天津市武清區(qū)近60 年汛期氣候變化特征分析

錢芝穎，陳麗麗，呂玉環(huán)，張 昆，閆藝蘭

(天津市武清區(qū)氣象局 天津 301700)

0 引 言

在全球氣候變暖的大背景下[1-3]，極端天氣、災(zāi)害性天氣等現(xiàn)象對(duì)人類的健康與社會(huì)的發(fā)展造成了極大的影響[4-5]，尤其是在汛期，高溫?zé)岷?、暴雨洪澇、極端強(qiáng)降水等事件頻發(fā)[6-8]，往往造成嚴(yán)重的損失。武清區(qū)位于天津市西北部，是京津冀三省市的交匯點(diǎn)，是國(guó)家“京津冀協(xié)同發(fā)展”戰(zhàn)略的重要核心區(qū)和橋頭堡，也是京津冀一體化發(fā)展試驗(yàn)田—“通武廊”的重要成員，因而研究其汛期氣候變化特點(diǎn)極為重要。本文擬對(duì)天津市武清區(qū)近60 年汛期(下文汛期指6～9 月，主汛期指7～8 月)的氣候特征進(jìn)行分析，并對(duì)該地氣溫、降水和日照等要素的變化規(guī)律進(jìn)行總結(jié)，以期為生產(chǎn)生活和防災(zāi)減災(zāi)提供一定參考依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)和方法

本研究針對(duì)武清國(guó)家一般氣象站1961—2020 年汛期的觀測(cè)資料(該數(shù)據(jù)由天津市氣象信息中心整理提供)，選取逐日平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、降水量和日照時(shí)數(shù)作為研究對(duì)象，采用線性傾向估計(jì)、滑動(dòng)平均、t 檢驗(yàn)等方法分析各要素在年際、年代際和逐月的變化特征。

2 溫度變化特征

2.1 平均氣溫

從圖1 可以看出1961—2020 年武清區(qū)汛期的平均氣溫年際差異較大，最高為 26.01 ℃，出現(xiàn)在2000 年；最低為22.8 ℃，出現(xiàn)在1976 年。觀察其平均氣溫變化曲線與9 年滑動(dòng)平均曲線可以看出年際變化呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，計(jì)算其線性傾向率為0.26 ℃/10 a，上升趨勢(shì)極顯著(r＝0.62，P＜0.01)。除此之外，汛期平均氣溫也在隨年代逐步升高，20 世紀(jì)60—80 年代汛期平均氣溫的距平值為負(fù)值，分別為-0.43、-0.51、-0.36 ℃，屬于相對(duì)偏冷時(shí)期；進(jìn)入20 世紀(jì)90 年代后，汛期平均氣溫距平值均為正值，處于相對(duì)偏暖時(shí)期，上升趨勢(shì)也更加明顯。尤其是2011 年至今，其距平值相較于2000 年代升高了0.79 ℃，汛期平均氣溫升高近10 年的貢獻(xiàn)最大，見(jiàn)表1。

表1 1961—2020 年武清區(qū)汛期及各月平均氣溫距平的年代際變化Tab.1 Interdecadal variation of flood season and monthly average temperature anomaly in Wuqing District from 1961 to 2020

圖1 1961—2020年武清區(qū)汛期平均氣溫變化曲線Fig.1 Variation curve of average temperature in flood season in Wuqing District from 1961 to 2020

統(tǒng)計(jì)汛期各月的平均氣溫，氣溫最高為7 月，該月平均氣溫為26.52 ℃；氣溫最低為9 月，該月平均氣溫為20.54 ℃。從年際變化角度來(lái)看，各月的平均氣溫變化速率不同，6 月的線性傾向率為0.26 ℃/10 a，上升趨勢(shì)極顯著(r＝0.44，P＜0.01)；7 月的線性傾向率為0.24 ℃/10 a，上升趨勢(shì)顯著(r＝0.41，P＜0.05)；8 月的線性傾向率為0.23 ℃/10 a，上升趨勢(shì)極顯著(r＝0.4，P＜0.01)；9 月的線性傾向率為0.31 ℃/10 a，上升趨勢(shì)極顯著(r＝0.56，P＜0.01)?？梢钥闯龈髟碌钠骄鶜鉁囟荚谏仙?，且9 月上升速率最快。另外，從不同年代的變化情況來(lái)看，各月平均氣溫與汛期平均氣溫有相似的變化特點(diǎn)，即在20 世紀(jì)90 年代之前為偏冷時(shí)期，之后為偏暖時(shí)期。并且各月平均氣溫在近10 年較2000 年代均有明顯升高，其升高值分別為0.77、0.80、0.94、0.64 ℃。

2.2 平均最高氣溫和平均最低氣溫

從圖2、3 分析得出1961—2020 年武清區(qū)汛期的平均最高氣溫的最高值和最低值分別為 31.53、27.73 ℃，出現(xiàn)的年份與平均氣溫的最高和最低值出現(xiàn)的年份相同，分別為2000 年和1976 年；而平均最低氣溫的最高值為21.57 ℃，出現(xiàn)在2018 年，最低值為17.47 ℃，出現(xiàn)在1962 年，兩者的年際差異均較大。經(jīng)計(jì)算，平均最高氣溫的線性變化率為0.20 ℃/10 a，上升趨勢(shì)顯著(r＝0.41，P＜0.05)，平均最低氣溫的線性變化率為0.47 ℃/10 a，上升趨勢(shì)極顯著(r＝0.85，P＜0.01)，可以看出汛期平均最低氣溫的上升速率要明顯高于平均最高氣溫。從年代變化分析得到平均最高氣溫和平均最低氣溫的距平值在20 世紀(jì)60—80 年代均為負(fù)值，說(shuō)明平均最高和最低氣溫都屬于偏低時(shí)期；進(jìn)入90 年代后，距平值為正值，說(shuō)明平均最高和最低氣溫進(jìn)入偏高時(shí)期。尤其是近10 年相較于2000 年代均上升明顯，兩者距平值分別升高了0.61、0.92 ℃，見(jiàn)表2。

表2 1961—2020年武清區(qū)汛期及各月平均最高和最低氣溫距平的年代際變化Tab.2 Interdecadal variation of mean maximum and minimum temperature anomaly in flood season and each month in Wuqing District from 1961 to 2020

圖2 1961—2020年武清區(qū)汛期平均最高氣溫變化曲線Fig.2 Variation curve of average maximum temperature in flood season in Wuqing District from 1961 to 2020

比較汛期各月的平均最高氣溫，最高為7 月，平均最高氣溫為31.25 ℃；最低為9 月，平均最高氣溫為26.28 ℃。比較各月平均最低氣溫，最高為7 月，平均最低氣溫為22.29 ℃；最低為9 月，平均最低氣溫為15.57 ℃?？梢钥闯? 月氣溫整體較高，而9 月氣溫整體較低。計(jì)算各月的線性傾向率，6 月為0.11 ℃/10 a，上升趨勢(shì)不顯著(r＝0.15，P＞0.05)；7 月為0.23 ℃/10 a，上升趨勢(shì)顯著(r＝0.32，P＜0.05)；8 月為0.24 ℃/10 a，上升趨勢(shì)極顯著(r＝0.46，P＜0.01)；9 月為0.21 ℃/10a，上升趨勢(shì)顯著(r＝0.33，P＜0.05)，7 月和8 月的變化速率較6 月和9 月的變化速率更快。平均最低氣溫也表現(xiàn)為上升趨勢(shì)，線性傾向率分別為6 月0.59 ℃/10 a(r＝0.79，P＜0.01)、7 月 0.37 ℃/10 a(r＝0.64，P＜0.01)、8 月0.35 ℃/10 a(r＝0.62，P＜0.01)、9 月0.56 ℃/10 a(r＝0.72，P＜0.01)，上升趨勢(shì)都極顯著，且6 月和9 月的變化速率較7 月和8 月的變化速率更快。綜合來(lái)說(shuō)，各月平均最低氣溫的上升速率都明顯大于平均最高氣溫的上升速率。各月在不同年代的變化特點(diǎn)與汛期大致相似，即平均最高氣溫和平均最低氣溫在20 世紀(jì)90 年代以前處于偏低時(shí)期，進(jìn)入90 年代以后開(kāi)始處于偏高時(shí)期，并且在近10 年增溫明顯，平均最高氣溫和平均最低氣溫相較于其他年代整體偏高。

圖3 1961—2020年武清區(qū)汛期平均最低氣溫變化曲線Fig.3 Variation curve of average minimum temperature in flood season in Wuqing District from 1961 to 2020

3 降水變化特征

3.1 降水量

如圖4 所示，1961—2020 年武清區(qū)汛期降水量的多年平均值為441.06 mm，汛期降水量年際差異較大，最多為 873.7 mm，出現(xiàn)在 1977 年；最少為168.9 mm，出現(xiàn)在2000 年，其豐枯極值比為2.61。由降水量變化曲線與9 年滑動(dòng)平均曲線可以看出近60 年武清區(qū)汛期降水量的波動(dòng)比較明顯，且年際變化總體呈下降趨勢(shì)，其線性傾向率為-18.62 mm/10 a，但下降趨勢(shì)不顯著(r＝-0.21，P＞0.05)。降水量在不同年代的特點(diǎn)也有所差別，20 世紀(jì)60—70 年代表現(xiàn)為正距平，屬于降水偏多時(shí)期；20 世紀(jì)80 年代到2000 年代降水量呈負(fù)距平，且降水偏少越來(lái)越明顯。雖然降水量年代際平均值在近10 年有所回升，但主要由2012 年貢獻(xiàn)(848.00 mm)?？偟膩?lái)說(shuō)，降水量依舊是呈明顯的下降趨勢(shì)，降幅達(dá)到了249.12 mm/10 a。

圖4 1961—2020年武清區(qū)汛期降水量變化曲線Fig.4 Variation curve of precipitation in flood season in Wuqing District from 1961 to 2020

汛期各月降水量的平均值分別為 75.69、176.44、138.00、50.93 mm，其中主汛期降水量占整個(gè)汛期降水量的72.3%，貢獻(xiàn)突出。計(jì)算得出6 月和9 月的降水量呈上升趨勢(shì)，其線性變化率分別為1.14 mm/10 a(r＝0.04，P＞0.05)和4.8 mm/10 a(r＝0.22，P＞0.05)，上升趨勢(shì)并不顯著；而7 月和8 月的降水量呈下降趨勢(shì)，其線性變化率分別為-10.86 mm/10 a(r＝-0.21，P＞0.05)和-13.67 mm/10 a(r＝-0.26，P＜0.05)，可以看出汛期的變化速率較其他2 個(gè)月快，且8 月的下降趨勢(shì)顯著。

3.2 降水日數(shù)

降水日數(shù)與降水量的關(guān)系比較密切，其相關(guān)性為0.65，說(shuō)明降水日數(shù)越多，對(duì)應(yīng)的降水量就越大。由圖5 得知，1961—2020 年武清區(qū)汛期降水日數(shù)平均值為37.43 d。其年際間存在較大差異，最多降水日數(shù)出現(xiàn)在 1967 年，為 55 d；最少降水日數(shù)出現(xiàn)在1972 年，為22 d，極值之間相差33 d。通過(guò)降水日數(shù)變化曲線和滑動(dòng)平均曲線可以看出，降水日數(shù)存在一定的波動(dòng)，其線性傾向率為-0.62 d/10 a(r＝-0.16，P＞0.05)，下降趨勢(shì)并不顯著。從各年代變化的角度分析，汛期降水日數(shù)在20 世紀(jì)60 年代為正距平，為降水日數(shù)相對(duì)偏多時(shí)期，此后就一直為降水日數(shù)偏少時(shí)期。具體表現(xiàn)為從20 世紀(jì)70 年代開(kāi)始，降水日數(shù)轉(zhuǎn)為負(fù)距平，且距平值呈環(huán)比下降態(tài)勢(shì)，2000 年代的距平值為-1.23 d，近10 年距平逐漸回升，但仍為負(fù)值，總體來(lái)看降水日數(shù)仍舊偏少。

圖5 1961—2020年武清區(qū)汛期降水日數(shù)變化曲線Fig.5 Variation curve of precipitation days in flood season in Wuqing District from 1961 to 2020

汛期各月降水日數(shù)的平均值分別為8.67、12.35、10.02、6.40 d，其中主汛期的降水日數(shù)占整個(gè)汛期降水日數(shù)的59.8%，貢獻(xiàn)相較其他2 個(gè)月份要大。經(jīng)計(jì)算，發(fā)現(xiàn)6 月和9 月的降水日數(shù)呈上升趨勢(shì)，其線性傾向率分別為 0.18 d/10 a(r ＝0.13，P ＞0.05)和0.14 d/10 a(r＝0.10，P＞0.05)，上升趨勢(shì)并不顯著；而7 月和8 月的降水日數(shù)呈下降趨勢(shì)，其線性傾向率分別為-0.53 d/10 a(r＝0.27，P＞0.05)和-0.41 d/10 a(r＝0.24，P＞0.05)，下降趨勢(shì)均不顯著。

4 日照變化特征

從圖6 可以看出，1961—2020 年武清區(qū)汛期日照時(shí)數(shù)的年際差異很大，最大值為1 145.58 h，出現(xiàn)在1968 年；最小值為627.08 h，出現(xiàn)在2014 年，相差近1 倍。分析日照時(shí)數(shù)變化曲線及滑動(dòng)平均曲線可以看出，汛期日照時(shí)數(shù)是波動(dòng)減少的，1993 年之前，汛期日照時(shí)數(shù)絕大部分在平均值以上，1993 年之后基本都在平均值以下，其線性傾向率為-51.15 h/10 a，下降趨勢(shì)極顯著(r＝-0.69，P＜0.01)。汛期日照時(shí)數(shù)在各個(gè)年代的情況也不同，在20 世紀(jì)60—80 年代表現(xiàn)為正距平，說(shuō)明這一時(shí)期日照時(shí)數(shù)偏多，而90 年代之后日照時(shí)數(shù)偏少，見(jiàn)表3。

表3 1961—2020 年武清區(qū)汛期及各月日照時(shí)數(shù)距平的年代變化Tab.3 Interdecadal variation of sunshine hours in flood season and each month in Wuqing District from 1961 to 2020

圖6 1961—2020年武清區(qū)汛期日照時(shí)數(shù)變化曲線Fig.6 Variation curve of sunshine hours in flood season in Wuqing District from 1961to 2020

統(tǒng)計(jì)汛期各月日照時(shí)數(shù)，平均值分別為237.90、204.97、208.36、217.46 h，汛期日照時(shí)數(shù)相對(duì)較少。各月日照時(shí)數(shù)均呈下降趨勢(shì)，6 月的線性變化率為-17.86 h/10 a(r＝-0.67，P＜0.01)、7 月的線性變化率為-12.86 h/10 a(r＝-0.59，P＜0.01)、8 月的線性變化率為-9.64 h/10 a(r＝-0.48，P＜0.01)、9 月的線性變化率為-10.82 h/10 a(r＝-0.50，P＜0.01)，下降趨勢(shì)均極顯著，并且可以看出6 月的變化速率最快、7 月次之。各月日照時(shí)數(shù)隨年代變化特點(diǎn)與汛期相似，即在20 世紀(jì)60—80 年代為日照偏多時(shí)期，90 年代以后為日照偏少時(shí)期，但在近10 年看來(lái)，除2013 和2014 年之外，整體日照時(shí)數(shù)均呈上升趨勢(shì)。

5 討 論

①1961 年以來(lái)武清區(qū)汛期的平均氣溫、平均最高氣溫和平均最低氣溫均呈上升趨勢(shì)，在20 世紀(jì)90 年代以后進(jìn)入氣溫相對(duì)偏高時(shí)期，近10 年氣溫上升尤為明顯。各月氣溫也表現(xiàn)為顯著上升趨勢(shì)，其中7 月氣溫整體較高，且最高氣溫上升速率最快；9 月氣溫整體較低，但最低氣溫上升速率最快。

②武清區(qū)汛期的降水量和降水日數(shù)均呈下降趨勢(shì)，降水量在20 世紀(jì)80 年代開(kāi)始表現(xiàn)為偏少時(shí)期，降水日數(shù)在20 世紀(jì)70 年代開(kāi)始表現(xiàn)為偏少時(shí)期，近10 年間雖然降水量和降水日數(shù)都有所回升，但降水量除2012 年出現(xiàn)極端降水之外，總體仍呈下降趨勢(shì)，降水日數(shù)仍處于偏少時(shí)期。主汛期對(duì)降水量和降水日數(shù)的貢獻(xiàn)最大，但其降水量和降水日數(shù)均呈下降趨勢(shì)；6 月和9 月的降水量和降水日數(shù)的貢獻(xiàn)較小，但其降水量和降水日數(shù)均呈上升趨勢(shì)。

③武清區(qū)汛期日照時(shí)數(shù)的年際差異很大，且呈極顯著下降趨勢(shì)，在20 世紀(jì)90 年代后處于日照時(shí)數(shù)偏少時(shí)期，但近10 年除2013 年和2014 年之外，日照時(shí)數(shù)還是出現(xiàn)了上升態(tài)勢(shì)。各月日照時(shí)數(shù)均呈顯著下降趨勢(shì)，主汛期日照時(shí)數(shù)最少，且7 月的下降速率較快?！?/p>