极端天气事件与全球变暖的矛盾及相关性研究

刘建霞 李洪轩 王奕博 焦洋洋

摘 要：极寒天气是一种特殊天气现象，研究这种极端气象与全球变暖的相关性有重要意义。本文通过Pearson和Spearman相关系数分析法以及SPSS回归方法探究极端天气事件的出现与全球气候变化的相关性，发现全球气温变暖与极端天气现象存在显著的正相关关系，两个现象并不矛盾，可以并存。

关键词：极端天气;全球变暖;相关性

中图分类号：S162文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）02-0150-03

Abstract： Extreme cold weather is a special weather phenomenon， and it is important to study the correlation between this extreme weather and global warming. This paper used Pearson and Spearman correlation coefficient analysis and SPSS regression method to explore the correlation between the occurrence of extreme weather events and global climate change， found that there was a significant positive correlation between global warming and extreme weather phenomena，the two phenomena were not contradictory and could coexist.

Keywords： extreme weather;global warming;correlation

近年来，全球变暖日益明显，环境问题受到全球关注[1]。人类的生存活动需要消耗石油、煤炭、天然气等化石燃料，其间产生大量的二氧化碳、甲烷等温室气体。大量温室气体排放会导致温室效应，使得全球气候变暖。当前，全球频繁出现极端天气，人们需要深入研究极端天气和全球变暖的关系。

1 研究方法

相关性分析是一种统计评估方法，用于研究两个变量之间的关系强度[2]。当想要确定变量之间是否存在联系时，这种特殊类型的分析是有用的。如果两个变量之间存在相关性，当一个变量发生系统性变化时，另一个变量也会发生系统性变化，这些变量在一段时间内一起变化。如果发现二者存在相关性，测量值可以是正的，也可以是负的。如果一个变量与另一个变量同时增加，则存在正相关关系。如果一个变量随着另一个变量的增大而减小，则存在负相关关系。常用的相关性分析主要有图表分析法、皮尔逊（Pearson）相关系数、斯皮尔曼（Spearman）相关系数等。

图表分析法是最常见也是最简单的相关性分析方法，主要是对两个变量之间的数据进行可视化处理，简单来说就是绘制图表。单纯从数据角度很难发现其中的趋势和联系，而将数据点绘制成图表后，趋势和联系就会变得清晰起来。

Spearman相关系数表明[X]（独立变量）和[Y]（依赖变量）的相关方向。当[X]增加时，[Y]趋于增加，则Spearman相关系数为正。当[X]增加时，[Y]趋于减少，则Spearman相关系数为负。Spearman相关系数为0表明，当[X]增加时，[Y]没有任何趋向性。当[X]和[Y]越来越接近完全的单调相关时，Spearman相关系数会在绝对值上增加。当[X]和[Y]完全单调相关时，Spearman相关系数的绝对值为1。完全的单调递增关系意味着任意两对数据[Xi，Yi]和[Xj，Yj]，有[Xi-Yi]和[Xj-Yj]总是同号。完全的单调递减关系意味着任意两对数据[Xi，Yi]和[Xj，Yj]有[Xi-Yi]和[Xj-Yj]总是异号。

2 极端天气与气候变化的相关性分析

气候的变化是由许多人为因素和自然因素造成的[5-7]。主要人为因素包括大气温室气体、人类活动污染排放造成的对流层气溶胶增多、土地利用变化（如地球森林面积减少）。主要自然作用力是火山爆发，可能导致小气溶胶颗粒进入平流层，它们可能在平流层停留数月至数年，影响地表的太阳辐射。温室气体可以吸收红外辐射，影响地球表面温度。气溶胶可以吸收和散射红外辐射，影响云的光学和微物理性。

气候变化主要有两大表现，一是平均气温升高，二是极端天气增加[8-10]。而温室气体浓度升高，对全球气候变化影响极大。由于流层气溶胶和土地利用变化的不同，其强迫作用可能发生于局部区域，造成某些地区出现极端天气。气候变暖是全球气候变化趋势，极端天气是部分区域的天气变化。地球环境复杂，处于动态变化中，各个区域互相影响。全球气候变暖肯定会影响区域天气。本文统计了近50年美国极端天气发生频次，研究了极端天气发生频次与近50年全球气温变化的关系，并进行相关性分析。

极端天气影响广泛，某些极端天气（如热浪、干旱和强降水）在过去半个世纪变得更加普遍和严重。随着温室气体浓度的上升，极端天气出现频率会进一步上升[11-15]。本研究統计了美国近20年经济损失超过10亿美元的极端天气发生次数和类型，这些极端天气主要包括龙卷风、强雷暴、冰雹、飓风、洪水、森林野火、冬季风暴，如图1所示。

2.1 Pearson相关系数分析

本文采用Pearson相关分析法，对全球平均气温和美国极端天气发生次数进行相关性分析。结果发现，全球平均气温和极端天气次数的相关系数[ρ]为0.578，二者呈显著正相关。

2.2 Spearman相关系数分析

笔者运用Spearman相关分析法对美国极端天气和全球气温变化进行相关性分析。结果表明，全球平均气温和极端天气次数的相关系数[ρ]为0.505，二者存在显著的正相关关系。