北京地铁8号线江浙沪自驾游最美路线孙溦
【摘 要】利用1961～2007年北京地区降水资料,采用气候倾向率、多项式曲线拟合和Morlet小波分析方法,对北京地区暴雨的气候特征及变化趋势进行了分析,结果表明:1)北京地区暴雨有明显的月变化特征, 8月上旬(北京奥运会开幕式前后)是北京地区暴雨出现最为集中的时期.2)1961～2007年北京地区暴雨日数总体表现为波动式的缓慢下降,沙河暴雨日数的下降趋势最不明显,西郊居中,南苑暴雨日数的下降趋势最明显.3)暴雨日数的增减变化具有阶段性特征,1990年前南苑暴雨日数的变化与沙河、西郊有着完全相反的变化趋势.4)北京地区暴雨日数变化具有多重周期性,南苑、西郊和沙河暴雨周期日数不同. 【期刊名称】《气候与环境研究》
【年(卷),期】2010(015)005葫芦岛二手房
【总页数】5页(P672-676)
【关键词】北京;暴雨;多项式曲线拟合;Morlet小波分析
【作 者】孙溦
【作者单位】南京信息工程大学大气科学学院,南京,210044
【正文语种】中 文
【中图分类】P466
AbstractUsing the precipitation data in Beijing during 1961-2007,statisitcs rate of the climatic tendency,polynomial curve fitting,and Morlet wavelet method,the climatic characteristics and the trends of the climatic change of rainstroms in Beijing were analysed.The results show that:1)Rainstorm has obvious monthly variation characteristics,the first 10 days of August(before and after the Beijing Olympic Games opening ceremony)are the most evident stage of the rainstorm days in Beijing.2)The general trend of the annual rainstorm days has slowly decreased with fluctuation in Beijing during 1961-2007,the descending rate of the annual rainstorm days at Shahe station is the slightest,that at the Xijiao station is second,and that at Nanyuan station is th
e most marked among the three stations.3)The variations of the incremental and reduced rainstorm days have periodic characteristics,and there are absolutely opposite variation trends at Nanyuan station before 1990,in comparison with Shahe station and Xijiao station.4)The variations of the annual rainstorm days have multiple periodicity in Beijing.Different periodic oscillations of the annual rainstorm days exist at Nanyuan station,Shahe station,and Xijiao station.
Key wordsBeijing,rainstorm,polynomial curve fitting,Morlet wavelet analysis
研究表明 (郭虎等,2008),北京奥运会期间高温灾害和暴雨灾害是7种主要气象灾害中风险承受能力与风险控制能力最弱的气象灾害。另外,降水还是污染物湿沉降的重要因素。因此,深入研究北京暴雨天气气候特征及其演变规律,对提高北京奥运会期间气象灾害防范能力以及保障空气质量具有借鉴意义。
对于北京地区暴雨的研究工作,杨培才和张琦娟 (1978)、李津和王华 (2006)、孙继松等(2006)、刘还珠等 (2007)从暴雨的典型个例分析入手,着重分析了暴雨发生时的大、中尺度环流形势、城市边界层作用和雷达回波特征,这些工作为认识北京地区暴雨产生时的环境特
征奠定了基础。然而针对近年来北京地区暴雨气候特征及其变化趋势的分析研究还不多见。本文利用1961～2007年近47年北京地区降水资料,分析北京地区暴雨时空特征及其变化趋势,为北京奥运会气象防灾工作和保障空气质量提供参考依据。
在研究北京城市气候问题时,对于测站的选取,李兴荣等 (2007)将海淀作为3个城区站之一。张立杰等 (2009)指出北京夏季盛行偏南风,大兴、海淀和昌平3站分布符合从南到北且横跨城区的条件,大兴位于城区上风向,海淀位于城区,昌平则位于城区的下风向,这3站的气象要素时间序列很可能包含了城市化的信息,并使用上述3站资料来探讨城市化对北京地区夏季降水的影响。郭虎等 (2008)认为,大兴、昌平属于北京地区气象灾害易损度中值区,海淀属于北京地区气象灾害易损度高值区。因此本文使用南苑(位于大兴)、沙河 (位于昌平)、西郊 (位于海淀)1961～2007年降水资料 (图1),分析北京地区暴雨特征及其变化情况。
在资料统计时做如下规定,即12 h降水量≥
30.0 mm或24 h降水量≥50.0 mm为暴雨日,24 h降水量≥100.0 mm为大暴雨日。3站暴雨日数独立统计。
尽管降水、暴雨的时间序列变化趋势是非线性的,但为了问题讨论的直观性,本文首先采用线性拟合得出的气候倾向率来讨论暴雨的平均变化趋势 (廖雪萍等,2007;杨金虎等,2008;张立杰等,2009)。因此,计算暴雨日数年变化曲线并在此基础上建立暴雨日数一元线性回归方程
其中,y为单站暴雨日数;t为时间;系数b为线性趋势项,其正负反映单站暴雨日数逐年上升或下降的趋势,10b为单站暴雨日数的气候倾向率,反映暴雨日数每10年的变化情况;c为截距。此外,还采用多项式曲线拟合方法分析了暴雨变化趋势的具体情况和阶段性特征。
对于给定的 n对观测数据 (xi,yi) (i=1, 2,…,n),用m-1次多项式
进行曲线拟合。p是任意函数。按照最小二乘法原理,拟合曲线的要求应满足:
当n=1时,拟合为线性拟合。对于北京地区暴雨天气而言,n=2～5时,它们的拟合曲线接近重合,表现为波动振幅很弱的单峰 (谷)形态,无法反映出暴雨天气气候变化的波动性和阶段性特征;当n=6时,拟合曲线可以反映出这两种状态。因此,选用6次多项式曲线来分析暴雨天气气候变化的具体情况。
Morlet小波分析具有多分辨率分析的特点,它优于传统的Fourier分析,近年来广泛应用于多尺
度气候分析研究 (廖雪萍等,2007;杨金虎等, 2008),并取得了较好的效果。Morlet小波 (实部)变化系数的大小代表某一尺度波动振幅的大小,反映它所对应时段时间尺度的周期性是否显著,小波系数正负分别表示该时段要素为偏多期和偏少期,小波系数零值线,对应要素气候突变(转折)期 (廖雪萍等,2007)。
3.1 暴雨的月变化特征
北京地区暴雨存在明显的月变化特征。除沙河暴雨结束较早外,3站暴雨的月分布特征基本相同。暴雨可出现在4～10月,6月是暴雨的突增期,9月是陡减期,暴雨主要集中在7～8月,7月达到最大值 (表1)。若按旬统计,8月上旬(即奥运会开幕式前后)是北京地区暴雨出现最为集中的时段,这短短10天之内所发生的暴雨次数占年暴雨总数的24.1%(表略)。各站各月平均暴雨日数也不相同,6月和8月西郊最多,7月南苑最多。
3.2 暴雨的年变化特征
从近47年年平均统计来看,沙河、西郊、南苑年平均暴雨日数分别为3.45 d、3.83 d和3.53 d,城区略多于郊区。由图2可见,3站暴雨日数的年际变化都很大,暴雨日数最多年与最少年相
什么地方好玩又便宜差8～9 d。从3站的线性变化趋势来看,近47年3站暴雨日数均呈缓慢下降趋势,这与王萃萃和翟盘茂 (2009)对北京1951～2005年极端强降水强度呈减少趋势的研究结论相吻合。但3站暴雨日数的气候倾向率各不相同,南苑、西郊和沙河平均每10年分别下降0.542 d、0.253 d和0.121 d。南苑暴雨日数下降最为明显,西郊次之,沙河暴雨日数下降最不明显,其气候倾向率与西郊、南苑相差1～2倍。为了解释3站暴雨日数下降趋势的不同,分别计算了南苑和沙河年平均相对湿度、相对湿度≥70%和相对湿度≥85%的年日数变化趋势 (见表2)。结果显示,南苑下降趋势都最为明显,这有助于解释南苑暴雨日数下降最为明显的现象。形成这种现象的原因也与城市盛行风下方往往存在降水的高值区 (周丽英和杨凯, 2001)、城市化地区对下风向地区有增雨效应 (张立杰等,2009)有关。
采用6次多项式对年暴雨日数变化进行阶段性分析 (图3),发现3站暴雨日数均呈波动式的缓慢下降。暴雨日数的多寡具有阶段性特征,尤其值得关注的是,南苑暴雨日数的年变化在1990年之前,与其他2站有着完全相反的变化形式(西郊与沙河变化形式相同,图略)。1961～1970年南苑先降后升表现为谷的形态,西郊、沙河先升后降表现为峰的形态;1970～1982年南苑表现为峰,西郊、沙河转为谷;1982～1990年西郊、沙河为暴雨日数增多阶段,南苑为暴雨日数缓慢减少阶段;1990年开始,3站的变化趋势趋同。在这一轮峰谷转换间,总体而言,沙
河与南苑的波动振幅差距较西郊大,这一点与3站气候倾向率数值表现一致。
3.3 周期及突变分析
由Morlet小波分析 (图4)可以看出,各站暴雨日数周期不完全相同。沙河在长时间尺度上,准22 a振荡为主周期;准4 a振荡为次周期,其中准4 a振荡在20世纪70年代至80年代初比较显著。西郊长时间尺度上,20～22 a振荡为主周期 (1986年前为准20 a,1986年后为准22 a),准3 a振荡为次周期;在短时间尺度上,1990年后11 a振荡也较明显。相比沙河和西郊而言,南苑的暴雨日数振幅不强,长时间尺度上,主周期为准35 a振荡,次周期为8～10 a振荡 (1980年前和2002年后为8 a振荡,1980～2002年为10 a振荡)。
突变分析表明,3站突变年并不一致。突变年沙河为 1973、1987和 2001年,西郊为 1973、1983、1996和2005年,南苑为1966、1976、1982和1991年。从暴雨日数6次多项式曲线变化趋势及暴雨周期转换分析结果看,20世纪末至21世纪初正经历暴雨日数相对减少的过程,相对这一阶段,未来几年北京暴雨日数有相对增多的可能。三潭印月33个月亮照片
(1)北京地区暴雨天气有明显的季节特点。6月和9月分别是暴雨的突增期和陡减期,7月为峰值期,8月上旬是北京地区暴雨出现最为集中的时段,其暴雨日数占年暴雨总数的24.1%。
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(2)1961～2007年北京地区暴雨日数总体表现为波动式的缓慢下降。南苑、西郊和沙河平均每10年分别下降0.542 d、0.253 d和0.121 d,南苑暴雨日数下降最为明显,西郊次之,沙河暴雨日数下降最不明显。南苑暴雨日数下降最为明显可能与其相对湿度的显著下降有关。
(3)暴雨日数的增、减具有阶段性特征, 1990年前南苑与沙河、西郊有着完全相反的增、减变化趋势。20世纪末至21世纪初正经历暴雨日数相对减少的过程,未来几年北京暴雨日数有相对增多的可能。
(4)北京地区暴雨日数变化具有多重周期性,南苑、西郊和沙河暴雨周期不同。
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