天津沿海氣候特征及災害性天氣影響

徐靈芝，卜清軍，許長義，靳振華

(天津市濱海新區(qū)氣象局 天津300457)

0 引 言

天津沿海處于中緯度地區(qū)渤海灣頂部，地理位置北緯 38°59′，東經(jīng) 117°45′，屬于溫帶大陸性季風氣候，是氣象和航行環(huán)境風險相對較高的地區(qū)之一。天津港是我國外貿(mào)港口之一，處于環(huán)渤海經(jīng)濟區(qū)域的核心位置，進出天津港的船舶流量大、密度高、船舶種類復雜，海上客貨運輸及海洋石油作業(yè)繁忙。由于氣候變暖，導致極端天氣、氣候事件和重大自然災害頻繁發(fā)生[1-2]，天津沿海的氣溫上升趨勢與全國大體一致[3-5]，但具有明顯的季節(jié)變化特征，同時也是暴雨、大風、大霧、風暴潮、海冰以及干旱、寒潮等氣象災害頻發(fā)的地區(qū)，氣候變暖導致干旱加劇、氣溫異常，強冷空氣侵襲導致強烈降溫，常伴有大風、雨雪等寒潮天氣。本文通過對天津沿海地區(qū)氣候特征進行分析，以期為做好中短期氣候預測、增強防災減災措施、提高安全生產(chǎn)意識等提供基本的科學事實和參考依據(jù)，加大對氣象災害的防范力度。

1 資料與方法

所用資料為天津沿海岸線 153.7km所屬的漢沽、塘沽、大港3個國家基本氣象站和46個區(qū)域自動氣象觀測站資料，時間跨度為 1981—2017年。按照氣候?qū)W統(tǒng)計標準，以1981—2010年氣候平均值作為歷史均值。季節(jié)劃分以3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季，12—2月為冬季。評價氣溫和降水的算法采用中國氣象局《全國氣候影響評價》的標準，溫度異常的等級標準采用氣溫距平(ΔT)評價氣溫，即ΔT≥2.0℃、1.5℃≤ΔT＜2.0℃、1.0℃＜ΔT＜1.5℃、-1.0≤ΔT≤1.0℃、-1.5℃＜ΔT＜-1.0℃、-2.0℃＜ΔT≤-1.5℃、ΔT≤-2.0℃分別代表氣溫異常偏高、顯著偏高、偏高、正常、偏低、顯著偏低、異常偏低。降水量異常的等級標準采用降水距平百分率(ΔR＝(Y - Y P)/YP ×100%)劃分，即ΔR≥80%、50%≤ΔR＜80%、20%＜ΔR＜50%、-20%≤ΔR≤20%、-50%＜ΔR＜-20%、-80%＜ΔR≤-50%、ΔR≤-80%分別表示降水異常偏多、顯著偏多、偏多、正常、偏少、顯著偏少、異常偏少。用線性傾向法[6]分析氣候變化趨勢，以 yi表示氣候變量，xi表示yi所對應的時間，n為樣本數(shù)量，建立一元線性回歸方程:

當回歸系數(shù) b＞0時，表示隨時間 x的增加，y呈上升趨勢；當b＜0時，表示隨時間x的增加，y呈下降趨勢。10b稱為氣候變化傾向率，說明該氣候要素上升或下降的速率其單位為某要素單位/10年。

2 氣候變化特征

2.1 氣溫

與全球氣候變暖趨勢一致，天津沿海地區(qū)氣溫變化呈波動上升趨勢，增溫速率達0.4℃/10年，年平均氣溫最低為11.5℃，出現(xiàn)在20世紀80年代，年平均氣溫最高為14.5℃，出現(xiàn)在2014年和2017年。氣候變暖的另一表現(xiàn)為每年的高溫日數(shù)呈波動增加趨勢，低溫日數(shù)呈波動減少趨勢。分析發(fā)現(xiàn)，大于 35℃的高溫日數(shù)增加分為3個階段，20世紀80年代變化平穩(wěn)，平均 1.7d；90年代高溫日數(shù)快速增多，特別是2000年達到 16d；進入 21世紀，高溫日數(shù)每年仍維持在 6～8d，2017年達第二峰值 15d。小于-10℃的低溫日數(shù)為減少趨勢，本世紀以來，低溫日數(shù)最多出現(xiàn)在 2000年，為 17d，其次是 2010年 15d，最近的2017年和 2015年均未出現(xiàn)低于-10℃的天氣(見圖1)。從年平均氣溫距平看，2014年和2017年距平均為1.4℃，屬氣溫偏高年份。

圖1 天津沿海地區(qū)年平均氣溫變化時間序列Fig.1 Time series of annual mean temperature variation in Tianjin coastal area

進一步分析氣溫升高的原因發(fā)現(xiàn)，春季白天氣溫升溫最明顯，對于氣候變暖貢獻最大，增溫速率達到0.7℃/10年，其次是春季夜間氣溫增暖也比較快，為0.5℃/10年，由此可見，暖春是沿海地區(qū)增溫的特點。增溫比較慢的是秋季，白天和夜間的增溫速率均為0.2℃/10年，夏季的夜間同樣增溫較慢為0.2℃/10年(見圖2)。

2.2 降水

天津沿海地區(qū)年平均降水量 534.6mm，其中北部漢沽 536.9mm，中部塘沽 545.1mm，南部大港521.9mm，長期變化趨勢為基本持平略有減少。日降水量超過 50mm 的暴雨日數(shù)呈減少趨勢，最多出現(xiàn)在 20世紀 90年代，可達 5d。從降水量距平百分率變化看，年降水量顯著偏多的是1987年和2012年，分別為856.6mm和833.9mm(見圖3)。

圖2 天津沿海地區(qū)各季節(jié)氣溫變化時間序列Fig.2 Time series of temperature variation in four seasons of Tianjin coastal area

圖3 天津沿海地區(qū)年降水量變化時間序列Fig.3 Time series of annual precipitation variation in Tianjin coastal area

2.3 風速

天津沿海處于中緯度地帶，風具有明顯的季風特征，冬季受蒙古冷高壓控制或氣旋活動過境，帶來偏北風，最大風力達到8級以上，陣風10級；夏季盛行偏南風，受西太平洋副熱帶高壓控制，氣壓呈東高西低分布。另外夏季 6—8月特別容易出現(xiàn)強對流天氣帶來的短時雷雨大風，這種天氣系統(tǒng)范圍小、時間短、但強度大。與全球變暖氣溫升高相對應的是，風速的變化顯著減小(見圖 4)，年平均最大風速減小幅度為 0.12m/s，與其變化一致的是大風的日數(shù)也在減少。

圖4 天津沿海地區(qū)大風變化時間序列Fig.4 Time series of gale variation in Tianjin coastal area

2.4 霧霾

沿海地區(qū)大霧日數(shù)年際變化較為穩(wěn)定，但霾的日數(shù)近年猛增，成為公眾日益關(guān)心的問題。霧霾的變化在2013年是一個轉(zhuǎn)折點(見圖5b)，2013年以前霧日多、霾日少，年際變化均較為平穩(wěn)，年平均霧日15.8d/a，平均霾日 1.9d/a。2013年始霾日數(shù)驟增，遠高于霧日數(shù)，為歷史上最嚴重的一年。近幾年通過大氣環(huán)境治理，取得明顯效果，呈逐年顯著下降的趨勢，2017年減少到 26d，但仍然高于霧的日數(shù)。霧霾的發(fā)生有明顯的季節(jié)變化(見圖 5a)，春夏季霧霾少發(fā)，且霾日數(shù)多于霧日數(shù)；秋冬季霧霾多發(fā)，且霾日數(shù)少于霧日數(shù)。

圖5 天津沿海地區(qū)霧霾變化Fig.5 Intermonthly variation and interannual variation of fog and haze in Tianjin coastal area

3 2017年氣候特征及主要災害性天氣影響

3.1 春季氣候特征

2017年春季平均氣溫 15.7℃，較常年平均偏高2.7℃，列歷史同期最高值，其中北部漢沽 15.4℃、中部塘沽15.9℃、南部大港15.8℃；季內(nèi)3月份較常年平均偏高 2.7℃，4月、5月較常年平均偏高 2.6℃，均為歷史同期最高值；季內(nèi)極端最高氣溫 37.1℃，5月19日出現(xiàn)在大港，極端最低氣溫-3.8℃，3月7日出現(xiàn)在漢沽。降水明顯偏少，平均降水量 38.2mm，較常年平均偏少 30.8mm，降水量空間分布不均，南部偏多，大港降水 43.5mm；中部偏少，塘沽降水僅31.4mm；北部漢沽降水39.6mm。主要的氣象災害是干旱、冰雹、大風揚沙和高溫。自 4月下旬開始我國東北大部以及河北北部等地出現(xiàn)中至重度氣象干旱，天津沿海地區(qū)氣象干旱發(fā)展迅速，北部漢沽達到重度干旱等級，中、南部達到中度干旱等級；春季出現(xiàn)一次冰雹天氣過程，4月23日夜間出現(xiàn)強對流天氣，大港觀測到冰雹，最大直徑 10mm，冰雹持續(xù)時間較短，沒有造成災害；受蒙古氣旋的影響，5月4日出現(xiàn)了大范圍持續(xù)浮塵天氣，5日出現(xiàn)了陣風大于17.0m/s的西北大風，中部和南部地區(qū)轉(zhuǎn)為揚沙天氣，使能見度變差，5日 08∶00時 PM10濃度達到950μg/m3，空氣質(zhì)量為嚴重污染水平。

3.2 夏季氣候特征

夏季氣溫顯著偏高，平均氣溫 26.6℃，列歷史同期第 4高值，其中漢沽 26.3℃、塘沽 26.7℃、大港26.7℃；極端最高氣溫 40.3℃，7月 11日出現(xiàn)在大港，極端最低氣溫 11.8℃，6月 3日出現(xiàn)在漢沽；季內(nèi)高溫日數(shù)漢沽 12d，塘沽 14d，大港 22d。夏季平均降水量 381.8mm，較常年平均偏多 15.0mm，其中漢沽降水 388.1mm，塘沽降水 395.1mm，大港降水362.3mm，呈現(xiàn)中部偏多、南部偏少的特點。受大陸高壓和西南風影響，7月8～14日沿海地區(qū)持續(xù)出現(xiàn)35℃以上的高溫天氣。夏季共出現(xiàn) 4次暴雨天氣過程。

3.3 秋季氣候特征

秋季氣溫持續(xù)偏高，平均氣溫 14.4℃，較常年同期偏高 2.1℃，其中漢沽 13.9℃、塘沽 14.8℃、大港14.5℃；極端最高氣溫 32.1℃，9月 13日出現(xiàn)在大港；極端最低氣溫-6.5℃，11月30日出現(xiàn)在漢沽。季內(nèi) 9月平均氣溫 24.1℃，較常年偏高 2.6℃，列歷史同期最高值，10月平均氣溫 13.8℃，較常年偏低0.5℃，11月平均氣溫 5.3℃，與常年持平。秋季降水量 84.7mm，接近常年，季內(nèi) 9月降水量僅 1.7mm，10月降水量 82.9mm，列歷史同期降水量第二高值，11月降水量僅 0.1mm。季內(nèi)主要災害天氣為霧日數(shù)5d、霾日數(shù) 6d，漢沽最小能見度為 99m，塘沽最小能見度為77m，大港最小能見度為282m。

3.4 冬季氣候特征

冬季平均氣溫-1.5℃，較常年同期偏高 0.3℃，其中漢沽-2.2℃，塘沽-1.2℃，大港-1.1℃；季內(nèi)極端最高氣溫 13.9℃，2月 13日出現(xiàn)在大港，極端最低氣溫-14.9℃ ，1月24日出現(xiàn)在漢沽。冬季僅1月有 7.3mm降水，12月無降水，是歷史上第 5次同期無降水，2月也無降水，是歷史上第 8次同期無降水。主要災害天氣有 4次大霧、17次霾天氣，另外1月 21～22日出現(xiàn)降雪過程，最大降雪量 9.2mm，出現(xiàn)在塘沽，最大積雪深度 9cm，出現(xiàn)在大港。利用2018年2月1日的MODIS衛(wèi)星遙感資料處理生成的海冰監(jiān)測圖像得知(見圖 6)，受冷空氣的持續(xù)影響，氣溫較低，渤海海域海冰面積持續(xù)增多，達到16946km2，其中渤海灣海冰面積為 4188km2，遼東灣海冰面積為 10892km2，萊州灣海冰面積為1866km2。

圖6 2018年2月1日衛(wèi)星遙感海冰多通道合成圖Fig.6 Satellite remote sensing multichannel synthetic of sea ice on Feb.1，2018

4 小 結(jié)

通過對天津沿海地區(qū)歷史氣候資料分析，得到以下結(jié)果:

①氣溫明顯升高。天津沿海地區(qū)氣溫變化呈波動上升趨勢，增溫速率達0.4℃/10年。氣候變暖還表現(xiàn)為每年的高溫日數(shù)呈波動增加的趨勢，低溫日數(shù)呈波動減少的趨勢。

②降水量變化穩(wěn)定。年平均降水量為534.6mm，其中沿海北部漢沽 536.9mm，中部塘沽 545.1mm，南部大港 521.9mm，長期變化趨勢為基本持平略有減少。

③風速顯著減小。風具有明顯的季風特征，冬季以西北風為主，夏季盛行偏南風，以東南風為主，風向不穩(wěn)定，風力較弱。

④霧霾春夏少、秋冬多。大霧日數(shù)年際變化較為穩(wěn)定，但霾的日數(shù)激增。自 2013年始，霾日數(shù)驟增，為歷史上最嚴重的一年。

⑤2017年氣候特征為春季氣溫偏高，季平均氣溫 15.7℃，列歷史同期最高值，降水明顯偏少，平均降水量僅38.2mm，主要氣象災害是干旱、冰雹、大風揚沙和高溫。

⑥受冷空氣的持續(xù)影響，渤海海域海冰面積持續(xù)增多。