引言

IPCC第四次评估报告的综合报告指出^[1]，气候系统变暖的客观事实是不容置疑的，所有大陆和多数海洋的观测证据表明，许多自然系统正在受到区域气候变化特别是受到温度升高的影响。在此大背景下，我国学者对中国气候的变化趋势作了许多研究^[2-4]，指出，过去100年中国的气温也明显升高，升幅达0.5～0.8℃。自1970年代以来，在更大范围地区，尤其是在热带和副热带地区，观测到了强度更强、持续时间更长的干旱。这种干旱的形成与温度升高和降水减少有密切的关系。王绍武认为^[5]，近40年中国降水无明显变化趋势，但西部地区降水呈增加趋势，东部及华北等地区则呈减少趋势。丁一汇亦指出，华北地区气候正朝暖干趋势发展^[6]。但是中国各个小区域气候变化趋势与全国，乃至全球并不都相同，而且存在明显的地区性差异。

东营市位于山东省北部，是黄河三角洲地区的中心城市，它的地理位置为36°55′～38°10′N、118°07′～119°10′E。中华民族的母亲河——黄河，在东营市境内流入渤海。由于东营市位居黄河三角洲，特殊的地理位置和地形、地貌，使得在这种小区域范围内，气候变化趋势表现出明显的地域特色，比如暴雨。为了揭示东营市在暴雨方面的气候特征，作者利用东营市辖区内全部5个气象站34年的暴雨资料进行了研究。

1 资料与方法

选取1971—2004共34年4—11月东营市5个站的逐日(20：00—20：00)降水资料。全市有1个及以上的台站24小时降水量≥50mm记为一次暴雨过程，一个站24小时降水量≥50mm记为1站次。

为分析暴雨变化的阶段性，利用Petitt方法计算变点^[7-8]，即对时间序列X_t(t=1，2, …, m)，定义统计量：

$ \begin{align} & {{U}_{t,m}}\sum{{}}\sum{{{D}_{i,j}}(1\le i\le t,} \\ & \ \ \ 1+t\le j\le m,1\le t\le m-1), \\ \end{align} $

其中，

$ {{D}_{ij}}=\left\{ \begin{align} &1, \ \ \ \ \ \ \ \ \ {{X}_{i}}\ >{{X}_{j}} \\ &0, \ \ \ \ \ \ \ \ {{X}_{i}}\ ={{X}_{j}}\ \ \\ &-1, \ \ \ \ \ \ {{X}_{i}}\ <{{X}_{j}}\ \\ \end{align} \right.\ $

满足下列条件的点t₀为变点，

K_t0=max|U_{t, m}|，1≤t≤m-1

计算P₀=2exp[-6K²t₀(m³+m²)]

若P₀≤0.5，则认为变点t₀在统计上是显著的。用上述方法可以检测出序列的一个变点。为了研究不同时间尺度的变化, 我们将序列以变点为界分成两个子序列，然后再用Petitt方法检测新的变点，原来的变点称为一级变点，新的变点称为二级变点。将子序列以二级变点为界, 依次类推。

2 东营市暴雨的气候特征

统计东营市5个站34年来的暴雨过程及发生暴雨的站次(见图 1)，可知：近34年来东营市共出现暴雨256站次，暴雨的年际变化较大，1995年出现暴雨达19站次，创34年来最高值，而1979年暴雨站次为0，是最低值。出现暴雨的站次大约每4年左右达到一个较高值，平均每年出现7.47站次暴雨。

1970年代出现暴雨70站次，1980年代58站次，1990年代99站次，21世纪初(2001—2004年)29站次。暴雨站次除1980年代有所下降外，1990年代呈现出迅速增加的趋势，与1980年代相比增幅达70.7%。利用petitt方法计算了年暴雨站次的变点，U₄＝26，为计算所得最大的U_t,m点，此时P₀＝0.0，满足P₀≤0.5的统计条件，即一级变点为1974年。以该年分界的前后两段序列，用滑动t检验通过了0.005显著性水平检验，表明在1974年发生了明显的突变。用同样的方法计算了二级变点，分别为1979年和1990年。图 2给出了1971—2004年东营市年降水量和暴雨次数距平百分率变化曲线。结合变点和图 2可以看出，1971—1974年暴雨站次基本呈上升趋势，1974年以后暴雨站次呈下降趋势，到1979年暴雨的站次降低为0；1979—1989年暴雨站次基本维持在负距平，1990年成为一个变点，1990年以后暴雨站次基本维持在正距平。如果按二级变点将34年的暴雨站次分为3个特征时段，可以得出，1971—1978年暴雨站次偏多和偏少的年份各占1/2；1979—1989年是暴雨出现的偏少时段，偏少年份占9/11；1990—2004年是暴雨出现的偏多时段，偏多的年份占9/15。1990年代以来暴雨迅速增加的趋势与全球极端天气事件的增多是吻合的^[9]。

由图 2还可以看出，年暴雨次数与年降水量大部分时间呈正相关。但在个别年份如1977年，年降水总量(454.6mm)与出现暴雨次数(6次)相关不明显，特别是在1980年代，年降水量普遍偏少，低于距平25%左右，曲线平缓，而出现暴雨的次数却起伏明显。

3 1990年代后暴雨站次明显增加的原因分析

由上面分析可知，东营市1990年代后年暴雨出现站次增加比较明显。在统计其气候特征中还发现，暴雨自4月中旬至11月上旬均有可能出现，但其出现的时段主要集中在7月上旬至8月中旬，占总暴雨站次的69.3%，可见这一时段是暴雨预报和防范的关键期。

3.1 环流背景

为了分析1990年代后暴雨站次明显增加的原因，挑取1995年(19站次)、1998年(14站次)、2003年(15站次)暴雨站次较多的年份，计算这3年7月上旬至8月中旬的平均环流场，绘制成图 3。由图 3可见，环流形势有以下特点：①中、高纬度冷空气活动频繁。在贝加尔湖西侧存在一北支槽，华北地区有一中支槽，两槽近于呈阶梯形势，比较有利于北方冷空气沿西北气流下滑，到达华北，进而影响东营市。②500 hPa高空图上副热带高压的脊线位置在25°N附近，5880gpm线呈弧状，比较有利于西南暖湿气流北上到达黄淮地区。③东营市成为南北两支气流的交汇处，构成了产生暴雨有利的环流背景。

3.2 影响系统

选取1990—2004年出现的全部80次暴雨过程，普查逐次暴雨过程前一日的500hPa、700hPa、850hPa及地面天气图资料，根据天气图的形势场特征，确定产生暴雨的影响系统，按其发生的百分比依次为：冷涡占60.2%，切变线占32.7%，台风占7.1%。

影响东营市的冷涡，500hPa中心位置大多位于40～55°N、105～120°E范围内，降水性质多为阵性，产生暴雨的范围以局地性为主。切变线所产生的暴雨虽然也以局地性为主, 但是范围明显比冷涡造成的暴雨范围广，一般在2～3站次。切变线可分为两种类型：一是经向型切变(切变与经线的夹角≤45°)，发生区域一般在30～42°N、110～120°E之间；二是纬向型切变(切变与纬线的夹角≤45°)，发生区域一般在35～38°N、105～120°E之间。由台风减弱的热带低压为主要影响系统，造成东营市暴雨的天气形势主要分两类，一是热带低压北上正面影响；二是热带低压的外围影响或者是台风倒槽影响。1990年以来，仅有两次台风减弱的热带低压正面影响东营市，分别是9711号台风和0509号台风。虽然台风减弱后的热带低压北上影响的次数较少，但是它带来的暴雨天气往往雨量大、范围广、持续时间长。

4 东营市与山东省降水的气候特征差异 4.1 降水的气候特征分析

暴雨在一年的天气变化中属于小概率事件，但是它带来的降水量却比较大。1971—2004年，东营市年平均降水量为487.3mm，暴雨的年平均降水量为112.9mm，后者约占前者的23%，特别是在1974年、1990年、1994年、1995年、1998年中，暴雨的年平均降水量都占到了年平均降水量的三分之一以上，尤其是1974年，暴雨雨量约占年总雨量的37%。

为了分析东营市1971—2004年降水的气候特征，绘制成图 4(a), 由图可以看出东营市年平均降水量1970年代略多，1980年代偏少，1990年代后明显偏多，出现了两头高、中间低的态势，呈倒抛物线形式。但廉丽姝等^[10]研究指出：山东省1961—2001年年平均降水量的自回归方程为：R(t)=626.3-3.17t, 该式通过α=0.05显著性水平检验，说明山东省的年平均降水量总体上呈显著的下降趋势，倾向率为每10年减少31.7mm(见图 4b)，这与华北地区降水呈减少趋势相吻合。通过对比，充分说明了东营市的降水特征有明显的小区域特色。

4.2 二区域降水气候差异的原因分析

山东省位于34°25′～38°23′N、114°36′～122°43′E之间，北濒渤海，东临黄海，西北与河北省接壤，西南与河南省为邻，南与安徽省和江苏省连境，南北长400余公里，东西宽700余公里。从地貌上看，不仅有丘陵、山区，还有广泛的平原和绵长的海岸线。因而山东省的气候受海洋和大陆共同影响，季风气候特征明显，并且山东省是华北地区的重要组成部分，所以气候特征与华北地区相似。

而东营市具有它独特的地理位置、地形和地貌。东营市位于山东省北部，北部濒临渤海，南部是鲁中山区与山东丘陵地带，西部属于华北平原，地势平坦。东营市所在的黄河三角洲地区，是黄河历次决口改道泛滥、冲蚀、堆积成的平原，地势较低，海陆差异仅有6米^[11]。黄河三角洲地势西南高东北低，与黄河入海的方向相一致。由于黄河尾闾摆动的影响，这里的地面形成许多沟壑交错的废弃河道及防水堤坝，虽经多年风雨剥蚀、人为填补，至今仍见岗、坡、洼相间分布的地形，以及波浪涟漪状的地貌。并且这里还有面积为15万余公顷的世界上保存最完整、最年轻的湿地生态系统。由于东营市具有这些复杂的地理条件，易产生局地小尺度系统。这些小尺度系统在适宜的天气形势下，与大的天气尺度系统相互作用，相互叠加，使其加强或减弱，从而导致了它在降水方面独特的小区域特征。

5 结论

通过对东营市近34年来降水资料的分析，可以得出如下结论：

(1) 1970年代以来，东营市的暴雨年出现次数呈现增长、减少、增长的趋势，特别是1990年代后，暴雨次数增长迅速；暴雨集中出现的时段为7月上旬至8月中旬，约占全年总暴雨站次的69.3%；除个别年份外，年暴雨次数与年降水量大致呈正相关，且暴雨的雨量对年降水量的贡献较大，据统计，暴雨年平均降水量约占到年平均降水量的23%。

(2) 1990年代以后东营市暴雨出现次数增长迅速的原因是高空500hPa冷空气活动频繁，副热带高压脊线稳定维持在25°N附近，使得东营市处于南北两支气流的交汇处，构成了有利于降水产生的环流背景；造成本地暴雨产生的主要影响系统为冷涡、切变线和台风。

(3) 山东省的降水在年代际变化上总体呈下降趋势，与华北地区降水呈减少趋势相吻合；而东营市的降水呈倒抛物线形式，出现了两头高、中间低的态势，这与东营市独特的地理位置、地形和地貌有关。