1961—2020年湖南省暖冬事件氣候特征分析

摘要 近年來，全球顯著增暖，我國暖冬事件發(fā)生頻率增加。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《暖冬等級》，利用1961—2020年湖南省87個國家站的冬季逐日氣溫資料，分析了湖南省暖冬事件的氣候特征及成因。結(jié)果表明：1961—2020年湖南省冬季平均氣溫呈明顯的增溫趨勢，全省平均升溫趨勢為0.23 ℃/10年，并在1995年前后發(fā)生了突變。整體而言，湖南西部的增溫幅度較小，而北部和南部的增溫幅度較大。湖南區(qū)域暖冬和區(qū)域強暖冬指數(shù)均呈上升趨勢，增幅分別為4.8%/10年和5.1%/10年。1961—2020年間湖南共發(fā)生了28次區(qū)域暖冬事件，其中20世紀(jì)90年代后區(qū)域暖冬次數(shù)明顯增多，1991—2020年共出現(xiàn)19次區(qū)域暖冬，占暖冬總數(shù)的67.9%。1979年和1999年是自1961年以來暖冬范圍最大、強度最強的2年，強暖冬指數(shù)均為100%。

關(guān)鍵詞 暖冬；氣候特征；大氣環(huán)流

中圖分類號：P467 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）03–0067-04

近百年來，全球顯著增暖，各地極端天氣氣候事件頻發(fā)且強度增強，氣象災(zāi)害風(fēng)險也不斷增加，給我國糧食安全、水資源安全、環(huán)境安全、能源安全等帶來重大威脅和嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，氣候問題也由此逐漸演變成更高層面的發(fā)展問題[1-2]。相關(guān)研究表明，從20世紀(jì)80年代中期開始，我國暖冬出現(xiàn)的頻率增加，且呈顯著上升趨勢，近50年來中國增溫幅度比全球或北半球同期偏高[3-6]。冬季升溫有利于減輕供暖壓力，從而節(jié)約能源[7-8]。但同時暖冬的出現(xiàn)會導(dǎo)致病蟲害滋生蔓延，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來不利影響[9-10]。此外，暖冬伴隨其常出現(xiàn)的大氣環(huán)流異常，導(dǎo)致霧霾天氣的發(fā)生[11-12]。冬季作為對全球氣候變暖較為敏感的季節(jié)，暖冬現(xiàn)象的頻繁發(fā)生，越來越引起全社會的關(guān)注，眾多學(xué)者對不同地區(qū)的冷暖冬氣候特征展開了研究[13-15]。

湖南省位于長江中部南岸，呈西高東低、南高北低、朝東北開口的不對稱馬蹄形盆地，受亞熱帶季風(fēng)氣候和地形的綜合影響，極端天氣頻發(fā)，造成湖南省災(zāi)害性天氣脆弱區(qū)特征明顯[16-18]。王愛珍等[19]研究發(fā)現(xiàn)湖南冬季氣溫增暖顯著，且增溫幅度與城市熱島效應(yīng)和緯度密切相關(guān)。廖玉芳[20]等對湖南省氣溫年平均和季節(jié)平均值進(jìn)行了趨勢分析，發(fā)現(xiàn)冬季氣溫增溫趨勢的分布特征與年平均氣溫的基本契合，冬季氣溫在1997年發(fā)生突變。這些學(xué)者對湖南省氣溫變化情況進(jìn)行了詳實的研究，但針對長時間暖冬事件的時空變化規(guī)律和氣候特征的研究未見相關(guān)的研究成果。根據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《暖冬等級》，分析湖南省1961—2020年暖冬事件的氣候特征及其成因，以期減少暖冬對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境等的影響，同時為能源調(diào)度及防災(zāi)減災(zāi)工作提供決策依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料

使用數(shù)據(jù)為湖南省97個國家氣象站1961—2020年的冬季日平均氣溫觀測數(shù)據(jù)。為了使得研究結(jié)果具備時空代表性，對站點數(shù)據(jù)進(jìn)行了簡單的質(zhì)量控制，剔除了資料完整度較差的部分站點，最后得到了87個站點的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)站點分布均勻。以上年12月至當(dāng)年2月為冬季進(jìn)行分析。計算氣候平均值時，利用1961—1990年30年的氣候平均值計算1961—2000年的氣溫距平，以1971—2000年的30年氣候值計算2001—2010年氣溫距平，以1981—2010年的30年氣候值計算2011—2020年氣溫距平。

1.2 冷暖冬定義及等級劃分

參照《暖冬等級》國家標(biāo)準(zhǔn)和以往的研究，對湖南省暖冬事件進(jìn)行定義及等級劃分。從空間上將暖冬事件分為單站、區(qū)域兩個范圍等級（其中區(qū)域暖冬即湖南全省暖冬），兩者在強度上均有強、弱2個等級。單站暖冬主要根據(jù)氣溫定義，區(qū)域暖冬則用暖冬站數(shù)的百分比來界定。

1.2.1 單站暖冬 一般認(rèn)為冬季平均氣溫服從高斯正態(tài)分布，利用三分位法將其概率密度三等分，每一等分概率均為33.3%。其中，偏暖的邊界閾值為0.43σ，即單站暖冬閾值，而強暖冬閾值則被界定為1.29σ。即當(dāng)冬季平均氣溫距平（ΔT）≥0.43σ時，則認(rèn)為出現(xiàn)了單站暖冬；而當(dāng)ΔT≥1.29σ時則認(rèn)為出現(xiàn)了單站強暖冬。此外，定義ΔT與單站暖冬閾值0.43σ之差為單站暖冬指數(shù)（IWs，單位為℃），其可通過溫度反映站點的暖冬強度。

1.2.2 區(qū)域暖冬 區(qū)域暖冬指數(shù)（IWa，單位為℃）被定義為區(qū)域內(nèi)暖冬站數(shù)與總站點數(shù)的百分比，通過暖冬站點的個數(shù)反映區(qū)域內(nèi)的暖冬強度。當(dāng)IWa≥50%時，則認(rèn)為發(fā)生區(qū)域暖冬，同時定義該年為暖冬年；在區(qū)域暖冬年內(nèi)，當(dāng)強暖冬站數(shù)與暖冬站數(shù)的百分比達(dá)到50%以上時，則認(rèn)為發(fā)生了區(qū)域強暖冬事件。

1.3 方法

采用線性回歸方法計算氣候傾向率，并用統(tǒng)計t檢驗對其進(jìn)行顯著性檢驗。利用Mann-Kendall非參數(shù)統(tǒng)計檢驗方法對湖南省冬季氣溫進(jìn)行檢驗，以判斷其在研究時段內(nèi)是否了發(fā)生突變。該方法可以排除少數(shù)異常值的干擾，常被用于氣候序列的趨勢顯著性檢驗和突變檢測。

2 結(jié)果與分析

2.1 湖南省冬季平均氣溫時空變化特征

2.1.1 時間變化特征 1961—2020年湖南省冬季平均氣溫呈明顯的增溫趨勢（圖1a），全省平均升溫趨勢為0.23 ℃/10年，通過了α=0.01的顯著性檢驗。另外，結(jié)合其11年滑動平均曲線可以看出，相較于20世紀(jì)60年代，湖南省冬季平均氣溫在20世紀(jì)70～80年代有一個明顯的升溫，但該時段的冬季氣溫仍低于氣候平均值。而相較于20世紀(jì)80年代，從90年代開始湖南省的冬季氣溫又有一次明顯的增溫過程，到1991年以后的11年滑動平均值超過氣候平均值，1991—2020年這30年中有20年的氣溫高于氣候值。在氣溫的M-K圖（圖1b）中，UFk和UBk的交點出現(xiàn)在1995年前后，且在置信區(qū)間內(nèi)，表明湖南省冬季平均氣溫在1995年前后發(fā)生了突變，2001年以后UFk超過了臨界直線，表明湖南冬季氣溫上升趨勢顯著。

2.1.2 空間變化特征 從圖2可以看出，研究中用到的所有站點的平均氣溫均呈上升趨勢，其增溫幅度為0.13～0.4 ℃/10年，87個站點中只有3個站點未通過置信度為0.05的顯著性檢驗。整體而言，湖南西部的增溫幅度較小，而北部和南部的增溫幅度較大。其中，湖南南部的郴州市資興站增幅最大，西部的張家界桑植站增幅最小。全省共計40站的冬季氣溫增幅高于全省平均的增溫速率，占總站數(shù)的46%。

2.2 湖南省暖冬事件變化特征

2.2.1 單站暖冬 從湖南省1961—2020年暖冬頻次的分布（圖3）可看出，所統(tǒng)計的87個站點暖冬出現(xiàn)頻次為23～33次，湘北暖冬出現(xiàn)次數(shù)整體大于湘南，有8個站點暖冬出現(xiàn)頻次大于30。單站強暖冬出現(xiàn)次數(shù)為8～14次，強暖冬頻次大值區(qū)主要位于湘東北地區(qū)和湘中偏南一帶，湘西南地區(qū)單站強暖冬出現(xiàn)頻次最少。此外，全省共有55個站點單站強暖冬頻次大于10次，占總站點數(shù)的63.2%。

從暖冬指數(shù)的變化趨勢來看（圖略），所有站點的暖冬指數(shù)均呈上升趨勢，與氣溫變化趨勢的分布大致相同。其中，湖南北部和東南部的增暖趨勢較大，通過σ=0.05的顯著性檢驗的站點多分布于這些地區(qū)。暖冬指數(shù)變化最大的站點為郴州市資興站，為0.25 ℃/10年，該站點同樣是平均氣溫升溫趨勢最強的站點。而暖冬指數(shù)變化最小的張家界桑植站是平均氣溫變化最小的站點，其變化幅度為0.07 ℃/10年。

2.2.2 區(qū)域暖冬 圖4為湖南省區(qū)域暖冬、區(qū)域強暖冬發(fā)生的時間變化特征。由圖可知，湖南區(qū)域暖冬和區(qū)域強暖冬指數(shù)均呈上升趨勢，增幅分別為4.8%/10年和5.1%/10年，這更加說明湖南省冬季氣溫確實存在上升的趨勢，達(dá)到暖冬標(biāo)準(zhǔn)的站點數(shù)呈增長趨勢。

從表1可以看出，1961—2020年湖南共發(fā)生了28次區(qū)域暖冬事件，其中20世紀(jì)60年代出現(xiàn)3次區(qū)域暖冬事件，70年代為5次，80年代最少，為1次，90年代后區(qū)域暖冬次數(shù)明顯增多，1991—2020年共出現(xiàn)19個區(qū)域暖冬，占暖冬總數(shù)的67.9%。在28個暖冬年中，共有10個為強暖冬年，90年代之前出現(xiàn)了3次，分別為1966年、1979年和1987年，90年代以后共出現(xiàn)7次，分別為1999年、2002年、2007年、2009年、2015年、2017年和2020年，其中1979年和1999年是自1961年以來暖冬范圍最大、強度最強的兩年，強暖冬指數(shù)均為100%，即研究的全省87個站點均出現(xiàn)了單站強暖冬。

3 結(jié)論

（1）1961—2020年湖南省冬季平均氣溫呈明顯的上升趨勢，全省平均升溫趨勢為0.23 ℃/10年，并在1995年前后發(fā)生了突變。冬季平均氣溫有2次上升過程，20世紀(jì)70～80年代有一次明顯的升溫過程，但該時段的冬季氣溫仍低于氣溫平均值。而相較于20世紀(jì)80年代，從90年代開始湖南省的冬季氣溫又有一次明顯的上升過程。

（2）從空間分布來看，湖南所有站點的平均氣溫均呈上升趨勢，其增溫幅度為0.13～0.4 ℃/10年，湖南西部的增溫幅度較小，而北部和南部的增溫幅度較大，其中湖南南部的郴州市資興站增幅最大，西部的張家界桑植站增幅最小。

（3）湖南區(qū)域暖冬和區(qū)域強暖冬指數(shù)均呈上升趨勢，增幅分別為4.8%/10年和5.1%/10年。1961—2020年湖南共發(fā)生了28次區(qū)域暖冬事件，其中20世紀(jì)90年代以后區(qū)域暖冬次數(shù)明顯增多，1991—2020年共出現(xiàn)19個區(qū)域暖冬，占暖冬總數(shù)的67.9%。1979年和1999年是自1961年以來暖冬范圍最大、強度最強的2年，強暖冬指數(shù)均為100%。

參考文獻(xiàn)

[1] 秦大河，丁一匯，蘇紀(jì)蘭，等.中國氣候與環(huán)境演變評估（I）：中國氣候與環(huán)境變化及未來趨勢[J].氣候變化研究進(jìn)展， 2005（1）：4-9.

[2] 梁蘇潔，丁一匯，趙南，等.近50年中國大陸冬季氣溫和區(qū)域環(huán)流的年代際變化研究[J].大氣科學(xué)，2014，38（5）：974-992.

[3] 孫林海，趙振國.我國暖冬氣候及其成因分析[J].氣象，2004（12）：57-60.

[4] 李維京，李怡，陳麗娟，等.我國冬季氣溫與影響因子關(guān)系的年代際變化[J].應(yīng)用氣象學(xué)報，2013，24（4）：385-396.

[5] 任國玉，郭軍，徐銘志，等.近50年中國地面氣候變化基本特征[J].氣象學(xué)報， 2005（6）：942-956.

[6] 別芳玫，陳夢，童雅芳，等.冬季氣溫對負(fù)荷及用電量的影響分析研究[J].湖北電力，2019，43（2）：42-49.

[7] 廖春花，禹偉，黃志萍，等.長沙市冷暖冬氣候特征及其成因分析[J].中國農(nóng)業(yè)氣象，2009，30（3）：297-301.

[8] 劉寧，于秀晶，黃晶.1961—2019年吉林省暖冬氣候特征分析[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2020，20（14）：5476-5482.

[9] 嚴(yán)小冬，宋燕，黃晨然，等.貴州省冬季氣溫的時空特征及其與海氣的關(guān)系[J].高原氣象，2017，36（5）：1336-1345.

[10] Chen Y N， Zhu Z W， Luo L， et al. Severe haze in Hangzhou in winter 2013/14 and associated meteorological anomalies[J]. Dynamics of Atmospheres and Oceans， 2018，81（3）：73-83.

[11] Zhang X Y， Sun J Y， Wang Y Q， et al. Factors contributing to haze and fog in China[J]. Chinese Journal， 2013， 58 （13）：1178.

[12] 李倩，張婉瑩，林毅，等.1961—2020年遼寧省暖冬現(xiàn)象氣候特征分析[J].氣象與環(huán)境學(xué)報，2020，36（6）：68-73.

[13] 劉曉冉，胡祖恒，李永華，等.重慶地區(qū)冬季冷暖變化及其異常成因分析[J].干旱氣象，2020，38（3）：404-410.

[14] 鄭小華，婁盼星，馬永永，等.氣候變化背景下陜西冷暖冬事件的多尺度特征研究[J].干旱區(qū)地理，2021，44（1）：47-54.

[15] 曾慶華，黎祖賢，向德龍.中國氣象災(zāi)害大典：湖南卷[M].北京：氣象出版社，2006.

[16] 彭晶晶，馬紅云，朱歆煒，等.1961— 2017年湖南省冷空氣活動特征分析[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2019，19 （4）：43-51.

[17] 盧希安.湖南省極端降水的時空變化及預(yù)估研究[D].長沙：湖南師范大學(xué)，2020.

[18] 謝睿恒，王愛慧，華維.1961～2013年中國蒸發(fā)皿蒸發(fā)量時空分布特征及其影響因素[J].氣候與環(huán)境研究，2020， 25（5）：483-498.

[19] 王愛珍，陳江民，李艷，等.湖南冬季氣溫年代際變化與熱島效應(yīng)和緯度的關(guān)系[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008（7）：2874-2876.

[20] 廖玉芳，彭嘉棟，郭慶.湖南氣候?qū)θ驓夂蜃兓捻憫?yīng)[J].大氣科學(xué)學(xué)報，2014，37（1）：75-81.

責(zé)任編輯：黃艷飛

Climatic Characteristics of Warm Winter Events in Hunan Province from 1961 to 2020

Xie Rui-heng et al（Hunan Meteo-

rological Service Centre， Changsha， Hunan 410118）

Abstract In the past years， the world had been warming significantly， and the frequency of warm winter events in China had increased. According to the national standard of warm winter， used the daily temperature data in winter at 87 national stations in Hunan Province for 1961 to 2020 to analyze the climatic characteristics of warm winter events in Hunan Province. The results showed that the average temperature in winter in Hunan Province showed an obvious warming trend from 1961 to 2020， and the average warming trend of the whole province was 0.23 ℃/10 a， with an abrupt change occurring in 1995. Overall， the increase trends of temperature in western Hunan are small， while the increase trend in northern and southern Hunan were large. The indices of warm winter and strong warm winter in Hunan both showed an upward trend， with an increase of 4.8%/10 a and 5.1%/10 a， respectively. From 1961 to 2020， a total of 28 regional warm winter events occur in Hunan， of which the number of regional warm winters increase significantly after the 1990 s. There were 19 regional warm winters from 1991 to 2020， accounting for 67.9% of the total number of warm winters. 1979 and 1999 were the two years with the largest range and strongest intensity of warm winters since 1961， and the strong warm winter indices were both 100%.

Key words Warm winter; Climatic characteristics; Atmospheric circulation

基金項目 中國氣象局公共氣象服務(wù)中心創(chuàng)新基金重點項目（K2021006）。

作者簡介 謝睿恒（1994—），男，重慶人，助理工程師，主要從事氣候變化及應(yīng)用氣象研究。

*通信作者：羅瀟（1994—），女，助理工程師，主要從事專業(yè)氣象服務(wù)研究，E-mail： 879775984@qq.com。

收稿日期 2023-01-05