連云港市47年氣溫時空分布特征

孫克渠，張瑞光，許嫻，李筠，馬培明，黃晨陽

(1.連云港海洋環境監測站，江蘇 連云港 222042;2.江蘇省連云港氣象局，江蘇 連云港 2220063.佘山海洋環境監測站，上海 200120;)

近年來，隨著科技的迅速發展，人類活動對自然環境的影響也愈發顯著，從而引起了氣候的異常變化。例如，全球氣候變暖，氣溫升高，進而導致災害性天氣增多，嚴重影響了人類生活。在對自然環境的研究中，有關氣候變暖的研究，特別是對未來氣候變化趨勢的研究是當今的熱點之一。現在的氣候研究中，有關全球或者省級范圍的比較常見，但是具體到某個市縣特有的氣候研究方面，就顯得比較單薄，甚至是空白。豐富中小地域的氣候研究是整個氣候研究領域不可或缺的重要組成部分。

連云港地處南北氣候過渡帶，鄰近黃海，氣候有其自身的特點，專門針對連云港氣候的相關研究不是很多。楊紅梅等［1］用趨勢系數法和滑動t檢驗法對連云港氣溫進行了研究。ZHANG等［2］用Mann-Kendll(M-K)檢驗法、線性趨勢分析、Morlet小波分析等方法，對連云港市日照時數進行了研究。任曙霞等［3］采用線性趨勢法和累積距平法對連云港地區的霜凍情況進行了研究。蘇瑛等［4］用氣候統計學方法對連云港市近50年的暴雨歷史特征進行了研究。這些研究從不同方面探討了連云港地區的氣候特點，豐富了連云港地區的氣候研究成果，但還不足以完全揭示該地區的氣候變化特點，特別是有關氣溫方面的研究還不夠深入。本文綜合運用小波理論和M-K等方法對連云港地區的氣溫進行研究，以利于加深對該地區的氣候狀況的認識和理解，為進行未來氣候變化研究提供科學依據。

1 觀測數據

本文為研究連云港市范圍內的氣溫變化規律，選取了能代表該市氣溫變化的7個地面氣象觀測站點，從南到北依次為灌南站、燕尾港站、灌云站、連云港站、西連島站、東海站和贛榆站，利用了自1960—2006年共47年的逐月平均氣溫資料(其中燕尾港站氣溫資料為1974—2006年)。

2 連云港市地面氣溫的特征分析

2.1 年氣溫基本特征

對連云港市7個地面氣象觀測站1960—2006年逐年平均氣溫進行分析，得到該地區氣溫冷暖狀況的年際分布特征。由各站資料可以繪出各站年均氣溫逐年的變化趨勢，由該趨勢圖(略)可以看出各站的年氣溫走勢基本一致，各個特征值的相位也基本一致。基本特征為該地區年氣溫從20世紀80年代開始有逐年變暖的趨勢，60～70年代年氣溫基本穩定，見表1。

表1 連云港市各年代平均氣溫分布表(℃)Table 1 Average air temperature distribution table of Lianyungang city(℃)

從上述的分析中，可以看出贛榆站歷年氣溫在全市是最低的，西連島站年氣溫在1998年以前都是最高的(1960及1961年除外)，1998年以后只比連云港站低。這是由于連云港站原位于市郊，隨著近幾十年城市化的發展，該站周圍環境發生了巨大變化，四周房屋林立，其熱島效應日益顯著，從而使連云港站年氣溫的增溫趨勢更加明顯。還可以看到，年氣溫在空間分布上還呈現南高北低，例如最北面的贛榆站和最南面的灌南站，氣溫平均相差約為0.4℃;同時也呈現東高西低，例如東面的西連島站和西面的東海站，氣溫平均相差約為0.7℃。20世紀80～90年代，連云港地區升溫較為顯著，全市平均達0.7℃，這與全球升溫背景相一致。

表2給出了年氣溫標準差，可知連云港站和贛榆站年氣溫波動大，特別是連云港站標準差最大，這是由于該站周圍環境變化最大，從市郊變為市區，受人類活動影響最大;其他站的標準差接近，年氣溫波動程度接近。

表2 連云港市年氣溫標準差分布表(℃)Table 2 Annual distribution table of air temperature standard deviation in Lianyungang city

2.2 年氣溫周期分布特征

在周期分析方法中，小波分析具有周期多尺度分析功能［5－11］。為了更好地分析連云港市年氣溫振蕩規律和局部特征，我們選用了Morlet小波分析法對該市年氣溫進行了分析研究。由于該市各站年氣溫波動程度和相位基本一致，因此其周期的分布特征也基本一致，這樣我們只分析該市年氣溫均值的周期分布特征，結果見圖1。通過分析，我們發現:(1)連云港年均氣溫存在18～22年、4～6年及2年左右的振蕩周期，其中以18～22年周期最為顯著;(2)最近10年4～6年周期震蕩有所弱化，而隨機震蕩有所加強。

圖1 連云港市年氣溫序列Morlet小波分析圖Fig.1 Morlet wavelet analysis of annual air temperature series of Lianyungang

2.3 年氣溫突變分布特征

在氣候突變檢測中經常用到M-K法和累計距平法(CA)［12］，這兩種方法各有利弊。氣候系統的突變現象首先表示在氣溫均值上的變化，而近幾十年來，全球氣候變暖，表現為氣溫均值不斷上移。因此對連云港市年氣溫進行突變分析，能很好地反映出該地區的氣候突變情況。與周期分析同樣原因，我們只對該市年氣溫平均值進行分析。首先是用M-K突變檢驗法進行檢驗，結果見圖2。

圖2 連云港市年氣溫距平及M-K突變檢驗圖Fig.2 Lianyungang annual air temperature departure value and M-K mutation test

圖3 連云港市年氣溫距平及累積距平曲線圖Fig.3 Lianyungang annual temperature departure value and accumulative anomaly curve

圖2中的C1、C2為M-K檢驗法中的統計量隨時間的變化曲線，清晰地顯示出近40年來連云港地區的年氣溫具有顯著的增暖趨勢。曲線C1和C2的交叉點位于信度線之內的1990年和1993年，而CA法結果(圖3)顯示，在1993年為最低轉折點，兩種方法綜合可以判斷1993年為年氣溫序列的突變點。通過該突變點，即1993年，連云港年氣溫由冷轉暖。

2.4 季節分布基本特征

氣溫的季節分布是氣溫研究的重要部分，季節的分布特征是氣溫內部結構的表現。由各站資料繪制的各站各季平均氣溫歷年走勢圖(略)可以看出，在相同的季節里各站氣溫走勢基本一致，波動方向保持同步，這就表明有相同的周期結構。由于周圍環境的不同，使各站在每季的氣溫變化各有不同。西連島站周圍為水體，在氣溫變化上比較滯后，秋冬季因為水溫高于氣溫，使得西連島站氣溫最高;反之，春夏季西連島站氣溫又最低。

由資料計算得出的各站各個季節氣溫的標準差見表3，可以看出冬季各站氣溫變動差異要大于其他季節，春夏秋三季氣溫變動差異比較接近。而在地理分布上以連云港站氣溫變動為最大，這與本文2.1中分析結果一樣，其原因也一樣，即城市化帶來的效應。

表3 連云港市各站季節氣溫標準差(℃)Table 3 Standard deviation of air temperature of each season in Lianyungang city(℃)

2.5 季節分布周期特征

由于各站在同季中氣溫變動趨勢和相位很接近，因此主要在每一季中以全市的平均氣溫為分析對象來探討該地區各站在各個季節中氣溫的周期分布特征，見圖4～7。

圖4 連云港市春季氣溫小波分析圖Fig.4 Wavelet analysis of Lianyungang spring air temperature

圖5 連云港市夏季氣溫小波分析圖Fig.5 Wavelet analysis of Lianyungang summer air temperature

由圖中可以看出:(1)春季氣溫21年和6年左右周期震蕩明顯，貫穿整個時間段;4年周期存在于1978－1994年期間;還有11年左右的周期出現在1975年，并一直持續到現在，只是強度較弱。(2)夏季氣溫15年、6年和2年周期震蕩明顯，貫穿整個時間段;10年周期出現于1980年，并一直持續到現在，力度較弱。(3)秋季氣溫21年和5～6年周期明顯，貫穿整個時間段。(4)冬季氣溫20－21年周期最為明顯，貫穿整個時間段;12年周期出現于1988年，并持續到現在;6～7年周期存在于1960—1980年;3年周期存在于1995—2003年，力度很弱。

圖6 連云港市秋季氣溫小波分析圖Fig.6 Wavelet analysis of Lianyungang autumn air temperature

圖7 連云港市冬季氣溫小波分析圖Fig.7 Wavelet analysis of Lianyungang winter air temperature

2.6 季節分布的突變分析

同樣，用M-K法和CA法分析連云港地區各季氣溫序列(圖略)，得出春季氣溫的突變點在1996年，夏季氣溫沒有突變，秋季氣溫的突變點在1996年，冬季氣溫的突變在1986年。這說明現在的氣候變暖主要表現在春秋冬季平均氣溫的升高，而夏季平均氣溫沒有什么變化。

也可以計算出連云港市各季的氣候傾向率，見表4。冬季氣候傾向率最大，達0.42，即平均每10年，冬季氣溫上升了0.42℃，春秋季次之，而夏季氣候傾向率為－0.01，這樣的數值考慮到誤差，可以忽略不計。那么，如同上一節分析的那樣，連云港地區近幾十年來的氣候變暖主要表現在冬季升溫上面，春秋季也有所貢獻，而夏季對氣候變暖沒有貢獻。

表4 連云港市四季氣候傾向率Table 4 Seasonal climate tendency of Lianyungang city

3 結論

在近幾十年全球氣候變暖的背景下，連云港市的氣候變化也與此相一致，通過以上對連云港市區域內的各氣象站氣溫資料的分析，得出了連云港地區氣候變暖的具體時空分步特征。主要結論如下:

(1)年氣溫從20世紀80年代開始有逐年變暖的趨勢，60～70年代年氣溫基本穩定;年氣溫在空間分布上呈現南高北低，東高西低;年平均氣溫存在18～22年、4～6年及2年左右的振蕩周期，其中以18～22年為周期最為顯著;1993年為年氣溫序列的突變點。

(2)在相同的季節里各站氣溫走勢基本一致，波動方向保持同步，冬秋季西連島氣溫最高，春夏季西連島氣溫又最低。

(3)春季氣溫有21年和6年的周期;夏季氣溫有15年、6年和2年的周期;秋季氣溫有21年和5～6年的周期;冬季氣溫有20～21年的周期，該周均最為明顯，貫穿整個時間段。

(4)春季氣溫的突變點在1996年，夏季氣溫沒有突變，秋季氣溫的突變點在1996年，冬季氣溫的突變在1986年。在氣候變暖的貢獻上，冬季最大，春秋季次之，而夏季對增溫沒有貢獻和影響。

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