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        1961—2021年孝感城郊?xì)夂蚣竟?jié)變化與分析

        2022-11-19 11:48:46吳君濤羅金芳
        農(nóng)業(yè)災(zāi)害研究 2022年10期
        關(guān)鍵詞:孝感市平均氣溫城區(qū)

        吳君濤,姜 敏,羅金芳

        孝感市氣象局,湖北孝感 432000

        隨著城市化發(fā)展進(jìn)程的加快,城區(qū)與郊區(qū)的環(huán)境發(fā)生了改變,自然植被為建筑物、瀝青或水泥馬路所代替,孝感市的工廠建設(shè)數(shù)量急速上升,居住樓大量崛起,尤其是城市的人口密度直線上漲,這多重原因?qū)е鲁鞘兄袩崃勘揉l(xiāng)村多,城市人口聚集處的空氣濕度和溫度都與無(wú)人區(qū)域有著極大的差距。我國(guó)于20世紀(jì)80年代開始大規(guī)模地研究城市熱島效應(yīng),人口聚集處的大氣氣溫和濕度變化理論已經(jīng)有實(shí)際的對(duì)比實(shí)驗(yàn)和成果,人口密度高的區(qū)域和人口稀少的區(qū)域溫差變化趨勢(shì)已被證明[1]。

        城市熱島效應(yīng)在季節(jié)變化上也有明顯體現(xiàn)。郁珍艷等[2-3]學(xué)者已經(jīng)對(duì)我國(guó)內(nèi)不同地勢(shì)地貌區(qū)域里每年不同季節(jié)特點(diǎn)有了實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)論,即總體來(lái)說(shuō),我國(guó)目前的暖冬現(xiàn)象頻繁,尤其是每年冬季寒冷時(shí)間明顯縮短,夏季時(shí)間明顯延長(zhǎng),這樣季節(jié)變化北方和東部地區(qū)比較嚴(yán)重,大部分研究者認(rèn)為氣候季節(jié)變化是全球氣候變暖的必然結(jié)果。

        1 資料與方法

        1.1 資料來(lái)源

        以孝感市孝南區(qū)和大悟縣分別代表城區(qū)和郊區(qū),兩地分別建有孝感國(guó)家基準(zhǔn)氣候站和大悟國(guó)家基本氣象站,逐日平均氣溫資料來(lái)自A文件,研究統(tǒng)一選取1961—2021年數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析(數(shù)據(jù)已經(jīng)過(guò)審核)。

        入季日期采用年日序數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),構(gòu)成新的序列,即1月1日為1、1月2日為2,以此類推。

        1.2 研究方法

        1.2.1 四季劃分標(biāo)準(zhǔn)常年四季起始日期和長(zhǎng)度的確定:采用氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《氣候季節(jié)劃分( QX/T 152—2012) 》界定常年四季起始日期,據(jù)此計(jì)算常年四季的長(zhǎng)度。

        逐年四季起始日期的確定:對(duì)于季節(jié)劃分,采用張寶堃[4]提出的候平均氣溫指標(biāo)法,即以候平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)10℃和22℃的開始日期為入春(冬)、入夏(夏)日期;對(duì)于“穩(wěn)定”解釋,采用陳正洪等[5]提出的后控制法,并將后期不再出現(xiàn)連續(xù)3候以上不達(dá)標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)修訂為5候以上[6]。

        逐年四季長(zhǎng)度的確定:以某一氣候季節(jié)起始日的前一日,作為上一個(gè)季節(jié)的終止日。某一氣候季節(jié)起始日至終止日之間的天數(shù),為該氣候季節(jié)的長(zhǎng)度(天數(shù))。

        1.2.2 趨勢(shì)變化分析及顯著性檢驗(yàn)采用最小二乘法對(duì)四季起始日期序數(shù)、季節(jié)長(zhǎng)度和氣象要素進(jìn)行線性趨勢(shì)擬合,即氣候傾向率。樣本數(shù)為61個(gè),顯著性水平達(dá)0.10、0.05和0.01分別表示趨勢(shì)性顯著、很顯著和極顯著,分別用*、**、***表示。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 常年四季起始時(shí)間和季節(jié)長(zhǎng)度

        表1為1961—2021年孝感市城區(qū)與郊區(qū)常年四季起始時(shí)間及季節(jié)長(zhǎng)度對(duì)比。城區(qū)比郊區(qū)入春和入夏時(shí)間提前,入秋和入冬時(shí)間推遲,即上半年入季時(shí)間變?cè)?,下半年入季時(shí)間變晚。其中,孝感城區(qū)入春時(shí)間提前最明顯,提前7 d,入夏時(shí)間提前1 d,入秋時(shí)間推遲4 d,入冬時(shí)間推遲2 d。相較于郊區(qū),城區(qū)的季節(jié)長(zhǎng)度也是上半年延長(zhǎng),下半年縮短,其中春季長(zhǎng)度延長(zhǎng)6 d,夏季延長(zhǎng)5 d,秋季縮短2 d,冬季縮短9 d。城郊的季節(jié)差異主要是由于城市化導(dǎo)致城區(qū)變成熱島,氣溫上升加快的結(jié)果。

        表1 1961—2021年孝感市城區(qū)與郊區(qū)常年四季的起始時(shí)間和季節(jié)長(zhǎng)度

        2.2 四季起始時(shí)間及其變化

        從表2可知,在1961—2021年間孝感市的城區(qū)平均入春、入夏時(shí)間均提前,從孝感市四季進(jìn)入的日期和換季時(shí)間段可以發(fā)現(xiàn),孝感市的春季呈現(xiàn)持續(xù)提前的趨勢(shì),夏季也是持續(xù)提前進(jìn)入,秋季持續(xù)呈現(xiàn)推遲進(jìn)入的趨勢(shì),冬季整體時(shí)間不斷縮短,入冬晚出冬早??傮w來(lái)說(shuō),孝感市每年的暖季持續(xù)延長(zhǎng),冷季節(jié)持續(xù)縮短。

        表2 1961—2021年孝感市城區(qū)與郊區(qū)四季的平均和極端起始時(shí)間

        由表3可知,孝感市城區(qū)與郊區(qū)的季節(jié)變化均為上半年入季提前,下半年推遲。其中,城區(qū)入春時(shí)間提前和入秋時(shí)間推遲均比較顯著;郊區(qū)入夏時(shí)間提前顯著,入秋時(shí)間、入冬時(shí)間推遲顯著。

        表3 1961—2021年孝感市城區(qū)與郊區(qū)四季起始時(shí)間的變化趨勢(shì) d/10年

        2.3 四季長(zhǎng)度及其變化

        表4為1961—2021年孝感市城區(qū)與郊區(qū)四季平均長(zhǎng)度和極端長(zhǎng)度對(duì)比。城區(qū)的春季、夏季平均長(zhǎng)度比郊區(qū)的長(zhǎng),其中夏季最長(zhǎng)延長(zhǎng)8 d,城區(qū)的秋季、冬季平均長(zhǎng)度比郊區(qū)的短,其中冬季最長(zhǎng)縮短8 d。從最長(zhǎng)季節(jié)長(zhǎng)度上看,城區(qū)春季縮短9 d,夏季持平,秋季縮短8 d,冬季縮短6 d。從最短季節(jié)長(zhǎng)度看,春季延長(zhǎng)2 d,夏季延長(zhǎng)11 d,秋季持平,冬季縮短9 d。城郊呈夏季和冬季長(zhǎng)、春季和秋季短的季節(jié)分布,但城區(qū)的夏季比郊區(qū)長(zhǎng),冬季更短。

        表4 1961—2021 年孝感市城區(qū)與郊區(qū)四季的平均長(zhǎng)度和極端長(zhǎng)度 d

        表5為1961—2021年孝感市城區(qū)與郊區(qū)四季長(zhǎng)度變化趨勢(shì)對(duì)比,上半年季節(jié)均延長(zhǎng),下半年季節(jié)均縮短。其中城區(qū)夏季長(zhǎng)度顯著延長(zhǎng),冬季顯著縮短;郊區(qū)夏季顯著延長(zhǎng),冬季顯著縮短。其他季節(jié)變化城區(qū)強(qiáng)于郊區(qū),但均未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。

        表5 1961—2021年孝感城區(qū)與郊區(qū)的四季長(zhǎng)度變化趨勢(shì) d/10年

        3 城郊?xì)夂騾?shù)的變化特征

        3.1 城郊?xì)夂騾?shù)的年變化特征

        20世紀(jì)90年代以來(lái),城市發(fā)展進(jìn)程加速,各類氣象要素的也有了明顯的變化。

        孝感市城郊年平均氣溫均極顯著上升,變化傾向率均為0.21℃/10年。從前31年變化看,城郊年平均氣溫略下降,變化傾向率分別為-0.11和-0.05℃/10年,均未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。取后31年的年平均氣溫看,整體極顯著上升變化傾向率分別為0.44和0.31℃/10年,且城區(qū)變化幅度大于郊區(qū)(表6)。

        表6 1991—2021年孝感市城郊年氣候參數(shù)變化傾向

        孝感市年平均降水量:城區(qū)呈上升趨勢(shì),郊區(qū)呈下降趨勢(shì),變化傾向率分別為12.81和-4.89 mm/10年,變化幅度城區(qū)強(qiáng)于郊區(qū)但均未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。前、后31年對(duì)比中,城區(qū)年降水量均上升且在后31年上升變緩,而郊區(qū)則是前升后降,總體趨勢(shì)均不顯著。

        孝感城郊年平均相對(duì)濕度均下降,變化傾向率分別為-0.45%/10年和-0.23%/10年,變化幅度城區(qū)極顯著而郊區(qū)不顯著。從前31年變化看,城郊年平均相對(duì)濕度均呈上升趨勢(shì)且城區(qū)變化幅度顯著;后31年中,城區(qū)郊年平均相對(duì)濕度均下降且城區(qū)變化幅度達(dá)到極顯著。

        說(shuō)明隨著城市現(xiàn)代化的進(jìn)程,城市的年平均氣溫逐漸高于郊區(qū),城區(qū)熱島效應(yīng)越發(fā)明顯,使得城區(qū)向“干”城發(fā)展,這也是由于城市化進(jìn)程的發(fā)展,同城區(qū)、郊區(qū)兩地經(jīng)濟(jì)發(fā)展的速度緊密相聯(lián)。

        3.2 城郊?xì)夂騾?shù)的季節(jié)變化

        春季城郊平均氣溫均明顯上升,城區(qū)上升幅度弱于郊區(qū);夏季城郊平均氣溫明顯上升,城區(qū)上升幅度強(qiáng)于郊區(qū);秋季平均氣溫下降,城區(qū)下降幅度弱于郊區(qū);冬季平均氣溫下降,城區(qū)略弱于郊區(qū)??傮w來(lái)說(shuō),城郊平均氣溫春季、夏季上升,秋季、冬季下降。僅城區(qū)夏季平均氣溫上升達(dá)到很顯著,其他均未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。

        春季城區(qū)降水下降而郊區(qū)上升,夏季城區(qū)降水呈上升趨勢(shì)而郊區(qū)下降;秋季城區(qū)降水明顯下降而郊區(qū)略上升;冬季城郊降水均呈下降趨勢(shì)。總體來(lái)說(shuō),城區(qū)降水除夏季上升外其他季節(jié)均有一定程度的下降,而郊區(qū)在春季、秋季上升,夏季、冬季下降。僅郊區(qū)冬季降水下降達(dá)到顯著,其他均未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。

        春季城郊平均相對(duì)濕度均呈下降趨勢(shì),城郊下降顯著;夏季城郊平均相對(duì)濕度也呈下降趨勢(shì),城區(qū)下降極顯著,郊區(qū)未通過(guò)顯著性檢驗(yàn);秋季城區(qū)平均相對(duì)濕度下降而郊區(qū)上升,城區(qū)下降很顯著,郊區(qū)未通過(guò)顯著性檢驗(yàn);冬季城郊平均相對(duì)濕度均下降,且均未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。

        在近31年中,變化最為明顯的是平均相對(duì)濕度,城區(qū)四季均下降,郊區(qū)除秋季外其他季節(jié)也呈下降趨勢(shì)。另一方面,從季節(jié)變化強(qiáng)度來(lái)年,城區(qū)變化強(qiáng)度僅冬季弱于郊區(qū),春季、夏季、秋季三季均強(qiáng)于郊區(qū)??偟膩?lái)看,孝感市平均相對(duì)濕度持續(xù)下降,受城市熱島效應(yīng)影響,城區(qū)“變干”的效應(yīng)要大于郊區(qū)。

        表7 1991—2021年孝感市城郊?xì)夂騾?shù)季節(jié)變化傾向

        4 小結(jié)

        (1)1961—2021年孝感市城區(qū)與郊區(qū)相比,季節(jié)起始時(shí)間整體趨勢(shì)是上半年為提前,下半年為推后;春季和夏季長(zhǎng)度延長(zhǎng),春季和秋季長(zhǎng)度縮短。城郊年平均氣溫均呈上升趨勢(shì);年平均降水城區(qū)呈上升趨勢(shì)而郊區(qū)下降;年平均相對(duì)濕度均下降。

        (2)1961—2021年前31年孝感市城區(qū)與郊區(qū)年平均季節(jié)起始時(shí)間和長(zhǎng)度差別較小,均未通過(guò)顯著性檢驗(yàn);后31年孝感市城郊區(qū)季節(jié)變化明顯。在后31年中,城郊整體上升較明顯,變化傾向率分別為0.44和0.31℃/10年,均達(dá)到極顯著,且城區(qū)變化幅度大于郊區(qū);城區(qū)年降水量上升而郊區(qū)出現(xiàn)下降的形式,總體表現(xiàn)均不顯著;城郊年平均相對(duì)濕度均下降且城區(qū)變化幅度達(dá)到很顯著。

        (3)生態(tài)環(huán)境惡化和孝感市的城市化發(fā)展,使得孝感市近年來(lái)的氣象變化規(guī)律受到了影響,幾十年前的生態(tài)環(huán)境和當(dāng)前的生態(tài)環(huán)境差別較大。因此災(zāi)害也在近幾十年來(lái)發(fā)生得越發(fā)頻繁,可以預(yù)見到,今后還會(huì)呈現(xiàn)著持續(xù)災(zāi)害率升高的趨勢(shì),孝感市除了城市還有鄉(xiāng)村也建設(shè)有多個(gè)氣象站,本研究引用的數(shù)據(jù)是國(guó)家基本站,比鄉(xiāng)村的氣象站更具備參考分析意義。

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