石家庄市气温变化规律及影响因子分析

周锦阳，王恒申

(河北省石家庄市第一中学，河北石家庄 050011)

1 资料与方法

1.1资料选取资料起始年份为1955—2016年，共计62年，所用资料包括：石家庄市单站1—12月各月平均气温和降水量；国家气候中心气候系统诊断预测室编制的88项大气环流指数，时间分辨率为月，空间分辨率为2.5°×2.5°经纬度。

1.2分析方法

1.2.1线性相关系数。假设有2个变量X、Y取值分别x1,x2,…,xn和y1,y2,…,yn,n为取样个数。2个变量的相关系数为：

式中，x、y分别为变量X、Y的平均值，当r>0时，表示X、Y两变量呈正相关，当r<0时，表示X、Y两变量呈负相关。r0为给定某一显著水平α时相关系数的临界值，若|r|>r0，则可认为两变量相关显著。该研究中样本长度为62，相关系数的临界值分别为α0.05=0.25、α0.01=0.33、α0.001=0.41。

1.2.2线性趋势的计算。用x1,x2,…,xn表示时间，y1,y2，…，yn为对应的气温，建立两者之间的线性回归方程：

2 结果与分析

2.1气温变化趋势分析

2.1.1年变化。从图1可以看出，自1955年以来石家庄市年平均气温呈上升的趋势，平均上升幅度为0.34 ℃/10 a。石家庄市气温升高的趋势是全球气候变暖背景下的必然结果，此外，石家庄市自20世纪90年代以来，城市发展迅速，城区范围不断扩大，城市热岛效应越来越显著[2]，这些因素也是影响气温变化的原因。

这符合自然规律，故乡总是留不住漂亮的孩子。可至少我、胡来、胡去，我们三个没有一点要走的意思。我们喜欢出海，但是前辈们再不让我们跟着出海。在电视机普及以后，他们就说：要出海，没出息。至于什么是有出息，他们还没想太明白。爷爷说：他们呀，总是觉得小孩子背井离乡，老头子衣锦还乡就叫有出息。成天看着太平洋，还觉得自己眼界不够宽；什么鱼都认识，还觉得自己见识不够多。

图1 1955—2016年石家庄市逐年平均气温变化Fig.1 Change of annual average temperature in Shijiazhuang City from 1955 to 2016

2.1.2季变化。从图2可看出，春、夏、秋、冬四季的平均气温均呈上升的趋势，这种上升趋势在统计上是显著的，上升幅度分别为0.41、0.23、0.30、0.43 ℃/10 a。近年来除了春季仍然处于增温趋势以外，其他3个季节气温增高的趋势有所减缓，甚至出现了下降的情况。2009—2016年秋季平均气

温有5年在趋势线以下，冬季有4年在趋势线以下，其中2012—2013年冬季平均气温为-2.3 ℃，创1972年以来的45年最低值。

2.2气温与降水的关系

2.2.1各月平均气温之间的相关分析。计算各月平均气温之间的相关系数，当2个月气温的相关系数r>0.25(α=0.05)时，可以认为它们之间存在相关关系。从表1可以看出，4、5、11月份气温与其前1个月的气温没有明显的关系；1、2、3、6、7月份气温与其前1个月气温的相关系数均超过了0.41，显著水平达到α=0.001；8、9、10月份与前1个月气温的相关系数分别为0.29、0.28、0.25，显著水平为α=0.01。分析结果认为，近62年石家庄市月平均气温大部分月份与其前1个月气温相关显著，说明气温的月变化可能存在一定的持续性，特别是1、2、3、7、8月份持续性更明显，持续时间可能会超过1个月。此外，2月与9月、3月与8月、3月与10月、9月与12月平均气温的相关系数均超过了0.41，在统计上相关是显著的。

图2 1955—2016年石家庄市春季(a)、夏季(b)、秋季(c)和冬季(d)平均气温变化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各月平均气温与降水之间的相关分析。从图3可看出，近62年石家庄市各月气温与降水的相关系数均为负值，说明两者之间呈反相关关系，即降水偏多时往往气温偏低，降水偏少时气温偏高，这一规律在1、4—7、10月份非常显著。通常降水的出现与冷空气活动有关，降水期间日照减少，降水过后该地区常常被冷空气控制，使得气温降低。但2、3月份比较特殊，这一时期正处于冬季向春季转换的季节，冬季结束，地面开始增温，暖湿空气也开始活跃，天气逐渐变暖，降水过后降温幅度不会太大，有时还可能升高，因此气温与降水之间的相关关系不明显。

图3 1955—2016年石家庄市各月平均气温与降水量的相关系数Fig.3 Correlation coefficients of average temperature and precipitation in Shijiazhuang City from 1955 to 2016

计算前1个月的降水与当月气温的相关系数，结果发现，其他月份相关系数的绝对值都低于0.25，只有1月份降水与2月份气温的相关系数达-0.37。说明1月份降水偏多不仅引起当月气温偏低，还可能会影响2月份气温偏低。分析其主要原因是：一场大雪过后大地被冰雪覆盖，大部分太阳辐射被反射掉，使地面得不到热量。同时融雪是一个吸热过程，会造成热量损失，因此1月份降水偏多往往会引起该月气温偏低。另外1月份石家庄市正处于隆冬季节，冰雪不易融化，气温偏低的时间可能会较长，甚至会影响到下1个月。

2.3气温与大气环流的关系

2.3.1气温与环流特征量的相关分析。局地气候的形成与地理位置、地形、下垫面等因素有关，但局地气温的异常偏高或偏低一定有其特定的环流背景。为了考察石家庄市气温与大气环流的关系，选取88项大气环流指数作为因子，计算与石家庄市逐月平均气温与同期环流特征量的相关系数，当相关系数达到一定显著水平时，可以认为该项环流指数为影响石家庄市气温变化的因子，计算结果见表2。当某些月份气温的环流因子较多时，表中仅给出相关较好且有代表性的3个因子。

从表2可以看出，除了1、6、7月份外，其他各月气温与环流因子的相关系数均超过了0.41，显著水平达到了α=0.001，其中2、3、9、10、12月最显著，相关系数最大值超过了0.50。因子数量最少、相关性最差的是6月份，该月只有一个因子，相关系数仅为-0.28。影响1—6、11、12月份气温变化的环流因子中，代表北方冷空气活动的纬向环流指数、经向环流指数和极涡面积类指数的相关最显著。7—10月份则以代表暖湿气团的副热带高压类指数相关最显著。此外，青藏地区(500 hPa等压面)的高度场与9、10、12月份的气温也存在较好的相关关系。

表21955—2016年石家庄市各月平均气温与环流特征量的相关系数

Table2CorrelationcoefficientsofaveragetemperatureandcirculationcharacteristicsineachmonthofShijiazhuangCityfrom1955to2016

月份Month相关系数Correlationcoefficient环流特征量序号及名称Theserialnumberandnameofcirculationcharacteristics10.3938.西太平洋副高北界(110°～150°E)-0.3446.亚洲区极涡面积指数(1区,60°～150°E)0.3559.欧亚纬向环流指数(IZ,0～150°E)20.417.北美副高面积指数(110°～60°W)-0.4246.亚洲区极涡面积指数(1区,60°～150°E)0.6759.欧亚纬向环流指数(IZ,0～150°E)3-0.4746.亚洲区极涡面积指数(1区,60°～150°E)-0.5250.北半球极涡面积指数(5区,0～360°)0.5259.欧亚纬向环流指数(IZ,0～150°E)4-0.4446.亚洲区极涡面积指数(1区,60°～150°E)5-0.4046.亚洲区极涡面积指数(1区,60°～150°E)0.4364.东亚槽强度(CQ)-0.5073.西太平洋遥相关型指数6-0.2862.亚洲经向环流指数(IM,60°～150°E)70.3919.大西洋副高强度指数(55°～25°W)0.3721.北美大西洋副高强度指数(110°～20°W)-0.3752.太平洋区涡强度指数(2区,150°E～120°W)80.4712.北半球副高强度指数(5°E～360°)-0.4850.北半球极涡面积指数(5区,0～360°)-0.4874.北太平洋遥相关型指数90.5014.北非大西洋北美副高强度指数(110°W～60°E)0.5219.大西洋副高强度指数(55°～25°W)0.5866.西藏高原(30°～40°N,75°～105°E)100.5610.北美大西洋副高面积指数(110°～20°W)0.6166.西藏高原(30°～40°N,75°～105°E)0.5967.印缅槽(15°～20°N,80°～100°E)110.4059.欧亚纬向环流指数(IZ,0～150°E)-0.3662.亚洲经向环流指数(IM,60°～150°E)-0.4778.斯堪的纳维亚遥相关型指数120.5259.欧亚纬向环流指数(IZ,0～150°E)0.4666.西藏高原(30°～40°N,75°～105°E)-0.5278.斯堪的纳维亚遥相关型指数

2.3.2气温与前期环流特征量的相关分析。前1个月的环流可能会影响下1个月气温变化，但比起同期相关的情况，前1个月的环流特征量与当月平均气温的相关程度有所下降，相关较好的因子是1—5月份以极涡类指数为主、7—10月份以副热带高压类指数为主(表3)，这些都是相对比较稳定的大气活动中心。

3 结论

(1)自1955年以来石家庄市年平均气温呈上升的趋势，

表31955—2016年石家庄市各月平均气温与前1个月环流特征量的相关系数分析

Table3CorrelationcoefficientsofaveragemonthlytemperatureandcirculationcharacteristicsofthepreviousmonthinShijiazhuangCityfrom1955to2016

月份Month相关系数Correlationcoefficient环流特征量序号及名称Theserialnumberandnameofcirculationcharacteristics10.37538.西太平洋副高北界(110°～150°E)-0.36849.大西洋欧洲区极涡面积指数(4区,30°W～60°E)20.40128.东太平洋副高脊线(175°～115°W)-0.40846.亚洲区极涡面积指数(1区,60°～150°E)0.45666.西藏高原(30°～40°N,75°～105°E)30.48659.欧亚纬向环流指数(IZ,0～150°E)0.46174.北太平洋遥相关型指数4-0.46449.大西洋欧洲区极涡面积指数(4区,30°W～60°E)-0.39650.北半球极涡面积指数(5区,0～360°)50.42428.东太平洋副高脊线(175°～115°W)-0.34550.北半球极涡面积指数(5区,0～360°)60.28359.欧亚纬向环流指数(IZ,0～150°E)70.38328.东太平洋副高脊线(175°～115°W)80.3912.北非副高面积指数(20°W～60°E)-0.42055.北半球极涡强度指数(5区,0～360°)90.54412.北半球副高强度指数(5°E～360°)-0.54646.亚洲区极涡面积指数(1区,60°～150°E)100.5472.北非副高面积指数(20°W～60°E)0.52666.西藏高原(30°～40°N,75°～105°E)110.33559.欧亚纬向环流指数(IZ,0～150°E)0.40564.东亚槽强度(CQ)120.3635.西太平洋副高面积指数(110°E～180°)0.36211.太平洋副高面积指数(110°E～115°W)

上升幅度约0.34 ℃/10 a。近年(2009—2016年)除了春季仍然处于增温趋势以外，其他3个季节气温上升的趋势有所减缓。

(2)近62年石家庄市月平均气温的变化可能存在一定的持续性，特别是1、2、3、7、8月份持续性更明显，持续时间可能超过1个月。

(3)近62年石家庄市同期的气温与降水呈反相关关系，即降水偏多时气温偏低，降水偏少时气温偏高，此外1月份降水与2月份气温存在较好的反相关关系。

(4)影响石家庄市气温变化的因子主要有环流指数、极涡面积、副热带高压等，而且前1个月的极涡、副热带高压与下2个月平均气温也存在一定的关系，由此可以认为各月平均气温存在不同程度的可预测性。

[1] 张翠华,张文煜,郭立平.近50年石家庄市地面温度变化特征与气候因子的关系分析[J].气象科技,2013,41(3):558-562.

[2] 刘学峰,阮新,谷永利.石家庄市地区气温变化和热岛效应分析[J].环境科学研究，2005，18(5)：11-14.

[3] 张梅.1961—2013年石家庄市气温变化特征分析[J]. 内蒙古气象，2014(5)：29-32.

[4] 陈永红,张爱英,郭晓军,等.河北省近45年温度变化的特征分析[J].山东气象,2009，29(2)：23-26.

[5] 吴云龙,李珊,李静，等.石家庄市山区与山前平原气候变化对比分析[J]. 中国农学通报,2015,31(17):236-240.

[6] 郭志梅,缪启龙,李雄.中国北方地区近50年来气温变化特征的研究[J].地理科学,2005,25(4):448-454.