苗正偉 徐利崗 韓會(huì)玲

摘要：基于京津冀地區(qū)22個(gè)氣象站 1961-2015年的逐月氣候資料，采用氣候傾向率、MannKendall突變檢測(cè)、Morlet小波分析、反距離權(quán)重插值（IDW）等方法，研究了近55 a來京津冀地區(qū)氣象要素的時(shí)空演變規(guī)律。結(jié)果表明：（1）京津冀地區(qū)整體呈現(xiàn)出降水減少、氣溫上升、日照減少、相對(duì)濕度降低、風(fēng)速下降的趨勢(shì)。（2）各氣候要素都在1979-1989年間發(fā)生了突變，年降水在1996年發(fā)生了第二次突變。（3）各氣候要素均表現(xiàn)出多時(shí)間尺度耦合的復(fù)雜特性，其第一主周期尺度介于8～25 a之間。（4）年均溫由南向北遞減，中、西部為升溫速率的高值區(qū)；降水及其變率均自東向西遞減；日照時(shí)數(shù)由南向北遞增，而其變率則與之相反；相對(duì)濕度由東南向西北遞減，其變率則由西南向東北遞減；平均風(fēng)速及其變率的高值中心均為張北和塘沽。

關(guān)鍵詞：氣候變化；氣溫；降水；日照時(shí)數(shù)；相對(duì)濕度；風(fēng)速；京津冀

中圖分類號(hào)：P467文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：16721683（2018）03012510

Climate evolution characteristics of BeijingTianjinHebei Region for the last 55 years

MIAO Zhengwei1，XU Ligang2，HAN Huilingi1

（1.Hebei University of Water Resources and Electric Engineering，Cangzhou 061001，China；

2.Ningxia Institute of Water Resources Research，Yinchuan 750021，China）

Abstract：Based on the climatic data of 22 meteorological stations in BeijingTianjinHebei region from 1961 to 2015，by means of the climate tendency rate，MannKendall mutation test，Morlet wavelet analysis，and inverse distance weighting （IDW），we systematically studied the temporalspatial variations of climatic variables over the BeijingTianjinHebei region in the recent 55 years.The results showed that：1） In the past 55 years，the BeijingTianjinHebei region underwent an increase of temperature and a decrease of sunshine，precipitation，wind speed，and average relative humidity.2） The climatic variables all went through a sudden change in 19791989，and the annual precipitation went through a second sudden change in 1996.3） The climatic variables all showed a complex characteristic of coupling at multiple time scales，and their first main period scales ranged from 8 to 25 years.4） In BeijingTianjinHebei region，the average air temperature showed a decreasing trend from south to north，with the change rate peaking in the central and western area.Both precipitation and its change rate showed a decreasing trend from east to west.Sunshine hours showed an increasing trend from south to north，while its change rate showed the opposite trend.Relative humidity showed a decreasing trend from southeast to northwest，while its change rate showed a decreasing trend from southwest to northeast.The peaks of wind speed and its change rate both appeared in Zhangbei and Tanggu area.

Key words：climate change；air temperature；precipitation；sunshine hours；relative humidity；wind speed；BeijingTianjinHebei

在全球升溫的背景下，氣候變化具有顯著的區(qū)域差異，認(rèn)識(shí)區(qū)域氣候變化特征，對(duì)于區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、防災(zāi)減災(zāi)等具有重要意義。京津冀地區(qū)歷來氣象災(zāi)害多發(fā)，對(duì)人們的生產(chǎn)生活造成重大影響，甚至制約了社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。在京津冀協(xié)同發(fā)展的國(guó)家戰(zhàn)略之下，更有必要對(duì)其氣候變化特征進(jìn)行探討。近幾年，對(duì)于京津冀地區(qū)的氣候變化已經(jīng)有了一些研究。許穎等[1]基于懷來縣1954-2012年的月氣象數(shù)據(jù)研究了氣溫、降水的變化特征及其與水庫(kù)來水、糧食單產(chǎn)的關(guān)系。李鵬飛等[2]研究了京津冀地區(qū)1960-2010年氣溫、降水及潛在蒸散量的時(shí)空變化特征。劉芳圓等[3]分析了京津冀地區(qū)1956-2007年氣溫、降水的變化趨勢(shì)及其對(duì)農(nóng)業(yè)的影響。張國(guó)華等[4]利用5月-8月的日最高氣溫?cái)?shù)據(jù)研究了京津冀地區(qū)城市高溫的氣候特征及城市化效應(yīng)。段麗瑤等[5]分析了天津1921-2010年降水和氣溫的多尺度特征。胡保昆等[6]研究了北京城區(qū)的氣溫變化特征。向亮等[7]研究了1961-2011河北省降水的演變情況?？偟膩砜?，這些研究都取得了一定的成果，但也存在一些局限：或者沒有探討氣候要素的周期性或突變性，或者在所分析氣候要素上各有側(cè)重，主要集中于對(duì)氣溫、降水的研究，或者資料不是最新，或者沒有對(duì)空間特征進(jìn)行分析，等等，因此，本文對(duì)京津冀地區(qū)的降水、氣溫、日照時(shí)數(shù)、濕度、風(fēng)速的趨勢(shì)性、突變性、周期性及空間分布特征進(jìn)行研究，旨在進(jìn)一步探究京津冀地區(qū)氣候變化特征，以期為合理利用氣候資源、區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、生態(tài)環(huán)境保護(hù)等提供理論參考。

第16卷 總第96期·南水北調(diào)與水利科技·2018年6月苗正偉等·京津冀地區(qū)近55年氣候演變特征分析1材料與方法

1.1數(shù)據(jù)來源

選取北京、天津、河北三地作為研究對(duì)象，從中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)獲取京津冀地區(qū)連續(xù)性較好的22個(gè)站的1961-2015年的逐月觀測(cè)資料，包括氣溫、降水、日照時(shí)數(shù)、相對(duì)濕度、平均風(fēng)速5個(gè)氣候要素，站點(diǎn)分布見圖1，個(gè)別缺測(cè)數(shù)據(jù)利用鄰近站點(diǎn)線性回歸方法進(jìn)行插補(bǔ)。

1.2研究方法

將逐月觀測(cè)資料整理成各站年均值，基于ArcGIS102中的泰森多邊形法計(jì)算氣象要素的區(qū)域均值，用氣候傾向率法[8]估算各氣候要素的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)；MannKendall突變檢測(cè)與滑動(dòng)t檢驗(yàn)、累積距平相結(jié)合進(jìn)行突變分析，原則是至少通過兩種方法檢驗(yàn)的才可能被認(rèn)定為突變點(diǎn)，三種方法的原理及具體步驟參見文獻(xiàn)[9]。

MannKendall突變檢測(cè)中，UF曲線為時(shí)間正序統(tǒng)計(jì)量曲線，其值小于0表示序列呈減?。ㄉ伲┶厔?shì)，大于0表示序列呈增大（多）趨勢(shì)，當(dāng)超過005的顯著性水平（臨界線為±196，下稱信度線）時(shí)，表示變化趨勢(shì)顯著，UB曲線為時(shí)間逆序統(tǒng)計(jì)量曲線，UF、UB曲線在信度線內(nèi)的交點(diǎn)即為可能的突變點(diǎn)。

滑動(dòng)t檢驗(yàn)是通過比較兩組相鄰子樣本均值差異是否顯著來確定突變點(diǎn)，兩子樣本長(zhǎng)度的選擇具有很大主觀性，但一般二者取相同長(zhǎng)度，本文取兩子序列等長(zhǎng)為10，且認(rèn)為P≤005時(shí)即為通過了假設(shè)檢驗(yàn)。累積距平曲線既可以用來描述序列的變化趨勢(shì)，還可以根據(jù)其升降轉(zhuǎn)折判斷大概的突變點(diǎn)。

小波分析是進(jìn)行水文氣象要素周期性研究時(shí)的常用方法，且復(fù)數(shù)小波比實(shí)數(shù)小波效果更優(yōu)[10]。復(fù)數(shù)小波系數(shù)的實(shí)部大小可表征氣候要素的高低多少，正（負(fù)）表偏多（少）或偏高（低），為零則表示突變，絕對(duì)值越大，表示變幅越大。因此由實(shí)部等值線圖可判讀不同時(shí)間尺度下信號(hào)在時(shí)域中的周期性變化及其位相。小波方差圖顯示了波動(dòng)能量隨時(shí)間尺度的變化情況，可用來判讀氣候序列的主周期尺度[11]。本文利用MATLAB的小波分析工具箱采用復(fù)Morlet小波進(jìn)行周期性分析；借助ArcGIS102的反距離權(quán)重插值（IDW）獲取氣候要素及其氣候傾向率的空間分布特征。

2結(jié)果與分析

2.1氣候要素的年際變化

1961-2015年，京津冀地區(qū)年均溫、年降水、年日照時(shí)數(shù)、年相對(duì)濕度、年平均風(fēng)速的均值分別為：1043 ℃、50881 mm、2 63568 h、5848%、229 m/s。其中，年均氣溫最低為875 ℃，發(fā)生于1969年，最高達(dá)1173 ℃，發(fā)生于1998年；1999年降水量最少，僅34626 mm，1964年最多，為78935 mm；1965年日照時(shí)數(shù)最多，高達(dá)3 0687 h，2003年最少，僅2 2627 h；相對(duì)濕度在1964年取得最大值為6850%，在2005年取得最小值為5408%； 1969年平均風(fēng)速取得最大值，為294 m/s，2003年取得最小值，為180 m/s?？梢娊邓⑷照?、濕度、風(fēng)速等4要素的最大值都出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代，最小值都出現(xiàn)在2000年前后，而年均氣溫正與之相反。各要素變差系數(shù)由大到小排序?yàn)椋航邓?182）>風(fēng)速（0116）>日照時(shí)數(shù)（0067）>年均溫（0066）>相對(duì)濕度（0043），可見，降水的年際變化最劇烈，相對(duì)濕度的最小。

圖2表明，近55 a來，京津冀地區(qū)年均氣溫（圖2（a））呈明顯上升趨勢(shì)，氣候傾向率為029 ℃/10a，通過了P<001的顯著性檢驗(yàn)；日照時(shí)數(shù)（圖2（c））、相對(duì)濕度（圖2（d））、平均風(fēng)速（圖2（e））均呈明顯下降趨勢(shì)，氣候傾向率分別為：-906 h/（10a）、-058%/（10a）、-012[（m/s）/（10a）]，且均通過了001的顯著性檢驗(yàn)；年降水（圖2（b））減少趨勢(shì)不明顯，氣候傾向率為-1176 mm/（10a），未通過01的顯著性檢驗(yàn)。圖2還顯示：年降水和風(fēng)速的波動(dòng)性變化很強(qiáng)烈，且平均風(fēng)速在2003年后呈現(xiàn)明顯的上升趨勢(shì)，日照時(shí)數(shù)和氣溫的波動(dòng)變化相對(duì)較弱，這與變差系數(shù)的結(jié)果基本一致。圖2近55年京津冀地區(qū)各氣候要素變化趨勢(shì)

Fig.2Trends of climatic variables over the BeijingTianjinHebei region in recent 55 years

2.2突變性分析

首先以降水為例，闡明本文確定突變點(diǎn)的過程，其余各要素突變點(diǎn)的確定與之類似。圖3（b1）顯示年降水的UF曲線全程都在信度線之內(nèi)，因此其增減趨勢(shì)都不顯著，這與降水氣候傾向率的檢驗(yàn)結(jié)果一致。UF、UB曲線在信度線內(nèi)存在包括1979在內(nèi)的多個(gè)交點(diǎn)，說明1979等可能是突變點(diǎn)。由圖3（b2）知，降水累積距平曲線總體上表現(xiàn)出了先升后降的趨勢(shì)，但曲線波動(dòng)頻繁、形狀不規(guī)則，表明降水存在劇烈的年際變化，整體的下降趨勢(shì)并不明顯。曲線在1979年、1996年存在兩個(gè)明顯的峰值，1961-1979年以上升趨勢(shì)為主，1979-1996年波動(dòng)中略有上升，1996-2015年呈急劇下降趨勢(shì)，因此1979年、1996年是兩個(gè)可能的突變點(diǎn)。滑動(dòng)t檢驗(yàn)結(jié)果顯示只有1996年通過了005的顯著性檢驗(yàn)。根據(jù)三種方法的結(jié)果可判斷：京津冀地區(qū)年降水存在1979年、1996年兩個(gè)突變點(diǎn)，而且都是由增加突變?yōu)闇p少。

圖3顯示：年均溫UF、UB曲線（圖3（a1））在信度線內(nèi)交于1988年，其累積距平曲線（圖3（a2））在1988年取得最小值，且滑動(dòng)t檢驗(yàn)表明1988年通過了001的顯著性檢驗(yàn)，因此，年均溫在1988年發(fā)生了由升溫到顯著升溫的突變。日照時(shí)數(shù)UF、UB曲線（c1）在信度線內(nèi)沒有交點(diǎn)，其累積距平曲線（圖3（c2））在1989年取得最大值，且1989年通過了顯著性水平為001的滑動(dòng)t檢驗(yàn)，因此，日照時(shí)數(shù)在1989年發(fā)生了由減少到顯著減少的突變。相對(duì)濕度UF、UB曲線（圖3（d1））在信度線內(nèi)交于1994年，其累積距平曲線（圖3（d2））存在1979年和1991年兩個(gè)明顯峰值，僅1979年通過了005顯著性水平的滑動(dòng)t檢驗(yàn)，因此，相對(duì)濕度在1979發(fā)生了由增加到減少的突變。平均風(fēng)速UF、UB曲線（e1）在信度線內(nèi)交于1978-1979年，其累積距平曲線（圖3（e2））最大值發(fā)生于1981年，滑動(dòng)t檢驗(yàn)顯示，1978-1981年4個(gè)年份均通過了001的顯著性檢驗(yàn)，進(jìn)一步考慮到：滑動(dòng)t檢驗(yàn)時(shí)無論子序列取5、10還是12，只有1981年都通過了001的顯著性檢驗(yàn)，因此判斷，年均風(fēng)速在1981年發(fā)生了由減小到顯著減小的突變。圖3近55 a京津冀地區(qū)各氣候要素MannKendall檢測(cè)及累積距平曲線

Fig.3MannKendall test and cumulative anomaly of climatic variables over the Beijing-TianjinHebei region in recent 55 years

2.3周期性分析

由圖4（a2）知：年均溫的第1、2、3、4主周期尺度分別是21 a、14 a、10 a、6 a。圖4（a1）顯示：在6 a左右的尺度上，信號(hào)振蕩相對(duì)較強(qiáng)，影響范圍主要是1961年到20世紀(jì)70年代中后期。從1961-1973年氣溫存在相對(duì)比較規(guī)律的5次降升的準(zhǔn)周期變化，平均周期為3 a左右。在10 a左右的尺度上，主要是在20世紀(jì)70年代中后期至21世紀(jì)初存在顯著的信號(hào)波動(dòng)，1975-2003年間共存在7次比較規(guī)律的降溫升溫的準(zhǔn)周期變化，平均周期為4 a左右。在14 a左右的尺度上，信號(hào)的強(qiáng)烈振蕩主要存在于1961年到21世紀(jì)初，該信號(hào)比較穩(wěn)定，存續(xù)時(shí)間也較長(zhǎng)，在1961-1994年間經(jīng)歷了6次降溫升溫的準(zhǔn)周期性變化，平均周期為6 a左右。在21 a左右的時(shí)間尺度上，周期性波動(dòng)自1961年開始逐漸增強(qiáng)，20世紀(jì)90年代后，尤其進(jìn)入21世紀(jì)后，振蕩變得極為顯著，整個(gè)研究時(shí)域內(nèi)共經(jīng)歷了6～7次氣溫升降的準(zhǔn)周期性變化，平均周期為9 a左右。圖4近55 a京津冀地區(qū)各氣候要素小波分析結(jié)果

Fig.4Morlet wavelet analysis of climatic variables over the BeijingTianjinHebei region in recent 55 years

以上分析表明：京津冀地區(qū)年均溫的年際變化中存在的典型周期包括9 a、6 a、4 a、3 a。

由圖4（b2）知：年降水的第1、2、3、4主周期尺度分別是8 a、11 a、21 a、26 a。圖4（b2）表明：在8 a左右的尺度上，振蕩最劇烈，但衰減很快，主要影響1961年到20世紀(jì)70年代中期，該時(shí)間尺度下，年降水量在1961-1977年經(jīng)歷了5次減增的準(zhǔn)周期性變化，平均周期為3 a左右。在11 a左右的尺度上，振蕩強(qiáng)烈、穩(wěn)定、且基本貫穿全研究時(shí)域，1972-2006年存在8次降水增減的準(zhǔn)周期性變化，平均周期為4 a左右。在21 a左右的尺度上，顯著的信號(hào)振蕩始于20世紀(jì)80年代，其后漸強(qiáng)，直到2015年，1982-2015年間信號(hào)的周期性變化很明顯，共有4次增減的準(zhǔn)周期變化，平均周期為8 a左右，從該尺度上看，2015年時(shí)，負(fù)值等值線未閉合，表示在該尺度上將來一段時(shí)間京津冀地區(qū)年降水處于偏少階段。在26 a左右的尺度上，振蕩強(qiáng)烈，但衰減趨勢(shì)明顯，尤其是進(jìn)入21世紀(jì)后，信號(hào)變得很微弱，1961-1991年共有3次降水增減的準(zhǔn)周期變化，平均周期為10 a左右。以上分析表明：年降水的年際變化中存在的典型周期包括3 a、4 a、8 a、10 a。

圖4（c2）顯示：年日照時(shí)數(shù)的第1、2、3、4主周期尺度分別是8 a、16 a、20 a、4 a。由圖4（c1）可見：在8 a左右的時(shí)間尺度上，波動(dòng)最強(qiáng)烈，主要影響范圍大致是1961年到80年代末期， 1961-1988年日照時(shí)數(shù)經(jīng)歷了9次增多減少的準(zhǔn)周期性變化，平均周期為3 a左右。10 a時(shí)間尺度盡管不是主周期尺度，但該尺度上從20世紀(jì)90年代中后期開始出現(xiàn)一個(gè)強(qiáng)震蕩區(qū)，直到2015年，1995-2014年存在5次日照時(shí)數(shù)增多減小的準(zhǔn)周期變化，平均周期為4 a左右。在16～20 a的尺度上，信號(hào)的強(qiáng)烈振蕩主要存在于20世紀(jì)70年代初到21世紀(jì)初，1973-2005年日照時(shí)數(shù)經(jīng)歷了5次比較強(qiáng)烈的減少增多的準(zhǔn)周期性變化，平均周期為7 a左右。以上分析表明：日照時(shí)數(shù)的年際變化中存在的典型周期包括3 a、4 a、7 a。

圖4（d2）表明：年均相對(duì)濕度的第1、2、3、4主周期尺度分別是17 a、8 a、10 a、14 a。圖4（d1）顯示：在8 a左右的尺度上，振蕩能量非常強(qiáng)，但持續(xù)時(shí)間短，影響范圍主要是在1970年以前， 1961-1970年，存在3次減小增加的準(zhǔn)周期性變化，平均周期為3 a左右。在10 a左右的尺度上，波動(dòng)能量也比較強(qiáng)，主要影響范圍是20世紀(jì)80年代末到2005年前后，該時(shí)域內(nèi)有4次減小增加的準(zhǔn)周期性變化，平均周期為4 a左右。在10 a左右的尺度上，振蕩偏弱，但存在于全時(shí)域，1961-2015年都具有比較明顯的周期波動(dòng)，平均周期為6 a左右。在17 a左右的尺度上，振蕩強(qiáng)烈且比較持久，在1961-1990年間經(jīng)歷了4次增加減小的準(zhǔn)周期性變化，平均周期為7 a。以上分析表明：相對(duì)濕度的年際變化中存在的典型周期包括7 a、6 a、4 a、3 a。

圖4（e2）可見：年均風(fēng)速的第1、2、3、4主周期尺度分別是25 a、9 a、13 a、4 a。由圖4（e1）可知：在9 a左右的尺度上，1973年之前信號(hào)波動(dòng)很強(qiáng)烈，但衰減迅速，1987年之后變得極其微弱，進(jìn)入21世紀(jì)后才稍有回升，1961-1975年存在4次風(fēng)速增大減小的準(zhǔn)周期性變化，平均周期為4 a左右。在13 a左右的尺度上，信號(hào)在1961-1971年和2001-2011兩個(gè)時(shí)域內(nèi)振蕩較強(qiáng)，其中，1961-1971年間存在2次增大減小的周期變化，在2001-2011年間存在2次減小增大的周期變化，平均周期為6 a左右。在25 a左右的尺度上，波動(dòng)非常強(qiáng)烈，但衰減快，1961-1991年間風(fēng)速經(jīng)歷了3次減小增加的準(zhǔn)周期性變化，平均周期為10 a左右，從該尺度上看，2015年時(shí)負(fù)值等值線尚未閉合，這表示在25 a時(shí)間尺度上京津冀地區(qū)的年均風(fēng)速在未來一段時(shí)間仍會(huì)偏小。以上分析表明：京津冀地區(qū)年均風(fēng)速的年際變化中存在的主要周期包括10 a、6 a、4 a。

2.4氣候要素的空間分布特征

普通克里金插值法與反距離權(quán)重法（IDW）是分析水文氣象要素空間分布特征時(shí)常用的方法，對(duì)兩者的適用性，學(xué)者們意見不一[1215]。本文經(jīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，IDW更適于描述京津冀地區(qū)氣象要素的空間分布特征，因此本文借助ArcGIS軟件，通過IDW插值法分析京津冀地區(qū)氣候要素的空間特征。

圖5（a1）顯示多年平均氣溫基本呈現(xiàn)由南向北、由東向西遞減的趨勢(shì)，高溫區(qū)位于京津冀地區(qū)南部，低溫區(qū)位于西北部。其中，多年平均氣溫最高的是邢臺(tái)，達(dá)1393 ℃，次之為石家莊，達(dá)1357 ℃；多年平均氣溫最低的是張北，僅有334 ℃，次之是圍場(chǎng)，為526 ℃。由圖5（a2）可見京津冀地區(qū)存在一橫一縱兩個(gè)明顯的高幅增溫帶，其中橫貫京津冀地區(qū)的蔚縣北京遵化樂亭一帶增溫最明顯，它們占據(jù)了全區(qū)域增溫幅度的前四位，其中，增幅最大的是蔚縣，達(dá)到了050 ℃/（10a），其次是北京，達(dá)045 ℃/（10a）；另外一個(gè)增幅明顯的地帶為張北蔚縣石家莊邢臺(tái)一線，其中邢臺(tái)的氣溫傾向率達(dá)到了040 ℃/10a，石家莊為037 ℃/（10a），多年平均氣溫最低的張北地區(qū)其傾向率也達(dá)到了035 ℃/（10a）。京津冀地區(qū)北部增溫趨勢(shì)緩慢，其中，承德表現(xiàn)出了微弱的降溫趨勢(shì)。圖5近55 a京津冀地區(qū)各氣候要素及其氣候傾向率的空間分布

Fig.5The spatial distribution of climatic variables and their climate tendency rate over the BeijingTianjinHebei region in recent 55 years

圖5（b1）表明，多年平均降水量基本呈現(xiàn)由東向西遞減的趨勢(shì)，相對(duì)來說，京津冀地區(qū)東北一隅降水比較豐沛，其中多年平均降水量最大的是遵化，達(dá)到了71392 mm，其次是青龍，為69144 mm，整個(gè)京津冀地區(qū)只有遵化多年平均降水量在700 mm以上，在600 mm以上的除青龍外，還包括秦皇島、北京、唐山、樂亭四地。京津冀地區(qū)西部降水普遍相對(duì)較少，其中最少的是懷來，僅有38032 mm，次之是張北，也只有38242 mm；在廊坊以南，除南宮多年平均降水量為47650 mm以外，其他地區(qū)都在500～600 mm之間。圖5（b2）顯示除圍場(chǎng)（圖中藍(lán)色部分）以723 mm/（10a）的增幅呈現(xiàn)一定的降水增加趨勢(shì)外，其他地區(qū)均為減少趨勢(shì)，東部地區(qū)減幅最大，南部次之，西北部減幅最小。全區(qū)域減幅最大的是遵化，達(dá)到3028 mm/（10a），次之是黃驊，為2797 mm/（10a），青龍地區(qū)減幅為-2579 mm/（10a）；蔚縣、懷來、張家口、張北一帶減幅極其微弱。

圖5（c1）顯示，多年平均日照時(shí)數(shù)基本呈現(xiàn)以懷來-蔚縣兩地為峰向周圍遞減的趨勢(shì)，其中，懷來地區(qū)的多年平均日照時(shí)數(shù)最多，達(dá)2 970 h/a，次之是蔚縣，為2 888 h/a，最少的是邢臺(tái)地區(qū)，只有2 355 h/a，其次為石家莊，僅2 424 h/a。漸變過程中也存在波動(dòng)，由北向南遞減的過程中，饒陽地區(qū)的日照時(shí)數(shù)是2 631 h/a，比其周圍保定、南宮、廊坊等地的都要高；由西向東遞減的過程中，塘沽的日照時(shí)數(shù)卻達(dá)到一個(gè)小高峰，為2 644 h/a。由圖5（c2）知全區(qū)域日照時(shí)數(shù)均呈減少趨勢(shì)，減幅以邢臺(tái)石家莊保定廊坊塘沽一線為嶺，向兩側(cè)地區(qū)逐漸變緩，其中減幅最大的是石家莊，達(dá)176 h/（10a），其次是塘沽，達(dá)149 h/（10a），再其次是邢臺(tái)，為139 h/（10a）。而在北京以北，除承德、遵化兩地外，其他地區(qū)減幅都在100 h/（10a）以下，全區(qū)域減幅最小的是豐寧，為3284 h/（10a），其次是蔚縣，為3440 h/（10a）。

由圖5（d1）可見京津冀地區(qū)多年平均相對(duì)濕度由南向北、由東向西逐漸降低。全區(qū)域最高的是樂亭地區(qū)，高達(dá)6588%，南宮稍低，為6404%，最低的是張家口，僅4745%，次低是懷來，為5049%。圖5（d2）中藍(lán)色表示相對(duì)濕度呈增加趨勢(shì)，可見，圍場(chǎng)承德秦皇島一帶相對(duì)濕度基本呈遞增趨勢(shì)，其中增幅最大的是秦皇島，達(dá)118%/（10a），其次為承德，增幅為105%/（10a），圍場(chǎng)增幅最小，為023%/（10a）。除該三地之外，其他均呈減少趨勢(shì)，由北向南減少速率越來越快，至北京達(dá)到第一個(gè)峰值，減幅為161%/（10a），到塘沽達(dá)到全區(qū)域減幅最大值，為204%/（10a），由北京塘沽一線向西南部基本呈減幅先降后增的趨勢(shì)，到石家莊、邢臺(tái)，年平均相對(duì)濕度減幅又形成兩個(gè)峰值，其中，石家莊減幅123%/（10a），邢臺(tái)減幅為184%/（10a）。

圖5（e1）顯示多年平均風(fēng)速在京津冀地區(qū)的空間分布呈馬鞍型，有兩個(gè)峰值，一個(gè)是壩上張北，多年平均風(fēng)速達(dá)405 m/s，一個(gè)是沿海的塘沽，多年平均風(fēng)速達(dá)401 m/s，除此二者，其他地區(qū)多年平均風(fēng)速均在31 m/s以下。張北到北京、塘沽到北京均呈遞減趨勢(shì)，北京多年平均風(fēng)速為245 m/s，由張北北京塘沽一線分向西南、東北方向遞減，全區(qū)域風(fēng)速最小的是承德，為128 m/s，次之是青龍，為127 m/s。北京以南，多年平均風(fēng)速最低的是石家莊，為169 m/s。由圖5（e2）可見除圍場(chǎng)、豐寧、承德三地年平均風(fēng)速呈微弱遞增趨勢(shì)之外，其他地區(qū)年均呈遞減趨勢(shì)，其中減幅最大的是壩上張北，達(dá)046[（m/s）/（10a）]，僅次于張北的是沿海的塘沽，為044[（m/s）/（10a）]，年平均風(fēng)速減幅由此二地區(qū)均向北京方向遞減，北京年均風(fēng)速傾向率為-009[（m/s）/（10a）]。年平均風(fēng)速減幅由張北北京塘沽一線向西南、東北方向基本均呈遞減趨勢(shì)，全區(qū)域減幅最小的是蔚縣，僅001[（m/s）/（10a）]，其次是青龍，減幅為002[（m/s）/（10a）]，圍場(chǎng)、豐寧、承德三地年平均風(fēng)速的增幅均低于009[（m/s）/（10a）]。

3討論

（1）研究發(fā)現(xiàn)，近55 a來京津冀地區(qū)日照時(shí)數(shù)的變化具有一定的特殊性，首先是其減少速率高達(dá)9060 h/（10a）（P<<001），明顯高于全國(guó)1961-2007年397 h/（10a）的減少速率[16]；再者，有研究表明中國(guó)地區(qū)日照時(shí)數(shù)減少趨勢(shì)在20世紀(jì)90年代后基本停止[1617]，而圖3（c1）顯示京津冀地區(qū)20世紀(jì)90年代后日照時(shí)數(shù)減少趨勢(shì)依然非常明顯，直到2015年也沒有變緩的傾向。本文認(rèn)為京津冀地區(qū)嚴(yán)重的大氣污染和風(fēng)速的顯著下降是導(dǎo)致該現(xiàn)象的重要原因。不少學(xué)者的研究成果[16，1819]表明：除自然因素外，人類活動(dòng)導(dǎo)致的大氣污染是我國(guó)尤其是我國(guó)東部地區(qū)日照時(shí)數(shù)減少的主因，而京津冀地區(qū)大氣污染是極端嚴(yán)重的[2021]；另外，本文結(jié)果表明，近55 a來京津冀地區(qū)風(fēng)速以011[（m/s）/（10a）]（P<001）的速率減小，而風(fēng)速的減小不利于大氣污染物的消散，這進(jìn)一步加劇了日照時(shí)數(shù)的減少趨勢(shì)。

（2）京津冀地區(qū)升溫顯著（P<<001），變率為029 ℃/（10a），這與全國(guó)1964-2007年028 ℃/（10a）的增溫速率[22]基本一致，略高于華北地區(qū)1960-2013年023 ℃/（10a）的升溫速率[23]。本文認(rèn)為該區(qū)域在日照時(shí)數(shù)顯著減少的情況下氣溫卻顯著上升的原因之一仍然是大氣污染，大氣中煙、霾等微粒物質(zhì)增多，導(dǎo)致氣溶膠含量升高，大氣逆輻射增強(qiáng)，進(jìn)而致使溫度上升[23]。

（3）京津冀地區(qū)年降水存在1979年、1996年兩個(gè)突變點(diǎn)，而且都是由增加突變?yōu)闇p少，這與張一馳等[24]華北地區(qū)1951-2009年降水無突變的結(jié)論不一致。對(duì)此，時(shí)空差異是可能的原因之一，另外，本文用MannKendall突變檢測(cè)、滑動(dòng)t檢驗(yàn)、累積距平3方法相結(jié)合進(jìn)行突變分析，而張一馳等[24]利用MannWhitney檢驗(yàn)法進(jìn)行突變識(shí)別，不同的突變檢測(cè)方法也可能導(dǎo)致南轅北轍的結(jié)論[9]。

（4）本文研究表明，承德地區(qū)氣候變化與眾不同，該地區(qū)涵蓋承德、圍場(chǎng)、豐寧3站，其中，承德與圍場(chǎng)2站的風(fēng)速、濕度的變化趨勢(shì)與其他大多數(shù)站都背道而馳，此外，承德站的氣溫、圍場(chǎng)站的降水、豐寧站的風(fēng)速變化趨勢(shì)也與其他多數(shù)站截然不同，可見承德地區(qū)的氣候變化與京津冀其他地區(qū)的變化趨勢(shì)迥異，但這其中的原因還需搜集更多的資料做進(jìn)一步的分析。

4結(jié)論

（1）1961-2015年，京津冀地區(qū)年均氣溫以029 ℃/（10a）的速率顯著上升（P<<001）；年降水以1176 mm/（10a）的速率減少，但趨勢(shì)不顯著；日照時(shí)數(shù)、相對(duì)濕度、平均風(fēng)速均呈顯著下降趨勢(shì)，氣候傾向率分別為-9060 h/（10a）、-058%/（10a）、-011[（m/s）/（10a）]。

（2）氣候要素的突變主要發(fā)生在80年代前后。最早發(fā)生突變的是降水和相對(duì)濕度，二者都在1979年由增加突變?yōu)闇p少，年平均風(fēng)速在1981年由減小突變?yōu)轱@著減小，年均氣溫在1988年由上升突變?yōu)轱@著上升，年日照時(shí)數(shù)在1989年由減少突變?yōu)轱@著減少，年降水在1996年再次由增加突變?yōu)闇p少。

（3）研究時(shí)段內(nèi)不同的子時(shí)域具有不同的時(shí)間尺度結(jié)構(gòu)，而同一時(shí)間尺度上的信號(hào)振蕩在時(shí)域中也是不斷變化的，這就決定了氣候要素周期特征的復(fù)雜性，年均氣溫、年降水量、年日照時(shí)數(shù)、年平均相對(duì)濕度、年平均風(fēng)速的第一主周期尺度分別是21 a、8 a、8 a、17 a、25 a，對(duì)應(yīng)的平均周期分別是9 a、3 a、3 a、7 a、10 a。

（4）空間上，年均溫呈現(xiàn)出明顯的由南向北遞減的趨勢(shì)，而升溫速率則存在蔚縣北京樂亭和張北蔚縣石家莊邢臺(tái)一橫一縱兩個(gè)高值區(qū)；年降水及其變化率均表現(xiàn)為自東向西遞減的總體趨勢(shì)；日照時(shí)數(shù)由南向北遞增，而其減少速率則由南向北遞減；相對(duì)濕度由東南向西北遞減，其減小速率則由西南向東北遞減；平均風(fēng)速及其變率均以張北和塘沽為兩個(gè)典型高值中心向其他地區(qū)遞減。

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