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)象對人類的健康與社會的發(fā)展造成了極大的影響[4-5]，尤其是在汛期，高溫?zé)岷Α⒈┯旰闈场O端強降水等事件頻發(fā)[6-8]，往往造成嚴重的損失。武清區(qū)位于天津市西北部，是京津冀三省市的交匯點，是國家“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)展試驗田—“通武廊”的重要成員，因而研究其汛期氣候變化特點極為重要。本文擬對天津市武清區(qū)近60 年汛期(下文汛期指6～9 月，主汛期指7～8 月)的氣候特征進行分析，并對該地氣溫、降水和日照等要素的變化規(guī)律進行總結(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

本研究針對武清國家一般氣象站1961—2020 年汛期的觀測資料(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、降水量和日照時數(shù)作為研究對象，采用線性傾向估計、滑動平均、t 檢驗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 年滑動平均曲線可以看出年際變化呈波動上升趨勢，計算其線性傾向率為0.26 ℃/10 a，上升趨勢極顯著(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值，分別為-0.43、-0.51、-0.36 ℃，屬于相對偏冷時期；進入20 世紀(jì)90 年代后，汛期平均氣溫距平值均為正值，處于相對偏暖時期，上升趨勢也更加明顯。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 年的貢獻最大，見表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，上升趨勢極顯著(r＝0.56，P＜0.01)。可以看出各月的平均氣溫都在上升，且9 月上升速率最快。另外，從不同年代的變化情況來看，各月平均氣溫與汛期平均氣溫有相似的變化特點，即在20 世紀(jì)90 年代之前為偏冷時期，之后為偏暖時期。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)計算，平均最高氣溫的線性變化率為0.20 ℃/10 a，上升趨勢顯著(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 年代均為負值，說明平均最高和最低氣溫都屬于偏低時期；進入90 年代后，距平值為正值，說明平均最高和最低氣溫進入偏高時期。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 ℃。可以看出7 月氣溫整體較高，而9 月氣溫整體較低。計算各月的線性傾向率，6 月為0.11 ℃/10 a，上升趨勢不顯著(r＝0.15，P＞0.05)；7 月為0.23 ℃/10 a，上升趨勢顯著(r＝0.32，P＜0.05)；8 月為0.24 ℃/10 a，上升趨勢極顯著(r＝0.46，P＜0.01)；9 月為0.21 ℃/10a，上升趨勢顯著(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，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。綜合來說，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期，進入90 年代以后開始處于偏高時期，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 年滑動平均曲線可以看出近60 年武清區(qū)汛期降水量的波動比較明顯，且年際變化總體呈下降趨勢，其線性傾向率為-18.62 mm/10 a，但下降趨勢不顯著(r＝-0.21，P＞0.05)。降水量在不同年代的特點也有所差別，20 世紀(jì)60—70 年代表現(xiàn)為正距平，屬于降水偏多時期；20 世紀(jì)80 年代到2000 年代降水量呈負距平，且降水偏少越來越明顯。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(848.00 mm)。總的來說，降水量依舊是呈明顯的下降趨勢，降幅達到了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汛期降水量的72.3%，貢獻突出。計算得出6 月和9 月的降水量呈上升趨勢，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)，上升趨勢并不顯著；而7 月和8 月的降水量呈下降趨勢，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 個月快，且8 月的下降趨勢顯著。

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，說明降水日數(shù)越多，對應(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。通過降水日數(shù)變化曲線和滑動平均曲線可以看出，降水日數(shù)存在一定的波動，其線性傾向率為-0.62 d/10 a(r＝-0.16，P＞0.05)，下降趨勢并不顯著。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)相對偏多時期，此后就一直為降水日數(shù)偏少時期。具體表現(xiàn)為從20 世紀(jì)70 年代開始，降水日數(shù)轉(zhuǎn)為負距平，且距平值呈環(huán)比下降態(tài)勢，2000 年代的距平值為-1.23 d，近10 年距平逐漸回升，但仍為負值，總體來看降水日數(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)占整個汛期降水日數(shù)的59.8%，貢獻相較其他2 個月份要大。經(jīng)計算，發(fā)現(xiàn)6 月和9 月的降水日數(shù)呈上升趨勢，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)，上升趨勢并不顯著；而7 月和8 月的降水日數(shù)呈下降趨勢，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。分析日照時數(shù)變化曲線及滑動平均曲線可以看出，汛期日照時數(shù)是波動減少的，1993 年之前，汛期日照時數(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，下降趨勢極顯著(r＝-0.69，P＜0.01)。汛期日照時數(shù)在各個年代的情況也不同，在20 世紀(jì)60—80 年代表現(xiàn)為正距平，說明這一時期日照時數(shù)偏多，而90 年代之后日照時數(shù)偏少，見表3。

表3 1961—2020 年武清區(qū)汛期及各月日照時數(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)計汛期各月日照時數(shù)，平均值分別為237.90、204.97、208.36、217.46 h，汛期日照時數(shù)相對較少。各月日照時數(shù)均呈下降趨勢，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。各月日照時數(shù)隨年代變化特點與汛期相似，即在20 世紀(jì)60—80 年代為日照偏多時期，90 年代以后為日照偏少時期，但在近10 年看來，除2013 和2014 年之外，整體日照時數(shù)均呈上升趨勢。

5 討 論

①1961 年以來武清區(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，在20 世紀(jì)90 年代以后進入氣溫相對偏高時期，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，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，降水量在20 世紀(jì)80 年代開始表現(xiàn)為偏少時期，降水日數(shù)在20 世紀(jì)70 年代開始表現(xiàn)為偏少時期，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，降水日數(shù)仍處于偏少時期。主汛期對降水量和降水日數(shù)的貢獻最大，但其降水量和降水日數(shù)均呈下降趨勢；6 月和9 月的降水量和降水日數(shù)的貢獻較小，但其降水量和降水日數(shù)均呈上升趨勢。

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