1961—2021年孝感城郊气候季节变化与分析

吴君涛，姜 敏，罗金芳

孝感市气象局，湖北孝感 432000

随着城市化发展进程的加快，城区与郊区的环境发生了改变，自然植被为建筑物、沥青或水泥马路所代替，孝感市的工厂建设数量急速上升，居住楼大量崛起，尤其是城市的人口密度直线上涨，这多重原因导致城市中热量比乡村多，城市人口聚集处的空气湿度和温度都与无人区域有着极大的差距。我国于20世纪80年代开始大规模地研究城市热岛效应，人口聚集处的大气气温和湿度变化理论已经有实际的对比实验和成果，人口密度高的区域和人口稀少的区域温差变化趋势已被证明[1]。

城市热岛效应在季节变化上也有明显体现。郁珍艳等[2-3]学者已经对我国内不同地势地貌区域里每年不同季节特点有了实际实验结论，即总体来说，我国目前的暖冬现象频繁，尤其是每年冬季寒冷时间明显缩短，夏季时间明显延长，这样季节变化北方和东部地区比较严重，大部分研究者认为气候季节变化是全球气候变暖的必然结果。

1 资料与方法

1.1 资料来源

以孝感市孝南区和大悟县分别代表城区和郊区，两地分别建有孝感国家基准气候站和大悟国家基本气象站，逐日平均气温资料来自A文件，研究统一选取1961—2021年数据进行对比分析（数据已经过审核）。

入季日期采用年日序数进行统计，构成新的序列，即1月1日为1、1月2日为2，以此类推。

1.2 研究方法

1.2.1 四季划分标准常年四季起始日期和长度的确定：采用气象行业标准《气候季节划分( QX/T 152—2012) 》界定常年四季起始日期，据此计算常年四季的长度。

逐年四季起始日期的确定：对于季节划分，采用张寶堃[4]提出的候平均气温指标法，即以候平均气温稳定通过10℃和22℃的开始日期为入春（冬）、入夏（夏）日期；对于“稳定”解释，采用陈正洪等[5]提出的后控制法，并将后期不再出现连续3候以上不达标的标准修订为5候以上[6]。

逐年四季长度的确定：以某一气候季节起始日的前一日，作为上一个季节的终止日。某一气候季节起始日至终止日之间的天数，为该气候季节的长度（天数）。

1.2.2 趋势变化分析及显著性检验采用最小二乘法对四季起始日期序数、季节长度和气象要素进行线性趋势拟合，即气候倾向率。样本数为61个，显著性水平达0.10、0.05和0.01分别表示趋势性显著、很显著和极显著，分别用*、**、***表示。

2 结果与分析

2.1 常年四季起始时间和季节长度

表1为1961—2021年孝感市城区与郊区常年四季起始时间及季节长度对比。城区比郊区入春和入夏时间提前，入秋和入冬时间推迟，即上半年入季时间变早，下半年入季时间变晚。其中，孝感城区入春时间提前最明显，提前7 d，入夏时间提前1 d，入秋时间推迟4 d，入冬时间推迟2 d。相较于郊区，城区的季节长度也是上半年延长，下半年缩短，其中春季长度延长6 d，夏季延长5 d，秋季缩短2 d，冬季缩短9 d。城郊的季节差异主要是由于城市化导致城区变成热岛，气温上升加快的结果。

表1 1961—2021年孝感市城区与郊区常年四季的起始时间和季节长度

2.2 四季起始时间及其变化

从表2可知，在1961—2021年间孝感市的城区平均入春、入夏时间均提前，从孝感市四季进入的日期和换季时间段可以发现，孝感市的春季呈现持续提前的趋势，夏季也是持续提前进入，秋季持续呈现推迟进入的趋势，冬季整体时间不断缩短，入冬晚出冬早。总体来说，孝感市每年的暖季持续延长，冷季节持续缩短。

表2 1961—2021年孝感市城区与郊区四季的平均和极端起始时间

由表3可知，孝感市城区与郊区的季节变化均为上半年入季提前，下半年推迟。其中，城区入春时间提前和入秋时间推迟均比较显著；郊区入夏时间提前显著，入秋时间、入冬时间推迟显著。

表3 1961—2021年孝感市城区与郊区四季起始时间的变化趋势 d/10年

2.3 四季长度及其变化

表4为1961—2021年孝感市城区与郊区四季平均长度和极端长度对比。城区的春季、夏季平均长度比郊区的长，其中夏季最长延长8 d，城区的秋季、冬季平均长度比郊区的短，其中冬季最长缩短8 d。从最长季节长度上看，城区春季缩短9 d，夏季持平，秋季缩短8 d，冬季缩短6 d。从最短季节长度看，春季延长2 d，夏季延长11 d，秋季持平，冬季缩短9 d。城郊呈夏季和冬季长、春季和秋季短的季节分布，但城区的夏季比郊区长，冬季更短。

表4 1961—2021 年孝感市城区与郊区四季的平均长度和极端长度 d

表5为1961—2021年孝感市城区与郊区四季长度变化趋势对比，上半年季节均延长，下半年季节均缩短。其中城区夏季长度显著延长，冬季显著缩短；郊区夏季显著延长，冬季显著缩短。其他季节变化城区强于郊区，但均未通过显著性检验。

表5 1961—2021年孝感城区与郊区的四季长度变化趋势 d/10年

3 城郊气候参数的变化特征

3.1 城郊气候参数的年变化特征

20世纪90年代以来，城市发展进程加速，各类气象要素的也有了明显的变化。

孝感市城郊年平均气温均极显著上升，变化倾向率均为0.21℃/10年。从前31年变化看，城郊年平均气温略下降，变化倾向率分别为-0.11和-0.05℃/10年，均未通过显著性检验。取后31年的年平均气温看，整体极显著上升变化倾向率分别为0.44和0.31℃/10年，且城区变化幅度大于郊区（表6）。

表6 1991—2021年孝感市城郊年气候参数变化倾向

孝感市年平均降水量：城区呈上升趋势，郊区呈下降趋势，变化倾向率分别为12.81和-4.89 mm/10年，变化幅度城区强于郊区但均未通过显著性检验。前、后31年对比中，城区年降水量均上升且在后31年上升变缓，而郊区则是前升后降，总体趋势均不显著。

孝感城郊年平均相对湿度均下降，变化倾向率分别为-0.45%/10年和-0.23%/10年，变化幅度城区极显著而郊区不显著。从前31年变化看，城郊年平均相对湿度均呈上升趋势且城区变化幅度显著；后31年中，城区郊年平均相对湿度均下降且城区变化幅度达到极显著。

说明随着城市现代化的进程，城市的年平均气温逐渐高于郊区，城区热岛效应越发明显，使得城区向“干”城发展，这也是由于城市化进程的发展，同城区、郊区两地经济发展的速度紧密相联。

3.2 城郊气候参数的季节变化

春季城郊平均气温均明显上升，城区上升幅度弱于郊区；夏季城郊平均气温明显上升，城区上升幅度强于郊区；秋季平均气温下降，城区下降幅度弱于郊区；冬季平均气温下降，城区略弱于郊区。总体来说，城郊平均气温春季、夏季上升，秋季、冬季下降。仅城区夏季平均气温上升达到很显著，其他均未通过显著性检验。

春季城区降水下降而郊区上升，夏季城区降水呈上升趋势而郊区下降；秋季城区降水明显下降而郊区略上升；冬季城郊降水均呈下降趋势。总体来说，城区降水除夏季上升外其他季节均有一定程度的下降，而郊区在春季、秋季上升，夏季、冬季下降。仅郊区冬季降水下降达到显著，其他均未通过显著性检验。

春季城郊平均相对湿度均呈下降趋势，城郊下降显著；夏季城郊平均相对湿度也呈下降趋势，城区下降极显著，郊区未通过显著性检验；秋季城区平均相对湿度下降而郊区上升，城区下降很显著，郊区未通过显著性检验；冬季城郊平均相对湿度均下降，且均未通过显著性检验。

在近31年中，变化最为明显的是平均相对湿度，城区四季均下降，郊区除秋季外其他季节也呈下降趋势。另一方面，从季节变化强度来年，城区变化强度仅冬季弱于郊区，春季、夏季、秋季三季均强于郊区。总的来看，孝感市平均相对湿度持续下降，受城市热岛效应影响，城区“变干”的效应要大于郊区。

表7 1991—2021年孝感市城郊气候参数季节变化倾向

4 小结

（1）1961—2021年孝感市城区与郊区相比，季节起始时间整体趋势是上半年为提前，下半年为推后；春季和夏季长度延长，春季和秋季长度缩短。城郊年平均气温均呈上升趋势；年平均降水城区呈上升趋势而郊区下降；年平均相对湿度均下降。

（2）1961—2021年前31年孝感市城区与郊区年平均季节起始时间和长度差别较小，均未通过显著性检验；后31年孝感市城郊区季节变化明显。在后31年中，城郊整体上升较明显，变化倾向率分别为0.44和0.31℃/10年，均达到极显著，且城区变化幅度大于郊区；城区年降水量上升而郊区出现下降的形式，总体表现均不显著；城郊年平均相对湿度均下降且城区变化幅度达到很显著。

（3）生态环境恶化和孝感市的城市化发展，使得孝感市近年来的气象变化规律受到了影响，几十年前的生态环境和当前的生态环境差别较大。因此灾害也在近几十年来发生得越发频繁，可以预见到，今后还会呈现着持续灾害率升高的趋势，孝感市除了城市还有乡村也建设有多个气象站，本研究引用的数据是国家基本站，比乡村的气象站更具备参考分析意义。