天津市武清区近60 年汛期气候变化特征分析

钱芝颖，陈丽丽，吕玉环，张 昆，闫艺兰

(天津市武清区气象局 天津 301700)

0 引 言

在全球气候变暖的大背景下[1-3]，极端天气、灾害性天气等现象对人类的健康与社会的发展造成了极大的影响[4-5]，尤其是在汛期，高温热害、暴雨洪涝、极端强降水等事件频发[6-8]，往往造成严重的损失。武清区位于天津市西北部，是京津冀三省市的交汇点，是国家“京津冀协同发展”战略的重要核心区和桥头堡，也是京津冀一体化发展试验田—“通武廊”的重要成员，因而研究其汛期气候变化特点极为重要。本文拟对天津市武清区近60 年汛期(下文汛期指6～9 月，主汛期指7～8 月)的气候特征进行分析，并对该地气温、降水和日照等要素的变化规律进行总结，以期为生产生活和防灾减灾提供一定参考依据。

1 数据和方法

本研究针对武清国家一般气象站1961—2020 年汛期的观测资料(该数据由天津市气象信息中心整理提供)，选取逐日平均气温、最高气温、最低气温、降水量和日照时数作为研究对象，采用线性倾向估计、滑动平均、t 检验等方法分析各要素在年际、年代际和逐月的变化特征。

2 温度变化特征

2.1 平均气温

从图1 可以看出1961—2020 年武清区汛期的平均气温年际差异较大，最高为 26.01 ℃，出现在2000 年；最低为22.8 ℃，出现在1976 年。观察其平均气温变化曲线与9 年滑动平均曲线可以看出年际变化呈波动上升趋势，计算其线性倾向率为0.26 ℃/10 a，上升趋势极显著(r＝0.62，P＜0.01)。除此之外，汛期平均气温也在随年代逐步升高，20 世纪60—80 年代汛期平均气温的距平值为负值，分别为-0.43、-0.51、-0.36 ℃，属于相对偏冷时期；进入20 世纪90 年代后，汛期平均气温距平值均为正值，处于相对偏暖时期，上升趋势也更加明显。尤其是2011 年至今，其距平值相较于2000 年代升高了0.79 ℃，汛期平均气温升高近10 年的贡献最大，见表1。

表1 1961—2020 年武清区汛期及各月平均气温距平的年代际变化Tab.1 Interdecadal variation of flood season and monthly average temperature anomaly in Wuqing District from 1961 to 2020

图1 1961—2020年武清区汛期平均气温变化曲线Fig.1 Variation curve of average temperature in flood season in Wuqing District from 1961 to 2020

统计汛期各月的平均气温，气温最高为7 月，该月平均气温为26.52 ℃；气温最低为9 月，该月平均气温为20.54 ℃。从年际变化角度来看，各月的平均气温变化速率不同，6 月的线性倾向率为0.26 ℃/10 a，上升趋势极显著(r＝0.44，P＜0.01)；7 月的线性倾向率为0.24 ℃/10 a，上升趋势显著(r＝0.41，P＜0.05)；8 月的线性倾向率为0.23 ℃/10 a，上升趋势极显著(r＝0.4，P＜0.01)；9 月的线性倾向率为0.31 ℃/10 a，上升趋势极显著(r＝0.56，P＜0.01)。可以看出各月的平均气温都在上升，且9 月上升速率最快。另外，从不同年代的变化情况来看，各月平均气温与汛期平均气温有相似的变化特点，即在20 世纪90 年代之前为偏冷时期，之后为偏暖时期。并且各月平均气温在近10 年较2000 年代均有明显升高，其升高值分别为0.77、0.80、0.94、0.64 ℃。

2.2 平均最高气温和平均最低气温

从图2、3 分析得出1961—2020 年武清区汛期的平均最高气温的最高值和最低值分别为 31.53、27.73 ℃，出现的年份与平均气温的最高和最低值出现的年份相同，分别为2000 年和1976 年；而平均最低气温的最高值为21.57 ℃，出现在2018 年，最低值为17.47 ℃，出现在1962 年，两者的年际差异均较大。经计算，平均最高气温的线性变化率为0.20 ℃/10 a，上升趋势显著(r＝0.41，P＜0.05)，平均最低气温的线性变化率为0.47 ℃/10 a，上升趋势极显著(r＝0.85，P＜0.01)，可以看出汛期平均最低气温的上升速率要明显高于平均最高气温。从年代变化分析得到平均最高气温和平均最低气温的距平值在20 世纪60—80 年代均为负值，说明平均最高和最低气温都属于偏低时期；进入90 年代后，距平值为正值，说明平均最高和最低气温进入偏高时期。尤其是近10 年相较于2000 年代均上升明显，两者距平值分别升高了0.61、0.92 ℃，见表2。

表2 1961—2020年武清区汛期及各月平均最高和最低气温距平的年代际变化Tab.2 Interdecadal variation of mean maximum and minimum temperature anomaly in flood season and each month in Wuqing District from 1961 to 2020

图2 1961—2020年武清区汛期平均最高气温变化曲线Fig.2 Variation curve of average maximum temperature in flood season in Wuqing District from 1961 to 2020

比较汛期各月的平均最高气温，最高为7 月，平均最高气温为31.25 ℃；最低为9 月，平均最高气温为26.28 ℃。比较各月平均最低气温，最高为7 月，平均最低气温为22.29 ℃；最低为9 月，平均最低气温为15.57 ℃。可以看出7 月气温整体较高，而9 月气温整体较低。计算各月的线性倾向率，6 月为0.11 ℃/10 a，上升趋势不显著(r＝0.15，P＞0.05)；7 月为0.23 ℃/10 a，上升趋势显著(r＝0.32，P＜0.05)；8 月为0.24 ℃/10 a，上升趋势极显著(r＝0.46，P＜0.01)；9 月为0.21 ℃/10a，上升趋势显著(r＝0.33，P＜0.05)，7 月和8 月的变化速率较6 月和9 月的变化速率更快。平均最低气温也表现为上升趋势，线性倾向率分别为6 月0.59 ℃/10 a(r＝0.79，P＜0.01)、7 月 0.37 ℃/10 a(r＝0.64，P＜0.01)、8 月0.35 ℃/10 a(r＝0.62，P＜0.01)、9 月0.56 ℃/10 a(r＝0.72，P＜0.01)，上升趋势都极显著，且6 月和9 月的变化速率较7 月和8 月的变化速率更快。综合来说，各月平均最低气温的上升速率都明显大于平均最高气温的上升速率。各月在不同年代的变化特点与汛期大致相似，即平均最高气温和平均最低气温在20 世纪90 年代以前处于偏低时期，进入90 年代以后开始处于偏高时期，并且在近10 年增温明显，平均最高气温和平均最低气温相较于其他年代整体偏高。

图3 1961—2020年武清区汛期平均最低气温变化曲线Fig.3 Variation curve of average minimum temperature in flood season in Wuqing District from 1961 to 2020

3 降水变化特征

3.1 降水量

如图4 所示，1961—2020 年武清区汛期降水量的多年平均值为441.06 mm，汛期降水量年际差异较大，最多为 873.7 mm，出现在 1977 年；最少为168.9 mm，出现在2000 年，其丰枯极值比为2.61。由降水量变化曲线与9 年滑动平均曲线可以看出近60 年武清区汛期降水量的波动比较明显，且年际变化总体呈下降趋势，其线性倾向率为-18.62 mm/10 a，但下降趋势不显著(r＝-0.21，P＞0.05)。降水量在不同年代的特点也有所差别，20 世纪60—70 年代表现为正距平，属于降水偏多时期；20 世纪80 年代到2000 年代降水量呈负距平，且降水偏少越来越明显。虽然降水量年代际平均值在近10 年有所回升，但主要由2012 年贡献(848.00 mm)。总的来说，降水量依旧是呈明显的下降趋势，降幅达到了249.12 mm/10 a。

图4 1961—2020年武清区汛期降水量变化曲线Fig.4 Variation curve of precipitation in flood season in Wuqing District from 1961 to 2020

汛期各月降水量的平均值分别为 75.69、176.44、138.00、50.93 mm，其中主汛期降水量占整个汛期降水量的72.3%，贡献突出。计算得出6 月和9 月的降水量呈上升趋势，其线性变化率分别为1.14 mm/10 a(r＝0.04，P＞0.05)和4.8 mm/10 a(r＝0.22，P＞0.05)，上升趋势并不显著；而7 月和8 月的降水量呈下降趋势，其线性变化率分别为-10.86 mm/10 a(r＝-0.21，P＞0.05)和-13.67 mm/10 a(r＝-0.26，P＜0.05)，可以看出汛期的变化速率较其他2 个月快，且8 月的下降趋势显著。

3.2 降水日数

降水日数与降水量的关系比较密切，其相关性为0.65，说明降水日数越多，对应的降水量就越大。由图5 得知，1961—2020 年武清区汛期降水日数平均值为37.43 d。其年际间存在较大差异，最多降水日数出现在 1967 年，为 55 d；最少降水日数出现在1972 年，为22 d，极值之间相差33 d。通过降水日数变化曲线和滑动平均曲线可以看出，降水日数存在一定的波动，其线性倾向率为-0.62 d/10 a(r＝-0.16，P＞0.05)，下降趋势并不显著。从各年代变化的角度分析，汛期降水日数在20 世纪60 年代为正距平，为降水日数相对偏多时期，此后就一直为降水日数偏少时期。具体表现为从20 世纪70 年代开始，降水日数转为负距平，且距平值呈环比下降态势，2000 年代的距平值为-1.23 d，近10 年距平逐渐回升，但仍为负值，总体来看降水日数仍旧偏少。

图5 1961—2020年武清区汛期降水日数变化曲线Fig.5 Variation curve of precipitation days in flood season in Wuqing District from 1961 to 2020

汛期各月降水日数的平均值分别为8.67、12.35、10.02、6.40 d，其中主汛期的降水日数占整个汛期降水日数的59.8%，贡献相较其他2 个月份要大。经计算，发现6 月和9 月的降水日数呈上升趋势，其线性倾向率分别为 0.18 d/10 a(r ＝0.13，P ＞0.05)和0.14 d/10 a(r＝0.10，P＞0.05)，上升趋势并不显著；而7 月和8 月的降水日数呈下降趋势，其线性倾向率分别为-0.53 d/10 a(r＝0.27，P＞0.05)和-0.41 d/10 a(r＝0.24，P＞0.05)，下降趋势均不显著。

4 日照变化特征

从图6 可以看出，1961—2020 年武清区汛期日照时数的年际差异很大，最大值为1 145.58 h，出现在1968 年；最小值为627.08 h，出现在2014 年，相差近1 倍。分析日照时数变化曲线及滑动平均曲线可以看出，汛期日照时数是波动减少的，1993 年之前，汛期日照时数绝大部分在平均值以上，1993 年之后基本都在平均值以下，其线性倾向率为-51.15 h/10 a，下降趋势极显著(r＝-0.69，P＜0.01)。汛期日照时数在各个年代的情况也不同，在20 世纪60—80 年代表现为正距平，说明这一时期日照时数偏多，而90 年代之后日照时数偏少，见表3。

表3 1961—2020 年武清区汛期及各月日照时数距平的年代变化Tab.3 Interdecadal variation of sunshine hours in flood season and each month in Wuqing District from 1961 to 2020

图6 1961—2020年武清区汛期日照时数变化曲线Fig.6 Variation curve of sunshine hours in flood season in Wuqing District from 1961to 2020

统计汛期各月日照时数，平均值分别为237.90、204.97、208.36、217.46 h，汛期日照时数相对较少。各月日照时数均呈下降趋势，6 月的线性变化率为-17.86 h/10 a(r＝-0.67，P＜0.01)、7 月的线性变化率为-12.86 h/10 a(r＝-0.59，P＜0.01)、8 月的线性变化率为-9.64 h/10 a(r＝-0.48，P＜0.01)、9 月的线性变化率为-10.82 h/10 a(r＝-0.50，P＜0.01)，下降趋势均极显著，并且可以看出6 月的变化速率最快、7 月次之。各月日照时数随年代变化特点与汛期相似，即在20 世纪60—80 年代为日照偏多时期，90 年代以后为日照偏少时期，但在近10 年看来，除2013 和2014 年之外，整体日照时数均呈上升趋势。

5 讨 论

①1961 年以来武清区汛期的平均气温、平均最高气温和平均最低气温均呈上升趋势，在20 世纪90 年代以后进入气温相对偏高时期，近10 年气温上升尤为明显。各月气温也表现为显著上升趋势，其中7 月气温整体较高，且最高气温上升速率最快；9 月气温整体较低，但最低气温上升速率最快。

②武清区汛期的降水量和降水日数均呈下降趋势，降水量在20 世纪80 年代开始表现为偏少时期，降水日数在20 世纪70 年代开始表现为偏少时期，近10 年间虽然降水量和降水日数都有所回升，但降水量除2012 年出现极端降水之外，总体仍呈下降趋势，降水日数仍处于偏少时期。主汛期对降水量和降水日数的贡献最大，但其降水量和降水日数均呈下降趋势；6 月和9 月的降水量和降水日数的贡献较小，但其降水量和降水日数均呈上升趋势。

③武清区汛期日照时数的年际差异很大，且呈极显著下降趋势，在20 世纪90 年代后处于日照时数偏少时期，但近10 年除2013 年和2014 年之外，日照时数还是出现了上升态势。各月日照时数均呈显著下降趋势，主汛期日照时数最少，且7 月的下降速率较快。■