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摘要： 采用海河流域北系20个气象站1956年-2012年降水时间序列，从趋势、周期、突变和空间差异四个方面分析了该地区降水时空变化特征。结果显示：海河北系年降水以14.9 mm/（10a）的速度减少；降水具有多时间尺度下的显著差异特征：月尺度较平稳，仅10月、11月发生显著下降，5月、6月发生显著增加；季尺度上，春、秋季较平稳，夏、冬季呈现下降趋势；年降雨呈现28年显著周期，并且在20世纪80年代前后转入枯水期。地区差异上，山区较平原区降水变化幅度更大，但周期平稳，突变时间更早。
关键词： 海河北系；降水；时间序列；多尺度；时空变化；
中图分类号： P468 文献标志码： A 文章编号：
1672-1683（2016）03-0036-07
Abstract： The annual precipitation time series of 20 climate stations in the northern part of Haihe River Basin from 1956 to 2012 were analyzed in this paper.The spatial and multi-temporal characteristics of the rainfall were analyzed from the aspects of trend test，period analysis，breakpoint detection and spatial heterogeneity analysis.The results showed that：（1） the rainfall of the northern part of Haihe River Basin decreased by 14.9mm per ten years；（2） rainfall of different time scales had significantly different characters：the monthly rainfall was steady，with rainfall in October and November decreasing significantly and that in May and June increasing significantly；the rainfall in spring and autumn were relatively stable and the decline in summer and winter were of significance；the annual rainfall were of 28 years period and switched from wet season to dry season in around 1980s.（3） annual rainfall in mountain areas reduced at a rate twice as quick as that in plain areas，but had more solid period and earlier breakpoint.
Key words： the northern part of Haihe River Basin；rainfall；time series；multi-scale；temporal- spatial variation
海河北系地处北京、天津的上游地区，其水资源系统变化，尤其是降水时空变化直接影响着首都城市圈水资源与生态安全。自1999年以来，海河北系降水整体偏枯，干旱问题突出，水资源量持续衰减且空间差异显著，区域水资源短缺形势严峻[1]。目前，有关海河流域[2-4]、北京及天津[5-7]的降水、气温、径流等变化特征以及极端事件的分析已经取得了较多成果：陈鸣等[8]绘制了海河流域降雨等值线图，划分暴雨落区，统计发现暴雨中心多发生在滦河水系，引起流域区域性暴雨的主要是气旋系统。于赢东等[9]对海河流域降雨演变研究进行总结，1980年-2000年流域降雨较1956年-1979年减少11%，同年地表水资源量减少了40%。王志良等[10]对滦河上游与南水北调中线水源地之间降水丰枯遭遇进行分析，发现滦河流域与中线水源地之间丰枯异步性较好，在合理调蓄下基本能够保障天津市供水。尽管有诸多研究证明海河流域、京津地区降水减少、水资源短缺状况严重的现状，但仍缺乏对京津地区与周边地区降水之间时空关联与差异的研究，以流域为研究尺度忽略了中小尺度地形、植被等因素的影响，以城市为尺度，则不能妥善考虑区域尺度气候的影响。本文以海河北系作为整体研究对象，针对京津地区与上游山区降水之间的差异与联系进行研究，结合海河北系的区域特征，对20个气象站点1956年-2012年的日降水时间序列进行分析，对其时间空间两方面变化特征进行特征描述：从多时间尺度（月、季、年）分析降雨随时间变化的趋势特征、变化幅度以及可能存在的跳跃点，识别年降水多尺度周期特征；对比分析海河北系降水的地区空间差异，为降水预报以及京津地区降水变化归因研究等提供基础与依据。
1 资料与方法
1.1 研究区域与数据资料
海河北系流域面积8.34万 km2，其中山区占62.5%，平原占37.5%，属温带东亚季风气候，区域气候受西伯利亚气团和海洋气团双重影响，多年平均降水约490 mm。本文采用中国气象科学数据共享服务网发布的海河北系域内及其周边20个气象站1956年-2012年降水序列资料，来分析其时空变化特征，气象站点及分布见图1。基于泰森多边形法，根据区域内与周边站点的控制面积计算出各站控制权重，由此计算出区域平均年降水量、季降水量以及月降水量。