中国冷空气的活动特征及其对呼吸系统疾病的影响

摘要

冷空气活动是影响我国天气气候的重要天气过程，会带来气象要素的剧烈变化，对人群特别是患有天气敏感性疾病的患者健康产生重要影响。尤其在目前全球气候变化的大背景下，与冷空气活动密切相关的极端低温天气气候事件频发，给呼吸系统疾病这类天气敏感性疾病，带来更为显著的影响。本文借助最新发展的风寒指数，系统研究了我国冷季冷空气过程以及风寒指数的时空分布特征；在此基础上，选择南北方代表城市南京和兰州，研究冷空气过程对于呼吸系统疾病的影响及其机理。主要结论如下：
　　（1）中国的冷空气活动呈现北强南弱、北多南少的分布特征。冷空气发生频次在1961-2014年整体呈减少趋势。将冷空气活动分为5个区域，发现4区即江南地区冷空气频次有所增长，其余4个区域频次均减少。冷空气活动有明显的年代际变化特征，在20世纪60、70年代冷空气发生频次偏多，80、90年代频次显著减少，2000年之后又有所回升。单次冷空气强度有所增强，但幅度不大，单次冷空气的持续时间主要为3-4天。风寒指数呈现南北方分布截然不同的特征。随着风寒等级的加大（4--6）相应的日数分布呈现南北的反位相状态，对于存在冷空气过程的风寒指数（-1--6）的日数特征，同样呈现南北反位相分布特征，北方3区（西北地区、黄河中下游流域、东北地区）以中度风寒、重度风寒为主，南方2区（长江流域、华南地区）以轻度风寒为主。风寒等级日数的时间变化也存在一定的年代际特征，但没有冷空气的明显。
　　（2）2005-2008年南京地区体感分布全年主要以热域为主，呼吸系统疾病引起死亡的高峰期出现在每年的1﹑2和12月，与风寒指数分布呈显著的负相关，月平均呼吸系统疾病死亡人数与风寒指数相关系数可达-0.87。气象因子对呼吸系统疾病的影响存在明显的滞后效应，滞后效应在第三天达到最大，相关系数可达0.63。呼吸系统疾病死亡人数异常偏多的冷空气过程中气象要素变化的阈值分别为：气压增幅为8.6hPa，变湿为±0.16，风寒指数为-1.83。选择南京地区一次典型的寒潮过程进行个例分析发现，冷空气过程阻塞高压偏强，配合地面西伯利亚高压显著偏强，由此造成气象要素的显著变化，气压增幅达到22.1hPa、湿度变幅为0.23、风寒指数为-2.3、均超过本文得到的阈值范围，最终导致呼吸系统疾病死亡人数异常偏多。
　　（3）对兰州市2001-2005年冷空气过程对于呼吸系统疾病的影响研究发现：兰州市2001-2005年全年体感以冷域为主，呼吸系统疾病入院人数冬季最多，冷季住院人数月分布与中度风寒日数显著相关，相关系数可达0.80。兰州冷空气对呼吸系统疾病有同期、滞后、前期的影响，滞后主要存在于冷空气过后的1-4天，前期影响主要在冷空气过境之前的1-3天，对于65岁以上的人群影响大于65岁以下的。呼吸系统疾病入院患者异常偏多的气象因子阈值分别为：气压8.1hPa、最低温降幅3.9℃、风寒指数-1。选择一次寒潮过程进行个例分析发现，此次过程中乌拉尔山阻塞高压偏西偏强，而地面西伯利亚高压同样偏西偏强，冷空气主要影响我国西北地区。兰州地区气压降幅最大达到18.5hPa，日平均温度降幅为12.8℃，使得呼吸系统疾病住院人数几乎达到5年日均值的2倍。对比发现：冷空气期间，湿度的变化对南京的影响比较显著，兰州则是最低变温的影响比较显著，这可能是因为兰州常年比较少雨干燥；两个城市冷空气过程中气压的增幅与呼吸系统疾病均有显著的关系；风寒指数与疾病的相关关系南京的大于兰州的。
　　（4）利用WRF（Weather Research and Forecast）模式模拟了兰州市2005年4月6-9日的一次冷空气过程，分析了WRF模式对于风寒指数的模拟能力。结果显示：WRF模式能够很好的模拟冷空气过程的形势场，也能够很好地模拟冷空气过程期间温度、气压等气象要素骤变的特征，因此其模拟量能够比较好的刻画体感温度和风寒指数的变化特征。这是一次有益的尝试，表明天气模式数值模拟可以提供精确到小时的气象要素值，如果能够获得相应的疾病资料，将会为深入认识气象对于人体健康影响机理以及防控相关疾病提供更多的参考。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究目的与意义

1.2 研究现状

1.3 本文研究内容

第二章 资料与方法

2.1 资料

2.2 研究方法

第三章 中国冷空气的时空分布特征

3.1 单站冷空气的分布特征

3.2 分区冷空气活动特征

3.3 全国性冷空气活动特征

3.4本章小结

第四章 风寒指数的分布特征

4.1 风寒指数的空间分布特征

4.2 风寒指数的时间分布特征

4.3 本章小结

第五章 冷空气活动对南京地区呼吸系统疾病的影响

5.1 呼吸系统疾病死亡人数与风寒指数分布

5.2 呼吸系统疾病死亡人数与气象要素的相关性分析

5.3 冷空气过程对呼吸系统疾病死亡人数的影响

5.4 2005年3月10-12日冷空气过程个例分析

5.5 本章结论与讨论

第六章 冷空气对兰州市呼吸系统疾病的影响

6.1 呼吸系统疾病的入院人数与风寒指数的特征

6.2 兰州冷空气事件和呼吸系统疾病的相关性分析

6.3 2005年4月6-9日冷空气过程的个例分析

6.4 本章总结与讨论

第七章 一次致病严重的冷空气过程的数值模拟

7.1 模拟设计方案

7.2 模拟结果分析

7.3 小结

第八章 全文结论与讨论

8.1 总结

8.2 特色与创新

8.3 本文存在的问题及下一步工作计划

参考文献

硕士期间研究成果

致谢