郑州市气温与极端天气变化规律研究

杨亮彦 石 磊

（1.陕西省土地工程建设集团有限责任公司，陕西西安 710075；2.陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司，陕西西安 710021；3.自然资源部退化及未利用土地整治工程重点实验室，陕西西安 710021；4.陕西省土地整治工程技术研究中心，陕西西安 710075）

在地球气温不断上升的背景下，全球气候系统正在加速变暖，全球几乎所有地区都经历了升温过程，气候变暖体现在地球表面气温上升、海平面上升、北极和南极冰盖消融和冰川退缩、极端气候事件频率提高等方面[1]。中国的气温与全球气温变化是同步的，近年来随着国内经济的快速发展，国内的天气变得更加难以预测，农业、林业受到严重威胁，极端温度事件频率和强度急剧增加，对国内的动植物生存环境、社会经济、人类活动造成了严重的负面影响[2]。气候和生态环境问题已经成为中国重点关注的领域。其中，受城镇化快速发展的影响，城市的气候和极端天气事件变化最为明显，高温、暴雨、冰雹等灾害成为经济损失的主要源头，因此开展城市气象极端天气变化规律研究是中国应对气候变化和生态文明建设的迫切要求。本研究以郑州市为例，研究1998-2017 年城市快速发展过程中的气温变化，分析郑州市的气温变化特征和极端天气事件发生数量，探究影响气温变化的因素，为城市可持续发展和构建适宜的生存环境提供依据。

1 数据来源

郑州市作为河南省省会，是中国南北交通的枢纽，位于中原腹地，是中国重要的内陆开放城市和历史文化名城。由于地理位置的重要性和国家政策的引导下，郑州市近年来发展迅速，城市人口不断增长，城镇面积不断扩张。城市的快速发展使得郑州城市气候效应日趋明显[3]。在全球变暖背景下，郑州市气温不断上升，夏季高温天气愈演愈烈，对人们的身体健康和社会的经济发展造成了不利的影响。

本研究以郑州市气温为研究对象，从中国气象数据网（https://data.cma.cn）获取郑州站（53083）1998-2017年的气象数据，包括气温、相对湿度、蒸散发、降雨量、风速等8 种气象数据，时间尺度为每日，其中气温数据又包含日平均气温、日最高气温和日最低气温。

2 结果与分析

2.1 气温年际变化趋势 图1 表示郑州市年平均气温的变化趋势图。郑州市1998-2017 年的多年平均气温为15.61℃。其中，2003 年的平均温度最低，年均值为14.51℃，2017 年均气温最高，为16.74℃。20 a 中，共有13 a 的气温低于平均值，7 a的气温高于平均值，其中高于平均值的年份多为2015 年之后。以上数据表明，1998 年以来，郑州市的气温呈现上升趋势。为了进一步说明郑州市的气温变化趋势，本研究通过趋势线分析法分别计算1998-2008 年、2008-2017 年以及1998-2017 年的年均气温变化速率（表1）。由表1 可知，1998-2017 年，郑州市年平均温度以0.63℃/10 a 的速度显著上升。其中1998-2008 年的上升速度为0.45℃/（10a），2008-2017 年的上升速度为1.32℃/（10a），每个时段的上升速度有明显差异，但都呈现出变暖趋势。1998-2008 年气温上升速度相对较慢，与1998-2012年属于全球气温增长的间歇期等研究结论[4]相符。

图1 郑州市年平均气温的变化趋势图

表1 郑州市不同时间段气温变化速率

2.2 极端天气变化 本研究采用的极端指数是由世界气象组织（WMO）气候委员会与 CLIVAR 计划联合设立的气候变化检测、监测和指标专家组（ETCCDMI）确定的（表2）[5-6]，选取其中的绝对指数研究郑州市1998-2017 年的气温变化规律。

表2 极端气温指数定义

表3 为霜冻日数、冰冻日数、夏日日数、热夜日数和高温日数5 个极端气温指数的变化速率。由表3 可知，郑州市1998-2017 年的极端气温指数变化具有一定的规律性，霜冻日数以-3.78 d/10 a 的速率显著下降，而冰冻日数变化较小，夏日日数、热夜日数和高温日数分别以5.67 d/10 a、9.45 d/10 a 和8.40 d/10 a 的速率显著上升。以上数据表明，1998-2017 年郑州市的气温呈现明显变暖趋势，极端气温指数中的极端气温暖指数（夏日日数、热夜日数和高温日数）明显增加，极端气温冷指数（霜冻日数）明显减少。

表3 1998-2017 年郑州市极端气温指数变化速率

3 结语

郑州市在1998-2017 年呈现变暖趋势，与全球气温变化保持一致，但其以0.82℃/10 a 的速率显著上升，明显快于大背景下的气温变化，主要受人类活动和城市热岛效应的影响；郑州市在1998-2017 年的极端气温指数变化具有一定的规律性，霜冻日数以-3.78 d/10 a 的速率显著下降，夏日日数、热夜日数和高温日数分别以5.67 d/10 a、9.45 d/10 a 和8.40 d/10 a 的速率显著上升。除冰冻指数变化不明显外，其他指数都能反映郑州市有变暖的趋势，表明极端气温指数对气温变化具有明显的影响，可作为研究城市气温变化的指标。