1966～2016年黃驊市氣溫變化趨勢分析與預測

楊國慶，孫萌萌，王佳真

（河北省黃驊市氣象局，河北 黃驊 061100）

近年來，氣候變化成為人類社會關心的主要問題之一，氣溫是其中最主要的氣候因子，其變化及其趨勢給人類生產生活帶來的影響最為明顯和直接。華北平原是我國氣溫變化幅度較大的地區之一，其氣溫在50 a間上升了約1.1℃，氣候傾向率約為0.22℃/10 a。但此類研究主要是在大范圍內進行的，而對當地主要糧食、經濟作物生產區域的小范圍溫度研究相對缺乏。黃驊地處華北平原東部、渤海灣西岸，傳統種植業以小麥、玉米為主，特色作物冬棗種植規模、效益較大，被譽為“中國冬棗之鄉”。溫度變化對該地區農業生產影響巨大，因此，深入研究分析當地溫度變化趨勢具有重要的現實意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選取黃驊國家基本氣象觀測站1966～2016年的氣象數據作為研究對象。數據由黃驊市氣象局提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 滑動平均與距平法 計算1966～2016年溫度5 a滑動平均值，擬合一元線性方程。

1.2.2 R/S分析法 R/S分析法又稱重標度分析法，屬于非參數分析法，目前廣泛用于自然界、金融界等各領域。當H＝0.5時，氣候過程獨立、氣候變化隨機；當0.5＜H＜1時，氣候變化具有持續性，未來趨勢仍將繼續且H值越接近1，持續越強；當0≤H＜0.5時，氣候變化具有時間相關性，但趨勢相反。

1.2.3 突變特征分析 突變特征分析采用M-K檢驗方法，通過計算繪出UF和UB曲線，若UF（UB）＞0時，序列呈上升趨勢，反之呈下降趨勢。在給定顯著性水平a＝0.05時，則UF和UB的臨界值為±1.96。當其超過臨界直線時，表明上升或下降趨勢明顯；若UF和UB曲線相交時，且交點在臨界直線之間，那么交點對應的時刻就是突變開始的時刻。

2 結果與分析

2.1 年平均氣溫變化分析

通過計算1966～2016年黃驊市5 a滑動平均值，利用最小二乘法擬合一元線性方程Y＝0.039 8x＋11.636。氣溫呈持續上升態勢發展（圖1）。51 a間黃驊市平均氣溫為12.7℃，且呈現出上升趨勢，氣溫變化速率為0.398℃/10 a，高于華北地區平均增幅（0.250℃/10 a）。通過歷年氣溫距平分析顯示，該市年平均氣溫變化分為偏冷階段（1966～1993年） 和增溫階段（1993～2016年）2個時期。其中，偏冷階段氣溫負距平頻率為85.7%，僅1989年距平在+0.2℃以上；20世紀90年代后該市氣溫開始升高，1997～2009年為增溫明顯階段，2010～2013年經歷短暫低溫期后，2014年起又進入顯著增溫期，目前階段年平均氣溫持續在全系列最高位附近。

圖1 1966～2016年黃驊市年平均溫度（a） 和年平均溫度距平（b）Fig.1 Annual average temperature(a)and annual average temperature anomaly(b)in Huanghua from 1966 to 2016

2.2 四季平均氣溫變化分析

1966～2016年黃驊市四季平均氣溫均值分別為13.3、25.8、13.5和1.9℃，均呈現上升趨勢，升溫速率分別為0.448℃/10 a、0.228℃/10 a、0.339℃/10 a和0.609℃/10 a，冬季升溫速率明顯高于其他季節，變暖趨勢十分顯著（圖2）。4個季節平均氣溫均呈現震蕩上升趨勢，其中，冬季振幅最大，夏季最小；4個季節的氣溫均在1990年后由負距平較多向正距平較多趨勢發展，2012年前后出現1次小低谷，目前又處于高峰階段（圖3）。

2.3 RS分析

通過對1966～2016年黃驊市51 a間Hurst指數分析可知，H＝0.904 5，決定系數R2＝0.974 5（圖4）。數據表明，黃驊市平均氣溫與時間序列具有明顯趨勢性和長期相關性，且該趨勢具有很強的持續性，未來該市的平均氣溫變化與過去的變化一致，即未來一段時間氣溫仍將繼續呈上升趨勢。

2.4 突變特征分析（MK檢驗）

利用黃驊51 a平均氣溫數據及其逆序列，分別計算并繪出UF和UB曲線（圖5）。1966～1977年黃驊平均氣溫呈緩慢下降趨勢，之后均呈上升趨勢，且上升趨勢愈來愈明顯，至20世紀90年代中后期該上升趨勢連續通過置信度95%和置信度99%的顯著性檢驗，表明黃驊年平均氣溫上升趨勢十分顯著。根據UF與UB曲線交點位置，該市氣溫上升是突變現象，突變年份在1991年。

3 結論與建議

通過對1966～2016年黃驊市的氣溫變化趨勢進行分析，得到以下結論：（1）1966～2016年黃驊市年平均氣溫的氣候變化率為0.398℃/10 a，高于華北地區平均增溫幅度。該市年平均氣溫變化趨勢分為偏冷階段（1966～1993年） 和偏暖階段（1994～2016年） 2個階段，且在偏暖階段中2010～2013年出現了短暫的低溫期。（2）1966～2016年黃驊市四季平均溫度均呈震蕩上升趨勢，其中，冬季升溫速率最大，對年平均氣溫上升貢獻最大。（3）運用RS分析顯示，未來黃驊市氣溫仍然呈繼續上升趨勢。MK檢驗亦驗證了這一上升趨勢，且發生這一突變的年份為1991年。

圖2 1966～2016年黃驊市四季的平均氣溫變化Fig.2 Changes of average temperature of four seasons in Huanghua from 1966 to 2016

圖3 1966～2016年黃驊市四季平均氣溫距平的變化趨勢Fig.3 Change trends of average temperature anomalies of four seasons in Huanghua from 1966 to 2016

圖4 1966～2016年黃驊市平均氣溫的Hurst指數Fig.4 Hurst index of average temperature in Huanghua from 1966 to 2016

圖5 1966～2016年黃驊市平均氣溫的MK突變檢驗曲線Fig.5 MK test curve of average temperature in Huanghua from 1966 to 2016

黃驊市氣溫將會持續升高的發展趨勢，一方面，提高了該地區的有效積溫，作物生長期延長，種植范圍相應擴大，對當地的農業生產產生積極影響；另一方面，氣溫的升高將進一步加大農田蒸發量，對該地區的農業生產造成直接影響；冬季升溫加快了病蟲害的發生概率；春季高溫易引發旱情，對當地的主要經濟作物冬棗生產造成不利影響。在實際生產過程中，根據氣候變化趨勢，細化完善農業氣候區劃，適時調節作物生育期和種植結構；引進良種；加強農田水利設施建設，大力推廣農業節水種植和管理技術。