河北廊坊1971—2020年冷暖冬气候变化特征分析

纪诗璇，沈 芳，白千川，高清泉，黄浩杰，许 敏

廊坊市气象局，河北廊坊 065000

近年来，全球变暖已经成为一个主要特征。根据联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）第5次评估报告指出，1880—2012 年全球平均气温上升了0.85℃[1]。2021年，IPCC第6次评估报告《气候变化2021：自然科学基础》指出，自20世纪50年代以来，全球地表平均温度已上升约1℃，并指出：从未来20年的平均温度变化来看，全球温升预计将达到或超过1.5℃。全球绝大部分地区极端高温事件的频率和强度在增加，极端低温事件的频率和强度在下降。

在全球变暖的气候背景下，我国冬季气温也呈现出上升的趋势。许多气象学家的研究发现，气候变暖在冬季表现突出。例如，孙林海等[2]发现20世纪80年代以来，我国冬季持续偏暖，我国气温存在着30年左右的年代际变化趋势。王淼[3]发现宜君县近50年的年平均气温总体呈上升趋势，20世纪90年代末（1997年）之前为偏冷期，之后为偏暖期；纪凡华等[4]发现聊城市春季、秋季、冬季的平均气温都随时间呈线性上升的趋势，年平均气温增温速率为0.18℃/10年，各季增温速率从大到小依次为冬季、秋季、春季，而夏季则呈现一定程度的弱降温趋势，不同地区也表现出了明显的差异。

冬季气温升高对人类社会发展无疑是一把双刃剑。冬季升温对小麦等农作物安全越冬有利，但农作物遭遇“倒春寒”和低温冻害的风险也进一步加大；另外，有研究发现，冬季气温升高，会加剧病虫害暴发，并增高了人类呼吸道感染疾病的发病概率[5-8]。刘学峰等[9]分析了河北省冷暖气候变化，发现年平均气温、年平均最高气温、平均最低气温年际和年代变化都呈现增温趋势，河北各个区域增温幅度不一，年平均、最高、最低气温增温幅度最大的区域是冀东。

廊坊地区地处河北中东部，目前针对廊坊地区暖冬现象的研究极少，因此，在统计分析1971—2020年廊坊地区冬季平均气温变化特征的基础上，引入气温、降水等气象要素，分析冬季冷暖事件发生特征和冷暖冬变化对人体健康的影响，为今后的气象服务提供科学支撑和数据参考，进一步提升气象防灾减灾能力。

1 材料与方法

1.1 资料来源

选取廊坊辖区国家级自动站1971—2020年逐月观测资料，包括月平均气温、月最低气温、月最高气温等气象要素。定义冬季为12月至翌年2月。

1.2 分析方法

气温的分析采用数理统计方法：采用线性拟合方法分析平均气温资料的气候变化趋势，采用累积距平法分析极端气温资料的气候变化趋势。

平均值采用1971—2020年的数据；年代划分为：1970—1979年为20世纪70年代，1980—1989年为20世纪80年代，1990—1999年为20世纪90年代，2000－2020年为21世纪初。

趋势分析采用线性倾向率配合差异显著性检验（信度采用α＝0.05，α＝0.01），每10年进行阶段性分析[10]。

线性倾向率将气象要素的时间序列用一次线性方程来拟合，即：

式中：X为气象要素，α0和α1为气象要素变化率，t为时间（年）。其趋势变化率方程为：

α1＞0，表示气象要素随时间t增加；α1＞0，表示气象要素随时间减少；把α1×10年称气候变化倾向率，表示气象要素每10年的变化率。

1.3 冷暖冬等级划分

暖冬、冷冬等级采用《GB/T 21983—2008暖冬等级》《GB/T 33675—2017冷冬等级》划分指标中的暖（冷）冬等级划分指标，具体见表1。

表1 暖（冷）冬等级划分

其中，T为目标年冬季平均气温，单位为摄氏度（℃）；T为冬季平均气温的气候平均值，单位为摄氏度（℃）；ΔT为某一目标年冬季平均气温距平，单位为摄氏度（℃）。

式中：δ为冬季平均气温标准差。

2 冬季冷暖变化特征

2.1 冬季平均气温的年际变化

对气温资料进行数理统计发现，廊坊地区1971—2020年冬季年平均气温最低为-4.4℃，出现在1977年；2020年冬季年平均气温最高为0.1℃，出现在2000年；年平均最低气温为-17.4℃，出现在1986年；年平均最高气温为8.0℃，出现在2011年。

绘制趋势变化图，求解其一元回归方程发现，廊坊地区近50年的冬季年平均气温总体上呈不同幅度的波动上升趋势，具体见图1。气候倾向率为0.4℃/10年，（增温速率通过α＝0.01显著性检验）

由图1可以发现，廊坊地区近50年的冬季年平均气温增长趋势明显，存在5个波谷，但是增长速有所差异。从20世纪70年代至80年代中期，平均气温增长速度较为缓慢，存在小幅波动，于1978年跌至50年最低为-4.4℃；从20世纪80年代中后期至21世纪初，平均气温出现显著的增长，年平均气温从-4℃（1985年）增长至0℃线（2000年）；21世纪后，年平均气温阶段性波动，但在21世纪初，年平均气温的极小值仍出现不断增大的趋势。

2.2 冬季平均最高、最低气温的年际变化

根据图2发现，廊坊地区近50年的冬季年平均最高气温、年平均最低气温随时间呈现线性增加的趋势，但增长速率有所有差异。年平均最高气温增长较慢，增长速率为0.1℃/10年（增温速率通过α＝0.01显著性检验），差异极显著；年平均最低气温增长较快，增长速率为0.8℃/10年（增温速率通过α＝0.01显著性检验），差异极显著。

由此可知，廊坊地区近50季平均气温以1985年为界，之前各年基本保持相对稳定，气温增长速度较慢，而之后则出现较快增长，图1与图2的冬季平均气温年际间变化趋势相一致。同时冬季平均气温排序前3位的年份均出现在21世纪，即2000年（-3.1℃）、2013年（-3.9℃）、2015年（-0.1℃），可以看出廊坊地区近50年遭遇冬季偏暖的气候概率逐渐升高。

2.3 冷暖冬事件变化特征

通过对廊坊地区冬季平均气温求标准差，得出标准差δ＝1.1℃，即0.43δ、1.29δ分 别 为0.47℃、1.42℃。根据暖（冷）冬等级划分，对廊坊地区1971—2020年进行冷暖冬划分，详细冷暖冬出现年份见表2。

表2 廊坊地区1971—2020年各年代冷暖冬出现年份

由图3可以发现，廊坊地区冷暖冬以20世纪80年代中期为界。强暖冬主要发生在20世纪之后，强冷冬主要发生在20世纪80年代之前。在近50年中，常冬发生概率为20%，主要分布在20世纪90年代，随着时间推移，常冬先逐渐增多，到20世纪初，常冬减少，暖冬增多；冷冬发生概率为31%，主要分布在20世纪80年代之前，其中包含3次强冷冬事件，分别为1977、1984、1985年，80年 代 之 后 冷冬仅出现过5次，降至10%；暖冬主要发生在20世纪90年代中后期，此结论与刘学峰等[9]关于河北省冷暖变化气候特征研究变暖趋势一致，廊坊地区暖冬发生概率为38%，包括9次强暖冬事件，占暖冬发生概率的50%。总之，廊坊地区近年冷冬逐渐减少，暖冬逐渐增加，且1987年以来仅出现1次强冷冬，1996年的年强暖冬开始出现并趋多，即廊坊地区1971—2020年冬季升温导致暖冬频率及强度均有所增加。

图3 廊坊地区近50年冬季冷暖的时空分布

2.4 冷暖冬气温变化对人体健康的影响

在极端气温环境条件下，老人、小孩、病人等敏感性人群极易诱发呼吸道疾病、心脑血管疾病以及神经紊乱等症状。此外，极端气温也是诱发一些病毒和细菌的关键因子，能够促使其蔓延和暴发。极端气温对人类健康的影响不容忽视。

秋冬季节是呼吸道传染病的高发季节，流行性感冒（以下简称“流感”）是常见的疾病之一，选择研究2008—2018年的冬季平均气温变化与流感人群发病数的关系，初步探究冬季平均气温变化对流感发病数的影响。流感人群发病数见图4。

根据图1与图4可以发现，2008—2018年冬季平均气温呈现增温趋势，流感人群发病数同样出现增长。由图3与图4可以发现，在强暖冬与暖冬事件下（2012—2018年）影响下，流感人群发病率逐年升高，在强暖冬事件下，增长速率更快。但由于流感人群病例数据有限，以及未考虑流感病类型、原因等要素，此项研究具有一定的局限性。

图4 2008—2018年流感人群发病数变化趋势

3 结果与讨论

（1）廊坊地区近50年的冬季年平均最高气温、年平均最低气温随时间呈现线性增加的趋势，但增长速率有所有差异。年平均最高气温增长较慢，增长速率为0.1℃/10年；年平均最低气温增长较快，增长速率为0.8℃/10年，两者差异极显著。可以看出廊坊地区近50年遭遇冬季偏暖的气候概率逐渐升高，估计未来50年将升高1℃～2℃。

（2）廊坊地区近50年冷暖冬以20世纪80年代中期为界。强暖冬主要发生在20世纪之后，强冷冬主要发生在20世纪80年代之前。常冬发生概率为20%，主要分布在20世纪90年代，到20世纪初，常冬减少，暖冬增多；冷冬发生概率为31%，主要分布在20世纪80年代之前，80年代之后冷冬降至10%；暖冬主要发生在20世纪90年代中后期，发生概率为38%。廊坊地区近50年冷冬逐渐减少，暖冬逐渐增加，即廊坊地区1971—2020年的冬季升温导致暖冬频率及强度均有所增加。

（3）2008—2018年，冬 季 平 均 气温呈现增温趋势，流感人群发病数同样出现增长。在强暖冬与暖冬事件下（2012—2018年）影响下，流感人群发病率逐年升高，在强暖冬事件下，增长速率更快。但是由于流感人群病例数据有限，以及未考虑流感病人群、类型、原因等要素，此项研究具有一定的局限性，需要后期做进一步研究。