近62年吐魯番市氣溫變化趨勢及周期性分析

呂婷 葛歡歡 李京龍

摘 要：根據(jù)1952—2013年吐魯番國家基準(zhǔn)氣象站的氣象資料，采用線性回歸、Mann-Kendall檢驗方法、滑動t檢驗和Morlet復(fù)小波等方法分析吐魯番市近62年氣溫趨勢變化和周期變化。結(jié)果表明：吐魯番市近62年來氣溫呈上升趨勢，平均氣溫、年最高氣溫和年最低氣溫均呈上升趨勢，上升速率分別為0.39℃·（10a）-1、0.21℃·（10a）-1和0.65℃·（10a）-1，且突變發(fā)生在1996年、2002年和1985年。最低氣溫的上升對年平均氣溫的升高貢獻(xiàn)最大。吐魯番市年平均氣溫和傾向率最大的年最低氣溫具有30年主周期。研究結(jié)果可為吐魯番市應(yīng)對氣候變化和防災(zāi)減災(zāi)提供理論依據(jù)和參考。

關(guān)鍵詞：氣溫變化；季節(jié)變化；Mann-Kendall檢驗方法；Morlet復(fù)小波；吐魯番市

中圖分類號 P467 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2018）15-0162-03

Abstract：Based on the climatic data of daily air temperature from Turpan meteorological station during 1952-2013，several methods such as linear regression，trend analysis，Mann-Kendall test，moving t test and Morlet wavelet analysis are used to analyze the characteristics of temperature change in Turpan City since the last 62 years. The results show that： during the latest 62 years in Turpan，the temperature showed a rising trend，The annual temperature 、annual maximum temperature and the minimum temperature also had increasing trends，the increasing rate were 0.39℃·（10a）-1、0.21℃·（10a）-1 and 0.65℃·（10a）-1 respectively，the annual minimum temperature showed a more obvious effect on increasing of mean annual temperature. The annual average temperature and the minimum temperature who increasing rate are large have about 30a main cycle. The results can provide theoretical basis and reference for addressing climate change and preventing meteorlogical disasters in Turpan.

Key words：Temperature change；Seasonal change；Mann-kendall test；Morlet wavelet analysis；Turpan

全球氣候變暖已是毋庸置疑的事實，政府間氣候變化專門委員會（IPCC）第5次評估報告指出，1880—2012年全球地表平均溫度已升高0.85℃，2081—2100年將升高0.3～4.8℃[1-2]。近50年，中國年平均地表氣溫上升速率近0.25℃/10a，高于全球或半球同期平均增溫速率，在這種背景下，旱災(zāi)、暴雨洪澇等氣象災(zāi)害明顯增多，頻率增大，對社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、國家安全的影響日益增加，引起了社會各界的重視[3]。

吐魯番市位于新疆中東部，處于88°15′～91°55′E，42°11′～44°15′N，總面積約7×104km2。屬于典型的大陸性荒漠氣候，最高氣溫47.8℃，最低氣溫為-28℃，氣溫日較差、年較差大，年平均氣溫11～14℃，年降水量僅為6.9～25.2mm，是世界上最酷熱干燥的地區(qū)之一。為此，本文利用吐魯番氣象站的氣象數(shù)據(jù)，深入分析吐魯番市氣溫的變化特征，以期為吐魯番能合理利用氣候資源，為農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和社會發(fā)展提供參考依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

選取1952—2013年吐魯番氣象站平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫進(jìn)行統(tǒng)計分析。季節(jié)的劃分：3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季，12至次年的2月為冬季，統(tǒng)計出4個季節(jié)的平均值。本文主要采用線性回歸、5年滑動平均和距平使氣溫的變化趨勢和方向性明顯化，Mann-Kendall檢驗法、滑動t檢驗、Morlet復(fù)小波等方法對1952—2013年吐魯番氣溫的突變性、周期性進(jìn)行繪圖分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 平均氣溫變化

2.1.1 年平均氣溫變化 從圖1看出，年平均氣溫呈顯著曲折上升趨勢，最高值為16.15℃，出現(xiàn)于2002年；最低值為12.39℃，出現(xiàn)于1960年，相差3.76℃。線性擬合可知，62a來吐魯番平均氣溫的上升速率為0.39℃·（10a）-1，高于新疆[4]（0.32℃·（10a）-1）氣溫的上升速率。

2.1.2 年最高和最低氣溫變化 由圖2可知，年最高氣溫呈波動上升趨勢，上升速率為0.21℃·（10a）-1，低于年平均氣溫的上升速度。年最高氣溫與年平均氣溫的變化趨勢相似，20世紀(jì)50—60年呈上升趨勢，60—70年代中期呈下降趨勢，此后年最高溫呈持續(xù)波動上升趨勢。年最低氣溫呈顯著上升趨勢，上升速率為0.65℃·（10a）-1，高于年平均氣溫和年最高氣溫的上升速率，表明年最低氣溫的上升主要影響年平均氣溫的升高年最低氣溫在20世紀(jì)50—60年代呈下降趨勢，70年代至21世紀(jì)初呈大幅上升趨勢。

2.2 氣溫突變檢驗

2.2.1 年平均氣溫 通過對1952—2013年吐魯番市氣溫Mann-Kendall突變檢驗，可以明確吐魯番市平均氣溫的突變時間。由圖3可知，吐魯番市年平均氣溫UF曲線與UB曲線相交于1995年，超過了顯著性水平0.01臨界線，無法確定年平均氣溫突變時間。因此利用滑動t檢驗進(jìn)行進(jìn)一步檢測，當(dāng)N=5、7、9時同在1996年∣t∣達(dá)到最大（N=5時，∣t∣=4.825>t0.01=3.36；N=7時，∣t∣=3.255>t0.01=3.06； N=9時，∣t∣=3.658>t0.01=2.88），說明吐魯番市在1996年（p<0.01）發(fā)生了顯著的暖突變。

2.2.2 年最高和最低氣溫 如圖4所示，最高氣溫呈先上升后下降再上升的趨勢，UF與UB曲線相交于2002年，突變年為2002年（p<0.01），在2008年突破臨界線，在此時期后氣溫上升顯著。最低氣溫呈先下降后上升的趨勢，UF與UB曲線相交于1995年，處于0.01臨界線之外，最低氣溫的突變時間難以確定，因此利用滑動t檢驗對其進(jìn)行檢測（圖略）。當(dāng)滑動步長N=5、7、9時同在1985年∣t∣達(dá)到最大（N=5時，∣t∣=5.726>t0.001=5.04；N=7時，∣t∣=5.495>t0.001=4.32；N=9時，∣t∣=6.657>t0.001=3.92），表明年最低氣溫在1985年（p<0.01）發(fā)生了突變。

2.3 周期檢測 利用Morlet復(fù)小波的方法對年平均氣溫和傾向率最大的年最低氣溫進(jìn)行周期分析。由圖5可知，年平均氣溫存在30年、18年、11年左右的準(zhǔn)周期，30年貫穿整個研究區(qū)，為第1主周期。18年為第2主周期，11年的震蕩周期不明顯。年最低氣溫存在30年、19年、10年左右的周期，30年為第1主周期，震蕩強烈，貫穿整個研究區(qū)，19年震蕩也較為明顯，為第2主周期，10年為第3主周期。

吐魯番市近62年，平均氣溫、年最高氣溫和最低氣溫均呈上升趨勢，上升速率分別為0.39℃·（10a）-1、0.21℃·（10a）-1和0.65℃·（10a）-1，年最低氣溫的上升速率均高于年最高氣溫和年平均氣溫，表明年最低氣溫是年平均氣溫的上升主要原因之一。

突變分析表明，年平均氣溫的突變發(fā)生在1996年，年最高氣溫和最低氣溫的突變時間發(fā)生在2002年和1985年。

采用Morlet小波對吐魯番市年平均氣溫和上升速率最大的年最低氣溫進(jìn)行周期檢測，30年是其共有的主周期。

參考文獻(xiàn)

[1]沈永平，王國亞.IPCC第一工作組第五次評估報告對全球氣候變化認(rèn)知的最新科學(xué)要點[J].冰川凍土，2013，35（5）：1068-1076.

[2]秦大河，Stocker T，259名作者和TSU（駐尼泊爾和北京）.IPCC第五次評估報告第一工作組報告的亮點結(jié)論[J].氣候變化研究進(jìn)展，2014，10（1）：1-6.

[3]翟盤茂，章國材.氣候變化與氣象災(zāi)害[J].科技導(dǎo)報（北京），2004（7）：11-14.

[4]熱孜宛古麗·買買提依明，楊建軍，劉永強，等.新疆近54年氣溫和降水變化特征[J].水土保持研究，2016，23（2）：128-133.

（責(zé)編：張宏民）