1959—2021年武清气象要素分析.pdf

64 天 津 科 技第 50 卷 第 8 期第 50 卷 第 8 期2023 年 8 月Vol.50 No.8Aug.2023天 津 科 技 TIANJIN SCIENCE&TECHNOLOGY收稿日期：2023-08-070 引 言气候变化问题是 21 世纪人类社会面临的最严峻挑战之一，事关人类生存和各国发展1。联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）第四次评估报告指出，最近 100 年（1906 一 2005 年），全球平均地面气温上升了（0.740.18）2。天气气候极端事件频繁发生不仅会对社会和经济发展带来影响，还会对人类生活和生态环境构成威胁。因此，对气候变化的研究越来越受到社会的关注3-5。本文通过对武清国家气象观测站（以下统称武清站）建站以来63年间气温、湿度、降水量、风速等气象要素进行统计分析评估，了解天津市武清区各气象要素的变化趋势，以更好地为当地气象防灾减灾、健康卫生、水文和工农业生产提供优质气象服务。1 研究资料及方法1.1 资料来源资料选用武清站自 1959 年建站以来到 2021 年63 年间的年平均气温、年平均最高气温、年平均最低气温、年平均相对湿度、年降水量、年平均风速、月平 科学与社会19592021 年武清气象要素分析王若萱，王心妍，闫艺兰2，钱芝颖2（1.天津市武清区突发公共事件预警信息发布中心 天津 301700；2.天津市武清区气象局 天津 301700）摘 要：为进一步做好气象服务，对武清国家气象观测站建站以来 19592021 年 63 年的温度、湿度、降水量、风速等气象数据进行统计学分析。结果表明：19592021 年年平均气温、年平均最高和最低气温均呈上升趋势，近10 年上升较为明显，增温幅度春季最大；年平均相对湿度呈下降趋势，春季下降幅度最大；年降水量总体呈下降趋势，21 世纪 00 年代的夏季降水贡献最大；年平均风速呈下降趋势，冬季下降最为明显。关键词：武清 气象观测站 气候变化中图分类号：P463 文献标志码：A 文章编号：1006-8945（2023）08-0064-06Analysis of Meteorological Elements in Wuqing from 1959 to 2021 WANG Ruoxuan1，WANG Xinyan1，YAN Yilan2，QIAN Zhiying2（1.Tianjin Wuqing District Public Emergency Warning Information Release Center，Tianjin 301700，China；2.Tianjin Wuqing District Meteorological Bureau，Tianjin 301700，China）Abstract：In order to further improve meteorological services，this paper conducts a statistical analysis of the meteorological data such as temperature，humidity，precipitation，wind speed and other meteorological data from 1959 to 2021 since the establishment of the Wuqing National Meteorological Observatory.The results show that from 1959 to 2021，the annual average temperature，the annual average maximum and minimum temperature all showed an upward trend，the rising trend was relatively obvious in the past 10 years，and the temperature increase was the largest in spring.The annual average relative humidity showed a downward trend，and the decline was the largest in spring.The annual precipitation generally showed a downward trend，and the summer precipitation in the 2000s contributed the most.The annual average wind speed showed a downward trend，and the downward trend was most obvious in winter.Key words：Wuqing；meteorological observatory；climate change 65 2023 年 8 月均气温、月降水量、月平均相对湿度、月平均风速等气象数据。1.2 研究方法采用线性倾向估计、滑动平均、距平等统计学方法对武清站建站以来温、湿、降水、风等气象要素进行分析，进而获得其变化特征。本文将按季节划分：35 月为春季，68 月为夏季，911 月为秋季，12次年 2 月为冬季。2 气象数据分析2.1 平均气温变化2.1.1 年代际变化从图 1 和表 1 可以看出，自武清站建站以来，年平均气温呈现上升趋势，年平均气温以 0.395 /10 a的速度上升；气温年代际变化明显，从 1959 年气温开始逐渐下降，直到 1969 年下降至谷点 10.4，随后逐步出现回升，在 2014 年达到峰值，为 14.2。从不同时间段平均气温距平可以发现，19591970 年、19711980 年、19801990 年平均气温距平分别为-0.95、-0.55、-0.32，在 20 世纪 90 年代之后则为 0.38、0.38、1.02，见表 2。由此可见，在 20 世纪90 年代之后，武清站年平均气温上升较快，尤其是在21 世纪 10 年代之后，气温上升更加明显。图 1 19592021 年武清站年平均温度变化曲线Fig.1 Annual average temperature change curve of Wuqing stations from 1959 to 2021表 1 1959 一 2021 年武清站各时段平均气温，平均最高、最低气温气候变化率Tab.1 Climate change rate of average temperature,average maximum temperature and minimum temperature in each period of Wuqing station from 1959 to 2021单位：/10 a时间段平均气温最高气温最低气温全年0.3950.2620.559春季0.5160.3870.726夏季0.2610.2090.439秋季0.2720.1570.415冬季0.4990.2810.6652.1.2 季节变化春、夏、秋、冬四季平均气温变化可以从表 1、2中看出：自 1959 年建站以来，武清站各季节平均气温均呈现上升趋势，其中温度变化幅度最大的为春季，变化幅度分别为春季冬季秋季夏季。春季平均气温自建站以来开始出现逐渐下降趋势，至 20 世纪 60 年代末达到最低值 10.87，随后逐步回升；至 21 世纪初，回升速度突然加快；21 世纪10 年代后，上升幅度进一步加大。春季平均气温以0.516 /10 a的速度上升，见图 2。夏季平均气温则是在 20 世纪 70 年代后期达到最低，随后慢慢回升；至 90 年代初，气温急剧上升；在 21 世纪初达到顶点，夏季平均气温变化幅度最小，为0.261/10 a，见图3。秋季平均气温几乎呈缓慢上升，变化幅度与夏季相仿，为 0.272 /10 a；而冬季平均气温上升幅度介于春季与秋季之间，略低于春季，为 0.499 /10 a，与春季一样，在 20 世纪 60 年代末出现最低值，然后逐步回升；至 21 世纪 10 年代初气温上升趋势加快。这表明，近 20 年来气候变暖贡献最大的因子主要是春季的增温，将平均气温数据按年代求得距平，可以看出，武清站建站以来到 20 世纪 90 年代为偏冷阶段，90 年代之后为偏暖阶段，且春季增暖幅度较大，这也说明近 20 年来气候变暖贡献最大的为春季增温。图 2 19592021 年武清站春季平均温度变化曲线Fig.2 Spring average temperature change curve of Wuqing station from 1959 to 2021表 2 19592021 年武清站年平均气温距平Tab.2 Annual average temperature anomaly of Wuqing station from 1959 to 2021单位：时间段全年春季夏季秋季冬季19591970 年-0.95-1.15-0.34-0.8-1.5919711980 年-0.55-0.8-0.54-0.26-0.5619811990 年-0.32-0.42-0.46-0.07-0.3419912000 年0.380.120.240.210.8820012010 年0.380.640.110.240.6120102021 年1.021.590.860.720.98 王若萱等：19592021 年武清气象要素分析 66 天 津 科 技第 50 卷 第 8 期图 3 19592021 年武清站夏季平均温度变化曲线Fig.3 Summer average temperature change curve of Wuqing station from 1959 to 20212.1.3 平均最高/低气温变化图 4、5 分别为 19592021 年武清站的年平均最高、最低温度变化曲线。从图4、5和表1可以看出：年平均最高气温自建站以来到 20 世纪 60 年代末，呈现出下降趋势，最小值出现在 1969 年，为 16.1，随后逐渐上升，至 21 世纪 10 年代初上升速度再次加快，并于 21 世纪 10 年代末达到最大值 19.7，年平均最高气温以 0.262 /10 a的速度上升；年平均最底气温则是以 0.559 /10 a的速度上升，上升速度较年平均最高温明显，变化曲线先是呈现下降趋势，在 1962 年达到最小值 4.1，随后呈现上升趋势，到21 世纪 00 年代中期略有下降倾向，之后在 10 年代又开始上升，且上升速度更加明显，并于 2014 年达到最大值 9.8。由表 1 可知，从季节上看，年平均最高气温的变化幅度为春冬夏秋，其中春季气温对年平均最高气温上升的贡献最大，为 0.387 /10 a；而年平均最低气温的变化幅度同样为春冬夏秋，春季、冬季对年平均最低气温上升的贡献最大，分别为 0.726、0.665 /10 a。经分析，自建站以来，最高气温、最低气温均呈现明显上升趋势，最低气温较最高气温上升幅度大，春季气温对最高、最低气温变化趋势贡献最大。图 4 19592021 年武清站年平均最高温度变化曲线Fig.4 Annual average maximum temperature change curve of Wuqing station from 1959 to 2021图 5 1959 一 2021 年武清站年平均最低温度变化曲线Fig.5 Annual average minimum temperature change curve of Wuqing station from 1959 to 20212.2 平均相对湿度变化2.2.1 年代际变化从图 6 和表 3 可以看出：自武清站建站以来，年平均相对湿度呈现下降趋势，年平均相对湿度以0.86%/10 a的速度下降；年代变化较为明显。自建站以来，湿度先呈下降趋势，到60年代初转为上升趋势；至 60 年代中期达到最高值 71%，随后开始逐渐下降；直到 21 世纪 00 年代中后期，下降幅度再次加大；至21 世纪 10 年代，初达到最低值 54%，随后又呈现出缓慢逐渐上升趋势。图 6 19592021 年武清站年平均相对湿度变化曲线Fig.6 Annual average relative humidity change curve of Wuqing station from 1959 to 2021 表 3 1959 一 2021 年武清站各时段平均相对湿度气候变化率Tab.3 Climate change rate of average relative humidity in each period of Wuqing station from 1959 to 2021单位：%/10 a时间段平均相对湿度全年-0.86春季-1.41夏季-0.63秋季-0.61冬季-0.212.2.2 季节变化春、夏、秋、冬四季平均相对湿度变化可以从表 3 中看出。自 1959 年建站以来，武清站各季节平均相对湿度均呈现下降趋势，其中相对湿度变化幅 67 2023 年 8 月 王若萱等：19592021 年武清气象要素分析度最大出现在春季，变化幅度分别为春季夏季秋季冬季。春季平均相对湿度以 1.41%/10 a的速度下降，自建站以来，先是急剧下降至 20 世纪 60 年代初期，然后又急剧上升，直至 60 年代中期达到顶点68.3%，随后逐渐呈现下降趋势，到 21 世纪 10 年代，下降趋势再度加大，并于 10 年代中期达到最低值 44%。夏、秋两季平均相对湿度变化幅度相仿，分别为 0.63、0.61%/10 a；而冬季平均相对湿度变化幅度最小，为0.21%/10 a，在 21 世纪 00 年代后期，下降幅度略微加大，对相对湿度下降变化贡献最大的为春季。2.3 降水量变化2.3.1 年代际变化年降水量变化见图 7。由图 7 可以看出：武清站自建站以来，年降水量总体呈现减少趋势，减幅为19.99 mm/10 a。自建站以来到 20 世纪 70 年代中后期，年降水量呈现出增多趋势，到 1977 年达到最大值1 079.7 mm，之后年降水量开始逐渐减少；在 2000 年达到最小值 253.3 mm，随后年降水量又开始出现上升趋势；到 21 世纪 10 年代，年降水量上升幅度加大，分别于 2012、2021 年达到 1 014.2、962.3 mm。图 7 19592021 年武清站年降水量变化曲线Fig.7 Annual precipitation change curve of Wuqing station from 1959 to 20212.3.2 季节变化由图 8 可见，春、秋、冬三季降水量均呈现上升趋势，其中冬季变化最微弱，其变化率仅为0.129 mm/10 a，春季上升幅度略高于冬季，为 1.514 mm/10 a，秋季上升最为明显，其变化率为 9.422 mm/10 a。秋季年代际变化明显，20112021 年最多，19591970 年最少，其差值为 56.51 mm；冬季年代际变化最小，20 世纪 70 年代最多，19591970 年最少，差值仅为 9.51 mm；春季年代际变化介于秋冬之间，20 世纪80 年代最多，70 年代最小，差值为 31.14 mm。夏季降水量呈明显减少趋势，其变化率为 25.678 mm/10 a，年代际变化明显，20 世纪 70 年代最多，21 世纪 00 年代最少，差值为 141.73 mm。由此可见，对降水量变化呈下降趋势贡献大的是夏季降水量。从降水量距平来看，年平均降水量在 19591970 年、19711980 年、20112021年均呈正距平变化，而在19811990年、19912000 年、20012010 年均呈负距平变化，尤其是 20 世纪 00 年代降水量最少；而在四季降水量中，夏季降水量距平变化显著，且与年平均降水量距平正负变化保持一致。由此可见，夏季对降水量变化呈下降趋势贡献大，尤其是 20 世纪 00 年代夏季降水对降水量趋势下降的贡献最大，见表 4。图 8 1959 一 2021 年武清站四季降水量变化曲线（a.春季，b.夏季，c.秋季，d.冬季）Fig.8 Seasonal precipitation change curve of Wuqing station from 1959 to 2021(a.Spring,b.Summer,c.Autumn,d.Winter)68 天 津 科 技第 50 卷 第 8 期表 4 19592021 年武清站降水量距平Tab.4 Precipitation anomaly of Wuqing station from 1959 to 2021单位：mm时间段全年春季夏季秋季冬季19591970 年24.03-7.657.01-17.47-3.0619711980 年92.91-11.1863.56-4.246.4519811990 年-14.9619.96-17.05-12.08-1.5719912000 年-54.851.3-33-16.39-1.0720012010 年-73.140.41-78.1710.29-1.4920112021 年36.17-2.262.3739.041.542.4 风速变化2.4.1 年代际变化年平均风速变化见图 9。由图 9 可以看出：武清站自建站以来，年平均风速呈现明显减少趋势，减幅为0.268 m/s每10年，最大年平均风速出现在1962年，为 3.7 m/s；随后到 20 世纪 90 年代初期，年平均风速呈现下降趋势；然后在 1991 年开始年平均风速呈现出轻微上升变化趋势；到 21 世纪 10 年代，年平均风速曲线又开始急速下降，且在 2015 年到达最小值1.6 m/s，之后下降幅度有所减小。图 9 19592021 年武清站年平均风速变化曲线Fig.9 Annual average wind speed change curve of Wuqing station from 1959 to 20212.4.2 季节变化由图 10 可知，春、秋、秋、冬四季均呈现下降趋势，其中冬季变化最大，其变化率为0.325 m/s每10年，春季下降幅度略低于冬季，为 0.307 m/s每 10 年，夏季下降幅度最小，其变化率为 0.204 m/s每 10 年。秋季下降幅度介于春夏之间，为 0.247 m/s每 10 年。春冬两季年代际变化较明显，建站以来到 20 世纪 80 年代均为正距平，20 世纪 80 年代之后均为负距平。春季 19591970 年、19711980 年 最 大，20112021 年最小，差值为 1.52 m/s；冬季 19591970 年最大，同样在 20112021 年最小，差值为 1.88 m/s。夏秋两季年代际变化较小，自建站以来到 20 世纪 90 年代均呈正距平变化，20 世纪 90 年代之后均为负距平。夏季19711980 最大，20112021 年最小，差值为1.06 m/s；秋季 19591970 年最大，20112021 年最小，差值为1.29 m/s。由此可见，对年平均风速变化呈下降趋势贡献大的是春、冬两季。从平均风速距平来看，年平均风速在 19591970 年、19711980 年呈正距平变化，而 在 19811990 年、19912000 年、20012010 年、20112021年均呈负距平变化，尤其是20世纪 10 年代之后，平均风速下降幅度更大，而在四季平均风速中，春、冬季平均风速距平变化显著，且与年平均风速距平正负变化保持一致，见表 5。由此可见，春、冬季对平均风速变化呈下降趋势贡献大，尤其是20 世纪 10 年代后的冬季平均风速对年平均风速下图 10 19592021 年武清站四季平均风速变化曲线Fig.10 Seasonal average wind speed change curve of Wuqing station from 1959 to 2021(a.Spring,b.Summer,c.Autumn,d.Winter)69 2023 年 8 月降的贡献最大。表 5 19592021 年武清站平均风速距平Tab.5 Average wind speed anomaly of Wuqing stationfrom 1959 to 2021单位：m/s时间段全年春季夏季秋季冬季19591970 年0.730.750.410.611.1019711980 年0.520.750.540.440.5719811990 年-0.04-0.0200.003-0.2319912000 年-0.33-0.48-0.21-0.21-0.4620012010 年-0.2-0.21-0.19-0.17-0.1820112021 年-5.14-0.77-0.52-0.68-0.783 结论与讨论通过线性倾向估计、滑动平均、距平等统计学方法，对武清站自 1959 年建站以来气温、相对湿度、降水、风速 4 个要素的年代际变化及季节变化趋势进行了分析研究，得到以下初步结论。自 1959 年建站以来，武清站气温随时间总体上呈明显上升趋势，尤其是在 21 世纪 10 年代之后，气温上升显著，最高气温、最低气温与年平均气温变化保持一致，且最低气温变化更为显著；相对湿度、降水、风速均呈下降趋势，其中相对湿度和风速的下降趋势较明显，相对湿度在 21 世纪 00 年代中后期下降幅度加大，风速则在 21 世纪 10 年代之后变化幅度加大，而降水量虽整体呈下降趋势，但在 21 世纪初有上升趋势，且在 2012、2021 年分别达到 1 014.2、962.3 mm。武清站自建站以来，四季气温都呈上升趋势。春季增温趋势最为明显，冬季次之，秋季和夏季增温趋势较弱，说明春季增温对该地区年平均气温的增加起着非常重要的作用；四季相对湿度均呈现明显下降趋势，贡献最突出的是春季；四季降水除夏季呈现出下降趋势外，其他三季均呈上升趋势，其中秋季上升趋势最大，春季次之，冬季最小，对年降水量下降变化趋势做出贡献的是夏季，且主要集中在 20 世纪 80 年代到 21 世纪 10 年代；四季风速均呈明显的下降趋势，其中冬季下降最为明显，春季次之，秋季和夏季最弱。综上可见，自武清站建站以来，气温逐渐上升，降水量呈偏少趋势，但时间、空间分布不均匀和 21 世纪以来极端降水事件有所增加，干旱和洪涝趋于增加，加剧了农业灾害的发生，同时，过高的气温也易导致疾病发生。因此，气象部门对异常天气预报预警的难度将进一步加大，业务人员需不断加强学习，以提高预报、预警的准确率，从而有效防御气象灾害、减少经济损失，最终更好地为当地农业生产提供服务。参考文献于贵瑞，牛栋.联合国气候变化框架公约谈判中的焦点问题 J .资源科学，2001（6）：10-16.IPCC.Climate Change 2007The Physical Science Ba-sis：Contribution of working group ito the fourth as-ses-sionent report of the intergovernmental panel on cli-mate change M.Cambridge：Cambridge University Press，2007.陈双溪.气象为社会主义新农村建设服务大有可为 J 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