玉田县近40 年降水气候变化特征分析

庞 博

（河北省玉田县气象局，河北 玉田 064100）

降水是影响农业生产、生态环境的重要因素，随着气候变暖，降水特征也随之发生很大的变化[1-3]，因此，研究降水的变化特征，对于分析研究本地区的气候变化特点、发展本地农业具有重要意义。

玉田县位于河北省东北部，唐山市最西端，是京津冀一体化的重要组成地区，属于温带大陆性季风气候。近年来在全球变暖大形势下，玉田县的气候也随之发生变化，强降水频发，导致山体滑坡、城市内涝的风险增加。本文利用玉田县1980 年—2019 年近40 年降水资料，统计分析玉田县降水的气候变化特征，对玉田县防灾减灾工作提供科学指导。

1 资料和分析方法

1.1 资料来源

根据玉田县气象站1980 年—2019 年的逐日降水资料，分析其年际变化规律，春（3 月—5 月）、夏（6 月—8 月）、秋（9月—11 月）和冬（12 月—次年2 月）季的季节变化规律，和主汛期（7 月下旬—8 月上旬）降水量的变化特征，并采用统计分析的方法对降水的变化趋势和突变时间进行分析判断。

1.2 分析方法

1.2.1 线性趋势法

采用线性趋势法对降水的变化趋势进行分析。将气象要素表示为时间t 的线性函数，即y=at+b，利用数据资料通过最小二乘法计算出a 和b 的值，其中斜率a 为回归系数，a×10为气象要素的变化速率，a 的正（负）分别代表气象要素呈增高（降低）趋势，a≈0 时代表无明显变化。

1.2.2 Mann-Kendall 法

利用Mann-Kendall（MK）方法检验分析玉田县气候变化趋势。在正序列曲线超过临界值信度线的前提下，若正序列和反序列两个统计量序列仅有一个明显的交叉点，且位于信度线之间，则表明该交叉点为突变点，且统计上显著；若交叉点位于信度线之外，或者存在多个明显的交叉点，则不确定是否为突变点，需结合滑动T 检验结果[4-5]。

1.2.3 滑动t 检验法

滑动T 检验法通过连续变动基准点前后子序列的长度，检验两组样本平均值有无显著性差异，来判断序列的突变。该方法计算简便，结果直观，并且避免了子序列选择的人为干扰，从而增进结果的可靠性。本研究设定子序列最小值为5年，并逐年增加进行滑动T 检验。若滑动T 检验结果显著，则确定该点为显著突变点[6，7]。

2 结果与分析

2.1 降水年际变化

已有研究表明，在年代际尺度上，华北地区降水量为减少趋势，其中在80 年代—90 年代为少雨时段，90 年代中期短暂增加后，在后期降水量又呈减少趋势[8-9]。由图1 所示，玉田县近40 年来降水量变化趋势与华北地区基本一致，年平均降水量为607.07 mm，其变化幅度在315.8～966.4 mm，波动较大，总体呈下降趋势，下降速率为20.5 mm/10 a（a——1 年时间，下同），但变化趋势不显著（未通过α=0.05 的显著性检验）。降水量的变化大致分为两个阶段，具有一定程度的年代际变化特征：1980 年—1999 年降水年际变化略呈上升趋势，该时段降水量最大值出现在1990 年，为898.1 mm；2000年—2019 年降水量明显减少，仅有4 个年份降水量高于累年均值，其余年份降水量均在累年均值附近或以下，2002 年出现了40 年来最小降水量315.8 mm。

2.2 一日最大降水量变化

通过对玉田县近40 年一日最大降水量变化趋势进行分析（见图2），可知一日最大降水量年均值为88.1 mm，其中仅有37.5%的年份高于年均值，其余年份均低于年均值，最高值出现在1984 年，为188.8 mm，最低值出现在2002 年，为27.7 mm，整体下降速率为1.2 mm/10 年，略呈减小趋势，但未通过α=0.05 的显著性检验。通过8a 滑动平均可以看出，一日最大降水量在80 年代中期达最高，之后逐渐下降，90 年代开始至今呈波动变化。

2.3 季节变化

由图3 可见，1980 年—2019 年玉田县春、夏、秋、冬四季降水量表现出明显的季节差异。夏季降水量最多，平均为431.19 mm，占全年降水量平均值为68.55%，最高值出现在1996 年，降水量为678.1 mm，最低值出现在2015 年，降水量为179 mm，仅占全年降水量的39.63%；秋、春降水量次之，降水均值分别为101.54 mm 和73.65 mm，占全年降水比例分别为17.34%和12.45%；冬季降水量最小，降水均值为10.0 mm，占全年降水1.74%。

玉田县主汛期平均降水量为162.07 mm，占夏季降水量的38.3%，最大值出现在2012 年，降水量为482.5 mm，最小值出现在2010 年，降水量为10.3 mm。总体呈下降趋势，下降速率为3.2 mm/10a。通过8a 滑动平均可以看出，近40 年主汛期降水量在80 年代中期和90 年代中期出现两个峰值，逐年降水量在累年均值上下波动，90 年代末期开始，降水量有所减少，75%年份的降水量均低于累年均值。

2.4 降水量的突变检验

如图5（a）所示，UF 和UB 两条曲线在1980 年—2019 年之间共有2 个交点，分别出现在1999 年和2005 年，同时除1981 年外，近40 年来玉田县降水量UF 曲线在1999 年之前均在0 线及以上，而在1999 年之后，UF 曲线基本在0 线以下，说明降水量在1999 年之前降水量呈上升趋势，之后呈降低趋势；结合降水的年际变化曲线（图1），1999 年之后降水量的线性变化趋势低于累年均值，因此，可以确定玉田县近40 年降水量的突变点发生在1999 年；通过进行滑动t 检验（图5（b）），发现1999 年并未通过显著性检验，说明并不是显著突变点。

3 结论

（1）玉田县近40 年来年均降水量为607.07mm，呈减小趋势，减少速率为20.5 mm/10a，但下降趋势并不显著；一日最大降水量年均值为88.1 mm，在80 年代中期达最高，其中1984 年达到最大188.8 mm，之后逐渐下降，90 年代开始至今呈波动变化。

（2）玉田县近40 年降水量的季节变化表现为夏季＞秋季＞春季＞冬季，分别约占全年降水的68.55%、17.34%、12.45%和1.74%。主汛期降水量平均为162.07 mm，占夏季降水的38.3%，其在80 年代中期和90 年代中期出现两个峰值，90 年代末期开始，主汛期降水量有所减少。

（3）通过M-K 检验发现，年均降水量减少的突变时间为1999 年，单位通过显著性检验，不是显著突变点。