從北京1951～2010年氣象資料之變異系數(shù)看六氣主氣時段劃分的客觀合理性＊

高春廷，柯資能，王昌忠

(中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)科技史與科技考古系，合肥 230026)

運氣學(xué)說把一年24節(jié)氣分置于六氣的六步之中，認為主氣能反映一年6個時段的一般氣候變化規(guī)律。每年從大寒開始，每四節(jié)氣為六氣一步，每步60d又87刻半，主氣按初之氣厥陰風(fēng)木、二之氣少陰君火、三之氣少陽相火、四之氣太陰濕土、五之氣陽明燥金和終之氣太陽寒水之順序輪流當令，每年固定不變，分別對應(yīng)風(fēng)季、溫季、熱季、濕熱季、涼燥季、寒冷季。六氣時段的劃分(六步)以24節(jié)氣為基礎(chǔ)，在天文學(xué)上24節(jié)氣是視太陽在黃道上的位置來確定的?！翱蓪?4節(jié)氣看作是全年的農(nóng)業(yè)氣候歷，反映日照的二分二至和反映溫度的小暑、大暑、小寒、大寒，在全國和一些鄰國基本上都適用(見表1)”[1]。

表1 六氣時段起始節(jié)氣與黃經(jīng)度

但六氣初之氣為何從大寒而不是其他節(jié)氣開始，這種選擇是人為規(guī)定還是與實際氣候變化規(guī)律相符合?

在現(xiàn)代學(xué)者的有關(guān)氣候?qū)W研究中，有對北京地區(qū)氣候進行六氣時段分析并得出分布規(guī)律的文章[2]，也有討論疾病發(fā)病率與六時段氣候因子相關(guān)性的文章:“(六時段的劃分)[從2月1日起始，每2個月為一個時段]比較準確地反映了中國黃河中下游大部地區(qū)由于季風(fēng)進退形成的溫度和降水變化過程。六步氣候在北京地區(qū)也是實際存在的，所以，雙月值氣候資料的選擇具有應(yīng)用價值”[3]。但現(xiàn)有的研究均未能回答六氣起點選擇的合理性問題。

本文在此基礎(chǔ)上，從北京1951～2010年氣象資料入手，利用變異系數(shù)和對比法對此進行了探討。變異系數(shù)(Coefficient of Variance，簡稱 C V)是衡量數(shù)據(jù)波動大小的1個統(tǒng)計量，為標準差與平均值之比，是個相對變異量和無量綱的量，故具有廣泛可比性[4]。當進行2組或多組數(shù)據(jù)變異程度的比較時，如果單位或平均數(shù)不同時，比較其變異程度需采用變異系數(shù)來比較，變異系數(shù)越小數(shù)據(jù)波動越小。本文采用的變異系數(shù)計算公式[5]如下:

1 資料與方法

本文原始氣象數(shù)據(jù)均來源于中國地面氣象資料數(shù)據(jù)集，由北京54511號區(qū)站監(jiān)測，根據(jù)氣象數(shù)據(jù)的完整性和研究六氣的需要，所選氣象要素資料包括逐日平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、平均相對濕度、最小相對濕度、平均風(fēng)速、日降水量和日照時數(shù)共8種，并對缺測數(shù)據(jù)和微量數(shù)據(jù)進行了必要處理。

為探究各時段氣候變化規(guī)律，對氣象資料各氣象要素的逐日監(jiān)測值，按照六氣時段的日期劃分，求出各六氣時段平均值并畫出趨勢圖，從而探究主氣的氣候變化規(guī)律。

對所選8種氣象要素，先利用逐日監(jiān)測值A(chǔ)nmij求出1951～2010年各年6個時段各氣象要素的平均值 Bmij，共 2 880個數(shù)據(jù)(60年×6段×8種 =2880)，這時每種要素每個時段都有60個平均值數(shù)據(jù)，再利用這些數(shù)據(jù)分別求出8種要素六氣各時段的平均值和標準差σij，最后用標準差除以平均值便得到變異系數(shù)CVij(見表2)，具體計算公式如下:

式中，i、j、m均為正整數(shù)，i為8種氣象要素，1≤i≤8;j為6種主氣時段，1≤j≤6;m為年份，1951≤m≤2010;s、e分別為某年某種主氣時段的起始和終止日期，N為從s到e這段時日內(nèi)n所歷經(jīng)的天數(shù)。

表2 北京1951～2010年氣象要素六氣時段變異系數(shù)(初之氣從大寒起始為例)

六氣時段劃分方式不同，以上方法所求各氣象要素的變異系數(shù)也必然不同，我們根據(jù)運氣理論認為，總體上變異系數(shù)越小劃分越合理。為判斷大寒、立春哪個起點更合理，本文通過比較大寒起始和立春起始、小寒起始同一時段各氣象要素的變異系數(shù)，對此進行初步探討。

2 北京1951～2010年各氣象要素變異系數(shù)分析

《黃帝內(nèi)經(jīng)》主氣初之氣厥陰風(fēng)木起始于大寒，有觀點認為與農(nóng)歷新年起點立春不符，主張改為以立春為起點。我們擬通過大量氣象數(shù)據(jù)的變異系數(shù)來判斷哪個起點更貼近自然、更合理。

將大寒起始與立春起始、小寒起始對應(yīng)變異系數(shù)分別相減，并將差為正數(shù)的用“+”代換，差為負數(shù)的用“－”代換，得到表3和表4，其中“－”表示大寒起始變異系數(shù)較其他起始小。為了總體上評判各方案，增加了各要素6個時段變異系數(shù)總和這一列，并將其與6個時段同等處理。圖1中對比的是不同方案間“－”個數(shù)，個數(shù)越多則劃分更合理。

總體上看，圖1顯示在總共56個變異系數(shù)中，大寒起始比立春起始、小寒起始更小的分別有31個和32個，故相比立春起始和小寒起始，大寒起始的劃分能更好地符合北京地區(qū)氣候變化規(guī)律。

圖1 北京1951～2010年各氣象要素不同劃分時變異系數(shù)總體比較

表3 北京1951～2010年各氣象要素大寒起始與立春起始變異系數(shù)大小比較

表4 北京1951～2010年各氣象要素大寒起始與小寒起始變異系數(shù)大小比較

3 結(jié)語

分析表明，北京地區(qū)各氣象要素都具有各自顯著的六氣變化趨勢，段間變化明顯，年六氣同時段波動較小。北京氣候具有“六氣時段”的周期性，六氣時段從大寒起始的劃分能比較準確地反映北京氣候周年變化的一般規(guī)律，也初步印證了運氣學(xué)說關(guān)于六氣時段劃分的客觀合理性。利用變異系數(shù)來驗證六氣時段的劃分還是首次嘗試，難免會有不成熟之處;其次，僅用北京地區(qū)的資料不具全面性，這些有待在以后的工作中改進。

[1]二十四節(jié)氣.《中國大百科全書》光盤1.2版[M].中國大百科全書出版社，2001.

[2]張德高，高思華，李宏濤，等.北京地區(qū)中醫(yī)六氣的氣候分析[J].中醫(yī)研究，2010，23(9):1-3.

[3]程彥杰，袁霞，陸晨.北京地區(qū)70萬自然監(jiān)測人群中風(fēng)發(fā)病率的季節(jié)波動與六時段氣候因子相關(guān)關(guān)系的研究[J].北京中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報，2000，23(2):16-20.

[4]蘇同欽.變異系數(shù)標準值的確定[J].農(nóng)機質(zhì)量與監(jiān)督，1996，3:12-13.

[5]黃紹新.標準偏差和變異系數(shù)計算[J].建筑工人，1994，03:18-19.