣溫之間的負(fù)相關(guān)關(guān)系較為緊密，相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值接近0.6。

2.4 不同量級(jí)降水量占總降水量百分比與氣溫的關(guān)系

根據(jù)廊坊各地區(qū)夏季不同降水量占總降水量百分比隨氣溫的變化趨勢(shì)，不同量級(jí)降水的變化具有明顯的差異。

小雨級(jí)別的降水隨氣溫有一個(gè)先升后降再升的過(guò)程（圖3a）。當(dāng)日氣溫處于31.0 ℃時(shí)，降水量所占的百分比最大。當(dāng)日氣溫處于18.0～29.0 ℃時(shí)，各區(qū)域降水量保持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的水平，較少隨氣溫而變化。

中雨量級(jí)的降水量隨氣溫大致有一個(gè)先降后升的過(guò)程（圖3b）。當(dāng)日氣溫處于15.0 ℃時(shí)，中部和南三縣降水量所占的百分比最大。當(dāng)日氣溫處于30.0 ℃時(shí)，北三縣降水量所占的百分比最大。當(dāng)日氣溫處于20.0～29.0 ℃時(shí)，各區(qū)域降水量保持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的水平，較少隨氣溫而變化。

大雨量級(jí)的降水量隨氣溫大致有一個(gè)先升后降的過(guò)程（圖3c）。當(dāng)日氣溫處于16.0～19.0 ℃時(shí)，中部和南三縣降水量所占的百分比最大。當(dāng)日氣溫處于29.0 ℃時(shí)，北三縣降水量所占的百分比最大。當(dāng)日氣溫處于20.0～28.0 ℃時(shí)，各區(qū)域降水量保持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的水平，較少隨氣溫而變化。

暴雨以上量級(jí)的降水隨氣溫有一個(gè)先升后降的過(guò)程（圖3d）。當(dāng)日氣溫處于20.0～27.0 ℃時(shí)，各區(qū)域降水量保持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的水平，較少隨氣溫而變化，處在一個(gè)平穩(wěn)的峰值狀態(tài)。

2.5 不同量級(jí)降水日數(shù)與氣溫的關(guān)系

根據(jù)廊坊各地區(qū)夏季不同降水日數(shù)隨氣溫的變化趨勢(shì)，不同區(qū)域不同量級(jí)降水的降水日數(shù)，其隨氣溫大多有一個(gè)先升后降的過(guò)程。當(dāng)日氣溫處于24～25 ℃時(shí)，不同地區(qū)不同量級(jí)降水日數(shù)達(dá)到了最大。

3 結(jié)束語(yǔ)

（1）1971—2021年夏季總降水量變化波動(dòng)比較頻繁，波動(dòng)幅度也比較大。近50年總降水量隨時(shí)間呈現(xiàn)線性減少的趨勢(shì)，增長(zhǎng)速率存在明顯差異。就空間分布而言，廊坊夏季總降水量時(shí)空分布不均勻，總體呈現(xiàn)北部多南部少的趨勢(shì)。夏季總降水量減少速率為19.670 mm/10年。

（2）廊坊地區(qū)夏季最低氣溫在波動(dòng)中顯著上升，平均氣溫和最高氣溫增長(zhǎng)趨勢(shì)較為平穩(wěn)。夏季平均氣溫、最低氣溫、最高氣溫空間分布總體均呈現(xiàn)北部低南部高的趨勢(shì)。

（3）夏季平均降水量和平均氣溫之間存在弱負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)特征不明顯；6月平均降水量與6月平均氣溫之間的負(fù)相關(guān)關(guān)系較為緊密，相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值接近0.6。

（4）除中雨外，各地區(qū)降水量隨氣溫大致有一個(gè)先降后升的過(guò)程。當(dāng)日氣溫處于18.0～29.0 ℃時(shí)，各區(qū)域降水量保持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的水平，較少隨氣溫而變化。

（5）廊坊各個(gè)地區(qū)不同量級(jí)降水的降水日數(shù)，其隨氣溫有一個(gè)先升后降的過(guò)程，當(dāng)日氣溫處于24.0～25.0 ℃時(shí)，不同量級(jí)降水日數(shù)達(dá)到最大。

參考文獻(xiàn)

[1] 亓化龍，賀萍.伊春地區(qū)近60年氣溫與降水的氣候變化特征分析[J].環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)，2021，41（12）：70-72.

[2] 孫溦，李建，宇如聰.華南暖季極端降水與氣溫的對(duì)應(yīng)關(guān)系[J].氣候變化研究進(jìn)展，2013，9（2）：96-101.

[3] 趙路偉，徐剛.河南省1961—2014年氣溫和降水量的時(shí)空變化特征[J].南水北調(diào)與水利科技，2016，14（3）：17-23，54.

[4] 鄭祚芳.北京地區(qū)夏季降水與氣溫的對(duì)應(yīng)關(guān)系[J].氣象，2016，42（5）：607-613.

[5] 傅云燕，楊修群，沈偉.江蘇省冬季氣溫、降水年代際異常及相關(guān)分析[J].氣象科學(xué)，2013，33（2）：178-183.

Climatic Characteristics and Correlation Analysis of Summer Precipitation and Temperature in Langfang from 1971 to 2021

Ma Ying et al（Langfang Meteorological Bureau， Langfang， Hebei 065000）

Abstract Using daily precipitation and surface temperature observation data from 9 national meteorological observation stations in Langfang region from 1971 to 2021， analyzed the interannual and spatial variation characteristics of summer temperature and precipitation， their correlation， and the corresponding relationship between precipitation and temperature between different magnitudes and regions. This provides reference for temperature prediction of precipitation weather and agricultural production.

Key words Langfang; Temperature; Precipitation; Relevance; Summer