1960～2017年雄安新區冬季氣溫變化特征研究

張良玉，魏麗欣*，王 歡，張 會，王志超

（1.保定市氣象局，河北 保定 071000；2.保定市徐水區氣象局，河北 保定 071000）

2017年4月1日，中共中央、國務院印發通知，決定設立河北雄安新區[1]。雄安新區的設立，對于集中疏解北京非首都功能，探索人口經濟密集地區優化開發新模式，調整優化京津冀城市布局和空間結構，以及培育創新驅動發展新引擎具有重大的現實意義和深遠的歷史意義。雄安新區位于太行山以東的冀中平原中部，屬溫帶大陸性季風氣候，四季分明。IPCC第5次評估報告指出：自1850年有可靠氣象記錄以來，過去的30 a中每個10 a都創造了氣溫最高紀錄，可能是北半球自1400年以來最熱的30 a。研究表明，近100 a來我國年平均地面氣溫明顯升高，升溫幅度略高于同期全球平均值[2～4]。其中，20世紀60～80年代，我國處于變冷期；進入90年代以后，全國氣候開始變暖，其中冬季氣候變暖更加明顯，且變暖區域主要集中在北方地區[5～7]。一些學者對華北地區冬季氣溫的變化特征進行了研究，結果顯示，該區冬季氣溫具有明顯的年代際變化，表現為20世紀80年代中后期之前偏冷，80年代中后期之后偏暖[8～10]。

冬季氣溫對農業生產以及病蟲害的發生情況影響顯著，因此，研究某一區域的冬季氣溫變化特征對指導該區域的農業生產與病蟲害防治具有十分重要的意義。研究人員對雄安新區周邊城市的氣候變化進行了大量研究[11～14]，但對雄安新區冬季氣溫特征變化的研究較少。以雄安新區的氣溫觀測資料為依據，對雄安新區冬季氣溫的空間分布以及年際和年代際變化特征進行研究，旨為新區建設“一區一帶百園”科技農業創新高地提供科學的氣象依據。

1 材料與方法

1.1 數據資料

雄安新區共有3個國家氣象站（雄縣、安新、容城）和28個區域氣象站。為了保證研究的準確性和代表性，對數據缺測較多或數據異常的8個站點進行了剔除，考慮到建站時間和資料完整性，最終確定選用23個氣象站的2012～2017年冬季（本文指12月至翌年2月）氣溫資料研究雄安新區冬季氣溫的空間分布，選用安新氣象站（現址位于三臺鄉王公堤村，距雄安新區起步區大王鎮僅6 km）1960～2017年的氣溫觀測資料研究雄安新區冬季氣溫的變化趨勢。

1.2 分析方法

利用GIS空間反距離權重插值（IDW）法，繪制雄安新區冬季氣溫的空間分布圖，分析雄安新區冬季氣溫的空間分布特征。

運用線性傾向趨勢，分析冬季氣溫等數據趨勢變化特征。利用非參數Mann-Kendall（M-K） 趨勢檢驗方法，分析趨勢變化是否顯著；運用非參數M-K突變檢驗方法，得出趨勢變化的突變年份及突變是否顯著[15]。

采用差異系數，分析冬季氣溫年代際變化是否穩定[16]。差異系數定義是指一組數據的標準差與其均值的百分比，是測算數據離散程度的相對指標。求得結果絕對值越小，離散程度就小，說明數據變化穩定性越好；反之，亦然。公式如下：

公式中，S為標準差，M為平均值，n為數據的個數。

2 結果與分析

2.1 雄安新區冬季平均氣溫及日較差的空間分布特征

不同下墊面的輻射差異影響到附近區域氣溫的變化。雄安新區境內河流湖泊眾多，其中白洋淀是新區內面積最大的水域，其位于雄安新區東南部，總面積約366 km2，占雄安新區總面積的20%左右。雄安新區冬季氣溫的空間分布受白洋淀影響較大，表現為淀區及其附近區域平均氣溫偏高、日較差最小，隨著與淀區距離的增加，平均氣溫呈緩慢降低趨勢，日較差呈逐漸增大趨勢（圖1）。另外，從圖中還可以看出，安新和雄縣及其周邊部分站點的冬季平均氣溫和日較差與淀區接近，原因是這些站點在城市內或附近，受城市熱島效應的影響，因此也表現出了氣溫較高、日較差較小。

2.2 雄安新區冬季氣溫的變化趨勢特征

圖1 雄安新區冬季平均氣溫（a）和日較差（b）的空間分布Fig.1 Space distribution of winter mean temperature and daily range of temperature in Xiongan New Area

2.2.1 歷年冬季平均氣溫的變化趨勢 1960～2017年雄安新區歷年冬季平均氣溫呈上升趨勢，氣候傾向率為0.17℃/10 a，其中，20世紀60年代冬季平均氣溫最低，60～80年代冬季平均氣溫低于平均水平，90年代明顯回升且達到最高水平，進入21世紀后呈下降趨勢且明顯低于平均水平，2013年后開始顯著回升（圖2）。M-K趨勢檢驗Z=2.24，通過了信度95%顯著性檢驗，表明1960～2017年雄安新區升溫趨勢明顯。

2.2.2 冬季各月平均氣溫的變化趨勢 1960～2017年雄安新區冬季各月平均氣溫均呈上升趨勢。其中，12月和1月的氣候傾向率分別為0.07℃/10a和0.03℃/10 a，未通過信度95%顯著性檢驗，表明這2個月升溫趨勢不明顯；2月氣候傾向率為0.46℃/10 a，M-K趨勢檢驗Z＝2.86，通過了信度99%顯著性檢驗，表明該月升溫顯著。分析得出，2月氣溫升高對冬季氣候變暖貢獻最大。升，該階段UF（K） 曲線超出α=0.05置信線上限，表明1993年是突變年份，氣溫上升顯著；2001年后UF（K）曲線下降到α=0.05置信線以下，氣溫變化趨勢波動變小。

2.3 雄安新區冬季氣溫的年代際變化特征

從1960～2017年雄安新區各年代冬季氣溫的差異系數（表1） 可以看出，在20世紀60～80年代氣溫變化比較穩定，該時期平均氣溫為-3.1℃，處于偏冷期，其中70年代氣溫最穩定；90年代以后氣溫變化波動大，該時期平均氣溫為-2.4℃，處于偏暖期，其中21世紀近10 a氣溫變化顯著。

表1 1960～2017年雄安新區各年代冬季氣溫的差異系數Table 1 Difference coefficients of winter temperature in different ages in Xiongan New Area from 1960 to 2017

圖2 1960～2017年雄安新區冬季平均氣溫的變化趨勢Fig.2 Trends of winter mean temperature in Xiongan New Area from 1960 to 2017

2.2.3 冬季平均氣溫變化趨勢的突變檢驗 對1960～2017年雄安新區冬季平均氣溫進行M-K突變檢驗，結果（圖3） 顯示，UF（K） 曲線總體呈上升趨勢，其與UB（K） 線在1977年、1979年和1993年出現交點，且交點均在信度線之內。1993～2000年氣溫上

圖3 1960～2017年雄安新區冬季平均氣溫變化趨勢的M-K突變檢驗Fig.3 M-K mutation tests of winter mean temperature in Xiongan New Area from 1960 to 2017

2.4 雄安新區氣象學意義上的冬季日數變化特征

我國氣象學意義上的入冬標準為日平均氣溫連續5 d＜10℃表示進入冬天，第1天就是入冬初日。根據這一規定，統計了該地區1960～2017年歷年的冬季日數。

1960～2017年雄安新區氣象學意義上的冬季日數呈減少趨勢，氣候傾向率為-2.2 d/10 a（圖4）。20世紀60～80年代末出現正距平的次數較多，其中1971年出現最大正距平值（18 d），冬季日數達到最多（169 d）；90年代以后正負距平交替出現。進入21世紀后出現負距平的次數增多，其中2008年出現最大負距平值（-25 d），冬季日數最少（126 d）；2013年后都為負距平值。經檢驗得出Z=-3.43，通過了信度99%顯著性檢驗，表明冬季日數減少顯著。分析得出，氣象學意義上的冬季日數減少加劇了氣候變暖。

對1960～2017年雄安新區歷年冬季日數進行M-K突變檢驗，結果顯示，UF（K）與UB（K）線在1990年出現交點，交點在信度線之內，UF（K）曲線超出了α=0.01置信線下限。表明冬季日數在1990年出現突變，減少明顯。

2.5 雄安新區日最低氣溫≤-8℃的冷積溫變化特征

圖4 1960～2017年雄安新區氣象學意義上的冬季日數距平分布和變化趨勢Fig.4 Anomaly distribution and change tendency of winter days in meteorology significance in Xiongan New Area from 1960 to 2017

冷積溫即負積溫，其絕對值越大，說明天氣越寒冷，冬作物越冬條件愈差。本文定義的冷積溫是指-8℃以下低溫日的日最低氣溫（為作物嚴重凍害的指標溫度）與-8℃的差值的和，即：

式中，Tc為冷積溫，Td為日最低氣溫，n為數據的個數。

1960～2017年雄安新區≤-8℃的冷積溫絕對值呈減少趨勢，氣候傾向率為5.8℃/10 a，其中，20世紀60～80年代冷積溫絕對值多于平均絕對值，90年代冷積溫絕對值少于平均絕對值，21世紀的前10 a冷積溫絕對值達到最大，2010年后冷積溫絕對值少于平均絕對值且波動明顯（圖5）。M-K趨勢檢驗Z=1.28，未通過信度95%顯著性檢驗，表明冷積溫絕對值減少不明顯。

圖5 1960～2017年雄安新區氣溫≤-8℃的冷積溫變化趨勢Fig.5 Trends of cold accumulated temperature with temperature≤-8℃ in Xiongan New Area from 1960 to 2017

3 結論與討論

雄安新區的冬季氣溫受白洋淀的影響，表現為淀區內的氣溫高于淀區外，日較差低于淀區外；20世紀60年代以來，冬季平均氣溫顯著上升，1993年后氣溫上升明顯突變；冬季各月平均氣溫均呈上升趨勢，其中，2月氣溫上升顯著，對冬季氣候變暖貢獻最大；20世紀60～80年代處于偏冷期，90年代之后氣溫上升，處于偏暖期；氣象學意義上的冬季日數顯著減少，1990年出現減少明顯突變；20世紀60～80代末冬季日數多于平均值，90年代以后冬季日數減少，近幾年更為顯著；氣溫≤-8℃的冷積溫絕值呈減少趨勢，21世紀的前10 a冷積溫絕對值最大，說明天氣較寒冷。

冬季氣溫變暖對農業生產有利也有弊[17~19]。冬季氣溫偏高和冷積溫減少，對越冬季作物、果樹和設施農業生產有利，可以大大降低越冬作物和果樹遭受凍害的幾率；但卻給農田中病蟲的越冬和繁殖提供了有利條件，給翌年農林業生產帶來較大威脅。冬季氣溫偏高還會影響土壤墑情，造成春旱的可能性增加[20]。反之，冬季氣溫偏低，能夠殺死部分病蟲殘體，降低繁殖量，減輕翌年病蟲害的發生[21，22]；有利于增加林果休眠期的需冷量，保證翌年果樹正常發芽且花芽發育良好，提高果樹坐果率；產生的不利影響是不利于作物和林果越冬，易發生嚴重凍害。因此，要根據冬季氣溫的變化情況指導農業生產，防止越冬作物和果樹遭受凍害，預防春季干旱，密切關注農作物病蟲害的發生，及時做好預防，減少損失。

雄安新區成立后，隨著城市化的進展，小氣候也在不斷變化。今后，運用分布合理、較長序列、精細化的氣象數據，繼續研究該地區氣候變化的特征，以更加準確地指導生態宜居城市建設和農林業生產。