杭州地面和高空850 hPa氣溫變化特征

陳 健 任俊梅 蔡曉芬

(1.武義縣氣象局，浙江武義321200;2.浙江省氣象局，浙江 杭州310002)

0 引言

當全球地面增暖得到廣泛證實后，人們把氣溫變化趨勢的研究延伸到整個大氣層［1－2］。因為高空大氣是氣候系統的重要組成部分，確定高空氣象要素的變化成為氣候變化研究不可或缺的基礎。Ross等［3］研究了北半球45°N ～75°N 之間不同區域1973—1993年地面和高空氣溫變化趨勢，發現地面氣溫變化趨勢大的區域其地面至500hPa高空各等壓面層氣溫變化趨勢也大，并且氣溫變化趨勢隨著高度的增加而減小。

長江三角洲地處東亞季風區，是我國東部經濟最發達，城市最集中，人口密度最大，城市化進程最快的地區。過去47 a(1949—2005年)和25 a(1981—2005年)期間，由于受城市化的影響長江三角洲年均氣溫、年均最高和最低氣溫都顯著增加，增溫率都是冬季和春季較高，夏季最低［4］。

對于長三角地區地面氣溫變化的研究相對較多，相比之下，目前關于長江三角地區高空氣溫變化的研究尚不多，為此本文根據杭州站近34 a(1979—2012年)地面和850 hPa的月平均氣溫資料，詳細分析了杭州站兩個層次上四季平均氣溫的時間演變特征。

1 資料方法和介紹

選取長三角地區杭州站近34 a(1979—2012年)地面和850 hPa等壓面上月平均氣溫資料，對杭州站這兩個層次近34 a的四季平均氣溫進行分析。文中分別以4、7、10和1月表示春、夏、秋、和冬季。

文中使用的統計方法主要有:線性回歸、Morlet小波分析和Mann-Kendall突變檢驗等［5］。

2 杭州地面和高空850 hPa氣溫變化趨勢

為了解杭州站近34 a來地面和高空850 hPa平均氣溫線性變化趨勢。首先利用線性回歸方法，分析近34 a來這兩個層次各季節平均氣溫的線性變化趨勢。

表1給出了近34 a杭州(地面、850 hPa)四季平均氣溫線性變化趨勢。由表1可見，杭州四季氣溫的年際變化率，除冬季850 hPa外都為正，其中春季地面和850 hPa增溫最為明顯。地面上增溫速率春季0.81℃/10 a，夏季、秋季次之冬季最差。850 hPa上增溫速率春季0.26℃/10 a，夏季、秋季次之冬季降溫。說明地面和高空850 hPa氣溫升高的步調基本一致，在春季表現得最為明顯。相關分析表明，在杭州地面上年際平均氣溫變化趨勢春季和秋季極顯著、夏季顯著，在850 hPa上春季顯著。

表1 杭州近34 a增溫速率(℃/10 a)及顯著性檢驗

2.1 杭州春季、夏季平均氣溫變化

線性回歸方法計算表明，近34 a，杭州地面和850 hPa上的平均氣溫在春季和夏季總體上是呈上升趨勢的，且上升趨勢比較明顯。在春季和夏季中杭州站點上地面平均氣溫增加的幅度比850 hPa平均氣溫增加的幅度大。杭州平均氣溫的變化趨勢在地面和850 hPa上除冬季外都比較相似，兩者具有相似的年際變化，說明杭州氣溫的空間變化具有較強的一致性。(圖1)。此外，杭州秋季的氣溫變化趨勢與春季、夏季的氣溫變化趨勢相似(圖略)。

2.2 杭州四季兩個層次平均氣溫變化趨勢

由圖1、表1可以得出:近34 a來，除冬季850 hPa略有降低，每10 a降低0.26℃外，杭州四季地面和850 hPa平均氣溫大都是增加的，且地面增溫更明顯。在地面上，春季近34 a平均氣溫增加的幅度為0.81℃/10 a，夏季近34 a平均氣溫增加的幅度為0.69℃/10 a，秋季近34 a平均氣溫增加的幅度為0.59℃/10 a，冬季近34 a平均氣溫增加的幅度為0.10℃/10 a。在850 hPa上平均氣溫春季、夏季、秋季為增加，冬季為降低，春季近34 a平均氣溫增加的幅度為0.26℃/10 a，夏季近34 a平均氣溫增加的幅度0.16℃/10 a，秋季近34 a平均氣溫增加的幅度為0.04℃/10 a。由此可得出近34 a地面平均氣溫可能由于受城市化的影響而增大的趨勢加大，而高空平均氣溫同樣受到城市化的影響但相比于地面影響較小。

圖1 杭州春季(a)、夏季(b)地面1.5 m和850 hPa平均氣溫年際變化

3 杭州地面、850 hPa氣溫的時空演變特征

以下采用morlet小波分析了杭州四季平均氣溫在不同高度上的多尺度變化特征。

3.1 杭州地面、850 hPa小波分析

分析1979—2012年期間杭州春季地面、850 hPa平均氣溫小波系數實部和小波方差圖(圖2)，通過morlet小波分析可以將氣溫場的顯著周期及其變量定量化。在整個分析時段平均氣溫在地面和850 hPa都普遍具有7 a左右的顯著振蕩周期。在杭州春季整個分析時段平均氣溫在地面和850 hPa的顯著震蕩周期相似。說明杭州地面氣溫變化趨勢和高空氣溫變化趨勢兩者間也具有較強的一致性。此外，杭州夏季、秋季、冬季平均氣溫在地面和850 hPa上顯著震蕩周期的對比與春季情況相似(圖略)。

圖2 杭州春季地面1.5 m(a)、850 hPa(b)小波分析

3.2 杭州各季地面和850 hPa小波分析

分別對1979—2012年期間杭州的地面和850 hPa兩個層次春、夏、秋、冬4個代表月份的月平均氣溫進行Morlet小波分析(表2)。春季:杭州地面和850 hPa都存在7 a振蕩周期。夏季:杭州地面和850 hPa都存在3 a震蕩周期。秋季:杭州地面存在11 a振蕩周期，850 hPa存在10 a振蕩周期。冬季:杭州地面和850 hPa都存在4 a震蕩周期。總結得出杭州地面和850 hPa秋季周期最長，春季、冬季次之，夏季最短。由此說明了長三角地區地面和850 hPa相互的耦合性。

表2 杭州地面和850 hPa小波分析

4 杭州四季平均氣溫的突變檢驗

由圖3a可見，自1996—2012年，杭州春季地面平均氣溫有一明顯的增暖趨勢。1999年后這種增暖趨勢已超過顯著性水平0.05臨界線，2009年甚至達到0.001顯著性水平，表明杭州春季地面平均氣溫的上升趨勢明顯。根據UF和UB曲線交點的位置，確定杭州春季地面平均氣溫在1996年的增暖是一突變現象。在850 hPa杭州春季平均氣溫的Mann-Kendall檢驗曲線(圖3b)上，自1999—2012年杭州春季850 hPa平均氣溫有增暖的趨勢，由其UB與UF曲線交點的位置，斷定變暖在1997年后發生了突變。比較杭州春季地面和850 hPa平均氣溫增暖趨勢，地面平均氣溫增暖趨勢更為顯著。

圖3 1979—2012年杭州春季地面(a)、850hPa(b)平均氣溫Mann-Kendall檢驗線

表3列出了杭州地面與850 hPa四季的Mann-Kendell檢驗的結果，杭州春季、夏季、冬季的地面氣溫是在80年代后變暖的，秋季的地面氣溫是在90年代后變暖的。春季、夏季和秋季升溫顯著，且都存在突變現象。其中春季、夏季和秋季突變開始時間均在90年代后。杭州850 hPa春季和夏季存在變暖的趨勢，秋季和冬季氣溫變化趨勢表現得較為穩定，其中春季和夏季存在突變年份。薛德強等［2］曾研究過近 40 a(1961—2000年)來，中國年平均氣溫變化趨勢，自地面至700 hPa，絕大部分地區氣溫上升，尤其是地面，而西南地區有降溫趨勢。

表3 杭州地面與850 hPa各個季節的Mann-Kendell檢驗

5 結語

本文根據杭州站近34 a(1979—2012年)地面和850 hPa的月平均氣溫資料，分別討論了杭州站兩個層次四季平均氣溫的時空演變特征。

1)杭州地面和850 hPa高空，氣溫變化的趨勢在時間分布上具有一致性。表明杭州地區近34 a來地面和850 hPa高空，氣溫變化的步調是基本一致的。其中春、夏、秋一致性較強，冬季較弱。春季增溫最強，夏季、秋季次之，冬季最差。

2)杭州地面和850 hPa高空，近34 a平均氣溫變化總體為上升趨勢，而且地面氣溫上升趨勢明顯大于高空850 hPa。可能由于城市化進程的影響，地面氣溫變化趨勢加大，而在對流層下層越遠離地面的高空這種影響表現得就越不明顯。

3)杭州四季平均氣溫變化具有明顯的多尺度變化特征。杭州在地面、850 hPa兩個層次上，同一季節的周期值相似。其中杭州地面和850 hPa秋季周期最長，春季、冬季次之，夏季最短。

4)杭州地面上的氣溫普遍在80—90年代開始變暖，且每個季節都存在突變年份，850 hPa上也存在變暖現象但不是每個季節都存在突變年份，突變在80年代末和90年代末。

［1］ 翟盤茂，郭艷君.高空大氣溫度變化研究［J］.氣候變化研究進展，2006，2(5):228 －232.

［2］ 薛德強，談哲敏，龔佃利，等.近40年中國高空溫度變化的初步分析［J］.高原氣象，2007，26(1):141 －149.

［3］ Ross R J，Otterman J，Starr D，et al.Regional t rends of surface and tropospheric temperature and evening－morning temperature difference in northern latitudes:1973—1993.Geophys Res Lett［J］.1996，23(22):3179 － 3182.

［4］ 崔林麗，史軍，楊引明，等.長江三角洲氣溫變化特征及城市化影響［J］.地理研究，2008，27(4):775 －786.

［5］ 魏鳳英.現代氣候統計診斷與預測技術［M］.北京:氣象出版社.1999:296.