上海奉賢1960—2019年冷暖冬氣候特征分析

徐相明,顧品強,姚寅秋,王正大,湯晨陽,尹荔陽

(奉賢區氣象局,上海 201416)

在全球變暖的氣候背景下，我國冬季氣溫也呈現出明顯的增溫趨勢，如孔祥偉等[1]發現大氣環流異常和城市化共同導致蘭州冬季顯著增溫，張博宇[2]、王淼[3]、紀凡華[4]、劉炳濤[5]等分析發現陜西、山東、上海等地冬季、春季增溫比秋季、夏季顯著。冬季升溫有利于農作物安全越冬、取暖能源消耗降低[6]，但導致油菜等出現冬季旺長[7]、蔬菜抽薹及果樹萌動提前，提升農作物遭遇“倒春寒”及低溫凍害致災風險[8]，加劇病蟲害爆發[9]，且不利于蜜蜂安全越冬[10]，并增大人類呼吸道感染疾病的發病概率[9]。

奉賢作為上海南部郊區，年平均氣溫也呈升高趨勢，主要由冬季、春季增溫引起[11]，與上海氣溫變化趨勢一致，且導致近年暖冬出現頻次趨多。而隨著暖冬的持續，作物栽培品種及農戶管理模式等亟需轉變，以適應氣候變化對奉賢農業安全生產帶來的影響。目前針對奉賢地區暖冬現象的研究極少，因此，本文在統計分析1960—2019年奉賢冬季平均氣溫變化特征的基礎上，分析冬季冷暖事件發生特征，為更好地服務當地冬季工農業生產、城市運行及提升氣象防災減災能力提供參考。

1 材料與方法

1960—2019年氣溫、降水、日照等地面觀測資料均來源于上海市奉賢區氣象臺。采用線性分析、累計距平等方法對溫度特征進行分析。冬季為上年12月—當年2月，即2019年冬季是指2018年12月至2019年2月。常年冬季氣候值統計時段為1981—2010年。暖冬、冷冬等級采用《GB/T 21983—2008暖冬等級》《GB/T 33675—2017冷冬等級》中的單站暖(冷)冬等級劃分指標,即：Δt≥1.29δ為強暖冬，0.43δ≤Δt<1.29δ為弱暖冬，-0.43δ<Δt<0.43δ為常冬，-0.43δ≤Δt<-1.29δ為弱冷冬，Δt≤-1.29δ為強冷冬，Δt為當年冬季氣溫與常年冬季氣候值的差值，δ為冬季氣溫標準差。通過對1960—2019年奉賢地區冬季氣溫求標準差，得出δ=1.04 ℃，即0.43δ、1.29δ分別為0.45 ℃、1.34 ℃。

2 奉賢地區冬季氣溫變化特征

2.1 冬季及冬季各月平均氣溫年際變化

經統計，奉賢地區1960—2019年冬季平均氣溫最低為1.8 ℃(1968年)，最高為7.4 ℃(2017年)，常年氣候值為5.4 ℃。奉賢地區近60年的冬季平均氣溫呈波動式上升趨勢，氣候傾向率為0.32 ℃/10 a(通過α=0.01顯著性檢驗)，僅20世紀80年代中期、21世紀00年代中期至10年代前期氣溫偏低。以1980年、2010年為界，對奉賢地區60年冬季平均氣溫分段求線性趨勢(圖1)，得出1960—1979年、1980—2009年、2010—2019年三段溫度序列的氣候傾向率分別為0.27 、0.54、1.62 ℃/10 a，即奉賢地區冬季氣溫增溫速率呈增大趨勢，但僅1980—2009年氣候傾向率通過了α=0.01顯著性檢驗。統計1960—2019年歷年冬季平均氣溫的距平值(以常年值為基準，下同)，可發現距平累計值從1960年開始逐年下降，1986年達到最低值(-19.6 ℃)，隨后開始逐年振蕩回升(2019年回升至-2.9 ℃)，即近60年冬季平均氣溫以1986年為界，之前各年基本低于常年值，而之后則相反，與圖1冬季平均氣溫年際間變化趨勢相一致。同時，發現60年冬季平均氣溫排序前三位的年份均出現在21世紀，即2017年(7.4 ℃)、2001年(6.9 ℃)、2019年(6.8 ℃)，可以看出奉賢地區近年遭遇冬季偏暖的氣候概率越來越高。

奉賢地區冬季各月(12月、1月、2月)平均氣溫常年值分別為6.4、4.1、5.6 ℃，即1月是冬季氣溫最低月份。各月平均氣溫均呈增溫趨勢，氣候傾向率分別為0.24、0.32、0.41 ℃/10 a(均通過α=0.01顯著性檢驗)，說明2月增溫最明顯，12月增溫不明顯。統計冬季各月平均氣溫距平值，發現各月距平累計值均呈先下降后上升的變化趨勢，最低值分別為-18.5 ℃(1988年)、-22.2(1986年)、-34.7 ℃(1996年)，即12月、1月最低值均出現在20世紀80年代中后期，與冬季平均氣溫累計距平最低值出現年份相近，而2月最低值出現在20世紀90年代中期，表明12月、1月增溫較早，2月較晚。

圖1 奉賢地區1960—2019年冬季平均氣溫年際變化(虛線為趨勢線)

2.2 冬季平均最高、最低氣溫年際變化

經統計，奉賢地區1960—2019年冬季平均最高、最低氣溫的常年值分別為9.7、1.9 ℃，兩者氣候傾向率分別為0.24、0.34 ℃/10 a(表1)，均通過α=0.01顯著性檢驗，表明最低氣溫對奉賢地區冬季增暖貢獻大于最高氣溫，且最高、最低氣溫的非對稱性變化導致氣溫日較差趨小(氣候傾向率為-0.11 ℃/10 a)。各月平均最高、最低氣溫也均呈升溫趨勢，且各月平均最低氣溫均較平均最高氣溫升溫明顯，尤其是1月。

表1 奉賢地區1960—2019年冬季及冬季各月平均最高氣溫、最低氣溫氣候傾向率 單位：℃/10 a

3 奉賢地區冷暖事件變化特征

3.1 冷暖冬的變化

對奉賢地區1960—2019年進行冷暖冬劃分(表2)，發現奉賢地區冷冬、暖冬、常冬均以20世紀90年代為界，之前冷冬偏多，之后暖冬偏多，與潘先潔等[12]得出的淮南在20世紀90年代以后有明顯的變暖趨勢一致。各年代常冬發生概率為20%～40%，其中90年代之前為20%～30%，之后為30%～40%，即奉賢地區隨著年份推移，常冬出現頻次有所增多。各年代冷冬發生概率為10%～60%，90年代之前各年代均為60%，之后各年代均下降至10%。其中，弱冷冬、強冷冬發生概率分別由30%～40%、20%～30%下降至10%、0%，最后一次強冷冬出現在1986年。暖冬出現的趨勢與冷冬相反，各年代暖冬發生概率為10%～60%，90年代之前為10%～20%，之后上升至50%～60%。其中，弱暖冬、強暖冬發生概率分別由10%～20%、0%上升至20%～40%、10%～30%。第一次強暖冬出現在1999年，之后再相繼出現5次強暖冬。總之，奉賢地區60年冷冬逐漸減少，暖冬逐漸增加，且1987年以來未出現強冷冬，1999年強暖冬開始出現并趨多，即奉賢地區1960—2019年冬季升溫導致暖冬頻率及強度均有所增加。

表2 奉賢地區1960—2019年各年代冷暖冬出現年份

3.2 冷暖冬對氣象要素的響應

計算1960—2019年逐年冬季氣溫與上年、當年、下年的年平均氣溫、年降水量、年降水日數、年日照時數、年極端最高氣溫、≥35 ℃日數、汛期(6—9月，下同)降水量、汛期降水日數、汛期氣溫等氣象要素的相關系數(表3)，發現年日照時數與冬季氣溫呈負相關，其余氣象要素均呈正相關；上年、當年、下年的年平均氣溫與冬季氣溫的相關性最好，均通過α=0.01顯著性檢驗，但降水日數、極端氣溫與冬季氣溫相關性均較差；當年的氣象因子與冬季氣溫的相關性大多強于上年、下年,僅當年的年平均氣溫、年降水日數、汛期氣溫與冬季氣溫的相關性略弱于上年。冬季氣溫與當年的年降水量、汛期降水量呈顯著正相關，均通過α=0.01顯著性檢驗。說明奉賢地區冬季氣溫對年平均氣溫及當年的年降水量、汛期降水量具有指示性意義。

表3 奉賢地區1960—2019年逐年冬季氣溫與上年、同年、下年的氣象要素的相關系數

奉賢地區汛期正處于作物生長、生殖關鍵期，如汛期降水的多寡直接影響水稻等生長及品質的形成[13]，且汛期降水占年降水量比率大，年際間降水差異性大，對作物生產、城市安全運行等帶來諸多影響。奉賢地區1960—2019年汛期降水量(R汛)常年值、標準差分別為597.9、201.6 mm，以597.9±0.43×201.6 mm為閾值對汛期降水量進行劃分，取R汛≤511.2 mm為偏少、511.2 mm

表4 奉賢地區1960—2019年冷暖冬的當年汛期降水量分布情況 單位：a

4 結論與討論

(1)奉賢地區1960—2019年冬季及冬季各月的平均、最高、最低氣溫均呈升溫趨勢，其中2月增溫最明顯。最低氣溫對冬季變暖貢獻較大。冬季及冬季各月平均氣溫距平累計值均呈先下降后上升的變化趨勢，冬季平均氣溫在21世紀以來遭遇極端偏暖的氣候概率偏高。

(2)奉賢地區1960—2019年冬季升溫導致暖冬頻率及強度均有所增加，呈現出以冷冬為主轉為以暖冬為主。奉賢地區常冬、冷冬、暖冬均以20世紀90年代為界，常冬、暖冬呈增多趨勢，冷冬則大幅減少，且1987年以來未出現強冷冬、于1999年強暖冬開始出現并趨多。奉賢地區冷暖冬變化趨勢顯示近年出現暖冬屬于大概率事件，2020年奉賢冬季氣溫創1960年以來新高，再次出現強暖冬。

(3)冬季氣溫與上年、同年、下年的年平均氣溫及當年的年降水量、汛期降水量呈顯著正相關。冷冬年汛期降水量以正常至偏少為主，暖冬年汛期降水量以偏多至正常為主。今后，可利用冷暖事件及其變化特征對年平均氣溫、汛期降水量等開展預報預測，有效提升氣象服務能力。