氣候特征的變化與我國氣候的演變

氣候特征的變化與我國氣候的演變

ipc（2007）指出，世界氣候變化很大，主要是通過變形。在過去50年中，平均增溫率為0.1310a，幾乎是過去100年的兩倍。北半球高于南非。在中國，尤其是在20世紀(jì)80年代中期之后，北方的增溫比其他地區(qū)的增溫化好得多。20世紀(jì)80年代以來,華北地區(qū)氣溫升高、降水減少,干旱化日趨嚴(yán)重。魏鳳英等、王紹武、丁一匯等先后從氣溫和降水變化特征等方面對我國近百年來氣候變化特征進(jìn)行了研究。榮艷淑等利用英國EastAnglia大學(xué)研究部1901~2002年高分辨率的格點月平均氣溫和月降水量資料對華北地區(qū)氣候變化強度的演變進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,氣候作為一個重要的外在因素,從古至今對我國的社會發(fā)展都有深遠(yuǎn)的影響。天津市位于我國大陸海岸線北部的渤海灣,是我國4個直轄市之一,也是我國北方的經(jīng)濟中心,研究該地區(qū)在全球變暖背景下的氣候特征顯得尤為重要。筆者對天津氣候變化及災(zāi)害性天氣進(jìn)行了研究。1材料和方法1.1天津市立地條件天津市北起薊縣黃崖關(guān),南至大港區(qū)翟莊子滄浪渠,南北長189km;東起漢沽區(qū)灑金坨以東徒陡河西干渠,西至靜海縣子牙河王進(jìn)莊以西灘德干渠,東西寬117km。天津市域面積11917.3km2,疆域長約1290.8km,海岸線長153km,陸界長1137.48km。華北地區(qū)從地形上劃分為4個自然地理單元,即東部山東低山丘陵、中部黃海平原、西部黃土高原和北部冀北山地。天津市共轄13個區(qū)、3個縣,具有多種地貌特征。因此,該文選取天津市所轄的4個有代表性的氣象站點(天津市區(qū)(城市氣候監(jiān)測站)、大港站、寶坻站和薊縣站)見圖1和表1,利用這4個站點1980~2009年的氣象觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行氣候變化和災(zāi)害性天氣發(fā)生頻次的研究。1.2元線性回歸方程線性趨勢估計方法:線性趨勢是指用氣候變量yi與其對應(yīng)的時間ti建立一元線性回歸方程,形式如下:式中,a和b分別為回歸常數(shù)和回歸系數(shù),可用最小二乘法估計,b值的正與負(fù)則表明氣候變量yi隨時間ti是呈上升還是下降的變化趨勢,因此b也稱為線性趨勢值。2結(jié)果與分析2.1天津溫度變化2.1.1年平均氣溫增溫幅度由表2可知,1980~2009年4個地區(qū)年平均氣溫、年平均最低氣溫、年平均最高氣溫均呈上升趨勢,且這種上升趨勢在年平均最低溫度上表現(xiàn)最為明顯,年平均氣溫也呈明顯上升趨勢,相對而言年平均最高氣溫的升溫幅度最小?？梢?在1980~2009年的30a里,天津地區(qū)溫度呈上升趨勢,但夜間(年平均最低氣溫)增溫幅度明顯,白天(年平均最高氣溫)溫度增加較弱。研究區(qū)域內(nèi)各站點增溫幅度有一定的差異。30a間天津市區(qū)溫度上升趨勢明顯,年平均氣溫氣候趨勢系數(shù)為0.1006,是4個區(qū)域中最大的;其次是大港地區(qū),年平均氣溫氣候趨勢系數(shù)最小的是寶坻,僅為0.0444。另外,年平均最低氣溫的增幅比年平均最高氣溫的增幅大,尤其是天津市區(qū),年平均最高氣溫與最低氣溫的差值是研究區(qū)域4個站點中最大的。2.2天津的降水變化2.2.1降水量分布見表1根據(jù)1980~2009年研究區(qū)域4站點年平均降水量得到降水量空間分布見圖4。由圖4可知,天津市區(qū)(城市氣候監(jiān)測站)年平均降水量是520.2mm,大港年平均降水量是523.7mm,寶坻年平均降水量是559.3mm,薊縣年平均降水量是618.2mm。徐娟等研究發(fā)現(xiàn),由于華北地區(qū)的區(qū)域范圍及其他自身內(nèi)部地形的差異,使得降水在空間上主要表現(xiàn)為南部(東南部)降水多,北部(西北部)降水少;山區(qū)降水普遍多于平原;燕山南麓、膠東丘陵的南部沿海因地處夏季風(fēng)的迎風(fēng)坡,雨水集中,多暴雨,而背風(fēng)坡、山間盆地則雨量較少。該文對不同地貌情況下4站點的降水量分析也基本符合上述的研究事實。2.2.2降水量分析從天津4個站點年降水量(圖5)和降水量氣候趨勢系數(shù)(表3)可以得出,30a中天津地區(qū)的年降水量在波動起伏中各不相同。其中,天津市區(qū)、大港2地降水量呈緩慢上升趨勢,而寶坻和薊縣2地降水量則在波動中有所減少。由表3可知,天津市區(qū)(城市氣候監(jiān)測站)1980~2009年降水量呈上升趨勢,其上升速度為18.6mm/10a;大港30a間降水量上升速率為5.8mm/10a;而寶坻和薊縣降水量的下降速度分別為34.5mm/10a和23.8mm/10a。2.2.3年平均最高低溫度與降水量的相關(guān)性分析由表4可知,溫度增加的同時降水呈負(fù)增長趨勢,4站點30a降水量與年平均氣溫、年平均最高氣溫及年最低氣溫均呈負(fù)相關(guān)態(tài)勢。另外,通過年平均最高(低)溫度與降水量的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn),白天增溫幅度大,降水減少趨勢明顯;夜晚增溫對4站點的降水影響也比較一致,市區(qū)站夜晚溫度上升對降水的影響較小,大港站夜晚溫度上升對降水的影響位居4站點之首。2.3災(zāi)害天氣事件的頻率分析2.3.1天氣發(fā)生頻率1980~2009年沙塵、冰雹、雷暴、煙霾等災(zāi)害性天氣事件歷年平均值等基本統(tǒng)計特征結(jié)果顯示,雷暴、煙霾等災(zāi)害性天氣在研究區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)頻繁,尤其是雷暴和煙霾天氣,歷年出現(xiàn)日數(shù)平均值分別為31.6、68.1d,沙塵天氣歷年出現(xiàn)日數(shù)平均值為8d;冰雹日數(shù)歷年平均值僅為0.86d(表5~8)。因此,從出現(xiàn)頻率來看,雷暴是研究區(qū)域內(nèi)需要重點防范的災(zāi)害性天氣事件。以大港為例,30年間(1980~2009)雷暴、煙霾出現(xiàn)較頻繁,其出現(xiàn)日數(shù)的平均值分別為28.7和87.6d,占全年總數(shù)的7.8%和24%,20世紀(jì)90年代雷暴天氣出現(xiàn)頻繁,1991年雷暴日數(shù)50d(最大值);21世紀(jì)以來每年雷暴日數(shù)普遍低于20世紀(jì)。2.3.2不同區(qū)域煙病的年際變化比較從表9可以看出,30a(1980~2009)中,研究區(qū)域內(nèi)沙塵、雷暴和冰雹災(zāi)害性天氣出現(xiàn)日數(shù)呈明顯下降趨勢。其中,沙塵下降最為明顯,尤其是天津市區(qū)(城市氣候監(jiān)測站),近30a來,沙塵發(fā)生的日數(shù)下降趨勢達(dá)到6.4d/10a,這與目前社會環(huán)境保護意識的提高有著不可分割的關(guān)系。但研究區(qū)域中,煙霾出現(xiàn)的日數(shù)變化卻有差異。其中,天津市區(qū)(城市氣候監(jiān)測站)和大港2地的煙霾天氣出現(xiàn)的日數(shù)呈下降趨勢,但寶坻和薊縣2地的煙霾天氣卻呈增長趨勢,尤其是薊縣,煙霾天氣的出現(xiàn)在以42d/10a的速度快速增長,這是一個值得注意的問題。5氣象站點年平均溫度分布在全球變暖的背景下,天津地區(qū)的4個代表站所在區(qū)域的氣候特征也發(fā)生了變化。(1)溫度都呈上升趨勢,但表現(xiàn)不同;年平均最低氣溫表現(xiàn)最為明顯,年平均氣溫也呈明顯上升趨勢,相對而言年平均最高氣溫的升溫幅度最小。(2)30a中降水呈不同的變化趨勢,天津市區(qū)和大港2地降水量逐年增加,而寶坻和薊縣2地降水量則呈減少趨勢。(3)30a中,沙塵、雷暴、冰雹和煙霾等災(zāi)害性天氣頻繁發(fā)生,其中雷暴和煙霾2種災(zāi)害性天氣在研究區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)頻率較高,尤其是寶坻和薊縣2個郊區(qū)縣,煙霾出現(xiàn)的日數(shù)逐年增長。因此,在全球氣候變暖、華北氣候變干旱化日趨嚴(yán)重的背景下,天津地區(qū)要繼續(xù)加強雷電、煙霾等災(zāi)害性天氣的防范準(zhǔn)備工作,密切關(guān)注溫度、降水等氣象要素的變化情況,同時進(jìn)一步研究災(zāi)害性天氣頻發(fā)的氣候變化對人類生存環(huán)境的影響,進(jìn)一步提高應(yīng)對防災(zāi)減災(zāi)的能力。分別用氣溫、降水量和災(zāi)害性天氣發(fā)生的日數(shù)與時間序列建立線性方程,得到不同時間尺度的線性趨勢值,并以此分析研究區(qū)域氣候變化強度。4個不同地貌的氣象站點的年平均溫度分布見圖2。由圖2可知,1980~2009年天津市區(qū)(城市氣候監(jiān)測站)年平均溫度13.1℃,大港年平均溫度12.7℃,寶坻年平均溫度11.7℃,薊縣年平均溫度12.5℃?？臻g上,剔除天津市人口密度和經(jīng)濟發(fā)展程度普遍大于大港、寶坻、薊縣3地,所引起的城市熱島效應(yīng)等因素造成的局地溫度高的因素外,從年平均溫度上看,研究區(qū)域內(nèi),年平均溫度南部(大港)高于北部(寶坻、薊縣);由沿海(大港)向內(nèi)陸增高(天津市區(qū)),再由內(nèi)陸向山區(qū)降低(薊縣)。這與顧庭敏