中國(guó)華北地區(qū)晝夜降水時(shí)空變化特征

賈艷青,張 勃,張耀宗,馬 彬,唐 敏,王國(guó)強(qiáng),劉秀麗,羅正明

(1.忻州師范學(xué)院地理系,山西忻州034000;2.西北師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,甘肅蘭州730070)

中國(guó)華北地區(qū)晝夜降水時(shí)空變化特征

賈艷青1,2,張 勃2,張耀宗2,馬 彬2,唐 敏2,王國(guó)強(qiáng)2,劉秀麗1,羅正明1

(1.忻州師范學(xué)院地理系,山西忻州034000;2.西北師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,甘肅蘭州730070)

基于1960-2014年華北地區(qū)68個(gè)觀測(cè)站點(diǎn)逐日氣象資料,分析了華北地區(qū)晝夜降水的時(shí)空變化特征。結(jié)果表明:華北地區(qū)年晝夜降水量呈現(xiàn)由東南向西北階梯式減少的趨勢(shì),晝降水量年均減少0.70 mm,夜降水量年均減少0.39 mm。華北地區(qū)東北部和山東丘陵地區(qū)中西部晝降水量下降趨勢(shì)較明顯,華北中西部、山東丘陵地區(qū)東南部夜降水量下降趨勢(shì)較明顯。近35年,華北地區(qū)晝夜降水量偏少,其中,1980s是晝夜降水最少的階段。華北地區(qū)夏季和秋季晝降水量均呈減少趨勢(shì),且夏季減少趨勢(shì)明顯;春季和冬季晝降水量呈增加趨勢(shì)。華北地區(qū)夜降水量春、夏、秋季均呈減少趨勢(shì),且夏季和秋季減少趨勢(shì)較明顯。夏季晝降水的顯著減少是華北地區(qū)降水減少的主要原因之一,華北中部平原地區(qū)、山東丘陵地區(qū)夏季晝降水量減少幅度大于西部山地地區(qū)。

晝夜降水;時(shí)空特征;變化趨勢(shì);華北地區(qū)

氣候變暖背景下,中國(guó)降水量的變化存在明顯的區(qū)域差異[1]。已有研究表明,中國(guó)東南沿海、長(zhǎng)江下游以及青藏高原、西北地區(qū)西部降水增加,而東北中南部、華北、華中、西北東部地區(qū)和西南地區(qū)降水減少[2-8]。近30年中國(guó)北方干旱化趨勢(shì)日趨嚴(yán)重,持續(xù)性的降水減少是當(dāng)前北方大部分地區(qū)顯著干旱化的主要原因之一[9-12]。這一趨勢(shì)在華北地區(qū)表現(xiàn)尤為明顯。華北地區(qū)人均水資源不足全國(guó)人均水平的1/6,而天然降水是水資源的重要來(lái)源。受全球氣候變化的影響,自20世紀(jì)60年代中期以后,特別是80、90年代以來(lái),華北地區(qū)降水減少明顯[13]。近年來(lái)由降水減少造成干旱化加劇的趨勢(shì)[9,11,14],已嚴(yán)重威脅到區(qū)域自然生態(tài)環(huán)境安全,影響了工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活,引起政府和學(xué)界的廣泛關(guān)注。現(xiàn)有對(duì)華北地區(qū)降水的研究集中在降水變化規(guī)律和降水異常的原因上[15-23],對(duì)該地區(qū)晝夜降水詳細(xì)變化特征的研究較少,尤其缺乏對(duì)華北干旱與晝夜降水量變化關(guān)系的深入研究。鑒于此,本文分析了近55年華北地區(qū)晝夜降水的氣候特征和變化規(guī)律,旨在深入認(rèn)識(shí)華北地區(qū)降水變化規(guī)律,為改進(jìn)華北地區(qū)降水預(yù)測(cè)和干旱監(jiān)測(cè)水平提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)方法

華北地區(qū)包括北京市、天津市、河北省、河南省、山東省、山西省6個(gè)省(市)[24,25],位于32°～43°N,112°～124°E,總面積約69.56萬(wàn)km2。該區(qū)東瀕黃海、渤海,西倚太行山山脈,北接內(nèi)蒙古高原,南部為黃淮海大平原,屬半濕潤(rùn)半干旱氣候區(qū),水資源不足,干旱頻繁,冬季寒冷干燥,夏季炎熱多雨。根據(jù)自然地貌、水熱條件,將華北地區(qū)分為3個(gè)自然分區(qū):西部山地地區(qū),共分布26個(gè)氣象站點(diǎn);中部平原地區(qū),共分布29個(gè)氣象站點(diǎn);山東丘陵地區(qū),共分布13個(gè)氣象站點(diǎn)。圖1為研究區(qū)地形和氣象站點(diǎn)分布。

圖1 研究區(qū)氣象站點(diǎn)分布Fig.1 The spatial distribution of meteorological stations in study area

本文選用1960-2014年華北地區(qū)68個(gè)氣象站點(diǎn)夜間(20:00-8:00)、白晝(8:00-20:00)的降水觀測(cè)數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)氣象數(shù)據(jù)共享網(wǎng)(http://cdc.cma.gov.cn/home.do),對(duì)個(gè)別臺(tái)站的缺測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了插補(bǔ)處理,數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的質(zhì)量控制,具有較好的連續(xù)性和覆蓋性。依據(jù)氣象劃分法(12月-次年2月為冬季,3-5月為春季,6-8月為夏季,9-11月為秋季)生成各站點(diǎn)季節(jié)氣象序列。DEM數(shù)據(jù)為美國(guó)國(guó)防部國(guó)家測(cè)繪局發(fā)布的SRTM數(shù)據(jù)(http://www.cgiar-csi.org/),分辨率為90 m ×90 m。運(yùn)用線性趨勢(shì)分析法分析每個(gè)氣象站點(diǎn)逐年、逐季的晝夜降水均值。采用反距離加權(quán)插值方法,繪制華北地區(qū)晝夜降水量及降水傾向率的空間分布圖,分析晝夜降水量的空間特征。

2 結(jié)果與分析

2.1 多年平均晝夜降水量空間分布

由華北地區(qū)晝夜降水量多年平均值的空間分布圖(圖2)可以看出,夜降水量(圖2a)多年平均值為317.23 mm,晝降水量(圖2b)多年平均值為298.87 mm。華北地區(qū)晝夜降水空間分布類似,夜降水量低值區(qū)位于西部山地西北部,多年平均值為171.75～221.75 mm;高值區(qū)位于河南省中南部、山東丘陵地區(qū)西部和東南部,多年平均值為371.75～567.98 mm。晝降水量高值區(qū)在山東丘陵地區(qū)、河南南部地區(qū),多年平均值為298.99～552.62 mm;低值區(qū)在華北西部山地大部分地區(qū)、華北平原西北部,多年平均值為198.99～298.99 mm。3個(gè)自然分區(qū)山東丘陵地區(qū)、華北中部平原和西部山地夜降水量多年平均值分別為391.20 mm、350.11 mm、243.57 mm,晝降水量多年平均值分別為345.45 mm、311.55 mm、261.44 mm?？傮w看,華北地區(qū)晝降水量占總降水量的48.5%,夜降水量占總降水量的51.5%,晝夜降水量呈現(xiàn)由東南向西北階梯式減少的趨勢(shì)。

圖2 1960-2014年華北地區(qū)年均晝夜降水量空間分布Fig.2 Distribution of mean annual day/night precipitation in North China during 1960-2014

2.2 晝夜降水年際變化特征

分析華北全區(qū)及各分區(qū)晝夜降水量歷年變化及線性趨勢(shì)(圖3),發(fā)現(xiàn)晝夜降水量存在明顯的年際波動(dòng)。過(guò)去55年,全區(qū)晝夜降水量均呈減少趨勢(shì),晝降水量(圖3a)減少速率為-7.03 mm/10 a(P＜0.05),夜降水量(圖3e)減少速率為-3.85 mm/10 a;晝夜降水量最大值均出現(xiàn)在1964年,最小值分別出現(xiàn)在1997年、1999年。從空間變化趨勢(shì)看,華北全區(qū)年夜降水量(圖4a)有75%的站點(diǎn)呈減少趨勢(shì),年晝降水量(圖4b)有81%的站點(diǎn)呈減少趨勢(shì)。夜降水量減少較明顯的區(qū)域分布在山西五臺(tái)山—隰縣—榆社以及山東海陽(yáng)—日照—濰坊一帶,減少幅度在-33.62～-9.16 mm/10 a之間,各站點(diǎn)夜降水量平均減少速率為-15.61 mm/10 a。在京津唐地區(qū)、河北東部和山東丘陵地區(qū)中西部晝降水減少趨勢(shì)明顯,減少速率在-29.89～-10.44 mm/10 a之間;其中山東莒縣站晝降水量減少趨勢(shì)最顯著,減少速率達(dá)-29.89 mm/10 a,河北樂(lè)亭站晝降水減少速率最小,為-10.44 mm/10 a,各站點(diǎn)平均減少速率為-16.09 mm/10 a。

華北不同自然區(qū)晝夜降水量年際變化趨勢(shì)差異較大。在西部山地(圖3b),晝降水量減少趨勢(shì)不明顯(-0.36 mm/a)。20世紀(jì)60年代中期至80年代末期,大部分年份晝降水量在平均值附近呈小幅波動(dòng),變化較平穩(wěn);90年代表現(xiàn)出明顯減少趨勢(shì),到1997年達(dá)最低值(176.30 mm);2000年后表現(xiàn)出先上升后變化相對(duì)平穩(wěn)的趨勢(shì)。該區(qū)夜降水量(圖3f)年均下降0.49 mm,最低值為150.66 mm(1965年),最高值為383.35 mm(1964年),說(shuō)明20世紀(jì)60年代年夜降水量變幅較大。70年代至80年代中期,夜降水量呈先增加后減少的趨勢(shì);80年代中期至90年代中后期,在平均值附近變化平穩(wěn);2000年后又表現(xiàn)出明顯增加的趨勢(shì)?？臻g分布上,年晝降水量69%的站點(diǎn)呈減少趨勢(shì),其中4%的站點(diǎn)通過(guò)0.05的顯著性檢驗(yàn);年夜降水量85%的站點(diǎn)呈減少趨勢(shì),其中8%的站點(diǎn)通過(guò)0.05的顯著性檢驗(yàn)。

在華北中部平原,晝降水量(圖3c)減少趨勢(shì)較明顯(-0.81 mm/a)。20世紀(jì)60年代中后期呈減少趨勢(shì),70年代初期至90年代末期變化較平穩(wěn), 2000年后表現(xiàn)出先增加后減少的趨勢(shì)。該區(qū)夜降水量(圖3g)呈微弱減少趨勢(shì)(-0.35 mm/a)。在20世紀(jì)60年代中后期減少幅度較大,70年代至80年代末變化較平緩,90年代至2000s呈先減少后增加的趨勢(shì)。空間分布上,年晝降水量有90%的站點(diǎn)呈減少趨勢(shì),其中14%的站點(diǎn)通過(guò)0.05的顯著性檢驗(yàn);年夜降水量有72%的站點(diǎn)呈減少趨勢(shì)。

在山東丘陵地區(qū),晝降水量(圖3d)減少趨勢(shì)明顯(-1.15 mm/a)。從20世紀(jì)60年代中期晝降水量開(kāi)始減少,1986年出現(xiàn)最低值(204.07 mm),之后迅速升高,1990年達(dá)到最高值(644.00 mm),90年代后變化較平緩。夜降水量(圖3h)呈微弱減少趨勢(shì)(-0.35mm/a)。自20世紀(jì)60年代中期夜降水量呈減少趨勢(shì),70年代初至80年代中期、80年代中期至2000s中期以及2000s中期后均表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)?？臻g分布上,晝降水量有85%的站點(diǎn)呈減少趨勢(shì),其中有23%的站點(diǎn)通過(guò)0.05的顯著性檢驗(yàn);夜降水量有62%站點(diǎn)呈減少趨勢(shì),其中8%的站點(diǎn)通過(guò)0.05的顯著性檢驗(yàn)。

在3個(gè)自然分區(qū)中,山東丘陵地區(qū)年晝降水量減少趨勢(shì)最明顯,華北西部山地年夜降水量減少趨勢(shì)最明顯(圖4)。晝夜降水在山東丘陵地區(qū)的東西兩側(cè)大致呈相反的變化趨勢(shì)(圖4),且山東丘陵地區(qū)晝夜降水的減少主要是由于暴雨日數(shù)的減少造成的[26]。華北西部山地年降水量在1957-2012年呈現(xiàn)減少趨勢(shì)[27],且該區(qū)在2000s夜降水減少明顯(圖3f),這也是造成該區(qū)降水量減少的直接原因之一。

圖3 1960-2014年華北地區(qū)年晝夜降水量變化趨勢(shì)Fig.3 Variation of the annual day/night precipitation in North China during 1960-2014

圖4 華北地區(qū)晝夜降水變化趨勢(shì)空間分布Fig.4 Spatial distribution of change trends of the annual day/night precipitation in North China during 1960-2011

2.3 晝夜降水代際變化

降水距平百分率反映某一時(shí)段降水與同期平均狀態(tài)的偏離程度,用來(lái)表示區(qū)域的旱澇等級(jí)。由華北地區(qū)晝夜降水代際變化(表1)可知,在20世紀(jì)60、70年代,華北地區(qū)晝夜降水距平百分率均為正值,晝夜降水量均值均高于晝夜降水量多年平均值,表明該時(shí)段晝夜降水量偏多。從80年代開(kāi)始,晝、夜降水距平百分率降為負(fù)值,分別在-5.66%～-1.88%、-4.94%～-1.03%之間,晝夜降水量進(jìn)入減少階段。同時(shí),80年代是全區(qū)晝夜降水最少的年代,也是負(fù)距平年數(shù)最多的年代(晝夜降水負(fù)距平年數(shù)分別是8 a和7 a)。50年中,華北全區(qū)晝夜降水負(fù)距平年數(shù)分別是26 a和22 a,且晝降水量偏少的年數(shù)多于夜降水量偏少的年數(shù)。

3個(gè)分區(qū)中,華北西部山地和中部平原地區(qū)晝夜降水變化特征相似。在20世紀(jì)60、70年代,各分區(qū)晝降水距平百分率在1.84%～11.85%之間,夜降水距平百分率在2.55%～8.08%之間,這兩個(gè)時(shí)段晝夜降水量偏多;在80年代,晝、夜降水距平百分率降為負(fù)值,分別在-16.58%～-1.63%、-14.94%～-1.4%之間,3個(gè)分區(qū)晝夜降水量開(kāi)始減少。該階段,山東丘陵地區(qū)晝夜降水減少幅度最大,晝夜降水負(fù)距平的年數(shù)分別是9 a和7 a,80年代也是該區(qū)晝夜降水最少的一個(gè)階段。這與董旭光等[26]研究得出的“80年代山東降水日數(shù)和降水強(qiáng)度均在平均線以下,該時(shí)段是山東歷史上比較嚴(yán)重的干旱時(shí)期”結(jié)論基本一致。90年代,華北西部山地、中部平原晝夜降水量偏少(晝夜降水距平百分率為負(fù)值),而在山東丘陵地區(qū)晝夜降水量有所增加。在2000s,華北西部山地和中部平原晝夜降水變化規(guī)律相似,晝夜降水偏少,晝夜降水均值小于多年平均值,其中西部山地夜降水量下降幅度最大;該時(shí)段山東丘陵地區(qū)晝降水量偏少,夜降水量偏多?？傮w上,在60、70年代華北全區(qū)及各分區(qū)晝夜降水距平百分率均為正值,晝夜降水量偏多;70年代后期華北大部分地區(qū)晝夜降水量開(kāi)始減少;20世紀(jì)80、90年代和2000s,全區(qū)、西部山地和中部平原晝夜降水量偏少。

表1 華北地區(qū)及各分區(qū)晝夜降水年代際變化特征Table 1 The variation character of day/night precipitation for decade in North China and subregions

2.4 晝夜降水季節(jié)變化特征

2.4.1 降水量季節(jié)變化特征 由圖5可見(jiàn),華北地區(qū)春、夏、秋、冬多年平均晝降水量分別為48.86 mm、179.47 mm、58.89 mm、11.76 mm,多年平均夜降水量分別為51.25 mm、188.39 mm、65.43 mm、12.28 mm,四季平均夜降水量均大于晝降水量,夏季晝夜降水量最多,秋季和春季次之,冬季最少。從季節(jié)變化看,春、夏、秋、冬晝降水變化速率分別為0.18 mm/10 a、-5.76 mm/10 a、-1.74 mm/10 a、0.26 mm/10 a,夜降水變化速率分別為-0.14 mm/10 a、-3.14 mm/10 a、-0.82 mm/10 a、-0.0008 mm/10 a。華北地區(qū)夏季和秋季年晝降水有減少的趨勢(shì),且夏季減少趨勢(shì)較明顯;春季和冬季有增加的趨勢(shì),且冬季增加趨勢(shì)較明顯。只有夏季晝降水減少趨勢(shì)通過(guò)0.05的顯著性水平檢驗(yàn),其他季節(jié)晝降水增加或減少趨勢(shì)均未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。華北地區(qū)春、夏、秋季夜降水均表現(xiàn)為減少趨勢(shì),且夏季和秋季減少趨勢(shì)較明顯,冬季夜降水變化趨勢(shì)不明顯。華北地區(qū)夏季降水量占全年降水量的比重最大,因此夏季晝降水的顯著減少是該區(qū)降水減少的主要原因之一。該區(qū)夏季晝夜降水量均呈減少的趨勢(shì)與郝立生等[28,29]得出的“華北地區(qū)夏季降水呈顯著減少的趨勢(shì)”結(jié)論一致。

圖5 1960-2014年華北地區(qū)年晝夜降水量季節(jié)變化趨勢(shì)Fig.5 Seasonal variation of the day/night precipitation in North China during 1960-2014

2.4.2 降水量季節(jié)變化空間分布特征 從各分區(qū)分析(圖6),春季夜降水量(圖6a)在華北西部山地(0.16 mm/10 a)和山東丘陵地區(qū)(1.548 mm/10 a)呈增加趨勢(shì),在中部平原(-1.158 mm/10 a)為減少趨勢(shì)。春季晝降水量(圖6b)在中部平原(0.012 mm/10 a)和山東丘陵地區(qū)(1.772 mm/10 a)為增加趨勢(shì),在西部山地(-0.42 mm/10 a)為減少趨勢(shì)?？臻g分布上,夜降水量有43%的站點(diǎn)年際傾向率小于0,晝降水量有68%的站點(diǎn)年際傾向率大于0。所有站點(diǎn)晝夜降水變化趨勢(shì)都未通過(guò)0.05的顯著性檢驗(yàn),春季華北地區(qū)大部分站點(diǎn)晝降水量呈增加趨勢(shì)。

夏季夜降水量(圖6c)在華北西部山地(-4.259 mm/10 a)、中部平原(-2.177 mm/10 a)和山東丘陵地區(qū)(-3.038 mm/10 a)呈減少趨勢(shì),其中西部山地減少幅度最大。夏季晝降水量(圖6d)在西部山地(-2.782 mm/10 a)呈減少趨勢(shì),在中部平原(-6.717 mm/10 a)和山東丘陵地區(qū)(-9.581 mm/10 a)呈顯著減少趨勢(shì)(P＜0.05)。夏季夜降水有68%的站點(diǎn)呈減少趨勢(shì),減少速率在-27.40～-0.50 mm/10 a之間,其中,五臺(tái)山站、海陽(yáng)站減少趨勢(shì)通過(guò)0.01的顯著性檢驗(yàn),張北站、豐寧站、懷來(lái)站通過(guò)0.05的顯著性檢驗(yàn)。夏季晝降水有76%的站點(diǎn)呈減少趨勢(shì),減少速率在-27.11～-0.19 mm/10 a之間,其中4%的站點(diǎn)減少趨勢(shì)通過(guò)0.01的顯著性檢驗(yàn),12%的站點(diǎn)通過(guò)0.05的顯著性檢驗(yàn)。

秋季晝夜降水(圖6e、圖6f)變化趨勢(shì)相似,在華北北部均表現(xiàn)出增加的趨勢(shì),在華北南部均表現(xiàn)出減少趨勢(shì)。秋季夜降水(圖6e)在華北西部山地(-0.604 mm/10 a)、中部平原(-0.309 mm/10 a)和山東丘陵地區(qū)(-2.367 mm/10 a)均為減少趨勢(shì)。秋季夜降水(圖6e)在華北北部的增加趨勢(shì)與該區(qū)夏季夜降水(圖6c)的減少形成對(duì)照。秋季晝降水(圖6f)在華北西部山地(-0.544 mm/10 a)、中部平原(-1.696 mm/10 a)和山東丘陵地區(qū)(-4.213 mm/10 a)呈減少趨勢(shì)。秋季夜降水有69%的站點(diǎn)呈減少趨勢(shì),其中1個(gè)站點(diǎn)通過(guò)0.05的顯著性檢驗(yàn)。秋季晝降水有68%的站點(diǎn)呈減少趨勢(shì),大部分站點(diǎn)位于中部平原和山東丘陵地區(qū),其中龍口、日照呈顯著減少趨勢(shì)(P＜0.05)?？梢?jiàn)秋季晝夜降水減少趨勢(shì)具有區(qū)域普遍性,其中山東丘陵地區(qū)晝夜降水減少幅度最大。

冬季夜降水量(圖6g)在華北中部平原(0.116 mm/10 a)和山東丘陵地區(qū)(0.179 mm/10 a)呈微弱增加趨勢(shì),在西部山地(-2.367 mm/10 a)呈小幅減少趨勢(shì)。冬季晝降水量(圖6h)在西部山地(0.129 mm/10 a)、中部平原(0.305 mm/10 a)和山東丘陵地區(qū)(0.424/10 a)均呈微弱增加趨勢(shì)。夜降水有54%的站點(diǎn)表現(xiàn)為減少趨勢(shì),晝降水有65%的站點(diǎn)呈增加趨勢(shì)。

圖6 1960-2014年華北地區(qū)晝夜降水季節(jié)變化趨勢(shì)空間分布Fig.6 Spatial distribution of change trends of the seasonal day/night precipitation in North China during 1960-2014

3 結(jié)論與討論

基于華北地區(qū)68個(gè)氣象站點(diǎn)1960-2014年的日降水資料,分析了該區(qū)晝夜降水時(shí)空變化特征。結(jié)論如下:1)近55年華北地區(qū)年晝夜降水在空間分布上呈由東南向西北階梯式遞減。除華北西部山地地區(qū)外,中部平原和山東丘陵地區(qū)晝降水量均大于夜降水量。2)近55年華北全區(qū)多年平均晝夜降水量呈減少趨勢(shì)且晝降水量減少趨勢(shì)大于夜降水量減少趨勢(shì)。在空間分布上,華北全區(qū)年晝降水量有81%的站點(diǎn)呈減少趨勢(shì),年夜降水量有75%的站點(diǎn)呈減少趨勢(shì)。3個(gè)分區(qū)華北西部山地、中部平原、山東丘陵地區(qū)多年平均晝夜降水量均表現(xiàn)為減少趨勢(shì),但減少幅度不同。其中,山東丘陵地區(qū)年晝降水量減少速率最大,西部山地年夜降水量減少速率最大。3)近55年華北地區(qū)晝夜降水量的減少主要發(fā)生在1980-2000s,且以1980s降水減少最為顯著。晝夜降水變化在西部山地地區(qū)和中部平原地區(qū)特征相似,并與整個(gè)華北地區(qū)的變化趨勢(shì)相似。4)華北地區(qū)晝降水量在夏季和秋季表現(xiàn)為減少趨勢(shì),且夏季減少趨勢(shì)較明顯;春季和冬季晝降水量呈增加趨勢(shì),且冬季增加趨勢(shì)較明顯。華北地區(qū)春、夏、秋季夜降水量均表現(xiàn)為減少趨勢(shì),且夏季和秋季減少趨勢(shì)較明顯。華北地區(qū)夏季、秋季晝夜降水量的減少具有全區(qū)普遍性;春季、冬季晝降水量的增加具有全區(qū)普遍性,四季夜降水量減少的區(qū)域差異性特征明顯。

全球變暖背景下,近55年來(lái)華北地區(qū)晝夜降水量空間分布差異明顯,年晝夜降水量總體呈減少趨勢(shì),這與“近60年來(lái)華北地區(qū)降水量出現(xiàn)減少趨勢(shì)”[13,14,19,23]觀點(diǎn)對(duì)應(yīng)。華北地區(qū)與中國(guó)東北中南部、華中和西南地區(qū)一樣,夏季晝夜降水與年降水均呈減少趨勢(shì)[7]。半個(gè)世紀(jì)以來(lái),華北地區(qū)干旱化和水資源短缺主要是由于降水減少造成的[9]。本研究表明,華北地區(qū)夏季晝降水和年晝降水變化趨勢(shì)一致,均呈顯著減少趨勢(shì)(P＜0.05)。由于華北地區(qū)夏季降水量占總降水量的60%以上,夏季降水的減少尤其是晝降水的大幅減少是造成近55年來(lái)該區(qū)年降水量減少的主要原因,這可能加劇干旱化趨勢(shì)和水資源短缺。華北夏季晝夜降水的減少始于20世紀(jì)70年代中期,主要是由于大暴雨頻次的減少造成的,這是華北降水減少的一個(gè)主要特征。

影響華北地區(qū)夏季降水的因素十分復(fù)雜[28-31],該地區(qū)夏季降水異常的原因主要有:第一,季風(fēng)變化。華北地區(qū)降水集中在夏季(6-8月),降水強(qiáng)度與東亞夏季風(fēng)強(qiáng)度密切相關(guān)。Li等研究表明[32],東亞夏季風(fēng)在20世紀(jì)70年代中期發(fā)生顯著變化, 1976年以后,東亞轉(zhuǎn)為弱夏季風(fēng)階段。夏季風(fēng)主要通過(guò)輸送來(lái)自西太平洋和東部地區(qū)的暖濕氣流影響華北地區(qū)夏季降水,夏季風(fēng)的減弱導(dǎo)致輸送到華北地區(qū)的水汽量不足引起華北夏季降水的減少。第二,大氣環(huán)流變化。華北夏季晝夜降水減少雖是區(qū)域性現(xiàn)象,卻受大尺度環(huán)流的制約。1977年以來(lái)華北地區(qū)上空700 hPa出現(xiàn)反氣旋型環(huán)流異常,并出現(xiàn)明顯偏北風(fēng)異常,且下沉氣流加強(qiáng),水汽出現(xiàn)輻散[33]。同時(shí)對(duì)流層低層到高層?xùn)|亞夏季風(fēng)環(huán)流減弱,在這種異常的大氣環(huán)流背景下,華北上空夏季偏北風(fēng)明顯增強(qiáng),使得不易輸送暖濕氣流,引起夏季降水減少。第三,海溫變化。熱帶太平洋海溫和印度洋海溫異常對(duì)華北夏季降水影響顯著[14,34]。夏季熱帶中、東太平洋和印度洋海溫偏暖時(shí),華北地區(qū)降水偏少;海溫偏冷時(shí),華北地區(qū)降水偏多。華北夏季降水從80年代開(kāi)始明顯減少,這與80年代到90年代初赤道東太平洋、印度洋海表溫度明顯升高對(duì)應(yīng)[35]。本文僅就觀測(cè)事實(shí)分析得出影響華北地區(qū)夏季晝夜降水的重要因子,對(duì)定量描述東亞夏季風(fēng)和海溫變化對(duì)華北晝夜降水變化的影響機(jī)制還應(yīng)進(jìn)一步從華北晝夜降水減少的形成機(jī)理和數(shù)值模擬角度深入探討。

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Characteristics of Spatio-Temporal Variation of Day and Night Precipitation in North China

JIA Yan-qing1,2,ZHANG Bo2,ZHANG Yao-zong2,MA Bin2,T ANG Min2, WANG Guo-qiang2,LIU Xiu-li1,LUO Zheng-ming1
(1.Dep artment of Geography,Xinzhou Normal University,Xinz hou034000; 2.College of Geography and Environmental Science,Northwest N ormal University,Lanz hou730070,China)

Based on the observed daily data at 68 meteorological stations in North China from 1960 to 2014,the spatial and temporal characteristics of day and night precipitation were analyzed by the methods of liner trend and interpolation method IDW in North China.The results show that:1)M ulti-year average spatial distribution of annual day and night precipitation has the characteristics of decreasing from the southeast to the northwest in North China.The day precipitation in North China has decreased by 0.7 mm per year in the past 55 years.The night precipitation in North China has decreased by 0.39 mm per year in the past 55 years.The remarkably decreasing trends show in the north-eastern area and in the middle and west part of the Shandong hilly region on day precipitation,and so does the middle-western part of North China and Southeast of Shandong hilly region on the night precipitation.In recent 35 years,there is less day and night precipitation in North China,with the least precipitation occurring in 1980s.The day precipitation has showed decreasing trends in North China in summer and autumn,and the remarkably decreasing trends show in the summer.Meanwhile,spring and winter have the increasing trends.The night precipitation has showed decreasing trend in spring,summer and autumn,and the remarkably decreasing trends show in the summer and autumn.The day precipitation significantly reduced in summer is the main reason for the decrease of annual precipitation in North China in the past 55 years.T he decreasing trend of day precipitation in central plains region of North China and Shandong hilly region in summer is bigger than that in west mountain region.

day and night precipitation;temporal and spatial characteristics;change trend;North China

P426.6

A

1672-0504(2016)05-0103-07

10.3969/j.issn.1672-0504.2016.05.016

2015-12-24;

2016-03-03

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41561024);高校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金(20136203110002);山西省高等學(xué)校人文社會(huì)科學(xué)重點(diǎn)研究基地項(xiàng)目(2014346);山西省高等學(xué)校哲學(xué)社會(huì)科學(xué)研究項(xiàng)目(2015265);忻州師范學(xué)院青年基金項(xiàng)目(QN201324)

賈艷青(1980-),女,博士研究生,講師,研究方向?yàn)闅夂蜃兓c地表過(guò)程。E-mail:jiayq5170@sina.com