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水 利 学 报

２０２２年 ６月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５３卷 第 ６期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２２）０６ － ０６８６ － １２

北京三百年降水序列的成分分析及其随机模拟

门宝辉，张 腾
（华北电力大学 水利与水电工程学院，北京 １０２２０６）

摘要：全球气候变暖背景下，降水量时域分布不均导致局部时段水资源短缺等问题日益严重，合理准确分析区域
长序列降水变化规律和演变趋势尤为重要。基于北京地区 １７２４—２０１９年降水时序资料构建不同长度的降水序列，
采用 ＢＳ － Ｐｅｔｔｉｔｔ耦合模型和极点对称模态分解算法对降水序列组成成分进行分析，并利用随机森林算法对其进行
随机模拟。通过近三百年的降水时序检验分析，结果表明：北京地区降水量变化整体呈 “上升—平稳—下降” 趋
势，降水序列在时域中存在 １７７０年、１８１３年、１８７１年、１８９３年、１９４７年和 １９９９年 ６个突变点；在频域中存在
２．５～４年、７～１５年、２５～３５年、７４年左右和 ９５～１００年的准周期波动规律，且长时间序列在降水序列成分分析和
随机模拟中均表现出较强优势。
关键词：降水序列分析；长时间序列；Ｐｅｔｔｉｔｔ突变检验；极点对称模态分解；随机森林
文献标识码：Ａ
中图分类号：ＴＶ１２５ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２１０９９３

１ 研究背景

全球气候变暖和高频人类活动加速了全球及区域尺度的水文循环过程，并导致降水量时空变化及
其区域差异的不确定性增大 ［１ － ３］ ，而降水量时空分配不均匀除了直接体现在极端天气现象外，还对农
业生产、城市洪涝、经济社会发展等多个方面产生重要影响 ［４ － ５］ 。
３
北京地区属温带季风气候，常年干旱少雨，水资源人均占有量低于 ３００ｍ ，是我国严重水资源短
缺的地区之一。全球温室效应和人口快速增长等问题加剧了该地区绿水资源匮乏问题，水资源已成为
掣肘北京地区经济高质量发展和社会生态文明环境建设的关键因素，因此明确该区域降水量的未来发
展态势具有深远意义。现阶段我国学者对包含北京在内的多个地区的降水序列变化特征等方面开展了
许多研究。
李鹏程等 ［６］ 采用 Ｍ－ Ｋ检验法和小波变换对北京、天津地区 １９５８—２００８年降水序列变化特征及其
与汛期降水周期关联进行分析，结果表明研究时域内北京、天津地区的年降水量与汛期降水量均呈现
出减少趋势；宋晓猛等 ［７］ 分析了北京地区 １９８０—２０１２年降水历时和降水等级的时空变化特征；尤焕
苓等 ［８］ 对 １９８１—２０１０年间北京地区 ２０个常规气象观测站日降水数据进行统计计算，发现从 １９８０年代
以来北京地区极端类型降水量呈现出减少趋势；朱龙腾等 ［９］ 借助经验模态分解北京地区 １９５１—２００９
年共 ５９年降水序列，分解结果表明该地区降水量在短期内呈波动性减少趋势；鲁向晖等 ［１０］ 采用累积
距平法和 Ｍｏｒｌｅｔ小波变换等方法对赣江流域 １９６６—２０１５年不同时间尺度下的降水时空分布特征进行分
析，结果表明该流域在年尺度上汛期降水量缓慢增加，在其他时间尺度下呈不显著减少势态；徐东坡
等 ［１１］ 对全国 １９５６—２０１８年降水序列进行 Ｐｅｔｔｉｔｔ检验和小波分析，发现全国降水量呈现非显著性增长

收稿日期：２０２１ － １１ － ０８；网络首发时间：２０２２ － ０６ － １０
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２２０６０９．１２１６．００１．ｈｔｍｌ
基金项目：国家重点研发计划项目（２０１６ＹＦＣ０４０１４０６）
作者简介：门宝辉（ １９７３ － ），教授，博士生导师，主要从事水文与水资源研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｍｅｎｂｈ＠ｎｃｅｐｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
通讯作者：张腾（１９９７ － ），硕士生，主要从事水文随机模拟分析方面研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｔｅｎｇ２０２０＠１２６．ｃｏｍ

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