周錦陽，王恒申

(河北省石家莊市第一中學(xué)，河北石家莊 050011)

1 資料與方法

1.1資料選取資料起始年份為1955—2016年，共計(jì)62年，所用資料包括：石家莊市單站1—12月各月平均氣溫和降水量；國家氣候中心氣候系統(tǒng)診斷預(yù)測室編制的88項(xiàng)大氣環(huán)流指數(shù)，時(shí)間分辨率為月，空間分辨率為2.5°×2.5°經(jīng)緯度。

1.2分析方法

1.2.1線性相關(guān)系數(shù)。假設(shè)有2個(gè)變量X、Y取值分別x1,x2,…,xn和y1,y2,…,yn,n為取樣個(gè)數(shù)。2個(gè)變量的相關(guān)系數(shù)為：

式中，x、y分別為變量X、Y的平均值，當(dāng)r>0時(shí)，表示X、Y兩變量呈正相關(guān)，當(dāng)r<0時(shí)，表示X、Y兩變量呈負(fù)相關(guān)。r0為給定某一顯著水平α?xí)r相關(guān)系數(shù)的臨界值，若|r|>r0，則可認(rèn)為兩變量相關(guān)顯著。該研究中樣本長度為62，相關(guān)系數(shù)的臨界值分別為α0.05=0.25、α0.01=0.33、α0.001=0.41。

1.2.2線性趨勢的計(jì)算。用x1,x2,…,xn表示時(shí)間，y1,y2，…，yn為對應(yīng)的氣溫，建立兩者之間的線性回歸方程：

2 結(jié)果與分析

2.1氣溫變化趨勢分析

2.1.1年變化。從圖1可以看出，自1955年以來石家莊市年平均氣溫呈上升的趨勢，平均上升幅度為0.34 ℃/10 a。石家莊市氣溫升高的趨勢是全球氣候變暖背景下的必然結(jié)果，此外，石家莊市自20世紀(jì)90年代以來，城市發(fā)展迅速，城區(qū)范圍不斷擴(kuò)大，城市熱島效應(yīng)越來越顯著[2]，這些因素也是影響氣溫變化的原因。

這符合自然規(guī)律，故鄉(xiāng)總是留不住漂亮的孩子。可至少我、胡來、胡去，我們?nèi)齻€(gè)沒有一點(diǎn)要走的意思。我們喜歡出海，但是前輩們再不讓我們跟著出海。在電視機(jī)普及以后，他們就說：要出海，沒出息。至于什么是有出息，他們還沒想太明白。爺爺說：他們呀，總是覺得小孩子背井離鄉(xiāng)，老頭子衣錦還鄉(xiāng)就叫有出息。成天看著太平洋，還覺得自己眼界不夠?qū)?；什么魚都認(rèn)識(shí)，還覺得自己見識(shí)不夠多。

圖1 1955—2016年石家莊市逐年平均氣溫變化Fig.1 Change of annual average temperature in Shijiazhuang City from 1955 to 2016

2.1.2季變化。從圖2可看出，春、夏、秋、冬四季的平均氣溫均呈上升的趨勢，這種上升趨勢在統(tǒng)計(jì)上是顯著的，上升幅度分別為0.41、0.23、0.30、0.43 ℃/10 a。近年來除了春季仍然處于增溫趨勢以外，其他3個(gè)季節(jié)氣溫增高的趨勢有所減緩，甚至出現(xiàn)了下降的情況。2009—2016年秋季平均氣

溫有5年在趨勢線以下，冬季有4年在趨勢線以下，其中2012—2013年冬季平均氣溫為-2.3 ℃，創(chuàng)1972年以來的45年最低值。

2.2氣溫與降水的關(guān)系

2.2.1各月平均氣溫之間的相關(guān)分析。計(jì)算各月平均氣溫之間的相關(guān)系數(shù)，當(dāng)2個(gè)月氣溫的相關(guān)系數(shù)r>0.25(α=0.05)時(shí)，可以認(rèn)為它們之間存在相關(guān)關(guān)系。從表1可以看出，4、5、11月份氣溫與其前1個(gè)月的氣溫沒有明顯的關(guān)系；1、2、3、6、7月份氣溫與其前1個(gè)月氣溫的相關(guān)系數(shù)均超過了0.41，顯著水平達(dá)到α=0.001；8、9、10月份與前1個(gè)月氣溫的相關(guān)系數(shù)分別為0.29、0.28、0.25，顯著水平為α=0.01。分析結(jié)果認(rèn)為，近62年石家莊市月平均氣溫大部分月份與其前1個(gè)月氣溫相關(guān)顯著，說明氣溫的月變化可能存在一定的持續(xù)性，特別是1、2、3、7、8月份持續(xù)性更明顯，持續(xù)時(shí)間可能會(huì)超過1個(gè)月。此外，2月與9月、3月與8月、3月與10月、9月與12月平均氣溫的相關(guān)系數(shù)均超過了0.41，在統(tǒng)計(jì)上相關(guān)是顯著的。

圖2 1955—2016年石家莊市春季(a)、夏季(b)、秋季(c)和冬季(d)平均氣溫變化Fig.2 Changes of average temperature in spring (a), summer (b), autumn (c) and winter (d) in Shijiazhuang City from 1955 to 2016

月份Month1月January2月February3月March4月April5月May6月June7月July8月August9月September10月October11月November11.0020.561.0030.330.481.0040.220.340.441.0050.200.170.370.221.0060.150.170.260.220.251.0070.210.200.310.280.400.491.0080.180.270.420.250.370.230.541.0090.220.460.300.380.150.270.330.291.00100.130.290.420.170.230.250.200.400.281.00110.12-0.070.120.050.100.130.180.220.130.251.00120.050.200.340.060.150.150.090.080.480.160.23

2.2.2各月平均氣溫與降水之間的相關(guān)分析。從圖3可看出，近62年石家莊市各月氣溫與降水的相關(guān)系數(shù)均為負(fù)值，說明兩者之間呈反相關(guān)關(guān)系，即降水偏多時(shí)往往氣溫偏低，降水偏少時(shí)氣溫偏高，這一規(guī)律在1、4—7、10月份非常顯著。通常降水的出現(xiàn)與冷空氣活動(dòng)有關(guān)，降水期間日照減少，降水過后該地區(qū)常常被冷空氣控制，使得氣溫降低。但2、3月份比較特殊，這一時(shí)期正處于冬季向春季轉(zhuǎn)換的季節(jié)，冬季結(jié)束，地面開始增溫，暖濕空氣也開始活躍，天氣逐漸變暖，降水過后降溫幅度不會(huì)太大，有時(shí)還可能升高，因此氣溫與降水之間的相關(guān)關(guān)系不明顯。

圖3 1955—2016年石家莊市各月平均氣溫與降水量的相關(guān)系數(shù)Fig.3 Correlation coefficients of average temperature and precipitation in Shijiazhuang City from 1955 to 2016

計(jì)算前1個(gè)月的降水與當(dāng)月氣溫的相關(guān)系數(shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，其他月份相關(guān)系數(shù)的絕對值都低于0.25，只有1月份降水與2月份氣溫的相關(guān)系數(shù)達(dá)-0.37。說明1月份降水偏多不僅引起當(dāng)月氣溫偏低，還可能會(huì)影響2月份氣溫偏低。分析其主要原因是：一場大雪過后大地被冰雪覆蓋，大部分太陽輻射被反射掉，使地面得不到熱量。同時(shí)融雪是一個(gè)吸熱過程，會(huì)造成熱量損失，因此1月份降水偏多往往會(huì)引起該月氣溫偏低。另外1月份石家莊市正處于隆冬季節(jié)，冰雪不易融化，氣溫偏低的時(shí)間可能會(huì)較長，甚至?xí)绊懙较?個(gè)月。

2.3氣溫與大氣環(huán)流的關(guān)系

2.3.1氣溫與環(huán)流特征量的相關(guān)分析。局地氣候的形成與地理位置、地形、下墊面等因素有關(guān)，但局地氣溫的異常偏高或偏低一定有其特定的環(huán)流背景。為了考察石家莊市氣溫與大氣環(huán)流的關(guān)系，選取88項(xiàng)大氣環(huán)流指數(shù)作為因子，計(jì)算與石家莊市逐月平均氣溫與同期環(huán)流特征量的相關(guān)系數(shù)，當(dāng)相關(guān)系數(shù)達(dá)到一定顯著水平時(shí)，可以認(rèn)為該項(xiàng)環(huán)流指數(shù)為影響石家莊市氣溫變化的因子，計(jì)算結(jié)果見表2。當(dāng)某些月份氣溫的環(huán)流因子較多時(shí)，表中僅給出相關(guān)較好且有代表性的3個(gè)因子。

從表2可以看出，除了1、6、7月份外，其他各月氣溫與環(huán)流因子的相關(guān)系數(shù)均超過了0.41，顯著水平達(dá)到了α=0.001，其中2、3、9、10、12月最顯著，相關(guān)系數(shù)最大值超過了0.50。因子數(shù)量最少、相關(guān)性最差的是6月份，該月只有一個(gè)因子，相關(guān)系數(shù)僅為-0.28。影響1—6、11、12月份氣溫變化的環(huán)流因子中，代表北方冷空氣活動(dòng)的緯向環(huán)流指數(shù)、經(jīng)向環(huán)流指數(shù)和極渦面積類指數(shù)的相關(guān)最顯著。7—10月份則以代表暖濕氣團(tuán)的副熱帶高壓類指數(shù)相關(guān)最顯著。此外，青藏地區(qū)(500 hPa等壓面)的高度場與9、10、12月份的氣溫也存在較好的相關(guān)關(guān)系。

表21955—2016年石家莊市各月平均氣溫與環(huán)流特征量的相關(guān)系數(shù)

Table2CorrelationcoefficientsofaveragetemperatureandcirculationcharacteristicsineachmonthofShijiazhuangCityfrom1955to2016

月份Month相關(guān)系數(shù)Correlationcoefficient環(huán)流特征量序號及名稱Theserialnumberandnameofcirculationcharacteristics10.3938.西太平洋副高北界(110°～150°E)-0.3446.亞洲區(qū)極渦面積指數(shù)(1區(qū),60°～150°E)0.3559.歐亞緯向環(huán)流指數(shù)(IZ,0～150°E)20.417.北美副高面積指數(shù)(110°～60°W)-0.4246.亞洲區(qū)極渦面積指數(shù)(1區(qū),60°～150°E)0.6759.歐亞緯向環(huán)流指數(shù)(IZ,0～150°E)3-0.4746.亞洲區(qū)極渦面積指數(shù)(1區(qū),60°～150°E)-0.5250.北半球極渦面積指數(shù)(5區(qū),0～360°)0.5259.歐亞緯向環(huán)流指數(shù)(IZ,0～150°E)4-0.4446.亞洲區(qū)極渦面積指數(shù)(1區(qū),60°～150°E)5-0.4046.亞洲區(qū)極渦面積指數(shù)(1區(qū),60°～150°E)0.4364.東亞槽強(qiáng)度(CQ)-0.5073.西太平洋遙相關(guān)型指數(shù)6-0.2862.亞洲經(jīng)向環(huán)流指數(shù)(IM,60°～150°E)70.3919.大西洋副高強(qiáng)度指數(shù)(55°～25°W)0.3721.北美大西洋副高強(qiáng)度指數(shù)(110°～20°W)-0.3752.太平洋區(qū)渦強(qiáng)度指數(shù)(2區(qū),150°E～120°W)80.4712.北半球副高強(qiáng)度指數(shù)(5°E～360°)-0.4850.北半球極渦面積指數(shù)(5區(qū),0～360°)-0.4874.北太平洋遙相關(guān)型指數(shù)90.5014.北非大西洋北美副高強(qiáng)度指數(shù)(110°W～60°E)0.5219.大西洋副高強(qiáng)度指數(shù)(55°～25°W)0.5866.西藏高原(30°～40°N,75°～105°E)100.5610.北美大西洋副高面積指數(shù)(110°～20°W)0.6166.西藏高原(30°～40°N,75°～105°E)0.5967.印緬槽(15°～20°N,80°～100°E)110.4059.歐亞緯向環(huán)流指數(shù)(IZ,0～150°E)-0.3662.亞洲經(jīng)向環(huán)流指數(shù)(IM,60°～150°E)-0.4778.斯堪的納維亞遙相關(guān)型指數(shù)120.5259.歐亞緯向環(huán)流指數(shù)(IZ,0～150°E)0.4666.西藏高原(30°～40°N,75°～105°E)-0.5278.斯堪的納維亞遙相關(guān)型指數(shù)

2.3.2氣溫與前期環(huán)流特征量的相關(guān)分析。前1個(gè)月的環(huán)流可能會(huì)影響下1個(gè)月氣溫變化，但比起同期相關(guān)的情況，前1個(gè)月的環(huán)流特征量與當(dāng)月平均氣溫的相關(guān)程度有所下降，相關(guān)較好的因子是1—5月份以極渦類指數(shù)為主、7—10月份以副熱帶高壓類指數(shù)為主(表3)，這些都是相對比較穩(wěn)定的大氣活動(dòng)中心。

3 結(jié)論

(1)自1955年以來石家莊市年平均氣溫呈上升的趨勢，

表31955—2016年石家莊市各月平均氣溫與前1個(gè)月環(huán)流特征量的相關(guān)系數(shù)分析

Table3CorrelationcoefficientsofaveragemonthlytemperatureandcirculationcharacteristicsofthepreviousmonthinShijiazhuangCityfrom1955to2016

月份Month相關(guān)系數(shù)Correlationcoefficient環(huán)流特征量序號及名稱Theserialnumberandnameofcirculationcharacteristics10.37538.西太平洋副高北界(110°～150°E)-0.36849.大西洋歐洲區(qū)極渦面積指數(shù)(4區(qū),30°W～60°E)20.40128.東太平洋副高脊線(175°～115°W)-0.40846.亞洲區(qū)極渦面積指數(shù)(1區(qū),60°～150°E)0.45666.西藏高原(30°～40°N,75°～105°E)30.48659.歐亞緯向環(huán)流指數(shù)(IZ,0～150°E)0.46174.北太平洋遙相關(guān)型指數(shù)4-0.46449.大西洋歐洲區(qū)極渦面積指數(shù)(4區(qū),30°W～60°E)-0.39650.北半球極渦面積指數(shù)(5區(qū),0～360°)50.42428.東太平洋副高脊線(175°～115°W)-0.34550.北半球極渦面積指數(shù)(5區(qū),0～360°)60.28359.歐亞緯向環(huán)流指數(shù)(IZ,0～150°E)70.38328.東太平洋副高脊線(175°～115°W)80.3912.北非副高面積指數(shù)(20°W～60°E)-0.42055.北半球極渦強(qiáng)度指數(shù)(5區(qū),0～360°)90.54412.北半球副高強(qiáng)度指數(shù)(5°E～360°)-0.54646.亞洲區(qū)極渦面積指數(shù)(1區(qū),60°～150°E)100.5472.北非副高面積指數(shù)(20°W～60°E)0.52666.西藏高原(30°～40°N,75°～105°E)110.33559.歐亞緯向環(huán)流指數(shù)(IZ,0～150°E)0.40564.東亞槽強(qiáng)度(CQ)120.3635.西太平洋副高面積指數(shù)(110°E～180°)0.36211.太平洋副高面積指數(shù)(110°E～115°W)

上升幅度約0.34 ℃/10 a。近年(2009—2016年)除了春季仍然處于增溫趨勢以外，其他3個(gè)季節(jié)氣溫上升的趨勢有所減緩。

(2)近62年石家莊市月平均氣溫的變化可能存在一定的持續(xù)性，特別是1、2、3、7、8月份持續(xù)性更明顯，持續(xù)時(shí)間可能超過1個(gè)月。

(3)近62年石家莊市同期的氣溫與降水呈反相關(guān)關(guān)系，即降水偏多時(shí)氣溫偏低，降水偏少時(shí)氣溫偏高，此外1月份降水與2月份氣溫存在較好的反相關(guān)關(guān)系。

(4)影響石家莊市氣溫變化的因子主要有環(huán)流指數(shù)、極渦面積、副熱帶高壓等，而且前1個(gè)月的極渦、副熱帶高壓與下2個(gè)月平均氣溫也存在一定的關(guān)系，由此可以認(rèn)為各月平均氣溫存在不同程度的可預(yù)測性。

[1] 張翠華,張文煜,郭立平.近50年石家莊市地面溫度變化特征與氣候因子的關(guān)系分析[J].氣象科技,2013,41(3):558-562.

[2] 劉學(xué)峰,阮新,谷永利.石家莊市地區(qū)氣溫變化和熱島效應(yīng)分析[J].環(huán)境科學(xué)研究，2005，18(5)：11-14.

[3] 張梅.1961—2013年石家莊市氣溫變化特征分析[J]. 內(nèi)蒙古氣象，2014(5)：29-32.

[4] 陳永紅,張愛英,郭曉軍,等.河北省近45年溫度變化的特征分析[J].山東氣象,2009，29(2)：23-26.

[5] 吳云龍,李珊,李靜，等.石家莊市山區(qū)與山前平原氣候變化對比分析[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報(bào),2015,31(17):236-240.

[6] 郭志梅,繆啟龍,李雄.中國北方地區(qū)近50年來氣溫變化特征的研究[J].地理科學(xué),2005,25(4):448-454.