石家庄地区气温的变化特征

第三章石家庄地区气温的变化特征3.1平均气温的变化特征（一般不把图和表放开头，要在正文文字之下）图3.1石家庄地区1972-2008年年和各季节平均气温距平（虚线为线性趋势，光滑曲线为5阶多项式拟合）图3.1给出了石家庄地区年和各季节平均气温距平，可以看到，近37年来，石家庄地区年平均气温（线性趋势为0.42℃/10a）以及各个季节的平均气温都呈现出明显的线性增暖趋势，显著的增暖都发生在1980年代中期之后，其中冬季的平均气温在1990年代之后增幅最为显著。同时，石家庄地区各站之间的气温变化也存在一些差异。线性趋势反映了整个时段内的一种线性变化。表3.1给出了石家庄地区17个站以及地区平均的年和各季节气温的线性趋势。，从中可以看到，就整个地区而言，年和各季节平均气温的增温都是显著的，全区年平均气温线性趋势为0.42℃/10a；各个季节中增温幅度最大的是冬季，线性趋势为0.57℃/10a；其次是春季和秋季，线性趋势均为0.4℃/10a；夏季的增温趋势最弱，但线性趋势也达到0.27表3.1石家庄地区各站年和各季节平均气温的线性趋势（℃/10a）年春季夏季秋季冬季市区0.57***0.52***0.40***0.59***0.71***新乐0.35***0.30*0.160.35*0.56***辛集0.61***0.62***0.43***0.57***0.77***赞皇0.27***0.260.200.190.34*平山0.31***0.33**0.170.31*0.38*井陉0.18*0.200.090.12*0.28正定0.67***0.67***0.5***0.69***0.77***行唐0.53***0.51***0.24*0.52***0.79***灵寿0.40***0.38***0.27*0.39***0.50***藁城0.39***0.47***0.33**0.31**0.38**晋州0.62***0.56***0.43***0.56***0.85***无极0.48***0.40**0.30**0.46***0.71***深泽0.33***0.26**0.19**0.31**0.51***栾城0.66***0.65***0.45***0.66***0.81***赵县0.29***0.180.090.31**0.51***元氏0.18*0.120.080.170.30***高邑0.44***0.42**0.30**0.40**0.57***平均0.42***0.40**0.27*0.40**0.57***(注：表3.1中加*的通过了=0.05的显著性检验，加**的通过了=0.01的显著性检验，加***的通过了=0.001的显著性检验，下同)图3.2石家庄地区年平均气温线性趋势的等值线分布图就各站而言，石家庄地区各站年和各季节平均气温均呈增暖趋势。大部分站（12个，占全部站数的71%）年和各季节平均气温呈显著增暖趋势；赞皇和元氏年和冬季平均气温呈显著增暖趋势，其它季节增暖较弱；平山除夏季增暖较弱外，其它季节和年平均气温均呈显著增暖趋势；井陉年和秋季平均气温呈显著增暖趋势，其它季节增暖较弱；赵县年和秋冬季平均气温均呈显著增暖趋势，而春、夏季则增暖较弱。从年平均气温线性趋势的等值线图（图3.2）可以看出，年平均气温线性趋势以中部（石家庄市区、正定和栾城）和东部（辛集和晋州）为两个极值中心向四周逐渐较小，其它各季节平均气温线性趋势的等值线图与年平均气温线性趋势基本一致，即中东部县市在石家庄地区的增暖中贡献较大。，即石家庄地区的增暖主要是由以中东部县市的明显增暖造成为特征的。分析其可能的原因，除大尺度气候变暖外，主要是因为中东部县市的发展较快，城市化影响效应较大可能是重要原因所致。表3.2石家庄地区年平均气温10年平均值（℃）1970s1980s1990s2000s石家庄13.013.214.014.5新乐12.312.412.613.3辛集12.612.913.714.3赞皇13.213.213.713.9平山12.612.813.413.3井陉13.012.913.313.4正定12.612.814.614.4行唐11.712.012.513.3灵寿12.712.813.413.8藁城12.512.713.413.5晋州12.312.513.314.0无极12.112.312.813.5深泽12.312.612.913.2栾城12.212.613.514.1赵县12.212.412.713.0元氏12.712.713.413.0高邑12.712.713.413.8平均12.512.713.313.7为了进一步比较不同年代际的气温变化，表3.2给出了各站在各个年代的年平均气温。可以看出，各站每10年的年平均气温呈逐渐上升趋势，在1990年代以前，气温上升幅度较小，1990年代开始出现较强的上升，其中正定表现的最强，其在1990年代的年平均气温比1980年代升高了1.8℃；近10年气温上升幅度又有所减慢，平山、正定和元氏出现下降趋势，近10年的年平均气温比1990年代分别下降0.1℃、0.2℃、0.43.2最高和最低气温的变化特征最高和最低气温是反映某地冷热状况最直接的指标，是气候学上重要的气温指标。石家庄地区年（图3.3a）和各季节（图略）平均最高气温距平随时间变化曲线与平均气温相似，近37年来也呈现出明显的上升趋势，但上升趋势不如平均气温显著。就季节而言，石家庄地区冬季平均最高气温的增加温趋势最强（0.27℃/10a），其次是春季（0.23℃/10a）和秋季（0.1℃/10a），夏季最弱（0.04℃/10a）。就各站而言，辛集、正定、行唐和栾城四个站春季平均最高气温呈显著上升趋势，其它站上升趋势不明显，赵县甚至呈弱的下降趋势；各站在冬季以外其它三季的上升趋势都比较弱，均没有达到=0.05的显著性水平，其中井陉、灵寿和无极在夏季的平均最高气温呈弱的下降趋势，深泽、赵县和元氏在夏季、秋季的平均最高（a）（b）图3.3石家庄地区1972-2008年年平均最高（a）、最低（b）气温距平（虚线为线性趋势，光滑曲线为5阶多项式拟合）图3.4石家庄地区年平均最高、最低气温线性趋势的等值线分布图表3.3石家庄地区各站年和各季节平均最高、最低气温趋势系数（℃/10a）平均最高气温平均最低气温年春季夏季秋季冬季年春季夏季秋季冬季市区0.29**0.290.260.220.300.85***0.89***0.65***0.84***0.98***新乐0.18*0.170.090.160.200.68***0.63***0.42***0.71***0.95***辛集0.35*0.38*0.290.270.330.94***1.01***0.70***0.88***1.15***赞皇0.24*0.190.220.190.240.42***0.47***0.36***0.33**0.48***平山0.160.200.050.130.200.48***0.52***0.38**0.44**0.52**井陉0.140.25-0.080.090.240.27***0.36**0.140.180.36*正定0.28**0.42*0.140.140.310.90***1.12***0.58***0.98***1.09***行唐0.23**0.34*00.140.350.81***0.95***0.35**0.76***1.15***灵寿0.150.23-0.030.060.260.56***0.65***0.280.54***0.74***藁城0.20*0.290.050.070.270.48***0.66***0.29*0.42**0.48***晋州0.21*0.32-0.010.070.330.91***0.93***0.50***0.86***1.34***无极0.140.21-0.050.020.270.86***0.74***0.37**0.71***1.08***深泽0.090.12-0.1-0.030.260.41***0.41***0.160.37**0.64***栾城0.22*0.34*0.030.070.330.95***1.10***0.53***0.98***1.21***赵县0.04-0.02-0.13-0.020.190.25***0.27*-0.010.29*0.51***元氏0.060.05-0.10-0.030.170.29*0.37*0.020.290.46*高邑0.18*0.210.010.090.280.68***0.78***0.33*0.67***0.90***平均0.19*0.230.040.100.270.63***0.70***0.36**0.61***0.83***石家庄地区年平均最低气温距平的变化曲线表明（图3.3b），石家庄地区年平均最低气温近37年表现出一个非常显著的线性增加趋势（图3.3b）。，各季节平均最低气温（图略）也呈显著增加趋势，而且线性增加的幅度明显大于平均最高气温的增加幅度。其中冬季的增温趋势最显著（0.83℃/10a），其次为春季（0.7℃/10a）和秋季（0.61℃/10a），夏季最弱（0.36℃/10a），但线性趋势也通过=0.0从各站的线性趋势来看（图3.4），整体上最低气温的线性趋势都明显大于最高气温的线性趋势。值得注意的是，井陉和元氏的最低气温在夏季、秋季上升趋势较弱，灵寿和深泽的最低气温在夏季上升趋势较弱；最为特殊的赵县，其最低气温在夏季呈弱的下降趋势。另外从图3.4也可以看到，最高、最低气温的线性趋势分布与平均气温基本一致，中、东部升温趋势最明显，南部的元氏和赵县升温趋势最弱。以上分析表明，石家庄地区平均最低气温的升高幅度远大于平均最高气温，这也说明增暖现象在最低气温上表现更加突出。3.3平均日较差的变化特征从图3.5可以看到，近37年石家庄地区年平均日较差呈显著减小趋势，线性趋势为-0.41℃/10a；各季节的平均日较差也呈显著减小趋势，其中冬季日较差减小幅度最大，线性趋势为-0.56℃/10a，其次是夏季和春季，秋季最小，线性趋势也达到-0.29℃从各站来看，年和各季节的日较差也都呈减小趋势，除井陉、元氏、赵县、赞皇和藁城的减小趋势较弱外，其它12个站均呈显著减小趋势，尤其以晋州、栾城、正定、辛集和市区（中东部）最为显著。从图3.6表明可以看到，各站日较差的线性趋势分布与最高、最低气温的线性趋势分布一致；与最高气温和最低气温的变化特征对比，发现最低气温的升高对于日较差变化的贡献要大于最高气温升高对其的贡献，即气温日较差变小主要是由于以最低气温变暖幅度显著大于最高气温变暖幅度引起的为特征。图3.5石家庄地区1972-2008年年和各季节平均日较差距平（虚线为线性趋势，光滑曲线为5阶多项式拟合）表3.4石家庄地区各站年和各季节平均日较差线性趋势（℃/10a）年春季夏季秋季冬季市区-0.56***-0.57***-0.60***-0.38***-0.70***新乐-0.48**-0.50*-0.47**-0.31*-0.71***辛集-0.60***-0.59***-0.63***-0.47***-0.77***赞皇-0.14-0.14-0.20-0.03-0.21平山-0.26*-0.23-0.33**-0.17-0.34*井陉-0.10-0.07-0.15-0.01-0.12正定-0.65***-0.65***-0.66***-0.51***-0.83***行唐-0.62***-0.65***-0.61***-0.42***-0.82***灵寿-0.38***-0.37**-0.43***-0.25**-0.48***藁城-0.21-0.15-0.32**-0.14-0.24晋州-0.69***-0.66***-0.68***-0.53***-0.94***无极-0.56***-0.54**-0.57***-0.4**-0.78***深泽-0.25*-0.21-0.31**-0.16-0.33*栾城-0.68***-0.65***-0.72***-0.56***-0.89***赵县-0.17-0.13-0.23-0.08-0.33元氏-0.17-0.14-0.23-0.09-0.31高邑-0.49***-0.48**-0.52***-0.36***-0.64***平均-0.41***-0.40**-0.45***-0.29**-0.56***图3.6石家庄地区年平均日较差线性趋势的等值线分布图3.4炎热日数和寒冷日数的变化特征炎热日数和寒冷日数的变化分别反映出炎热天气和寒冷天气的变化特点及变化趋势。按照《石家庄气候》中所规定，本文以日最高气温≥35℃为炎热日，日平均气温≤0℃为寒冷日的标准，统计了1972-200表3.5石家庄地区1972-2008年年平均炎热、寒冷日数（天）及其线性趋势（天/10a）市区新乐辛集赞皇平山井陉正定行唐灵寿藁城晋州无极深泽栾城赵县元氏高邑平均年均炎热日数151215161112141013131214141414151514年炎热日数的线性趋势1.80.41.71.40.51.42.7*1.21.21.61.20.60.81.70.30.81.21.2年均寒冷日数526957566057576960616269676167626062年寒冷日数的线性趋势-7.5***-5.2**-8.5***-3.5*-4.2*-2.4-8.0***-7.7***-5.2**-4.0**-8.4***-6.0***-4.9***-8.5***-4.7**-2.7-5.3**-5.7***统计表明，石家庄地区年均炎热日数为14天，年均寒冷日数为62天。炎热日数基本上从南向北逐渐减少，赞皇最多，行唐最少，市区仅次于赞皇。寒冷日数从西南向东北逐渐增多，行唐、新乐和无极最多，市区最少仅为52天，比平均寒冷日数少10天。从这里可以看出城市热岛效应的影响。伴随石家庄地区平均气温的上升趋势，各站年均炎热日数呈增加趋势，其中正定呈显著增加趋势；寒冷日数则呈显著减少趋势，只有井陉和元氏的减少趋势不明显。石家庄地区年均炎热日数的增加趋势（图3.7）与最高气温的趋势一致，高温日数在1990年代中期才开始有明显的增加趋势，而这个时期的平均气温升高幅度也最大。与最低气温的显著升高趋势相对应，近37年石家庄地区的年均寒冷日数也呈显著下降趋势，尤其是从1990年代开始寒冷日数大幅度减少。炎热日数的趋于不显著的增加和寒冷日数的趋于显著减少，也反映出该地区气温趋于温和。图3.7石家庄地区年均炎热日数和寒冷日数距平（虚线为线性趋势，光滑曲线为5阶多项式拟合）3.5霜冻日数和冰冻日数的变化特征霜冻日数和冰冻日数变化也能在一定程度上反映出气候变暖的程度。本文采用气候变化检测、监测和指数专家小组的定义：霜冻日数为日最低气温＜0℃的全部日数，冰冻日数为日最高气温＜0℃的全部日数，按照这种标准统计了1972-2008年历年的霜冻日数和统计表明，石家庄地区年均霜冻日数为110天，年均冰冻日数为13天。年均霜冻日数各站相差较大，在99～120天之间；赵县最多，其次为行唐和灵寿；市区最少，其次为井陉和赞皇，其它各站霜冻日数在105-115天之间。赵县霜冻日数较多主要是因为其土质为沙地，夜间辐射降温快；市区霜冻日数较少，城市热岛效应影响应该是主要因素。年均冰冻日数各站相差不多，在12～15天之间；平山最多，市区和藁城最少，基本上从南向北依次增多。表3.6石家庄地区1972-2008年年平均霜冻、冰冻日数（天）及其线性趋势（天/10a）市区新乐辛集赞皇平山井陉正定行唐灵寿藁城晋州无极深泽栾城赵县元氏高邑平均年均霜冻日数99118107103106101105119107111109118114110120114109110年霜冻日数的线性趋势-8.3***-6.5***-9.1***-4.2**-4.7**-3.1*-9.2***-9.6***-6.1***-5.0***-9.9***-8.0***-4.6***-10.3***-3.3**-4.3**-7.3***-6.7***年均冰冻日数121413131514131414121414141314131313年冰冻日数的线性趋势-0.6-0.8-1.6-0.7-0.5-0.1-1.3-1.0-0.7-1.0-1.6-1.5-1.2-1.5-0.7-0.5-1.2-1.0（表中*号等符号要注释。其他表同）与最低气温的显著上升趋势相对应，石家庄地区霜冻日数呈显著减少趋势，线性趋势为-6.7天/10a；各站的霜冻日数也呈显著减少趋势，其中栾城的减少趋势最大。从图3.8可以看到，石家庄地区霜冻日数从1990年代开始呈迅速减少趋势，这与寒冷日数的变化相一致。与最高气温的不明显上升趋势相对应，石家庄地区冰冻日数呈弱的减少趋势，线性趋势为-1.0天/10a，没有通过=0.05的显著性检验；各站的冰冻日数也呈弱的减少趋势，其中辛集和晋州的减少趋势最大。与霜冻日数的变化不同，冰冻日数呈现是波浪式缓慢的减少过程。石家庄地区霜冻日数和冰冻日数的日趋减少也反映出该地区气温趋于温和。图3.8石家庄地区年均霜冻日数和冰冻日数距平（虚线为线性趋势，光滑曲线为5阶多项式拟合）3.6周期分析图3.9石家庄市区年平均气温功率谱（光滑曲线为=0.05的红噪音标准谱）通过相关分析，发现石家庄市区站与石家庄地区的年平均气温呈显著的正相关关系（相关系数=0.8，通过=0.001的显著性检验），石家庄市区站在石家庄地区建站时间最早，也没有迁站，资料具有均一性，资料质量好，因此采用石家庄市区站建站（1955年）以来到2008年54年的较长的时间序列来分析，以此代表石家庄地区来分析年平均气温的周期。取石家庄市区站1955-2008年年平均气温计算功率谱，=54，最大滞后长度取为18（），因为序列的滞后自相关系数r（1）=0.69为较大正值，表明序列具有持续性，所以用红噪声标准谱进行检验（=0.05）。从图3.9可以清楚地看出，在周期长度为7.2处，功率谱估计值为一峰值且大大超过标准谱，因此石家庄年平均气温存在约7.2年的显著周期。3.7小结（1）通过对各站年平均气温、年平均最高、最低气温进行检验，发现有1个站（5.9%）的平均气温