鄭州市氣溫與極端天氣變化規(guī)律研究

楊亮彥 石 磊

（1.陜西省土地工程建設(shè)集團有限責(zé)任公司，陜西西安 710075；2.陜西地建土地工程技術(shù)研究院有限責(zé)任公司，陜西西安 710021；3.自然資源部退化及未利用土地整治工程重點實驗室，陜西西安 710021；4.陜西省土地整治工程技術(shù)研究中心，陜西西安 710075）

在地球氣溫不斷上升的背景下，全球氣候系統(tǒng)正在加速變暖，全球幾乎所有地區(qū)都經(jīng)歷了升溫過程，氣候變暖體現(xiàn)在地球表面氣溫上升、海平面上升、北極和南極冰蓋消融和冰川退縮、極端氣候事件頻率提高等方面[1]。中國的氣溫與全球氣溫變化是同步的，近年來隨著國內(nèi)經(jīng)濟的快速發(fā)展，國內(nèi)的天氣變得更加難以預(yù)測，農(nóng)業(yè)、林業(yè)受到嚴(yán)重威脅，極端溫度事件頻率和強度急劇增加，對國內(nèi)的動植物生存環(huán)境、社會經(jīng)濟、人類活動造成了嚴(yán)重的負(fù)面影響[2]。氣候和生態(tài)環(huán)境問題已經(jīng)成為中國重點關(guān)注的領(lǐng)域。其中，受城鎮(zhèn)化快速發(fā)展的影響，城市的氣候和極端天氣事件變化最為明顯，高溫、暴雨、冰雹等災(zāi)害成為經(jīng)濟損失的主要源頭，因此開展城市氣象極端天氣變化規(guī)律研究是中國應(yīng)對氣候變化和生態(tài)文明建設(shè)的迫切要求。本研究以鄭州市為例，研究1998-2017 年城市快速發(fā)展過程中的氣溫變化，分析鄭州市的氣溫變化特征和極端天氣事件發(fā)生數(shù)量，探究影響氣溫變化的因素，為城市可持續(xù)發(fā)展和構(gòu)建適宜的生存環(huán)境提供依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源

鄭州市作為河南省省會，是中國南北交通的樞紐，位于中原腹地，是中國重要的內(nèi)陸開放城市和歷史文化名城。由于地理位置的重要性和國家政策的引導(dǎo)下，鄭州市近年來發(fā)展迅速，城市人口不斷增長，城鎮(zhèn)面積不斷擴張。城市的快速發(fā)展使得鄭州城市氣候效應(yīng)日趨明顯[3]。在全球變暖背景下，鄭州市氣溫不斷上升，夏季高溫天氣愈演愈烈，對人們的身體健康和社會的經(jīng)濟發(fā)展造成了不利的影響。

本研究以鄭州市氣溫為研究對象，從中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)（https://data.cma.cn）獲取鄭州站（53083）1998-2017年的氣象數(shù)據(jù)，包括氣溫、相對濕度、蒸散發(fā)、降雨量、風(fēng)速等8 種氣象數(shù)據(jù)，時間尺度為每日，其中氣溫數(shù)據(jù)又包含日平均氣溫、日最高氣溫和日最低氣溫。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣溫年際變化趨勢 圖1 表示鄭州市年平均氣溫的變化趨勢圖。鄭州市1998-2017 年的多年平均氣溫為15.61℃。其中，2003 年的平均溫度最低，年均值為14.51℃，2017 年均氣溫最高，為16.74℃。20 a 中，共有13 a 的氣溫低于平均值，7 a的氣溫高于平均值，其中高于平均值的年份多為2015 年之后。以上數(shù)據(jù)表明，1998 年以來，鄭州市的氣溫呈現(xiàn)上升趨勢。為了進一步說明鄭州市的氣溫變化趨勢，本研究通過趨勢線分析法分別計算1998-2008 年、2008-2017 年以及1998-2017 年的年均氣溫變化速率（表1）。由表1 可知，1998-2017 年，鄭州市年平均溫度以0.63℃/10 a 的速度顯著上升。其中1998-2008 年的上升速度為0.45℃/（10a），2008-2017 年的上升速度為1.32℃/（10a），每個時段的上升速度有明顯差異，但都呈現(xiàn)出變暖趨勢。1998-2008 年氣溫上升速度相對較慢，與1998-2012年屬于全球氣溫增長的間歇期等研究結(jié)論[4]相符。

圖1 鄭州市年平均氣溫的變化趨勢圖

表1 鄭州市不同時間段氣溫變化速率

2.2 極端天氣變化 本研究采用的極端指數(shù)是由世界氣象組織（WMO）氣候委員會與 CLIVAR 計劃聯(lián)合設(shè)立的氣候變化檢測、監(jiān)測和指標(biāo)專家組（ETCCDMI）確定的（表2）[5-6]，選取其中的絕對指數(shù)研究鄭州市1998-2017 年的氣溫變化規(guī)律。

表2 極端氣溫指數(shù)定義

表3 為霜凍日數(shù)、冰凍日數(shù)、夏日日數(shù)、熱夜日數(shù)和高溫日數(shù)5 個極端氣溫指數(shù)的變化速率。由表3 可知，鄭州市1998-2017 年的極端氣溫指數(shù)變化具有一定的規(guī)律性，霜凍日數(shù)以-3.78 d/10 a 的速率顯著下降，而冰凍日數(shù)變化較小，夏日日數(shù)、熱夜日數(shù)和高溫日數(shù)分別以5.67 d/10 a、9.45 d/10 a 和8.40 d/10 a 的速率顯著上升。以上數(shù)據(jù)表明，1998-2017 年鄭州市的氣溫呈現(xiàn)明顯變暖趨勢，極端氣溫指數(shù)中的極端氣溫暖指數(shù)（夏日日數(shù)、熱夜日數(shù)和高溫日數(shù)）明顯增加，極端氣溫冷指數(shù)（霜凍日數(shù)）明顯減少。

表3 1998-2017 年鄭州市極端氣溫指數(shù)變化速率

3 結(jié)語

鄭州市在1998-2017 年呈現(xiàn)變暖趨勢，與全球氣溫變化保持一致，但其以0.82℃/10 a 的速率顯著上升，明顯快于大背景下的氣溫變化，主要受人類活動和城市熱島效應(yīng)的影響；鄭州市在1998-2017 年的極端氣溫指數(shù)變化具有一定的規(guī)律性，霜凍日數(shù)以-3.78 d/10 a 的速率顯著下降，夏日日數(shù)、熱夜日數(shù)和高溫日數(shù)分別以5.67 d/10 a、9.45 d/10 a 和8.40 d/10 a 的速率顯著上升。除冰凍指數(shù)變化不明顯外，其他指數(shù)都能反映鄭州市有變暖的趨勢，表明極端氣溫指數(shù)對氣溫變化具有明顯的影響，可作為研究城市氣溫變化的指標(biāo)。