什邡50年氣溫變化特征及回歸分析

劉康平, 鄭自君

（1.什邡市氣象局,四川什邡 618400;2.涼山州氣象局,四川西昌 615000）

氣候變化是指氣候平均狀態(tài)的巨大改變或者持續(xù)較長一段時期（典型的10年或更長）的氣候變動。越來越多的研究表明,近一個世紀全球氣候正在經(jīng)歷一次以全球變暖為主要特征的顯著變化。IPPC的報告指出,全球氣溫在過去140年中上升了0.4℃到0.8℃,達到1000年的最高值[1]。什邡地處四川盆地西北、龍門山中段、西北接青藏高原東麓,境內(nèi)地貌多樣,山區(qū)、丘陵、平原兼而有之,山區(qū)約占全市總面積60%。尤其經(jīng)歷了2008年“5.12”汶川特大地震后,有必要對什邡的氣溫變化趨勢做認真細致的研究分析,找出變化趨勢、變化規(guī)律特征以及突變特點,對什邡災(zāi)后恢復(fù)重建、生態(tài)恢復(fù)、氣象災(zāi)害以及地震遺留的次生災(zāi)害的預(yù)防等都具有十分重要的作用。

利用什邡市國家一般氣象站1959-2008年逐月平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫、極端最高、最低氣溫資料,用一元線性回歸、Mann-Kendall（M-K）等方法對什邡近50年平均氣溫的變化趨勢及其可能的突變點進行綜合分析檢驗。

1 年均氣溫變化特征

1.1 年均氣溫的變化趨勢

根據(jù)1959-2008年什邡市年平均氣溫作逐年變化趨勢曲線、5年滑動平均曲線、線性擬合趨勢線以及年均溫度距平,進行氣溫變化分析,結(jié)果如圖1所示。

圖1 1959-2008年氣溫變化分析

由圖1（a）可以看出在1959-1984年26年間呈振蕩下降趨勢,而1980年代中后期開始呈上升趨勢,近50年來什邡年平均氣溫整體呈顯著上升趨勢,氣候變化傾向率為0.13℃/10a。從5年滑動平均曲線可以看出,1959-1970年中期屬偏暖期,70年代中后期至90年代中期屬偏冷期,90年代中后期至2008年屬顯著偏暖期。由圖1（b）可以看出,什邡市50年平均氣溫經(jīng)歷了“兩頭高中間低”的變化,其中70年中后期到90年代中后期為持續(xù)偏低時期,在1976年最低15.2℃為有記錄以來的最低溫度,90年代后期開始到目前持續(xù)偏高時期,2006、2007年達到了17.4℃為近50年來最高溫度。

1.2 氣溫的變化年代際比較

以1959年、1960-1969年、1970-1979年、1980-1989年、1990-1999年、2000-2008年分別為20世紀50、60、70、80、90年代和21世紀初葉,根據(jù)1971-2000年氣溫標準30年序列整編資料統(tǒng)計出了不同年代年平均氣溫及距平見表1。

表1 什邡市不同年代平均氣溫及距平（℃）

統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)年代平均氣溫在20世紀80年代有下降趨勢,而從90年代氣溫距平開始呈上升趨勢,而21世紀以來有呈明顯加快上升的趨勢,21世紀已是本氣象站有資料以來年平均氣溫最高的時期,2006年、2007年達到了17.4℃,較1970-2000年標準30年年平均氣溫15.8℃高出1.6℃。

1.3 四季氣溫變化年代際比較

四季的劃分根據(jù)我國天文季節(jié)劃分標準[2],把3-5月定為春季 ,6-8月定為夏季,9-11月定為秋季,12-2月定為冬季。分別統(tǒng)計各年代四季氣溫變化情況及變化傾向率,結(jié)果見表2。

表2 什邡市四季平均氣溫（℃）及變化傾向率（℃/10a）

分析表明50年來平均氣溫在四季均有升溫趨勢,且存在顯著的季節(jié)差異,其中秋季最明顯（通過α=0.01的F檢驗）,其次為春季和冬季,夏季升溫趨勢不明顯;而四季平均氣溫在20世紀80年代（除秋季外）有明顯的下降,其中夏季平均氣溫下降幅度突出達-0.6℃,從90年代以來各季平均氣溫明顯上升,21世紀以來出現(xiàn)加速上升趨勢,傾向率秋季的最大為0.21℃/10a、春季次之達0.13℃/10a。

可看出,年平均氣溫的明顯升高是從1990年開始,21世紀以來有加速上升趨勢;反映在季節(jié)變化上秋季最明顯,次之春季和冬季,夏季最不明顯。

2 年最高氣溫、最低氣溫及年較差的變化趨勢

每年平均最高、最低氣溫值反映一個地區(qū)炎熱或寒冷狀態(tài)的指標,其差值即為氣溫年較差。隨著全球氣候變暖,氣溫年較差變化的研究已得到廣泛關(guān)注。其隨年份的變化趨勢,見圖2。

圖2 1959-2008年氣溫變化趨勢

從圖2（a）可以看出,年平均最高氣溫在1985年前后的變化趨勢有明顯的差異,1959-1985年呈下降趨勢,從最高21.1℃（1963年）下降到最低19.1℃（1984年）,26年平均值為20.1℃,傾向率達-0.5℃/10a。而1984-2008年呈上升趨勢,從最低19.1℃（1984年）上升到最高21.9℃（2006年）,25年平均為20.3℃,傾向率達0.88℃/10a,90年代后期升溫有加快趨勢。50年來平均最高氣溫整體呈上升趨勢,傾向率為0.11℃/10a。

從圖2（b）可以看出,年平均最低氣溫1986年前后的變化趨勢有明顯的差異,1959-1986年呈下降趨勢,從最高13.4℃（1960年）下降到最低12.2℃（1986年）,28年平均值為12.7℃,傾向率達-0.22℃/10a。而1986年到2008年呈上升趨勢,從最低12.2℃（1986年）上升到最高14.2℃（2007年）,23年平均為13.0℃,傾向率為達0.68℃/10a,90年代后期升溫呈加快趨勢。50年來平均最低氣溫整體呈上升趨勢,傾向率為0.13℃/10a（通過α=0605的F檢驗）。

從圖2（c）可以看出,氣溫的年較差50年來總體呈微弱下降趨勢,主要是年最高氣溫和最低氣溫的變化存在不對稱性,即年平均最低氣溫的上升趨勢大于年平均最高氣溫的上升趨勢,因而氣溫年較差有變小趨勢。從氣溫年較差變化趨勢和5年滑動平均趨勢圖可以看出氣溫年較差從20世紀60年代到70年代初相對較大,70年代中后期到90年代末年較差逐漸變小,21世紀初略有上升。年較差50年來整體呈微弱變小趨勢。

通過對四季最高、最低氣溫以及年較差統(tǒng)計得到各季節(jié)（年）的傾向率,見表3。

表3 各季（年）平均最高、最低氣溫（℃）和及季（年）較差變化的傾向率（℃/10a）

從表3可看出,四季平均最高氣溫的上升趨勢,春季＞秋季＞夏季,冬季呈下降趨勢（均未通過α=0.05的F檢驗）顯著性不明顯;而四季的平均最低氣溫均呈上升趨勢,冬季＞秋季＞春季＞夏季（其中秋冬季均通過了α=0.01的F檢驗）,季（年）較差存在明顯的季節(jié)差異,冬季呈明顯變小趨勢（通過了α=0.01的F檢驗）,而春季呈明顯變大趨勢,夏季和秋季變化不明顯。

3 年極端最高、最低氣溫的變化趨勢

進入20世紀90年代以來,伴隨全球極端高低溫事件的頻繁發(fā)生,極端高低溫事件的對社會和經(jīng)濟的影響已越顯突出,因此對溫度的研究不僅限于平均狀態(tài)的變趨勢上,要考慮對極端溫度的研究。年極端最高、最低氣溫的年際變化曲線如圖3所示。

圖3 年極端氣溫變化趨勢

從圖3（a）可看出,極端最高氣溫在1983年前后的變化趨勢有顯著差異,其前是降溫趨勢,從最高35.9℃（1966年）降到最低32.3℃（1983年）,26年平均值為34.2℃,傾向率達-0.4℃/10a;其后增溫趨勢顯著,從最低32.3℃（1983年）升到了最高37.6℃（2002年、2006年）,26年平均為34.6℃,傾向率達1.24℃/10a。近50年極端最高整體呈升高趨勢,傾向率達0.24℃/10a。從近50年極端最高氣溫變化趨勢圖上還可以看出,20世紀50年代末80年代初出現(xiàn)≥35.0℃為較少時期,大約間隔6-7年或4-5年,20世紀80年代初到90年代初為極端最高氣溫≥35.0℃的未發(fā)生時期,90年代中后期到目前出現(xiàn)≥35.0℃的為持續(xù)頻發(fā)期,頻率明顯加快,說明在全球變暖的背景下我市極端高溫事件的小概率事件顯著增加,極端最高氣溫不斷刷新,2003年和2006年已達37.6℃。通過近50年資料分析,極端最高氣溫≥35.0℃的出現(xiàn)時段在5-9月。從極端最高氣溫的季節(jié)變化趨勢看,夏、秋季節(jié)的傾向率分別為0.25℃/10a和0.31℃/10a,說明在夏、秋季節(jié)發(fā)生高溫天氣的幾率在增大。

從圖3（b）近50年極端最低氣溫變化趨勢圖上可以看出,最低氣溫近50年極端最高整體呈升高趨勢,傾向率達0.19℃/10a。20世紀50年代末到70年代中期因平均氣溫相對較高因此出現(xiàn)極端最低氣溫≤-4.0℃的時間較少,70年代后期到80年代中期氣溫較低出現(xiàn)極端最低氣溫≤-4.0℃的時間較多,80年代后期到目前特別是進入90年代以來隨著氣溫的顯著升高出現(xiàn)極端最低氣溫≤-4.0℃的時間顯著減少。從極端最低氣溫季節(jié)變化資料分析來看,冬季的傾向率為0.19℃/10a,在4個季節(jié)中最大,說明在冬季發(fā)生低溫天氣的幾率在減弱。

4 氣溫變化趨勢的突變分析

M-K是一種非參數(shù)統(tǒng)計檢驗方法[3]。其優(yōu)點是不需要樣本遵從一定的分布,也不受少數(shù)異常值的干擾,計算比較簡便,不需要設(shè)置人為突變點,可以明確突變開始時間和突變區(qū)域。

圖4給出了年、季節(jié)、年極端氣溫序列的M-K檢驗結(jié)果。

圖4 1959-2008年M-K檢驗

通過用M-K方法對氣溫序列進行突變檢驗,發(fā)現(xiàn)什邡年平均氣溫在21世紀初期（2003年）以及四季中秋季和冬季在1998年發(fā)生突變,均有明顯變暖突變,這與潘建華應(yīng)用M-K方法得出的“四川盆地秋季、冬季和全年平均氣溫在20世紀90年代后期趨于上升,有明顯的變暖氣候突變”[4]基本一致,但年平均氣溫的突變在2003年落后了5年左右,其他季節(jié)突變不明顯。對極端最高、最低溫度突變分析均有明顯變暖的氣候突變,分別出現(xiàn)在2000 年 、1992年 。

從氣溫序列的累計距平分析中發(fā)現(xiàn),年平均氣溫 、年平均最高氣溫 、年平均最低氣溫、四季平均氣溫（夏季除外）均從90年代中后期開始出現(xiàn)明顯的上升趨勢,21世紀初出現(xiàn)加速上升趨勢。

5 結(jié)論

（1）年平均氣溫以0.13℃/10a的趨勢變暖,50年平均上升了0.6℃到0.7℃,其中四季存在顯著差異,秋季變暖趨勢最明顯達0.21℃/10a,春季次之為0.13℃/10a,冬季為0.11℃/10a,夏季最不明顯。

（2）年平均最高氣溫、最低氣溫均呈上升趨勢,但年平均最低氣溫的上升趨勢大于年平均最高氣溫的上升趨勢,傾向率分別為0.11℃/10a、0.13℃/10a,在季節(jié)上除年平均最高氣溫冬季是成微弱下降外,其他季節(jié)的年平均最高氣溫、年平均最低氣溫、年平均氣溫均成上升趨勢。由于最高氣溫和最低氣溫的變化存在不對稱性,即年平均最低氣溫的上升趨勢大于年平均最高氣溫的上升趨勢,因而氣溫年較差有微弱變小趨勢。

（3）隨著全球變暖趨勢的加快,極端最高、最低氣溫整體均呈升高趨勢,傾向率分別達0.24℃/10a 0.19℃/10a。極端最高氣溫≥35.0℃的出現(xiàn)時段在5-9月。從極端最高氣溫的季節(jié)變化趨勢來看,夏、秋季節(jié)的傾向率分別為0.25℃/10a和0.31℃/10a,說明在夏、秋季節(jié)發(fā)生高溫天氣的幾率在增大。從極端最低氣溫季節(jié)變化來看,冬季的傾向率為0.19℃/10a,在4個季節(jié)中最大,說明在冬季發(fā)生低溫天氣的幾率在減弱。特別是進入90年代以來最為明顯。

（4）通過M-K檢驗結(jié)合累計距平分析,得出年平均氣溫在21世紀初期以及四季中秋季和冬季在1998年發(fā)生了突變,均有明顯變暖突變,而極端最高、最低溫度均有明顯變暖的氣候突變分別出現(xiàn)在2000年、1992年。

[1] IPCC report Climate Change 2001:The Scientific Basis[R].Cambridge:CambridgeUniversity Press,2001:140-165.

[2] 高國棟,陸渝蓉.氣候?qū)W[M].北京:氣象出版社,1990:238.

[3] 魏鳳英.現(xiàn)代氣候統(tǒng)計診斷與預(yù)測技術(shù)[M].北京:氣象出版社,1999:69-72.

[4] 潘建華.四川盆地氣溫的時空分布變化分析[J].四川氣象,2006,（2）.