1960～2017年雄安新区冬季气温变化特征研究

张良玉，魏丽欣*，王 欢，张 会，王志超

（1.保定市气象局，河北 保定 071000；2.保定市徐水区气象局，河北 保定 071000）

2017年4月1日，中共中央、国务院印发通知，决定设立河北雄安新区[1]。雄安新区的设立，对于集中疏解北京非首都功能，探索人口经济密集地区优化开发新模式，调整优化京津冀城市布局和空间结构，以及培育创新驱动发展新引擎具有重大的现实意义和深远的历史意义。雄安新区位于太行山以东的冀中平原中部，属温带大陆性季风气候，四季分明。IPCC第5次评估报告指出：自1850年有可靠气象记录以来，过去的30 a中每个10 a都创造了气温最高纪录，可能是北半球自1400年以来最热的30 a。研究表明，近100 a来我国年平均地面气温明显升高，升温幅度略高于同期全球平均值[2～4]。其中，20世纪60～80年代，我国处于变冷期；进入90年代以后，全国气候开始变暖，其中冬季气候变暖更加明显，且变暖区域主要集中在北方地区[5～7]。一些学者对华北地区冬季气温的变化特征进行了研究，结果显示，该区冬季气温具有明显的年代际变化，表现为20世纪80年代中后期之前偏冷，80年代中后期之后偏暖[8～10]。

冬季气温对农业生产以及病虫害的发生情况影响显著，因此，研究某一区域的冬季气温变化特征对指导该区域的农业生产与病虫害防治具有十分重要的意义。研究人员对雄安新区周边城市的气候变化进行了大量研究[11～14]，但对雄安新区冬季气温特征变化的研究较少。以雄安新区的气温观测资料为依据，对雄安新区冬季气温的空间分布以及年际和年代际变化特征进行研究，旨为新区建设“一区一带百园”科技农业创新高地提供科学的气象依据。

1 材料与方法

1.1 数据资料

雄安新区共有3个国家气象站（雄县、安新、容城）和28个区域气象站。为了保证研究的准确性和代表性，对数据缺测较多或数据异常的8个站点进行了剔除，考虑到建站时间和资料完整性，最终确定选用23个气象站的2012～2017年冬季（本文指12月至翌年2月）气温资料研究雄安新区冬季气温的空间分布，选用安新气象站（现址位于三台乡王公堤村，距雄安新区起步区大王镇仅6 km）1960～2017年的气温观测资料研究雄安新区冬季气温的变化趋势。

1.2 分析方法

利用GIS空间反距离权重插值（IDW）法，绘制雄安新区冬季气温的空间分布图，分析雄安新区冬季气温的空间分布特征。

运用线性倾向趋势，分析冬季气温等数据趋势变化特征。利用非参数Mann-Kendall（M-K） 趋势检验方法，分析趋势变化是否显著；运用非参数M-K突变检验方法，得出趋势变化的突变年份及突变是否显著[15]。

采用差异系数，分析冬季气温年代际变化是否稳定[16]。差异系数定义是指一组数据的标准差与其均值的百分比，是测算数据离散程度的相对指标。求得结果绝对值越小，离散程度就小，说明数据变化稳定性越好；反之，亦然。公式如下：

公式中，S为标准差，M为平均值，n为数据的个数。

2 结果与分析

2.1 雄安新区冬季平均气温及日较差的空间分布特征

不同下垫面的辐射差异影响到附近区域气温的变化。雄安新区境内河流湖泊众多，其中白洋淀是新区内面积最大的水域，其位于雄安新区东南部，总面积约366 km2，占雄安新区总面积的20%左右。雄安新区冬季气温的空间分布受白洋淀影响较大，表现为淀区及其附近区域平均气温偏高、日较差最小，随着与淀区距离的增加，平均气温呈缓慢降低趋势，日较差呈逐渐增大趋势（图1）。另外，从图中还可以看出，安新和雄县及其周边部分站点的冬季平均气温和日较差与淀区接近，原因是这些站点在城市内或附近，受城市热岛效应的影响，因此也表现出了气温较高、日较差较小。

2.2 雄安新区冬季气温的变化趋势特征

图1 雄安新区冬季平均气温（a）和日较差（b）的空间分布Fig.1 Space distribution of winter mean temperature and daily range of temperature in Xiongan New Area

2.2.1 历年冬季平均气温的变化趋势 1960～2017年雄安新区历年冬季平均气温呈上升趋势，气候倾向率为0.17℃/10 a，其中，20世纪60年代冬季平均气温最低，60～80年代冬季平均气温低于平均水平，90年代明显回升且达到最高水平，进入21世纪后呈下降趋势且明显低于平均水平，2013年后开始显著回升（图2）。M-K趋势检验Z=2.24，通过了信度95%显著性检验，表明1960～2017年雄安新区升温趋势明显。

2.2.2 冬季各月平均气温的变化趋势 1960～2017年雄安新区冬季各月平均气温均呈上升趋势。其中，12月和1月的气候倾向率分别为0.07℃/10a和0.03℃/10 a，未通过信度95%显著性检验，表明这2个月升温趋势不明显；2月气候倾向率为0.46℃/10 a，M-K趋势检验Z＝2.86，通过了信度99%显著性检验，表明该月升温显著。分析得出，2月气温升高对冬季气候变暖贡献最大。升，该阶段UF（K） 曲线超出α=0.05置信线上限，表明1993年是突变年份，气温上升显著；2001年后UF（K）曲线下降到α=0.05置信线以下，气温变化趋势波动变小。

2.3 雄安新区冬季气温的年代际变化特征

从1960～2017年雄安新区各年代冬季气温的差异系数（表1） 可以看出，在20世纪60～80年代气温变化比较稳定，该时期平均气温为-3.1℃，处于偏冷期，其中70年代气温最稳定；90年代以后气温变化波动大，该时期平均气温为-2.4℃，处于偏暖期，其中21世纪近10 a气温变化显著。

表1 1960～2017年雄安新区各年代冬季气温的差异系数Table 1 Difference coefficients of winter temperature in different ages in Xiongan New Area from 1960 to 2017

图2 1960～2017年雄安新区冬季平均气温的变化趋势Fig.2 Trends of winter mean temperature in Xiongan New Area from 1960 to 2017

2.2.3 冬季平均气温变化趋势的突变检验 对1960～2017年雄安新区冬季平均气温进行M-K突变检验，结果（图3） 显示，UF（K） 曲线总体呈上升趋势，其与UB（K） 线在1977年、1979年和1993年出现交点，且交点均在信度线之内。1993～2000年气温上

图3 1960～2017年雄安新区冬季平均气温变化趋势的M-K突变检验Fig.3 M-K mutation tests of winter mean temperature in Xiongan New Area from 1960 to 2017

2.4 雄安新区气象学意义上的冬季日数变化特征

我国气象学意义上的入冬标准为日平均气温连续5 d＜10℃表示进入冬天，第1天就是入冬初日。根据这一规定，统计了该地区1960～2017年历年的冬季日数。

1960～2017年雄安新区气象学意义上的冬季日数呈减少趋势，气候倾向率为-2.2 d/10 a（图4）。20世纪60～80年代末出现正距平的次数较多，其中1971年出现最大正距平值（18 d），冬季日数达到最多（169 d）；90年代以后正负距平交替出现。进入21世纪后出现负距平的次数增多，其中2008年出现最大负距平值（-25 d），冬季日数最少（126 d）；2013年后都为负距平值。经检验得出Z=-3.43，通过了信度99%显著性检验，表明冬季日数减少显著。分析得出，气象学意义上的冬季日数减少加剧了气候变暖。

对1960～2017年雄安新区历年冬季日数进行M-K突变检验，结果显示，UF（K）与UB（K）线在1990年出现交点，交点在信度线之内，UF（K）曲线超出了α=0.01置信线下限。表明冬季日数在1990年出现突变，减少明显。

2.5 雄安新区日最低气温≤-8℃的冷积温变化特征

图4 1960～2017年雄安新区气象学意义上的冬季日数距平分布和变化趋势Fig.4 Anomaly distribution and change tendency of winter days in meteorology significance in Xiongan New Area from 1960 to 2017

冷积温即负积温，其绝对值越大，说明天气越寒冷，冬作物越冬条件愈差。本文定义的冷积温是指-8℃以下低温日的日最低气温（为作物严重冻害的指标温度）与-8℃的差值的和，即：

式中，Tc为冷积温，Td为日最低气温，n为数据的个数。

1960～2017年雄安新区≤-8℃的冷积温绝对值呈减少趋势，气候倾向率为5.8℃/10 a，其中，20世纪60～80年代冷积温绝对值多于平均绝对值，90年代冷积温绝对值少于平均绝对值，21世纪的前10 a冷积温绝对值达到最大，2010年后冷积温绝对值少于平均绝对值且波动明显（图5）。M-K趋势检验Z=1.28，未通过信度95%显著性检验，表明冷积温绝对值减少不明显。

图5 1960～2017年雄安新区气温≤-8℃的冷积温变化趋势Fig.5 Trends of cold accumulated temperature with temperature≤-8℃ in Xiongan New Area from 1960 to 2017

3 结论与讨论

雄安新区的冬季气温受白洋淀的影响，表现为淀区内的气温高于淀区外，日较差低于淀区外；20世纪60年代以来，冬季平均气温显著上升，1993年后气温上升明显突变；冬季各月平均气温均呈上升趋势，其中，2月气温上升显著，对冬季气候变暖贡献最大；20世纪60～80年代处于偏冷期，90年代之后气温上升，处于偏暖期；气象学意义上的冬季日数显著减少，1990年出现减少明显突变；20世纪60～80代末冬季日数多于平均值，90年代以后冬季日数减少，近几年更为显著；气温≤-8℃的冷积温绝值呈减少趋势，21世纪的前10 a冷积温绝对值最大，说明天气较寒冷。

冬季气温变暖对农业生产有利也有弊[17~19]。冬季气温偏高和冷积温减少，对越冬季作物、果树和设施农业生产有利，可以大大降低越冬作物和果树遭受冻害的几率；但却给农田中病虫的越冬和繁殖提供了有利条件，给翌年农林业生产带来较大威胁。冬季气温偏高还会影响土壤墒情，造成春旱的可能性增加[20]。反之，冬季气温偏低，能够杀死部分病虫残体，降低繁殖量，减轻翌年病虫害的发生[21，22]；有利于增加林果休眠期的需冷量，保证翌年果树正常发芽且花芽发育良好，提高果树坐果率；产生的不利影响是不利于作物和林果越冬，易发生严重冻害。因此，要根据冬季气温的变化情况指导农业生产，防止越冬作物和果树遭受冻害，预防春季干旱，密切关注农作物病虫害的发生，及时做好预防，减少损失。

雄安新区成立后，随着城市化的进展，小气候也在不断变化。今后，运用分布合理、较长序列、精细化的气象数据，继续研究该地区气候变化的特征，以更加准确地指导生态宜居城市建设和农林业生产。