從北京1951～2010年氣象資料之變異系數(shù)看六氣主氣時段劃分的客觀合理性＊

高春廷，柯資能，王昌忠

(中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)科技史與科技考古系，合肥 230026)

運氣學(xué)說把一年24節(jié)氣分置于六氣的六步之中，認(rèn)為主氣能反映一年6個時段的一般氣候變化規(guī)律。每年從大寒開始，每四節(jié)氣為六氣一步，每步60d又87刻半，主氣按初之氣厥陰風(fēng)木、二之氣少陰君火、三之氣少陽相火、四之氣太陰濕土、五之氣陽明燥金和終之氣太陽寒水之順序輪流當(dāng)令，每年固定不變，分別對應(yīng)風(fēng)季、溫季、熱季、濕熱季、涼燥季、寒冷季。六氣時段的劃分(六步)以24節(jié)氣為基礎(chǔ)，在天文學(xué)上24節(jié)氣是視太陽在黃道上的位置來確定的。“可將24節(jié)氣看作是全年的農(nóng)業(yè)氣候歷，反映日照的二分二至和反映溫度的小暑、大暑、小寒、大寒，在全國和一些鄰國基本上都適用(見表1)”[1]。

表1 六氣時段起始節(jié)氣與黃經(jīng)度

但六氣初之氣為何從大寒而不是其他節(jié)氣開始，這種選擇是人為規(guī)定還是與實際氣候變化規(guī)律相符合?

在現(xiàn)代學(xué)者的有關(guān)氣候?qū)W研究中，有對北京地區(qū)氣候進(jìn)行六氣時段分析并得出分布規(guī)律的文章[2]，也有討論疾病發(fā)病率與六時段氣候因子相關(guān)性的文章:“(六時段的劃分)[從2月1日起始，每2個月為一個時段]比較準(zhǔn)確地反映了中國黃河中下游大部地區(qū)由于季風(fēng)進(jìn)退形成的溫度和降水變化過程。六步氣候在北京地區(qū)也是實際存在的，所以，雙月值氣候資料的選擇具有應(yīng)用價值”[3]。但現(xiàn)有的研究均未能回答六氣起點選擇的合理性問題。

本文在此基礎(chǔ)上，從北京1951～2010年氣象資料入手，利用變異系數(shù)和對比法對此進(jìn)行了探討。變異系數(shù)(Coefficient of Variance，簡稱 C V)是衡量數(shù)據(jù)波動大小的1個統(tǒng)計量，為標(biāo)準(zhǔn)差與平均值之比，是個相對變異量和無量綱的量，故具有廣泛可比性[4]。當(dāng)進(jìn)行2組或多組數(shù)據(jù)變異程度的比較時，如果單位或平均數(shù)不同時，比較其變異程度需采用變異系數(shù)來比較，變異系數(shù)越小數(shù)據(jù)波動越小。本文采用的變異系數(shù)計算公式[5]如下:

1 資料與方法

本文原始?xì)庀髷?shù)據(jù)均來源于中國地面氣象資料數(shù)據(jù)集，由北京54511號區(qū)站監(jiān)測，根據(jù)氣象數(shù)據(jù)的完整性和研究六氣的需要，所選氣象要素資料包括逐日平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、平均相對濕度、最小相對濕度、平均風(fēng)速、日降水量和日照時數(shù)共8種，并對缺測數(shù)據(jù)和微量數(shù)據(jù)進(jìn)行了必要處理。

為探究各時段氣候變化規(guī)律，對氣象資料各氣象要素的逐日監(jiān)測值，按照六氣時段的日期劃分，求出各六氣時段平均值并畫出趨勢圖，從而探究主氣的氣候變化規(guī)律。

對所選8種氣象要素，先利用逐日監(jiān)測值A(chǔ)nmij求出1951～2010年各年6個時段各氣象要素的平均值 Bmij，共 2 880個數(shù)據(jù)(60年×6段×8種 =2880)，這時每種要素每個時段都有60個平均值數(shù)據(jù)，再利用這些數(shù)據(jù)分別求出8種要素六氣各時段的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差σij，最后用標(biāo)準(zhǔn)差除以平均值便得到變異系數(shù)CVij(見表2)，具體計算公式如下:

式中，i、j、m均為正整數(shù)，i為8種氣象要素，1≤i≤8;j為6種主氣時段，1≤j≤6;m為年份，1951≤m≤2010;s、e分別為某年某種主氣時段的起始和終止日期，N為從s到e這段時日內(nèi)n所歷經(jīng)的天數(shù)。

表2 北京1951～2010年氣象要素六氣時段變異系數(shù)(初之氣從大寒起始為例)

六氣時段劃分方式不同，以上方法所求各氣象要素的變異系數(shù)也必然不同，我們根據(jù)運氣理論認(rèn)為，總體上變異系數(shù)越小劃分越合理。為判斷大寒、立春哪個起點更合理，本文通過比較大寒起始和立春起始、小寒起始同一時段各氣象要素的變異系數(shù)，對此進(jìn)行初步探討。

2 北京1951～2010年各氣象要素變異系數(shù)分析

《黃帝內(nèi)經(jīng)》主氣初之氣厥陰風(fēng)木起始于大寒，有觀點認(rèn)為與農(nóng)歷新年起點立春不符，主張改為以立春為起點。我們擬通過大量氣象數(shù)據(jù)的變異系數(shù)來判斷哪個起點更貼近自然、更合理。

將大寒起始與立春起始、小寒起始對應(yīng)變異系數(shù)分別相減，并將差為正數(shù)的用“+”代換，差為負(fù)數(shù)的用“－”代換，得到表3和表4，其中“－”表示大寒起始變異系數(shù)較其他起始小。為了總體上評判各方案，增加了各要素6個時段變異系數(shù)總和這一列，并將其與6個時段同等處理。圖1中對比的是不同方案間“－”個數(shù)，個數(shù)越多則劃分更合理。

總體上看，圖1顯示在總共56個變異系數(shù)中，大寒起始比立春起始、小寒起始更小的分別有31個和32個，故相比立春起始和小寒起始，大寒起始的劃分能更好地符合北京地區(qū)氣候變化規(guī)律。

圖1 北京1951～2010年各氣象要素不同劃分時變異系數(shù)總體比較

表3 北京1951～2010年各氣象要素大寒起始與立春起始變異系數(shù)大小比較

表4 北京1951～2010年各氣象要素大寒起始與小寒起始變異系數(shù)大小比較

3 結(jié)語

分析表明，北京地區(qū)各氣象要素都具有各自顯著的六氣變化趨勢，段間變化明顯，年六氣同時段波動較小。北京氣候具有“六氣時段”的周期性，六氣時段從大寒起始的劃分能比較準(zhǔn)確地反映北京氣候周年變化的一般規(guī)律，也初步印證了運氣學(xué)說關(guān)于六氣時段劃分的客觀合理性。利用變異系數(shù)來驗證六氣時段的劃分還是首次嘗試，難免會有不成熟之處;其次，僅用北京地區(qū)的資料不具全面性，這些有待在以后的工作中改進(jìn)。

[1]二十四節(jié)氣.《中國大百科全書》光盤1.2版[M].中國大百科全書出版社，2001.

[2]張德高，高思華，李宏濤，等.北京地區(qū)中醫(yī)六氣的氣候分析[J].中醫(yī)研究，2010，23(9):1-3.

[3]程彥杰，袁霞，陸晨.北京地區(qū)70萬自然監(jiān)測人群中風(fēng)發(fā)病率的季節(jié)波動與六時段氣候因子相關(guān)關(guān)系的研究[J].北京中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報，2000，23(2):16-20.

[4]蘇同欽.變異系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值的確定[J].農(nóng)機(jī)質(zhì)量與監(jiān)督，1996，3:12-13.

[5]黃紹新.標(biāo)準(zhǔn)偏差和變異系數(shù)計算[J].建筑工人，1994，03:18-19.