河北廊坊1971—2020年冷暖冬氣候變化特征分析

紀詩璇，沈 芳，白千川，高清泉，黃浩杰，許 敏

廊坊市氣象局，河北廊坊 065000

近年來，全球變暖已經成為一個主要特征。根據聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）第5次評估報告指出，1880—2012 年全球平均氣溫上升了0.85℃[1]。2021年，IPCC第6次評估報告《氣候變化2021：自然科學基礎》指出，自20世紀50年代以來，全球地表平均溫度已上升約1℃，并指出：從未來20年的平均溫度變化來看，全球溫升預計將達到或超過1.5℃。全球絕大部分地區極端高溫事件的頻率和強度在增加，極端低溫事件的頻率和強度在下降。

在全球變暖的氣候背景下，我國冬季氣溫也呈現出上升的趨勢。許多氣象學家的研究發現，氣候變暖在冬季表現突出。例如，孫林海等[2]發現20世紀80年代以來，我國冬季持續偏暖，我國氣溫存在著30年左右的年代際變化趨勢。王淼[3]發現宜君縣近50年的年平均氣溫總體呈上升趨勢，20世紀90年代末（1997年）之前為偏冷期，之后為偏暖期；紀凡華等[4]發現聊城市春季、秋季、冬季的平均氣溫都隨時間呈線性上升的趨勢，年平均氣溫增溫速率為0.18℃/10年，各季增溫速率從大到小依次為冬季、秋季、春季，而夏季則呈現一定程度的弱降溫趨勢，不同地區也表現出了明顯的差異。

冬季氣溫升高對人類社會發展無疑是一把雙刃劍。冬季升溫對小麥等農作物安全越冬有利，但農作物遭遇“倒春寒”和低溫凍害的風險也進一步加大；另外，有研究發現，冬季氣溫升高，會加劇病蟲害暴發，并增高了人類呼吸道感染疾病的發病概率[5-8]。劉學峰等[9]分析了河北省冷暖氣候變化，發現年平均氣溫、年平均最高氣溫、平均最低氣溫年際和年代變化都呈現增溫趨勢，河北各個區域增溫幅度不一，年平均、最高、最低氣溫增溫幅度最大的區域是冀東。

廊坊地區地處河北中東部，目前針對廊坊地區暖冬現象的研究極少，因此，在統計分析1971—2020年廊坊地區冬季平均氣溫變化特征的基礎上，引入氣溫、降水等氣象要素，分析冬季冷暖事件發生特征和冷暖冬變化對人體健康的影響，為今后的氣象服務提供科學支撐和數據參考，進一步提升氣象防災減災能力。

1 材料與方法

1.1 資料來源

選取廊坊轄區國家級自動站1971—2020年逐月觀測資料，包括月平均氣溫、月最低氣溫、月最高氣溫等氣象要素。定義冬季為12月至翌年2月。

1.2 分析方法

氣溫的分析采用數理統計方法：采用線性擬合方法分析平均氣溫資料的氣候變化趨勢，采用累積距平法分析極端氣溫資料的氣候變化趨勢。

平均值采用1971—2020年的數據；年代劃分為：1970—1979年為20世紀70年代，1980—1989年為20世紀80年代，1990—1999年為20世紀90年代，2000－2020年為21世紀初。

趨勢分析采用線性傾向率配合差異顯著性檢驗（信度采用α＝0.05，α＝0.01），每10年進行階段性分析[10]。

線性傾向率將氣象要素的時間序列用一次線性方程來擬合，即：

式中：X為氣象要素，α0和α1為氣象要素變化率，t為時間（年）。其趨勢變化率方程為：

α1＞0，表示氣象要素隨時間t增加；α1＞0，表示氣象要素隨時間減少；把α1×10年稱氣候變化傾向率，表示氣象要素每10年的變化率。

1.3 冷暖冬等級劃分

暖冬、冷冬等級采用《GB/T 21983—2008暖冬等級》《GB/T 33675—2017冷冬等級》劃分指標中的暖（冷）冬等級劃分指標，具體見表1。

表1 暖（冷）冬等級劃分

其中，T為目標年冬季平均氣溫，單位為攝氏度（℃）；T為冬季平均氣溫的氣候平均值，單位為攝氏度（℃）；ΔT為某一目標年冬季平均氣溫距平，單位為攝氏度（℃）。

式中：δ為冬季平均氣溫標準差。

2 冬季冷暖變化特征

2.1 冬季平均氣溫的年際變化

對氣溫資料進行數理統計發現，廊坊地區1971—2020年冬季年平均氣溫最低為-4.4℃，出現在1977年；2020年冬季年平均氣溫最高為0.1℃，出現在2000年；年平均最低氣溫為-17.4℃，出現在1986年；年平均最高氣溫為8.0℃，出現在2011年。

繪制趨勢變化圖，求解其一元回歸方程發現，廊坊地區近50年的冬季年平均氣溫總體上呈不同幅度的波動上升趨勢，具體見圖1。氣候傾向率為0.4℃/10年，（增溫速率通過α＝0.01顯著性檢驗）

由圖1可以發現，廊坊地區近50年的冬季年平均氣溫增長趨勢明顯，存在5個波谷，但是增長速有所差異。從20世紀70年代至80年代中期，平均氣溫增長速度較為緩慢，存在小幅波動，于1978年跌至50年最低為-4.4℃；從20世紀80年代中后期至21世紀初，平均氣溫出現顯著的增長，年平均氣溫從-4℃（1985年）增長至0℃線（2000年）；21世紀后，年平均氣溫階段性波動，但在21世紀初，年平均氣溫的極小值仍出現不斷增大的趨勢。

2.2 冬季平均最高、最低氣溫的年際變化

根據圖2發現，廊坊地區近50年的冬季年平均最高氣溫、年平均最低氣溫隨時間呈現線性增加的趨勢，但增長速率有所有差異。年平均最高氣溫增長較慢，增長速率為0.1℃/10年（增溫速率通過α＝0.01顯著性檢驗），差異極顯著；年平均最低氣溫增長較快，增長速率為0.8℃/10年（增溫速率通過α＝0.01顯著性檢驗），差異極顯著。

由此可知，廊坊地區近50季平均氣溫以1985年為界，之前各年基本保持相對穩定，氣溫增長速度較慢，而之后則出現較快增長，圖1與圖2的冬季平均氣溫年際間變化趨勢相一致。同時冬季平均氣溫排序前3位的年份均出現在21世紀，即2000年（-3.1℃）、2013年（-3.9℃）、2015年（-0.1℃），可以看出廊坊地區近50年遭遇冬季偏暖的氣候概率逐漸升高。

2.3 冷暖冬事件變化特征

通過對廊坊地區冬季平均氣溫求標準差，得出標準差δ＝1.1℃，即0.43δ、1.29δ分 別 為0.47℃、1.42℃。根據暖（冷）冬等級劃分，對廊坊地區1971—2020年進行冷暖冬劃分，詳細冷暖冬出現年份見表2。

表2 廊坊地區1971—2020年各年代冷暖冬出現年份

由圖3可以發現，廊坊地區冷暖冬以20世紀80年代中期為界。強暖冬主要發生在20世紀之后，強冷冬主要發生在20世紀80年代之前。在近50年中，常冬發生概率為20%，主要分布在20世紀90年代，隨著時間推移，常冬先逐漸增多，到20世紀初，常冬減少，暖冬增多；冷冬發生概率為31%，主要分布在20世紀80年代之前，其中包含3次強冷冬事件，分別為1977、1984、1985年，80年 代 之 后 冷冬僅出現過5次，降至10%；暖冬主要發生在20世紀90年代中后期，此結論與劉學峰等[9]關于河北省冷暖變化氣候特征研究變暖趨勢一致，廊坊地區暖冬發生概率為38%，包括9次強暖冬事件，占暖冬發生概率的50%。總之，廊坊地區近年冷冬逐漸減少，暖冬逐漸增加，且1987年以來僅出現1次強冷冬，1996年的年強暖冬開始出現并趨多，即廊坊地區1971—2020年冬季升溫導致暖冬頻率及強度均有所增加。

圖3 廊坊地區近50年冬季冷暖的時空分布

2.4 冷暖冬氣溫變化對人體健康的影響

在極端氣溫環境條件下，老人、小孩、病人等敏感性人群極易誘發呼吸道疾病、心腦血管疾病以及神經紊亂等癥狀。此外，極端氣溫也是誘發一些病毒和細菌的關鍵因子，能夠促使其蔓延和暴發。極端氣溫對人類健康的影響不容忽視。

秋冬季節是呼吸道傳染病的高發季節，流行性感冒（以下簡稱“流感”）是常見的疾病之一，選擇研究2008—2018年的冬季平均氣溫變化與流感人群發病數的關系，初步探究冬季平均氣溫變化對流感發病數的影響。流感人群發病數見圖4。

根據圖1與圖4可以發現，2008—2018年冬季平均氣溫呈現增溫趨勢，流感人群發病數同樣出現增長。由圖3與圖4可以發現，在強暖冬與暖冬事件下（2012—2018年）影響下，流感人群發病率逐年升高，在強暖冬事件下，增長速率更快。但由于流感人群病例數據有限，以及未考慮流感病類型、原因等要素，此項研究具有一定的局限性。

圖4 2008—2018年流感人群發病數變化趨勢

3 結果與討論

（1）廊坊地區近50年的冬季年平均最高氣溫、年平均最低氣溫隨時間呈現線性增加的趨勢，但增長速率有所有差異。年平均最高氣溫增長較慢，增長速率為0.1℃/10年；年平均最低氣溫增長較快，增長速率為0.8℃/10年，兩者差異極顯著。可以看出廊坊地區近50年遭遇冬季偏暖的氣候概率逐漸升高，估計未來50年將升高1℃～2℃。

（2）廊坊地區近50年冷暖冬以20世紀80年代中期為界。強暖冬主要發生在20世紀之后，強冷冬主要發生在20世紀80年代之前。常冬發生概率為20%，主要分布在20世紀90年代，到20世紀初，常冬減少，暖冬增多；冷冬發生概率為31%，主要分布在20世紀80年代之前，80年代之后冷冬降至10%；暖冬主要發生在20世紀90年代中后期，發生概率為38%。廊坊地區近50年冷冬逐漸減少，暖冬逐漸增加，即廊坊地區1971—2020年的冬季升溫導致暖冬頻率及強度均有所增加。

（3）2008—2018年，冬 季 平 均 氣溫呈現增溫趨勢，流感人群發病數同樣出現增長。在強暖冬與暖冬事件下（2012—2018年）影響下，流感人群發病率逐年升高，在強暖冬事件下，增長速率更快。但是由于流感人群病例數據有限，以及未考慮流感病人群、類型、原因等要素，此項研究具有一定的局限性，需要后期做進一步研究。