天津沿海气候特征及灾害性天气影响

2018-09-29徐灵芝卜清军许长义靳振华

天津科技 2018年9期

徐灵芝，卜清军，许长义，靳振华

(天津市滨海新区气象局天津300457)

0 引言

天津沿海处于中纬度地区渤海湾顶部，地理位置北纬 38°59′，东经 117°45′，属于温带大陆性季风气候，是气象和航行环境风险相对较高的地区之一。天津港是我国外贸港口之一，处于环渤海经济区域的核心位置，进出天津港的船舶流量大、密度高、船舶种类复杂，海上客货运输及海洋石油作业繁忙。由于气候变暖，导致极端天气、气候事件和重大自然灾害频繁发生[1-2]，天津沿海的气温上升趋势与全国大体一致[3-5]，但具有明显的季节变化特征，同时也是暴雨、大风、大雾、风暴潮、海冰以及干旱、寒潮等气象灾害频发的地区，气候变暖导致干旱加剧、气温异常，强冷空气侵袭导致强烈降温，常伴有大风、雨雪等寒潮天气。本文通过对天津沿海地区气候特征进行分析，以期为做好中短期气候预测、增强防灾减灾措施、提高安全生产意识等提供基本的科学事实和参考依据，加大对气象灾害的防范力度。

1 资料与方法

所用资料为天津沿海岸线 153.7km所属的汉沽、塘沽、大港3个国家基本气象站和46个区域自动气象观测站资料，时间跨度为 1981—2017年。按照气候学统计标准，以1981—2010年气候平均值作为历史均值。季节划分以3—5月为春季，6—8月为夏季，9—11月为秋季，12—2月为冬季。评价气温和降水的算法采用中国气象局《全国气候影响评价》的标准，温度异常的等级标准采用气温距平(ΔT)评价气温，即ΔT≥2.0℃、1.5℃≤ΔT＜2.0℃、1.0℃＜ΔT＜1.5℃、-1.0≤ΔT≤1.0℃、-1.5℃＜ΔT＜-1.0℃、-2.0℃＜ΔT≤-1.5℃、ΔT≤-2.0℃分别代表气温异常偏高、显著偏高、偏高、正常、偏低、显著偏低、异常偏低。降水量异常的等级标准采用降水距平百分率(ΔR＝(Y - Y P)/YP ×100%)划分，即ΔR≥80%、50%≤ΔR＜80%、20%＜ΔR＜50%、-20%≤ΔR≤20%、-50%＜ΔR＜-20%、-80%＜ΔR≤-50%、ΔR≤-80%分别表示降水异常偏多、显著偏多、偏多、正常、偏少、显著偏少、异常偏少。用线性倾向法[6]分析气候变化趋势，以 yi表示气候变量，xi表示yi所对应的时间，n为样本数量，建立一元线性回归方程:

当回归系数 b＞0时，表示随时间 x的增加，y呈上升趋势；当b＜0时，表示随时间x的增加，y呈下降趋势。10b称为气候变化倾向率，说明该气候要素上升或下降的速率其单位为某要素单位/10年。

2 气候变化特征

2.1 气温

与全球气候变暖趋势一致，天津沿海地区气温变化呈波动上升趋势，增温速率达0.4℃/10年，年平均气温最低为11.5℃，出现在20世纪80年代，年平均气温最高为14.5℃，出现在2014年和2017年。气候变暖的另一表现为每年的高温日数呈波动增加趋势，低温日数呈波动减少趋势。分析发现，大于 35℃的高温日数增加分为3个阶段，20世纪80年代变化平稳，平均 1.7d；90年代高温日数快速增多，特别是2000年达到 16d；进入 21世纪，高温日数每年仍维持在 6～8d，2017年达第二峰值 15d。小于-10℃的低温日数为减少趋势，本世纪以来，低温日数最多出现在 2000年，为 17d，其次是 2010年 15d，最近的2017年和 2015年均未出现低于-10℃的天气(见图1)。从年平均气温距平看，2014年和2017年距平均为1.4℃，属气温偏高年份。

图1 天津沿海地区年平均气温变化时间序列Fig.1 Time series of annual mean temperature variation in Tianjin coastal area

进一步分析气温升高的原因发现，春季白天气温升温最明显，对于气候变暖贡献最大，增温速率达到0.7℃/10年，其次是春季夜间气温增暖也比较快，为0.5℃/10年，由此可见，暖春是沿海地区增温的特点。增温比较慢的是秋季，白天和夜间的增温速率均为0.2℃/10年，夏季的夜间同样增温较慢为0.2℃/10年(见图2)。

2.2 降水

天津沿海地区年平均降水量 534.6mm，其中北部汉沽 536.9mm，中部塘沽 545.1mm，南部大港521.9mm，长期变化趋势为基本持平略有减少。日降水量超过 50mm 的暴雨日数呈减少趋势，最多出现在 20世纪 90年代，可达 5d。从降水量距平百分率变化看，年降水量显著偏多的是1987年和2012年，分别为856.6mm和833.9mm(见图3)。

图2 天津沿海地区各季节气温变化时间序列Fig.2 Time series of temperature variation in four seasons of Tianjin coastal area

图3 天津沿海地区年降水量变化时间序列Fig.3 Time series of annual precipitation variation in Tianjin coastal area

2.3 风速

天津沿海处于中纬度地带，风具有明显的季风特征，冬季受蒙古冷高压控制或气旋活动过境，带来偏北风，最大风力达到8级以上，阵风10级；夏季盛行偏南风，受西太平洋副热带高压控制，气压呈东高西低分布。另外夏季 6—8月特别容易出现强对流天气带来的短时雷雨大风，这种天气系统范围小、时间短、但强度大。与全球变暖气温升高相对应的是，风速的变化显著减小(见图 4)，年平均最大风速减小幅度为 0.12m/s，与其变化一致的是大风的日数也在减少。

图4 天津沿海地区大风变化时间序列Fig.4 Time series of gale variation in Tianjin coastal area

2.4 雾霾

沿海地区大雾日数年际变化较为稳定，但霾的日数近年猛增，成为公众日益关心的问题。雾霾的变化在2013年是一个转折点(见图5b)，2013年以前雾日多、霾日少，年际变化均较为平稳，年平均雾日15.8d/a，平均霾日 1.9d/a。2013年始霾日数骤增，远高于雾日数，为历史上最严重的一年。近几年通过大气环境治理，取得明显效果，呈逐年显著下降的趋势，2017年减少到 26d，但仍然高于雾的日数。雾霾的发生有明显的季节变化(见图 5a)，春夏季雾霾少发，且霾日数多于雾日数；秋冬季雾霾多发，且霾日数少于雾日数。

图5 天津沿海地区雾霾变化Fig.5 Intermonthly variation and interannual variation of fog and haze in Tianjin coastal area

3 2017年气候特征及主要灾害性天气影响

3.1 春季气候特征

2017年春季平均气温 15.7℃，较常年平均偏高2.7℃，列历史同期最高值，其中北部汉沽 15.4℃、中部塘沽15.9℃、南部大港15.8℃；季内3月份较常年平均偏高 2.7℃，4月、5月较常年平均偏高 2.6℃，均为历史同期最高值；季内极端最高气温 37.1℃，5月19日出现在大港，极端最低气温-3.8℃，3月7日出现在汉沽。降水明显偏少，平均降水量 38.2mm，较常年平均偏少 30.8mm，降水量空间分布不均，南部偏多，大港降水 43.5mm；中部偏少，塘沽降水仅31.4mm；北部汉沽降水39.6mm。主要的气象灾害是干旱、冰雹、大风扬沙和高温。自 4月下旬开始我国东北大部以及河北北部等地出现中至重度气象干旱，天津沿海地区气象干旱发展迅速，北部汉沽达到重度干旱等级，中、南部达到中度干旱等级；春季出现一次冰雹天气过程，4月23日夜间出现强对流天气，大港观测到冰雹，最大直径 10mm，冰雹持续时间较短，没有造成灾害；受蒙古气旋的影响，5月4日出现了大范围持续浮尘天气，5日出现了阵风大于17.0m/s的西北大风，中部和南部地区转为扬沙天气，使能见度变差，5日 08∶00时 PM10浓度达到950μg/m3，空气质量为严重污染水平。

3.2 夏季气候特征

夏季气温显著偏高，平均气温 26.6℃，列历史同期第 4高值，其中汉沽 26.3℃、塘沽 26.7℃、大港26.7℃；极端最高气温 40.3℃，7月 11日出现在大港，极端最低气温 11.8℃，6月 3日出现在汉沽；季内高温日数汉沽 12d，塘沽 14d，大港 22d。夏季平均降水量 381.8mm，较常年平均偏多 15.0mm，其中汉沽降水 388.1mm，塘沽降水 395.1mm，大港降水362.3mm，呈现中部偏多、南部偏少的特点。受大陆高压和西南风影响，7月8～14日沿海地区持续出现35℃以上的高温天气。夏季共出现 4次暴雨天气过程。

3.3 秋季气候特征

秋季气温持续偏高，平均气温 14.4℃，较常年同期偏高 2.1℃，其中汉沽 13.9℃、塘沽 14.8℃、大港14.5℃；极端最高气温 32.1℃，9月 13日出现在大港；极端最低气温-6.5℃，11月30日出现在汉沽。季内 9月平均气温 24.1℃，较常年偏高 2.6℃，列历史同期最高值，10月平均气温 13.8℃，较常年偏低0.5℃，11月平均气温 5.3℃，与常年持平。秋季降水量 84.7mm，接近常年，季内 9月降水量仅 1.7mm，10月降水量 82.9mm，列历史同期降水量第二高值，11月降水量仅 0.1mm。季内主要灾害天气为雾日数5d、霾日数 6d，汉沽最小能见度为 99m，塘沽最小能见度为77m，大港最小能见度为282m。

3.4 冬季气候特征

冬季平均气温-1.5℃，较常年同期偏高 0.3℃，其中汉沽-2.2℃，塘沽-1.2℃，大港-1.1℃；季内极端最高气温 13.9℃，2月 13日出现在大港，极端最低气温-14.9℃ ，1月24日出现在汉沽。冬季仅1月有 7.3mm降水，12月无降水，是历史上第 5次同期无降水，2月也无降水，是历史上第 8次同期无降水。主要灾害天气有 4次大雾、17次霾天气，另外1月 21～22日出现降雪过程，最大降雪量 9.2mm，出现在塘沽，最大积雪深度 9cm，出现在大港。利用2018年2月1日的MODIS卫星遥感资料处理生成的海冰监测图像得知(见图 6)，受冷空气的持续影响，气温较低，渤海海域海冰面积持续增多，达到16946km2，其中渤海湾海冰面积为 4188km2，辽东湾海冰面积为 10892km2，莱州湾海冰面积为1866km2。