河北廊坊1971—2020年冷暖冬氣候變化特征分析

紀(jì)詩璇，沈 芳，白千川，高清泉，黃浩杰，許 敏

廊坊市氣象局，河北廊坊 065000

近年來，全球變暖已經(jīng)成為一個主要特征。根據(jù)聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）第5次評估報告指出，1880—2012 年全球平均氣溫上升了0.85℃[1]。2021年，IPCC第6次評估報告《氣候變化2021：自然科學(xué)基礎(chǔ)》指出，自20世紀(jì)50年代以來，全球地表平均溫度已上升約1℃，并指出：從未來20年的平均溫度變化來看，全球溫升預(yù)計將達(dá)到或超過1.5℃。全球絕大部分地區(qū)極端高溫事件的頻率和強(qiáng)度在增加，極端低溫事件的頻率和強(qiáng)度在下降。

在全球變暖的氣候背景下，我國冬季氣溫也呈現(xiàn)出上升的趨勢。許多氣象學(xué)家的研究發(fā)現(xiàn)，氣候變暖在冬季表現(xiàn)突出。例如，孫林海等[2]發(fā)現(xiàn)20世紀(jì)80年代以來，我國冬季持續(xù)偏暖，我國氣溫存在著30年左右的年代際變化趨勢。王淼[3]發(fā)現(xiàn)宜君縣近50年的年平均氣溫總體呈上升趨勢，20世紀(jì)90年代末（1997年）之前為偏冷期，之后為偏暖期；紀(jì)凡華等[4]發(fā)現(xiàn)聊城市春季、秋季、冬季的平均氣溫都隨時間呈線性上升的趨勢，年平均氣溫增溫速率為0.18℃/10年，各季增溫速率從大到小依次為冬季、秋季、春季，而夏季則呈現(xiàn)一定程度的弱降溫趨勢，不同地區(qū)也表現(xiàn)出了明顯的差異。

冬季氣溫升高對人類社會發(fā)展無疑是一把雙刃劍。冬季升溫對小麥等農(nóng)作物安全越冬有利，但農(nóng)作物遭遇“倒春寒”和低溫凍害的風(fēng)險也進(jìn)一步加大；另外，有研究發(fā)現(xiàn)，冬季氣溫升高，會加劇病蟲害暴發(fā)，并增高了人類呼吸道感染疾病的發(fā)病概率[5-8]。劉學(xué)峰等[9]分析了河北省冷暖氣候變化，發(fā)現(xiàn)年平均氣溫、年平均最高氣溫、平均最低氣溫年際和年代變化都呈現(xiàn)增溫趨勢，河北各個區(qū)域增溫幅度不一，年平均、最高、最低氣溫增溫幅度最大的區(qū)域是冀東。

廊坊地區(qū)地處河北中東部，目前針對廊坊地區(qū)暖冬現(xiàn)象的研究極少，因此，在統(tǒng)計分析1971—2020年廊坊地區(qū)冬季平均氣溫變化特征的基礎(chǔ)上，引入氣溫、降水等氣象要素，分析冬季冷暖事件發(fā)生特征和冷暖冬變化對人體健康的影響，為今后的氣象服務(wù)提供科學(xué)支撐和數(shù)據(jù)參考，進(jìn)一步提升氣象防災(zāi)減災(zāi)能力。

1 材料與方法

1.1 資料來源

選取廊坊轄區(qū)國家級自動站1971—2020年逐月觀測資料，包括月平均氣溫、月最低氣溫、月最高氣溫等氣象要素。定義冬季為12月至翌年2月。

1.2 分析方法

氣溫的分析采用數(shù)理統(tǒng)計方法：采用線性擬合方法分析平均氣溫資料的氣候變化趨勢，采用累積距平法分析極端氣溫資料的氣候變化趨勢。

平均值采用1971—2020年的數(shù)據(jù)；年代劃分為：1970—1979年為20世紀(jì)70年代，1980—1989年為20世紀(jì)80年代，1990—1999年為20世紀(jì)90年代，2000－2020年為21世紀(jì)初。

趨勢分析采用線性傾向率配合差異顯著性檢驗（信度采用α＝0.05，α＝0.01），每10年進(jìn)行階段性分析[10]。

線性傾向率將氣象要素的時間序列用一次線性方程來擬合，即：

式中：X為氣象要素，α0和α1為氣象要素變化率，t為時間（年）。其趨勢變化率方程為：

α1＞0，表示氣象要素隨時間t增加；α1＞0，表示氣象要素隨時間減少；把α1×10年稱氣候變化傾向率，表示氣象要素每10年的變化率。

1.3 冷暖冬等級劃分

暖冬、冷冬等級采用《GB/T 21983—2008暖冬等級》《GB/T 33675—2017冷冬等級》劃分指標(biāo)中的暖（冷）冬等級劃分指標(biāo)，具體見表1。

表1 暖（冷）冬等級劃分

其中，T為目標(biāo)年冬季平均氣溫，單位為攝氏度（℃）；T為冬季平均氣溫的氣候平均值，單位為攝氏度（℃）；ΔT為某一目標(biāo)年冬季平均氣溫距平，單位為攝氏度（℃）。

式中：δ為冬季平均氣溫標(biāo)準(zhǔn)差。

2 冬季冷暖變化特征

2.1 冬季平均氣溫的年際變化

對氣溫資料進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，廊坊地區(qū)1971—2020年冬季年平均氣溫最低為-4.4℃，出現(xiàn)在1977年；2020年冬季年平均氣溫最高為0.1℃，出現(xiàn)在2000年；年平均最低氣溫為-17.4℃，出現(xiàn)在1986年；年平均最高氣溫為8.0℃，出現(xiàn)在2011年。

繪制趨勢變化圖，求解其一元回歸方程發(fā)現(xiàn)，廊坊地區(qū)近50年的冬季年平均氣溫總體上呈不同幅度的波動上升趨勢，具體見圖1。氣候傾向率為0.4℃/10年，（增溫速率通過α＝0.01顯著性檢驗）

由圖1可以發(fā)現(xiàn)，廊坊地區(qū)近50年的冬季年平均氣溫增長趨勢明顯，存在5個波谷，但是增長速有所差異。從20世紀(jì)70年代至80年代中期，平均氣溫增長速度較為緩慢，存在小幅波動，于1978年跌至50年最低為-4.4℃；從20世紀(jì)80年代中后期至21世紀(jì)初，平均氣溫出現(xiàn)顯著的增長，年平均氣溫從-4℃（1985年）增長至0℃線（2000年）；21世紀(jì)后，年平均氣溫階段性波動，但在21世紀(jì)初，年平均氣溫的極小值仍出現(xiàn)不斷增大的趨勢。

2.2 冬季平均最高、最低氣溫的年際變化

根據(jù)圖2發(fā)現(xiàn)，廊坊地區(qū)近50年的冬季年平均最高氣溫、年平均最低氣溫隨時間呈現(xiàn)線性增加的趨勢，但增長速率有所有差異。年平均最高氣溫增長較慢，增長速率為0.1℃/10年（增溫速率通過α＝0.01顯著性檢驗），差異極顯著；年平均最低氣溫增長較快，增長速率為0.8℃/10年（增溫速率通過α＝0.01顯著性檢驗），差異極顯著。

由此可知，廊坊地區(qū)近50季平均氣溫以1985年為界，之前各年基本保持相對穩(wěn)定，氣溫增長速度較慢，而之后則出現(xiàn)較快增長，圖1與圖2的冬季平均氣溫年際間變化趨勢相一致。同時冬季平均氣溫排序前3位的年份均出現(xiàn)在21世紀(jì)，即2000年（-3.1℃）、2013年（-3.9℃）、2015年（-0.1℃），可以看出廊坊地區(qū)近50年遭遇冬季偏暖的氣候概率逐漸升高。

2.3 冷暖冬事件變化特征

通過對廊坊地區(qū)冬季平均氣溫求標(biāo)準(zhǔn)差，得出標(biāo)準(zhǔn)差δ＝1.1℃，即0.43δ、1.29δ分 別 為0.47℃、1.42℃。根據(jù)暖（冷）冬等級劃分，對廊坊地區(qū)1971—2020年進(jìn)行冷暖冬劃分，詳細(xì)冷暖冬出現(xiàn)年份見表2。

表2 廊坊地區(qū)1971—2020年各年代冷暖冬出現(xiàn)年份

由圖3可以發(fā)現(xiàn)，廊坊地區(qū)冷暖冬以20世紀(jì)80年代中期為界。強(qiáng)暖冬主要發(fā)生在20世紀(jì)之后，強(qiáng)冷冬主要發(fā)生在20世紀(jì)80年代之前。在近50年中，常冬發(fā)生概率為20%，主要分布在20世紀(jì)90年代，隨著時間推移，常冬先逐漸增多，到20世紀(jì)初，常冬減少，暖冬增多；冷冬發(fā)生概率為31%，主要分布在20世紀(jì)80年代之前，其中包含3次強(qiáng)冷冬事件，分別為1977、1984、1985年，80年 代 之 后 冷冬僅出現(xiàn)過5次，降至10%；暖冬主要發(fā)生在20世紀(jì)90年代中后期，此結(jié)論與劉學(xué)峰等[9]關(guān)于河北省冷暖變化氣候特征研究變暖趨勢一致，廊坊地區(qū)暖冬發(fā)生概率為38%，包括9次強(qiáng)暖冬事件，占暖冬發(fā)生概率的50%?？傊确坏貐^(qū)近年冷冬逐漸減少，暖冬逐漸增加，且1987年以來僅出現(xiàn)1次強(qiáng)冷冬，1996年的年強(qiáng)暖冬開始出現(xiàn)并趨多，即廊坊地區(qū)1971—2020年冬季升溫導(dǎo)致暖冬頻率及強(qiáng)度均有所增加。

圖3 廊坊地區(qū)近50年冬季冷暖的時空分布

2.4 冷暖冬氣溫變化對人體健康的影響

在極端氣溫環(huán)境條件下，老人、小孩、病人等敏感性人群極易誘發(fā)呼吸道疾病、心腦血管疾病以及神經(jīng)紊亂等癥狀。此外，極端氣溫也是誘發(fā)一些病毒和細(xì)菌的關(guān)鍵因子，能夠促使其蔓延和暴發(fā)。極端氣溫對人類健康的影響不容忽視。

秋冬季節(jié)是呼吸道傳染病的高發(fā)季節(jié)，流行性感冒（以下簡稱“流感”）是常見的疾病之一，選擇研究2008—2018年的冬季平均氣溫變化與流感人群發(fā)病數(shù)的關(guān)系，初步探究冬季平均氣溫變化對流感發(fā)病數(shù)的影響。流感人群發(fā)病數(shù)見圖4。

根據(jù)圖1與圖4可以發(fā)現(xiàn)，2008—2018年冬季平均氣溫呈現(xiàn)增溫趨勢，流感人群發(fā)病數(shù)同樣出現(xiàn)增長。由圖3與圖4可以發(fā)現(xiàn)，在強(qiáng)暖冬與暖冬事件下（2012—2018年）影響下，流感人群發(fā)病率逐年升高，在強(qiáng)暖冬事件下，增長速率更快。但由于流感人群病例數(shù)據(jù)有限，以及未考慮流感病類型、原因等要素，此項研究具有一定的局限性。

圖4 2008—2018年流感人群發(fā)病數(shù)變化趨勢

3 結(jié)果與討論

（1）廊坊地區(qū)近50年的冬季年平均最高氣溫、年平均最低氣溫隨時間呈現(xiàn)線性增加的趨勢，但增長速率有所有差異。年平均最高氣溫增長較慢，增長速率為0.1℃/10年；年平均最低氣溫增長較快，增長速率為0.8℃/10年，兩者差異極顯著?？梢钥闯隼确坏貐^(qū)近50年遭遇冬季偏暖的氣候概率逐漸升高，估計未來50年將升高1℃～2℃。

（2）廊坊地區(qū)近50年冷暖冬以20世紀(jì)80年代中期為界。強(qiáng)暖冬主要發(fā)生在20世紀(jì)之后，強(qiáng)冷冬主要發(fā)生在20世紀(jì)80年代之前。常冬發(fā)生概率為20%，主要分布在20世紀(jì)90年代，到20世紀(jì)初，常冬減少，暖冬增多；冷冬發(fā)生概率為31%，主要分布在20世紀(jì)80年代之前，80年代之后冷冬降至10%；暖冬主要發(fā)生在20世紀(jì)90年代中后期，發(fā)生概率為38%。廊坊地區(qū)近50年冷冬逐漸減少，暖冬逐漸增加，即廊坊地區(qū)1971—2020年的冬季升溫導(dǎo)致暖冬頻率及強(qiáng)度均有所增加。

（3）2008—2018年，冬 季 平 均 氣溫呈現(xiàn)增溫趨勢，流感人群發(fā)病數(shù)同樣出現(xiàn)增長。在強(qiáng)暖冬與暖冬事件下（2012—2018年）影響下，流感人群發(fā)病率逐年升高，在強(qiáng)暖冬事件下，增長速率更快。但是由于流感人群病例數(shù)據(jù)有限，以及未考慮流感病人群、類型、原因等要素，此項研究具有一定的局限性，需要后期做進(jìn)一步研究。