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user: 3. 结果与分析 3.1. 年降水事件的气候特征 3.1.1. 降水量 从1988~2015年逐年降水量变化来看(图2)，绝大多数年份渤海A平台年降水量明显少于塘沽和西青，仅在1989、2013年比塘沽略偏多，在1989、2006、2013年比西青略偏多。渤海A平台年平均降水量为323.2 mm，最多年份为505.6 mm (1990年)，最少年份为140.4 mm (2014年)，相差2.6倍。塘沽年平均降水量为533.5 mm，最多年份为833.9 mm (2012年)，最少年份为294.2 mm (2002年)，相差1.8倍。西青年平均降水量为508.8 mm，最多年份为753.5 mm (2012年)，最少年份为327.0 mm (1989年)，相差1.3倍。由此可知，近30年来渤海湾年平均降水量比陆地明显偏少，相差近一倍。 图2. 1988~2015年渤海A平台、塘沽及西青年降水量变化 已有研究指出，华北大部分地区的年降水量呈不同程度的减少趋势 [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]。从1988~2015年逐年降水量线性趋势来看(图略)，渤海A平台、塘沽年降水量均呈线性上升趋势，其增加幅度分别为8.7 mm/10a、21.8 mm/10a，均未通过95%的信度检验；而西青年降水量则呈线性下降趋势，其减少幅度为10.5 mm/10 a，未通过95%的信度检验。 对年降水量采用Mann-Kendall法检验(图3)，可知在20世纪90年代初期，图3(a)~(c)中UF值均出现小于0的值，表明三者降水在该阶段呈减弱趋势。在20世纪末期至21世纪初期，图3(a)~(b)中UF值也出现小于0的值，表明渤海A平台与塘沽年降水量在该阶段也呈减弱趋势，随后UF值开始转为大于0的值，表明年降水量开始呈上升趋势。在2011年渤海A平台降水量发生突变，而塘沽降水量在2006年发生突变。值得注意的是，图3(c)中UF值自20世纪末至今均为小于0的值，表明西青降水量在该阶段一直呈下降趋势。 图3. 1988~2015年渤海A平台(a)、塘沽(b)及西青(c)年降水量Mann-Kendall统计量曲线 3.1.2. 降水日数 由1988~2015年逐年降水日数年变化(图4)可知，绝大多数年份渤海A平台年降水日数明显少于塘沽和西青，仅在1993年比塘沽略偏多，在1993、2003、2004、2006、2007、2012年比西青略偏多。三者年降水日数最多年份均出现在1990年，而最少日数出现年份则不同。渤海A平台年平均降水日数为54.6天，塘沽年平均降水日数为63.4天，西青年平均降水日数为61.1天。由此推知，近30年来渤海湾年平均降水日数比陆地明显偏少。 从1988~2015年逐年降水日数线性趋势来看(图略)，渤海A平台、塘沽年降水日数线性上升趋势不明显，其增加幅度分别为0.1 d/10a、0.2 d/10a，均未通过95%的信度检验；西青年降水日数则呈线性下降趋势，其减少幅度为2.1 d/10a，未通过95%的信度检验。 图4. 1988~2015年渤海A平台、塘沽及西青年降水日数变化 从年降水日数Mann-Kendall统计量曲线可知，图5(a)和图5(b)曲线走势基本一致，在20世纪90年代初期至21世纪初UF值出现小于0的值，表明渤海A平台、塘沽年降水日数在该阶段呈减弱趋势，随后UF值转为大于0的值，年降水日数呈上升趋势，两者年降水日数在20世纪90年代初期、21世纪10年代后期发生突变。而图5(c)中UF值在1992年之后持续小于0，表明西青年降水日数在20世纪90年代初发生突变之后，一直呈减弱趋势。 图5. 1988~2015年渤海A平台(a)、塘沽(b)及西青(c)年降水日数Mann-Kendall统计量曲线 3.2. 各级降水事件的季节特征 3.2.1. 降水量 从各级降水量上看(表1~3)，三者中雨等级年降水量对全年降水量贡献最大，占全年降水量的30%左右。渤海A平台小雨等级年降水量仅次于中雨，大雨和暴雨贡献率相当，而微雨贡献最小，仅占2%。与之不同的是，塘沽和西青暴雨等级年降水量贡献率位居第二，随后是大雨和小雨，最后是微雨。 Table 1 Seasonal average rainfall amount of different categories over Bohai platform A (mm 微雨 小雨 中雨 大雨 暴雨 总雨量 冬季 1.1 3.7 0.8 0 0 5.6 春季 2.1 20.9 16.5 1.7 0 41.2 夏季 2.6 49.1 64.2 57.4 54.6 227.9 秋季 1.8 18.7 20.8 4.2 3 48.5 年 7.6 92.4 102.3 63.3 57.6 323.2 表1. 渤海A平台四季各级平均降水量(毫米) Table 2 Seasonal average rainfall amount of different categories over Tanggu (mm 微雨 小雨 中雨 大雨 暴雨 总雨量 冬季 1.1 7.9 3.7 0 0 12.7 春季 2 25.9 17.7 22.4 1.8 69.8 夏季 2.5 52.6 88.8 81.8 125.4 351.1 秋季 1.7 27.1 36.8 21.9 12.6 100.1 年 7.3 113.5 147 126.1 139.8 533.7 表2. 塘沽四季各级平均降水量(毫米) Table 3 Seasonal average rainfall amount of different categories over Xiqing (mm 微雨 小雨 中雨 大雨 暴雨 总雨量 冬季 0.9 7.2 1.4 0 0 9.5 春季 1.6 25.1 17.8 16.9 2 63.4 夏季 2.7 51.1 90.5 75.5 122.6 342.4 秋季 1.6 26.4 37.6 22 5.9 93.5 年 6.8 109.8 147.3 114.4 130.5 508.8 表3. 西青四季各级平均降水量(毫米) 从四季降水量上看，渤海A平台四个季节的降水量均比塘沽和西青偏少。三者的夏季降水量对全年降水量贡献最大，占全年降水量的70%左右；冬季贡献最小，不到全年降水量的2 %。渤海A平台冬季、春季降水以小雨等级贡献最大，分别占季降水量的66%、51%；夏季、秋季以中雨等级贡献最大，分别占季降水量的28%、43%。与之不同的是，塘沽和西青夏季降水以暴雨等级贡献最大，超过季降水量的三分之一，而其他三个季节贡献最大的降水等级与渤海A平台相同。 3.2.2. 降水日数 渤海A平台与塘沽和西青年平均降水日数相差7天左右。各级降水日数对比可知(表4~6)，渤海A平台除了微雨降水日数多于塘沽和西青之外，其他等级降水日数均少于后两者。三者小雨降水日数最多，其次是微雨，小雨和微雨日数约占总雨日的80%。 Table 4 Seasonal average rainfall days of different categories over Bohai platform A (d 微雨 小雨 中雨 大雨 暴雨 总雨日 冬季 3.5 1.5 0.1 0.0 0.0 5.0 春季 5.9 6.1 1.1 0.0 0.0 13.2 夏季 6.7 11.8 4.0 1.7 0.8 24.9 秋季 4.9 5.3 1.3 0.1 0.0 11.5 年 21.0 24.6 6.4 1.9 0.8 54.6 表4. 渤海A平台四季各级平均降水日数(天) Table 5 Seasonal average rainfall days of different categories over Tanggu (d 微雨 小雨 中雨 大雨 暴雨 总雨日 冬季 3.5 2.7 0.3 0.0 0.0 6.4 春季 5.1 7.1 1.2 0.7 0.0 14.1 夏季 6.8 12.3 5.5 2.4 1.6 28.6 秋季 4.6 6.4 2.4 0.6 0.2 14.2 年 19.9 28.5 9.4 3.7 1.9 63.4 表5. 塘沽四季各级平均降水日数(天) Table 6 Seasonal average rainfall days of different categories over Xiqing (d 微雨 小雨 中雨 大雨 暴雨 总雨日 冬季 2.9 2.4 0.1 0.0 0.0 5.4 春季 4.4 6.5 1.1 0.5 0.0 12.6 夏季 6.6 12.7 5.7 2.3 1.7 28.9 秋季 4.3 6.8 2.4 0.7 0.1 14.2 年 18.1 28.4 9.3 3.5 1.8 61.1 表6. 西青四季各级平均降水日数(天) 从四季降水日数上看，除了渤海A平台春季降水日数比西青偏多之外，其他季节渤海A平台的降水日数均比塘沽和西青偏少。渤海湾与陆地降水日数的季节分布特征一致，夏季最多，春季和秋季次之，冬季最少。且冬季出现微雨等级降水日数最多；春季、夏季和秋季降水日数则以小雨最多，其次是微雨。尽管夏季中雨及其以上等级降水日数较少，少于全年降水日数的15%，但其降水量却接近全年总降水量的60%。因此，夏季中雨及其以上量级的降水日数对渤海湾和陆地年降水量多少至关重要。 3.3. 降水的日变化特征 前面的统计结果指出，渤海湾和陆地夏季降水量约占全年降水量的70 %，因此，夏季是主要降水季，也是暴雨天气的活跃季。由于海陆热力差异和动力、热力强迫的共同作用，海面与陆地降水的日变化特征存在明显差异，本文重点对渤海湾与陆地夏季降水的日变化特征进行对比分析。 3.3.1. 逐小时降水量 图6(a)给出了渤海湾与陆地2005~2015年夏季日降水量变化曲线。从图中可知，渤海A平台夏季一日内不同时次的降水量存在明显的波动，呈三峰型，峰值主要出现在夜间至早上时段，最大值出现在清晨08时，其次是凌晨04时和夜间23时，最小值出现在下午15时，08时降水量是15时的6倍。塘沽与渤海A平台夏季降水日变化特征相似，也表现为三峰型，峰值出现时间相比渤海A平台偏早，最大值出现在清晨05时，其次是凌晨02时和夜间23时。而西青降水量高值区集中在下午至前半夜，最大值出现在夜间22时，其次是下午17时。 3.3.2. 逐小时降水频次 从降水频次日变化曲线(图6(b))可知，降水频次和降水量表现出较为一致的变化特征。渤海A平台降水频次高值区集中在夜间至早上时段，最大值出现在凌晨03时，最小值出现在下午16时。塘沽降水频次高值区也集中在夜间至早上时段，最大值出现在凌晨00时，最小值出现在傍晚19时。而西青降水频次高值区集中在下午至前半夜，最大值出现在凌晨00时，其次是下午16时。 3.3.3. 逐小时降水强度 由降水强度日变化曲线(图6(c))可知，渤海A平台逐小时降水强度呈明显的波动特征，降水强度峰值、谷值出现时次与降水量一致，最大值均出现在清晨08时，其次是凌晨04时和夜间23时；最小值出现在午后15时。需要指出的是，渤海A平台夏季逐小时降水强度变化特征与沿岸及内陆存在明显区别。塘沽降水强度最大值出现在清晨05时，其次是午后14时；而西青降水强度高值区集中在中午、午后至前半夜，最大值出现在中午12时，其次是夜间22时。 图6. 2005~2015年夏季日降水量(a)、降水频次(b)和降水强度(c)变化曲线 3.3.4. 渤海湾与陆地降水的超前滞后相关 图7给出了渤海湾与陆地逐小时降水量、降水频次和降水强度的超前滞后相关变化曲线。由图7(a)可知，塘沽降水量超前渤海A平台3小时的相关系数最大，西青降水量超前渤海A平台6小时的相关系数最大，均超过了99%信度t检验。图7(b)中给出，渤海A平台降水频次与塘沽降水频次同步相关系数最大，西青降水频次超前渤海A平台4小时的相关系数最大，均超过了99%信度t检验。从逐小时降水强度相关曲线图(图7(c))可知，塘沽降水强度超前渤海A平台3小时的相关系数最大，西青降水强度超前A平台7小时的相关系数最大，超过了95%信度t检验。由此可知，渤海湾日降水变化特征与陆地相比存在明显的滞后性。 图7. 渤海湾与陆地逐小时降水量(a)、降水频次(b)及降水强度(c)的超前滞后相关系数(点线为通过99%信度检验)