1961—2021年孝感城郊?xì)夂蚣竟?jié)變化與分析

吳君濤，姜 敏，羅金芳

孝感市氣象局，湖北孝感 432000

隨著城市化發(fā)展進(jìn)程的加快，城區(qū)與郊區(qū)的環(huán)境發(fā)生了改變，自然植被為建筑物、瀝青或水泥馬路所代替，孝感市的工廠建設(shè)數(shù)量急速上升，居住樓大量崛起，尤其是城市的人口密度直線上漲，這多重原因?qū)е鲁鞘兄袩崃勘揉l(xiāng)村多，城市人口聚集處的空氣濕度和溫度都與無人區(qū)域有著極大的差距。我國于20世紀(jì)80年代開始大規(guī)模地研究城市熱島效應(yīng)，人口聚集處的大氣氣溫和濕度變化理論已經(jīng)有實(shí)際的對比實(shí)驗(yàn)和成果，人口密度高的區(qū)域和人口稀少的區(qū)域溫差變化趨勢已被證明[1]。

城市熱島效應(yīng)在季節(jié)變化上也有明顯體現(xiàn)。郁珍艷等[2-3]學(xué)者已經(jīng)對我國內(nèi)不同地勢地貌區(qū)域里每年不同季節(jié)特點(diǎn)有了實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)論，即總體來說，我國目前的暖冬現(xiàn)象頻繁，尤其是每年冬季寒冷時間明顯縮短，夏季時間明顯延長，這樣季節(jié)變化北方和東部地區(qū)比較嚴(yán)重，大部分研究者認(rèn)為氣候季節(jié)變化是全球氣候變暖的必然結(jié)果。

1 資料與方法

1.1 資料來源

以孝感市孝南區(qū)和大悟縣分別代表城區(qū)和郊區(qū)，兩地分別建有孝感國家基準(zhǔn)氣候站和大悟國家基本氣象站，逐日平均氣溫資料來自A文件，研究統(tǒng)一選取1961—2021年數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析（數(shù)據(jù)已經(jīng)過審核）。

入季日期采用年日序數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，構(gòu)成新的序列，即1月1日為1、1月2日為2，以此類推。

1.2 研究方法

1.2.1 四季劃分標(biāo)準(zhǔn)常年四季起始日期和長度的確定：采用氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《氣候季節(jié)劃分( QX/T 152—2012) 》界定常年四季起始日期，據(jù)此計(jì)算常年四季的長度。

逐年四季起始日期的確定：對于季節(jié)劃分，采用張寶堃[4]提出的候平均氣溫指標(biāo)法，即以候平均氣溫穩(wěn)定通過10℃和22℃的開始日期為入春（冬）、入夏（夏）日期；對于“穩(wěn)定”解釋，采用陳正洪等[5]提出的后控制法，并將后期不再出現(xiàn)連續(xù)3候以上不達(dá)標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)修訂為5候以上[6]。

逐年四季長度的確定：以某一氣候季節(jié)起始日的前一日，作為上一個季節(jié)的終止日。某一氣候季節(jié)起始日至終止日之間的天數(shù)，為該氣候季節(jié)的長度（天數(shù)）。

1.2.2 趨勢變化分析及顯著性檢驗(yàn)采用最小二乘法對四季起始日期序數(shù)、季節(jié)長度和氣象要素進(jìn)行線性趨勢擬合，即氣候傾向率。樣本數(shù)為61個，顯著性水平達(dá)0.10、0.05和0.01分別表示趨勢性顯著、很顯著和極顯著，分別用*、**、***表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 常年四季起始時間和季節(jié)長度

表1為1961—2021年孝感市城區(qū)與郊區(qū)常年四季起始時間及季節(jié)長度對比。城區(qū)比郊區(qū)入春和入夏時間提前，入秋和入冬時間推遲，即上半年入季時間變早，下半年入季時間變晚。其中，孝感城區(qū)入春時間提前最明顯，提前7 d，入夏時間提前1 d，入秋時間推遲4 d，入冬時間推遲2 d。相較于郊區(qū)，城區(qū)的季節(jié)長度也是上半年延長，下半年縮短，其中春季長度延長6 d，夏季延長5 d，秋季縮短2 d，冬季縮短9 d。城郊的季節(jié)差異主要是由于城市化導(dǎo)致城區(qū)變成熱島，氣溫上升加快的結(jié)果。

表1 1961—2021年孝感市城區(qū)與郊區(qū)常年四季的起始時間和季節(jié)長度

2.2 四季起始時間及其變化

從表2可知，在1961—2021年間孝感市的城區(qū)平均入春、入夏時間均提前，從孝感市四季進(jìn)入的日期和換季時間段可以發(fā)現(xiàn)，孝感市的春季呈現(xiàn)持續(xù)提前的趨勢，夏季也是持續(xù)提前進(jìn)入，秋季持續(xù)呈現(xiàn)推遲進(jìn)入的趨勢，冬季整體時間不斷縮短，入冬晚出冬早。總體來說，孝感市每年的暖季持續(xù)延長，冷季節(jié)持續(xù)縮短。

表2 1961—2021年孝感市城區(qū)與郊區(qū)四季的平均和極端起始時間

由表3可知，孝感市城區(qū)與郊區(qū)的季節(jié)變化均為上半年入季提前，下半年推遲。其中，城區(qū)入春時間提前和入秋時間推遲均比較顯著；郊區(qū)入夏時間提前顯著，入秋時間、入冬時間推遲顯著。

表3 1961—2021年孝感市城區(qū)與郊區(qū)四季起始時間的變化趨勢 d/10年

2.3 四季長度及其變化

表4為1961—2021年孝感市城區(qū)與郊區(qū)四季平均長度和極端長度對比。城區(qū)的春季、夏季平均長度比郊區(qū)的長，其中夏季最長延長8 d，城區(qū)的秋季、冬季平均長度比郊區(qū)的短，其中冬季最長縮短8 d。從最長季節(jié)長度上看，城區(qū)春季縮短9 d，夏季持平，秋季縮短8 d，冬季縮短6 d。從最短季節(jié)長度看，春季延長2 d，夏季延長11 d，秋季持平，冬季縮短9 d。城郊呈夏季和冬季長、春季和秋季短的季節(jié)分布，但城區(qū)的夏季比郊區(qū)長，冬季更短。

表4 1961—2021 年孝感市城區(qū)與郊區(qū)四季的平均長度和極端長度 d

表5為1961—2021年孝感市城區(qū)與郊區(qū)四季長度變化趨勢對比，上半年季節(jié)均延長，下半年季節(jié)均縮短。其中城區(qū)夏季長度顯著延長，冬季顯著縮短；郊區(qū)夏季顯著延長，冬季顯著縮短。其他季節(jié)變化城區(qū)強(qiáng)于郊區(qū)，但均未通過顯著性檢驗(yàn)。

表5 1961—2021年孝感城區(qū)與郊區(qū)的四季長度變化趨勢 d/10年

3 城郊?xì)夂騾?shù)的變化特征

3.1 城郊?xì)夂騾?shù)的年變化特征

20世紀(jì)90年代以來，城市發(fā)展進(jìn)程加速，各類氣象要素的也有了明顯的變化。

孝感市城郊年平均氣溫均極顯著上升，變化傾向率均為0.21℃/10年。從前31年變化看，城郊年平均氣溫略下降，變化傾向率分別為-0.11和-0.05℃/10年，均未通過顯著性檢驗(yàn)。取后31年的年平均氣溫看，整體極顯著上升變化傾向率分別為0.44和0.31℃/10年，且城區(qū)變化幅度大于郊區(qū)（表6）。

表6 1991—2021年孝感市城郊年氣候參數(shù)變化傾向

孝感市年平均降水量：城區(qū)呈上升趨勢，郊區(qū)呈下降趨勢，變化傾向率分別為12.81和-4.89 mm/10年，變化幅度城區(qū)強(qiáng)于郊區(qū)但均未通過顯著性檢驗(yàn)。前、后31年對比中，城區(qū)年降水量均上升且在后31年上升變緩，而郊區(qū)則是前升后降，總體趨勢均不顯著。

孝感城郊年平均相對濕度均下降，變化傾向率分別為-0.45%/10年和-0.23%/10年，變化幅度城區(qū)極顯著而郊區(qū)不顯著。從前31年變化看，城郊年平均相對濕度均呈上升趨勢且城區(qū)變化幅度顯著；后31年中，城區(qū)郊年平均相對濕度均下降且城區(qū)變化幅度達(dá)到極顯著。

說明隨著城市現(xiàn)代化的進(jìn)程，城市的年平均氣溫逐漸高于郊區(qū)，城區(qū)熱島效應(yīng)越發(fā)明顯，使得城區(qū)向“干”城發(fā)展，這也是由于城市化進(jìn)程的發(fā)展，同城區(qū)、郊區(qū)兩地經(jīng)濟(jì)發(fā)展的速度緊密相聯(lián)。

3.2 城郊?xì)夂騾?shù)的季節(jié)變化

春季城郊平均氣溫均明顯上升，城區(qū)上升幅度弱于郊區(qū)；夏季城郊平均氣溫明顯上升，城區(qū)上升幅度強(qiáng)于郊區(qū)；秋季平均氣溫下降，城區(qū)下降幅度弱于郊區(qū)；冬季平均氣溫下降，城區(qū)略弱于郊區(qū)。總體來說，城郊平均氣溫春季、夏季上升，秋季、冬季下降。僅城區(qū)夏季平均氣溫上升達(dá)到很顯著，其他均未通過顯著性檢驗(yàn)。

春季城區(qū)降水下降而郊區(qū)上升，夏季城區(qū)降水呈上升趨勢而郊區(qū)下降；秋季城區(qū)降水明顯下降而郊區(qū)略上升；冬季城郊降水均呈下降趨勢。總體來說，城區(qū)降水除夏季上升外其他季節(jié)均有一定程度的下降，而郊區(qū)在春季、秋季上升，夏季、冬季下降。僅郊區(qū)冬季降水下降達(dá)到顯著，其他均未通過顯著性檢驗(yàn)。

春季城郊平均相對濕度均呈下降趨勢，城郊下降顯著；夏季城郊平均相對濕度也呈下降趨勢，城區(qū)下降極顯著，郊區(qū)未通過顯著性檢驗(yàn)；秋季城區(qū)平均相對濕度下降而郊區(qū)上升，城區(qū)下降很顯著，郊區(qū)未通過顯著性檢驗(yàn)；冬季城郊平均相對濕度均下降，且均未通過顯著性檢驗(yàn)。

在近31年中，變化最為明顯的是平均相對濕度，城區(qū)四季均下降，郊區(qū)除秋季外其他季節(jié)也呈下降趨勢。另一方面，從季節(jié)變化強(qiáng)度來年，城區(qū)變化強(qiáng)度僅冬季弱于郊區(qū)，春季、夏季、秋季三季均強(qiáng)于郊區(qū)。總的來看，孝感市平均相對濕度持續(xù)下降，受城市熱島效應(yīng)影響，城區(qū)“變干”的效應(yīng)要大于郊區(qū)。

表7 1991—2021年孝感市城郊?xì)夂騾?shù)季節(jié)變化傾向

4 小結(jié)

（1）1961—2021年孝感市城區(qū)與郊區(qū)相比，季節(jié)起始時間整體趨勢是上半年為提前，下半年為推后；春季和夏季長度延長，春季和秋季長度縮短。城郊年平均氣溫均呈上升趨勢；年平均降水城區(qū)呈上升趨勢而郊區(qū)下降；年平均相對濕度均下降。

（2）1961—2021年前31年孝感市城區(qū)與郊區(qū)年平均季節(jié)起始時間和長度差別較小，均未通過顯著性檢驗(yàn)；后31年孝感市城郊區(qū)季節(jié)變化明顯。在后31年中，城郊整體上升較明顯，變化傾向率分別為0.44和0.31℃/10年，均達(dá)到極顯著，且城區(qū)變化幅度大于郊區(qū)；城區(qū)年降水量上升而郊區(qū)出現(xiàn)下降的形式，總體表現(xiàn)均不顯著；城郊年平均相對濕度均下降且城區(qū)變化幅度達(dá)到很顯著。

（3）生態(tài)環(huán)境惡化和孝感市的城市化發(fā)展，使得孝感市近年來的氣象變化規(guī)律受到了影響，幾十年前的生態(tài)環(huán)境和當(dāng)前的生態(tài)環(huán)境差別較大。因此災(zāi)害也在近幾十年來發(fā)生得越發(fā)頻繁，可以預(yù)見到，今后還會呈現(xiàn)著持續(xù)災(zāi)害率升高的趨勢，孝感市除了城市還有鄉(xiāng)村也建設(shè)有多個氣象站，本研究引用的數(shù)據(jù)是國家基本站，比鄉(xiāng)村的氣象站更具備參考分析意義。