上海奉賢1960—2019年冷暖冬氣候特征分析

徐相明,顧品強(qiáng),姚寅秋,王正大,湯晨陽,尹荔陽

(奉賢區(qū)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(xiàn)出明顯的增溫趨勢，如孔祥偉等[1]發(fā)現(xiàn)大氣環(huán)流異常和城市化共同導(dǎo)致蘭州冬季顯著增溫，張博宇[2]、王淼[3]、紀(jì)凡華[4]、劉炳濤[5]等分析發(fā)現(xiàn)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(nóng)作物安全越冬、取暖能源消耗降低[6]，但導(dǎo)致油菜等出現(xiàn)冬季旺長[7]、蔬菜抽薹及果樹萌動(dòng)提前，提升農(nóng)作物遭遇“倒春寒”及低溫凍害致災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)[8]，加劇病蟲害爆發(fā)[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(fā)病概率[9]。

奉賢作為上海南部郊區(qū)，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(dǎo)致近年暖冬出現(xiàn)頻次趨多。而隨著暖冬的持續(xù)，作物栽培品種及農(nóng)戶管理模式等亟需轉(zhuǎn)變，以適應(yīng)氣候變化對奉賢農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)帶來的影響。目前針對奉賢地區(qū)暖冬現(xiàn)象的研究極少，因此，本文在統(tǒng)計(jì)分析1960—2019年奉賢冬季平均氣溫變化特征的基礎(chǔ)上，分析冬季冷暖事件發(fā)生特征，為更好地服務(wù)當(dāng)?shù)囟竟まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城市運(yùn)行及提升氣象防災(zāi)減災(zāi)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(qū)氣象臺(tái)。采用線性分析、累計(jì)距平等方法對溫度特征進(jìn)行分析。冬季為上年12月—當(dāng)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(tǒng)計(jì)時(shí)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(biāo),即：Δt≥1.29δ為強(qiáng)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(qiáng)冷冬，Δt為當(dāng)年冬季氣溫與常年冬季氣候值的差值，δ為冬季氣溫標(biāo)準(zhǔn)差。通過對1960—2019年奉賢地區(qū)冬季氣溫求標(biāo)準(zhǔn)差，得出δ=1.04 ℃，即0.43δ、1.29δ分別為0.45 ℃、1.34 ℃。

2 奉賢地區(qū)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(jīng)統(tǒng)計(jì)，奉賢地區(qū)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(qū)近60年的冬季平均氣溫呈波動(dòng)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(yàn))，僅20世紀(jì)80年代中期、21世紀(jì)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(qū)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(qū)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(yàn)。統(tǒng)計(jì)1960—2019年歷年冬季平均氣溫的距平值(以常年值為基準(zhǔn)，下同)，可發(fā)現(xiàn)距平累計(jì)值從1960年開始逐年下降，1986年達(dá)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(shí)，發(fā)現(xiàn)60年冬季平均氣溫排序前三位的年份均出現(xiàn)在21世紀(jì)，即2017年(7.4 ℃)、2001年(6.9 ℃)、2019年(6.8 ℃)，可以看出奉賢地區(qū)近年遭遇冬季偏暖的氣候概率越來越高。

奉賢地區(qū)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(yàn))，說明2月增溫最明顯，12月增溫不明顯。統(tǒng)計(jì)冬季各月平均氣溫距平值，發(fā)現(xiàn)各月距平累計(jì)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(xiàn)在20世紀(jì)80年代中后期，與冬季平均氣溫累計(jì)距平最低值出現(xiàn)年份相近，而2月最低值出現(xiàn)在20世紀(jì)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(qū)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(jīng)統(tǒng)計(jì)，奉賢地區(qū)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(yàn)，表明最低氣溫對奉賢地區(qū)冬季增暖貢獻(xiàn)大于最高氣溫，且最高、最低氣溫的非對稱性變化導(dǎo)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(qū)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(qū)冷暖事件變化特征

3.1 冷暖冬的變化

對奉賢地區(qū)1960—2019年進(jìn)行冷暖冬劃分(表2)，發(fā)現(xiàn)奉賢地區(qū)冷冬、暖冬、常冬均以20世紀(jì)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(jì)90年代以后有明顯的變暖趨勢一致。各年代常冬發(fā)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(qū)隨著年份推移，常冬出現(xiàn)頻次有所增多。各年代冷冬發(fā)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(qiáng)冷冬發(fā)生概率分別由30%～40%、20%～30%下降至10%、0%，最后一次強(qiáng)冷冬出現(xiàn)在1986年。暖冬出現(xiàn)的趨勢與冷冬相反，各年代暖冬發(fā)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(qiáng)暖冬發(fā)生概率分別由10%～20%、0%上升至20%～40%、10%～30%。第一次強(qiáng)暖冬出現(xiàn)在1999年，之后再相繼出現(xiàn)5次強(qiáng)暖冬。總之，奉賢地區(qū)60年冷冬逐漸減少，暖冬逐漸增加，且1987年以來未出現(xiàn)強(qiáng)冷冬，1999年強(qiáng)暖冬開始出現(xiàn)并趨多，即奉賢地區(qū)1960—2019年冬季升溫導(dǎo)致暖冬頻率及強(qiáng)度均有所增加。

表2 奉賢地區(qū)1960—2019年各年代冷暖冬出現(xiàn)年份

3.2 冷暖冬對氣象要素的響應(yīng)

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

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

奉賢地區(qū)汛期正處于作物生長、生殖關(guān)鍵期，如汛期降水的多寡直接影響水稻等生長及品質(zhì)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(chǎn)、城市安全運(yùn)行等帶來諸多影響。奉賢地區(qū)1960—2019年汛期降水量(R汛)常年值、標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行劃分，取R汛≤511.2 mm為偏少、511.2 mm

表4 奉賢地區(qū)1960—2019年冷暖冬的當(dāng)年汛期降水量分布情況 單位：a

4 結(jié)論與討論

(1)奉賢地區(qū)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(xiàn)較大。冬季及冬季各月平均氣溫距平累計(jì)值均呈先下降后上升的變化趨勢，冬季平均氣溫在21世紀(jì)以來遭遇極端偏暖的氣候概率偏高。

(2)奉賢地區(qū)1960—2019年冬季升溫導(dǎo)致暖冬頻率及強(qiáng)度均有所增加，呈現(xiàn)出以冷冬為主轉(zhuǎn)為以暖冬為主。奉賢地區(qū)常冬、冷冬、暖冬均以20世紀(jì)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(xiàn)強(qiáng)冷冬、于1999年強(qiáng)暖冬開始出現(xiàn)并趨多。奉賢地區(qū)冷暖冬變化趨勢顯示近年出現(xiàn)暖冬屬于大概率事件，2020年奉賢冬季氣溫創(chuàng)1960年以來新高，再次出現(xiàn)強(qiáng)暖冬。

(3)冬季氣溫與上年、同年、下年的年平均氣溫及當(dāng)年的年降水量、汛期降水量呈顯著正相關(guān)。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(yù)報(bào)預(yù)測，有效提升氣象服務(wù)能力。