河北省降水的氣候特征分析

摘 要：利用雙線性插值、一元線性回歸、平均等統計方法，對河北省21站1951—2012年降水觀測數據進行分析。結果表明，河北省年平均降水量呈西北少、東南多分布形態。河北省降水季節分布極不均勻。降水空間形態上春、夏、秋3個季節比較類似，呈西北少、東南多態勢；冬季則呈南多北少分布形態。1956—2012年河北省平均降水量、夏季和冬季平均降水量呈遞減趨勢；春季和秋季平均降水量呈遞增趨勢。河北省年降水量中貢獻最大的是夏季，年降水遞減主要是夏季降水遞減造成的。對降水成因分析表明，夏季降水多的1964年，夏季平均位勢高度場上河北省位于500 hPa高空槽前，低層對應著低壓，有利于降水發展；夏季降水少的1999年，夏季平均位勢高度場上河北省處于高壓脊控制，對應低層高壓，不利于降水產生。

關鍵詞：降水；氣候；時空分析；河北省

中圖分類號：P468.024 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）06–0-03

河北省橫跨華北、東北兩大地區，地形種類多，存在顯著的氣候區域差異[1-2]。季風和地形的綜合作用使得河北省降水的局地性差異明顯，且常常發生局地強降水[3]。隨著全球變暖，近60年來，河北省的氣候也發生了明顯變化，如降水量明顯減少。高霞、李強[4]利用近45年的河北省降水資料，分析了轄區內降水的時空變化特征。當前，有關河北省全省范圍降水的多尺度演變規律研究相對較少。由于降水空間離散型特點，必須利用多站點資料進行河北全省范圍多站降水變化特征的研究。

主要利用全國753站觀測資料，根據河北省的氣候狀況和自然地理條件，結合雙線性插值、一元線性回歸、平均等統計方法，對河北省1951—2012年降水數據進行研究，并選擇合適的站點、時間長度及研究方法，分析河北省降水的空間變化特征和時間變化特征并作出總結。探究河北省降水變化原因，有助于充分認識和利用當地氣候資源。

1 資料來源與分析方法

1.1 資料選取

從全國753站信息中篩選出河北地區21個站，大部分數據開始于20世紀60年代，其中泊頭站（54618）從1996年開始觀測，觀測時間序列較短，不符合氣候分析的要求，將此站剔除。在進行分析前，統計1951—2012年的數據情況，經過統計剔除泊頭站后，剩下站點有效數據年限最短的是滄州站（54616），年限為44年，基本滿足氣候分析的需求。

應用NCEP/NCAR全球逐月再分析資料，風場資料為u、v分量逐月平均u、v分量再分析資料，空間分辨率為2.5°×2.5°，其中包括26個垂直氣壓層。海平面氣壓再分析資料的水平分辨率為2.5°×2.5°，時間尺度為月平均的海平面氣壓。位勢高度資料為逐月平均氣溫再分析資料，其垂直氣壓層為26層，水平分辨率為2.5°×2.5°。

1.2 數據處理方法

1.2.1 雙線性插值

用雙線性插值法，把選取出來的河北站點數據插值到0.1×0.1的等經緯度網格上，從而繪制圖形。

1.2.2 季節平均

根據我國氣候特征，春季為每年3—5月、夏季為6—8月、秋季為9—11月、冬季為12月至翌年2月，選取相應時段數據進行平均。

1.2.3 線性趨勢

為了解降水的長期變化趨勢，利用一元線性回歸方法計算各季和年的直線回歸系數。因變量y和自變量x之間呈線性相關，y和x之間的依存關系可表示為：

yi=α+βxi+ε（1）

該式為總體的一元線性回歸模型。其中α、β是常數。隨機擾動項是無法直接觀測的隨機變量，在圖上β表示直線的斜率，β大于0表示直線向上，β小于0表示直線向下傾斜。

2 河北省降水的空間分布特征

2.1 年平均降水的空間分布特征

圖1為1951—2012年平均降水量分布圖，1951—2012年河北省年平均降水量為360～660 mm。空間分布不均勻，東南多西北少，降水量較大的地區位于燕山和太行山迎風坡一側，而且壩上地區的降水量普遍低于平原地區，西部地區降水量明顯小于東部地區。其中，唐山市、秦皇島市和承德市南部3個地區是河北省年平均降水量高的主要區域。年平均降水量超過600 mm，其中唐山地區年平均降水量則超過650 mm。與其他地區相比，唐山市降水明顯偏多，主要因為其地理位置靠近渤海，東南氣流自海上而來，在陸地得到抬升，極易產生降水，也呈現出沿海地區降水量多于內陸地區的現象。河北省南部的年平均降水為400～500 mm。而西北地區年平均降水量則少于

400 mm，區域主要位于張家口和承德北部，最少區域位于張家口市，年平均降水不足360 mm，為全省最少。

河北省降水出現這種情況的原因包括兩點：一是地理區域不同，二是大氣環流形勢的變化[5]。在極地大陸氣團向南移動和副熱帶海洋氣團向北伸展過程中，由于地形因素影響，高聳的山脈阻礙2個過程的運動，從而使這2個過程向北伸展受到一定影響，使得燕山和太行山山脈的東南迎風坡存在2個多雨中心，所以迎風坡的一側成為河北省降水量較多的地區；在河北省西北高原和中南平原存在2個少雨中心，成為河北省降水量相對較小的地區[6-7]。

2.2 降水的季節分布特征

每年的3—5月、6—8月、9—11月、12月至翌年2月劃分為春、夏、秋、冬4個季節，分析1951—2012年四季平均降水分布情況。

春季河北省降水量為50～70 mm，空間差異較小。從空間分布來看，整體呈中間低、兩頭高的分布形式。夏季河北省降水量為240～480 mm，為全年降水主要集中期，分布空間差異大，整體分布形式與年降水類似，呈現西北少、東南多的態勢。秋季河北省平均降水量為70～90 mm，降水形勢與春季類似，區域整體差異不大，降水強度略強于春季，整體上西北部及中部少、南部及東北部多。冬季是河北全年降水最少的季節，全省平均降水少于14 mm，呈南多北少態勢，并隨緯度增加而遞減。

河北省年平均降水量為360～660 mm，呈西北少、東南多分布形態，唐山市降水量最大，張家口市降水量最少。河北省降水季節分布極不均勻，降水量大小排序依次是夏季、秋季、春季、冬季，其中夏季降水占全年降水的70%，冬季降水只占全年的7%。降水空間形態上春、夏、秋3個季節比較類似，呈西北少、東南多態勢；冬季則呈南多、北少形態。

3 河北省降水的時間變化特征

3.1 降水的年變化特征

1951—1955年河北省有觀測的站點數量少于10個，數據樣本太少，不具有代表性，因此從1956年開始分析降水年變化。

1956—2012年的57年間，河北省平均降水量是499 mm。從降水曲線（圖2）來看，1995年以前河北地區降水大概有一個4年的高—低—高的周期，1995年后這個周期縮短至2～3年。在歷史上河北省經歷了2個相對的干旱時期，一個是1980—1984年，其平均年降水量為420 mm；另一個是1999—2002年，4年平均降水為375 mm。從變化趨勢來看，1956—2012年河北省降水呈遞減趨勢，以每年1.2 mm的趨勢遞減。

分析四季降水量變化，1956—2012年期間河北省春季平均降水量是60 mm，春季降水呈遞增趨勢，以0.3 mm/年的趨勢遞增；夏季平均降水量是352 mm，

夏季降水呈遞減趨勢，以1.8 mm/年的趨勢遞減；秋季平均降水量是79 mm，秋季降水呈遞增趨勢，以0.3 mm/年的趨勢遞增；冬季平均降水量是8.3 mm，冬季降水呈緩慢下降趨勢，以0.02 mm/年的趨勢遞減。河北省年降水量中貢獻最大的是夏季，年降水量遞減主要由于夏季降水量遞減。

3.2 峰值降水原因分析

河北省降水主要來源于夏季，夏季降水的多少將決定河北省的年降水量，必須對河北省夏季降水進行分析。從夏季降水年變化來看，1964年河北省夏季平均降水達到了520 mm，而1999年河北省夏季降水僅有190 mm，選取這兩年作為夏季降水的典型年，對其夏季環流場做平均，分析其環流特征（圖3），以期找到其夏季降水不同的原因。

1964年夏季500 hPa位勢高度平均場上，副熱帶高壓位置偏東，其584位勢10 m線位于我國東部海上，西脊點延伸至福建沿海，中高緯度貝加爾湖地區為高壓脊線控制，新疆、西藏地區為平直的西風氣流，在內蒙古中部—山西—四川一帶為一低壓槽，河北位于低壓槽前部，低壓槽前具有正渦度平流，能夠使地面減壓，利于地面氣旋的生成，從而造成上升運動，形成降水，這是1964年河北省降水偏多的直接原因[8-10]。1999年夏季500 hPa位勢高度平均場上，副熱帶高壓位置較1964年偏西，其584位勢10 m線覆蓋長江中下游以南區域，西脊點延伸至西藏東部，在青?！拭C一帶為一高壓脊，低壓槽位于東北東部至我國東部沿海地區，河北省位于高壓脊線前部，有負渦度平流，利于低層反氣旋發展，利于下沉運動，造成降水較少。

1964年夏季850 hPa上平均高度場上，內蒙古地區為一低壓控制，其低壓槽線向南延伸至四川地區，高壓區域位于海上，河北省位于低壓槽線前部，上空等值線呈東北—西南走向，根據地轉風原理，此時河北省上空為西南風，并且等值線密集，表明西南風強盛，從我國南海至華北都是一致的西南風，這種形勢有利于南海水汽和不穩定能量輸送至河北地區，給河北省降水提供豐富的水汽和熱力條件[11]。1999年夏季850 hPa位勢高度平均場上，我國整個東部地區都被高壓控制，且等值線稀疏，不利于南方水汽向北方傳輸，不利于降水發展。

以上分析表明，夏季降水多的1964年夏季，河北省位于500 hPa高空槽前，低層對應著低壓，有利于降水發展；夏季降水少的1999年夏季，河北省受高壓脊控制，對應低層高壓，不利于降水產生。

4 結論

（1）河北省年平均降水量為360～660 mm，呈西北少、東南多分布形態，唐山市降水量最大，張家口市降水量最少。

（2）河北省降水季節分布極不均勻，降水量大小排序依次是夏季、秋季、春季、冬季，其中夏季降水占全年降水的70%，冬季降水只占全年降水的7%。降水空間形態上春、夏、秋3個季節比較類似，呈西北少、東南多態勢；冬季則呈南多北少形態。

（3）1956—2012年河北省的平均降水量499 mm，年降水以1.2 mm/年的趨勢遞減；春季呈遞增趨勢；夏季呈遞減趨勢；秋季呈遞增趨勢；冬季呈緩慢遞減趨勢。河北省年降水量中貢獻最大的是夏季，年降水遞減主要是夏季降水遞減造成的。

（4）夏季降水多的1964年，夏季平均位勢高度場上河北省位于500 hPa高空槽前，低層對應著低壓，有利于降水發展；夏季降水少的1999年，夏季平均位勢高度場上河北省處于高壓脊控制，對應低層高壓，不利于降水產生。

參考文獻

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收稿日期：2024-03-07

作者簡介：裴瑞穎（1995—），女，河北遷安人，助理工程師，主要從事氣象工作。