河南省近50年极端气温与日照变化特征及其相关性研究

河南省近50年极端气温与日照变化特征及其相关性研究胡健强（河南大学环境与规划学院河南开封 475004）摘要：为了研究河南省近50年来的极端气候变化的趋势与规律，及其与日照条件的关系等问题，本研究利用河南省近50年来的极端气温数据与日照数据资料，分析了河南省气温与日照时数的年平均变化情况，主要通过相关图与相关系数法对数据进行相关性分析与检验。

结果表明，河南省近50年来的极端最高温度和极端最低温度稍有增加的趋势在近50年来河南省年平均的极端最高气温变化比较平稳,且以每年0.0458℃的速率略有增加，而在2012年达到最高的最低温度最大值，其中在1964年达到了极端最高气温的最低值25.52℃。

河南省近50年来的极端最低气温变化是有微弱的增长，以0.0326℃每年的速率缓慢的增长，近50年来极端最低气温的变动幅度并不大呈小幅度的上升。

在过去的50年，年均日照时数与日照百分比呈波动状降低趋势，河南省近50年来的日照百分比呈微弱的下降趋势，其中以每年0.24%的速率下降，日照时数与极端最高气温，极端最低气温之间的相关系数0.54与0.41，呈显著相关与低度相关，日照百分比与极端最低最高气温之间的相关系数为0.16与0.01都呈微弱相关。

关键词：河南；极端温度；日照情况；相关性1 引言近年来，全球变暖问题和对人们的生活和经济发展的影响已越来越为明显，这个问题现在已成为一个热点问题。

全世界学者都在对有关气候变化特征方面开展了相关的分析工作,但都主要在对较大的区域范围气候变化中进行研究, 而极少在对局部地区气候变化的研究,这导致这一方面信息的缺失，不同研究区域气候变化特征有各自不同的方向,其中存在这一些相似的地方，但其中也存在这明显的区域差异。

气候的改变和人类文明的发展自古以来就有着紧密的联系，是人类文明的发展的一个十分重要的组成部分。

气候的改变是人类生产生活的重要影响因素[1]据联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)的研究表明由于各种能源的消耗以及人类对自然的一系列活动,自然界温室气体的含量明显逐年增加,并且有更进一步增加的趋势，这使得全球的气温在已经过去的一个世纪里都平均升高了 0.4--0.8°C [2]。

变暖将导致极端气候事件的频繁发生，这是特别明显的，在这一年中，包括干旱，洪水，低温，高温和干热风等灾害性天气，而灾害天气会给全球经济和人们的日常生产生活甚至是人的生命健康都带来毁灭性打击,了解气候的变化规律,尤其对极端气候的了解与认识变得十分重要,及时预测预警灾害性天气是主要的目的, 将受到的灾害天气极端气候造成的损失降到一个最小化。

以上是近年来全球气候研究工作与研究的重要方向。

1.1研究意义河南省有着重要的意义。

河南省具有春季则空气较为干燥，降水量较小,并伴随着频繁发生的风沙现象;夏季气温炎热,但降水量较大，具有十分充裕的雨量;秋季则有明显较大的日照时数；冬季比较寒冷,加之冬季的降雨量与降雪量也呈现较低的现象的特点。

全球气候变暧已经是现在的世界主要气候问题所在的气候环境,随之而来的极端气候事件的发生的次数和每次的强度都有明显上涨的变化情况,这个问题对农业的生产带来了很大的坏处。

甚至这一现象会对我国的粮食安全产生一定危害 [3-4]。

因此，本研究拟开展对河南省的气候变化的分析的工作。

1.2 国外研究现状极端气候事件是在一定时间一定区域以内"极少"发生的气候变化造成的事件,而"极少发生"在统计学的角度来解释就是发生的概率在第10百分位的两侧。

极端气候具有某些明显的特征,极端气候变化幅度是平均气候变化幅度的5-10倍,而在某些特殊的条件下,极端气候甚至会与平均气候变化的方式完全不同[5]，极端气候会给世界的经济和生产生活都带来不可估计的严重影响,使得某些地区处于异常瘫痪状态[6]。

这也能反映极端降水事件的降水量增加的变化。

研究表明，全球变暖将导致地球的水循环系统的进一步增加，全球总降水量的增加变化的一个主要趋势是过去100年的趋势,但不同的是在干旱与半干旱地区降水量却会有所减少。

Berth指出，在极端降水事件的大部分地区近100年也是一个全球性的增加，伴随着水汽含量的增加。

布拉德利的研究表明，1950 -- 1984，期间在一般情况下，北半球降水明显随着时间的变化特点,副热带地区(6--35°N)降水量变化则显示出为下降的趋势,而中高纬度地区(36--70°N)则表现为上升的趋势[7]。

1.3 国内研究现状因为很多的因素造成很难对中国近百年来的气候变化和降水变化做出一系列准确的判断，其中仅自1950年以来，中国气候变化的总体趋势是逐渐升温，对1.1°C这个略高于全球和北半球平均温度上升的平均表面温度，中国的平均升温主要发生在过去的20年[8]。

1.3.1 气温变化趋势近30年以来,国内学者开始广泛对国内气候温度的变化以及对极端气候事件产生的原因影响与变化规律表现出了强烈的关注与研究兴趣,并得出了大量的相关研究果[9-13]。

研究显示,全球和北半球地区的气候变化与中国大陆这些年来的气候的变化表现出了一样的变化情况,都存在着明显的增温期,并且还都具有两个，分别是20世纪30--40年代和80年代。

张明庆等利用相关分析的方法和线性模拟的等一系列方法,对中国气候的变化趋势与特性的区域差异展开了一系列的研究,得出了不同各别地区的温度变化是存在很大不同。

随后, 赵宗慈等人对气候模型属性分析可能导致中国与近100年气温趋势的方法进行了一系列的研究，随着社会的进一步发展，人类对自然气候的影响作用也越来越大，气温的升高也表现出于人类活动等因素有着越来越紧密的联系。

1.3.2 极端气候变化规律国内外的自然气候学等专家关注与研究的关于中国各区域内已存在的极端气候的产生和发生趋势一直是研究重点内容。

张宁等人对中国大陆的极端气候的改变进行了完善的一系列科研活动,其结果表明,极端最高(低)气温的变化与极端最高(低)气温发生的频率的变化也表现出了很强的相关性；研究表明，极端降水的空间分布上, 长江三角洲的极端高温天气频发。

邓自旺着重研究了气候变暖的全球化对此地区极端高温事件发生的频率的改变的影响,结果是显示平均最高气温在现有的基础上升高3°C后,其结果是极端的高温天气会有所增加, 从目前的12天增加到20-30天的极端最高气温的夏天[14]。

在近几十年中，中国的总体的年降水量都是一直在减少的,但是在不同区域内年降水量并不是一直是减少的，而是有的增加有的在呈现减少的,其中在西部地区尤其是在西北地区降水量增长的最为显著,西南一些地区的降水量则呈降低趋势。

秋冬季少的变化趋势在不同季节的降水是最明显的[15]。

Zhai 等的研究表明，在过去的几十年中，中国地区极端强降水日数逐渐减少，相反是极端降水强度增加[16]。

2 数据的收集及分析方法2.1 研究区概况河南具有春季则空气较为干燥，降水量较小,并伴随着频繁发生的风沙现象;夏季气温炎热,但降水量较大，具有十分充裕的雨量;秋季则有明显较大的日照时数；冬季比较寒冷,加之冬季的降雨量与降雪量也呈现较低的现象的特点。

河南省的地理位置在南方地区大的气候到北方地区的气候过渡中间地带，常常伴随着各种影响较大，发生频繁并种类繁多的气象灾害。

在我国也算是较多受到极端恶劣天气影响的省份。

每年因极端天气的灾害造成的损失约占全省所以经济生产总值的2—3%左右，各种自然灾害所形成的河南省平均每年的农作物受灾面积高达210多万公顷，也对很大规模的人口造成了巨大影响，各种直接经济损失高达110多亿元。

随着社会经济的进一步发展，与人们的生产生活对大自然有了进一步的影响，气象灾害已经引起了河南省经济社会的稳固发展的制约、并进一步已经引起了损害全国人民的生命财产安全。

河南省年平均气温一般在13°C-16°C之间,气温的年较差与日较差均较大,极端最低气温-21.7°C (1951年1月12日,安阳);极端最高气温44.2°C 一月平均气温为-3°,7月平均气温为25-29°C。

河南省的平均温度大致上是西部逐渐向东部的过程中逐渐升高,由北方向南方的过程中逐渐升高的情况,山地和平原存在这较大的不同。

全年无霜期从北往南为181-240天。

河南省的年平均降水量约为510-900 mm。

2.2 数据来源均来自于气象站的观测数据，本文选取处于中原经济区作为气候变化的研究区域,利用国家气象信息中心提供的17个气象站的逐月降水资料,选取中原经济区的资料的17个站点的气温和降水两项气候因子的资料。

主要选取了极端月最高温度，极端月最低气温，日照时数，日照百分比这些气象的要素，分析近年来极端最高温度，极端最低气温等的变化趋势。

2.3 分析方法本研究主要是通过统计的方法绘制出相关图，相关的折线图可以利用直角坐标系第一象限，把第一个变量置于横轴上，第二个变量置于纵轴上，而将两个变量对应的变量值用坐标点形式描绘出来，用以表明相关点分布状况的图形并通过分析相关的曲线的走势来对河南省的过去的极端最高温度，极端最低气温，日照时数，日照百分比这些气象要素的变化情况，通过统计归纳的方法来研究发现其变化的规律及其影响的因素。

相关系数法是以相关系数为依据的分析方法。

其主要是对相关现象之间存在的不同特征等一些性质进行描述。

所描写的如将反映两变量间线性相关关系的统计指标称为相关系数（相关系数的平方称为判定系数），将反映两变量间曲线相关关系的统计指标称为非线性相关系数、非线性判定系数。

将反映多元线性相关关系的统计指标称为复相关系数、复判定系数等，利用相关系数r的大小可以判断变量间相关关系的密切程度，|r|=0完全不相关，0<|r|≦0.3微弱相关，0.3<|r|≦0.5低度相关，|r|=1完全相关，0.8<|r|≦1高度相关，0.5<|r|≦0.8显著相关等各种不同的相关程度，在显著性检验中以＞0.05为不显著，0.01-0.05为显著，＜0.01的是及其显著。

本研究主要是利用这一方法来研究河南省的极端最高温度，极端最低气温，日照时数，日照百分比等相关要素的变化情况。

3分析过程与结果3.1最高气温与最低气温的变化特征利用相关系数分析法分析河南省1965--2012年的极端最高气温的变化图(图l)表明:50年来河南省年平均的极端最高气温变化比较平稳,且以每年0.0295年/0.1℃的速率略有增加，据观测R ²=0.0033可以知道河南省年平均的极端最高气温的变化随时间变化并不十分相关，并且并不存在着明显的冷暖阶段性变化，整个50年来的变化起伏都很大，一直呈上升与下降阶段互相交替的情况，其中在1985年达到了极端最高气温的最低值26.05℃。