基于多種統計方法分析重慶榮昌高溫氣候特征及變化趨勢

張新科 李家川 陳妍 吳漢

摘要：重慶榮昌高溫頻發，對當地社會經濟發展、水資源和生態環境造成嚴重威脅，深入研究該地區高溫氣候特征及未來變化趨勢具有重要的現實意義。本文利用氣候趨勢分析、Mann-kendall突變檢驗、小波分析以及R/S趨勢分析等多種統計方法對重慶榮昌高溫氣候特征及未來演變趨勢進行分析，結果顯示：1）20世紀90年代末榮昌進入顯著增暖時期，隨增暖速率加快，高溫日數呈明顯增多趨勢，尤其是40℃以上極端高溫日數急劇增加。2）榮昌氣溫存在約42年的“冷、暖”周期交替變化，目前處于偏暖周期，預計在2019—2030年期間，仍將處于偏暖周期，增溫速率將持續加快，極端高溫風險加劇；約至2030年以后，受氣候態偏冷周期影響，增溫速率可能會有所減緩，極端高溫風險亦隨之降低。

關鍵詞：高溫天氣；榮昌；Mann-kendall突變檢驗；小波分析；R/S趨勢分析

1資料來源

本文所用資料來自于重親榮昌國家氣象站1967-2017年實測的日最高氣溫和月平均氣溫資料。

2高溫天氣特征

1967—2017年榮昌平均氣溫呈現升溫趨勢，升溫速率為0.2℃/10a，尤其是90年代末，進入迅速增暖時期。通過多項式擬合來看，從20世紀60年代至今，重慶榮昌主要經歷了暖～冷～暖的階段性變化，60年代到70年代末處于偏暖期，80年代初到90代中期處于偏冷期，90年代后期以來又處于偏暖期。顯著增暖期開始于20世紀90年代后期，2000年以后平均氣溫距平幾乎全為正值，且呈現明顯增加趨勢。

1967—2017年期間榮昌35℃以上高溫日數達886d，平均為17.3d/a。60年代初到70年代末高溫日數偏多，80年代初到90代中期高溫日數顯著偏少且有下降趨勢，且90年代中期以前沒有出現40℃以上的極端高溫天氣。從20世紀90年代末開始，隨著氣溫不斷攀升，榮昌高溫日數呈顯著增加的趨勢，增加速率為5.2d/10a，尤其是40℃以上極端高溫日數急劇增加，1995年榮昌首次出現40℃以上的極端高溫。其中2006年高溫日數最多，35℃以上的高溫日數達54d，遠超于平均日數，37℃以上高溫日數34d，40℃以上的極端高溫日數多達13d，該年重慶出現百年不遇的高溫干旱，給經濟造成損失高達近百億元。

3高溫未來演變趨勢

Mann-Kendall突變檢驗結果表明，2010年為氣溫突變年。在1967—1977年間 >0，氣溫有增加趨勢；1978—1997年間， <0，氣溫有減小趨勢，1997—2010年間， >0，氣溫有增加趨勢。但在1967—2010年整個時段， ≤Uα，，序列始終在臨界直線內變化，說明在此期間平均氣溫增加或減小趨勢并不明顯。在2010年以后， >Uα，超過臨界直線，表明2010年以后重慶榮昌增溫趨勢顯著增加（圖1）。

圖2給出了1967—2017年重慶榮昌年平均氣溫距平morlet小波分析特征。結果顯示，小波變化能夠更加直觀的展現時間序列的多尺度、周期性特征（圖4a）。在1967-2017年間年榮昌平均氣溫經歷了“暖—冷—暖”三個時期變化，其中1990年為冷中心年，2010年為暖中心年，冷暖中年相差約20年。小波方差結果顯示（圖4b），主振蕩周期約為42a，其中

4a和8a左右振蕩周期相較于42a周期不明顯。根據42年周期預測，距離下一個偏冷周期有12年左右。即在2019～2030年間，仍處于偏暖周期，榮昌仍有持續增溫的趨勢，到2030年以后將進入下一個偏冷周期，可能會延緩增溫速率。

為了避免小波分析結果的片面性，同時利用R/S分析方法對重慶榮昌1967—2017年平均氣溫距平進行分析，并與小波分析結果比較。

R/S趨勢分析法可以用來分析時間序列的分形特征和長期記憶過程。其中，Hurst指數是對log（n）和log（R/S）進行最小二乘法回歸得到，其可衡量一個時間序列的統計相關性。當Hurst=0.5時，時間序列是標準的隨機游走，即未來的變化趨勢與過去趨勢無關。當0.5≤Hurst<1時，表明該時間序列是一個持久性趨勢增強的序列，即未來的變化趨勢與過去變化趨勢一致，hurst越接近1，則持續性越強。當0

如表1所示，目前平均氣溫處于加速增暖階段，平均氣溫距平序列的Hurst指數為0.853，說榮昌平均氣溫具有強持久性增加的趨勢，未來仍有持續增溫的趨勢。

綜上所述，可以預測在2019—2030年隨平均氣溫不斷攀升，高溫日數也呈現逐年增加趨勢，極端高溫風險加劇。至2030年以后，隨氣候態偏冷周期到來，氣溫增暖趨勢將會有所減緩，極端高溫風向亦隨之降低。

4.結論與討論

利用氣候趨勢分析、Mann-kendall突變檢驗、小波分析以及R/S趨勢分析等多種統計方法對重慶榮昌高溫日數及平均氣溫氣候變化特征分析，得到以下結論：

1）重慶榮昌從20世紀90年代末開始進入顯著增暖時期，高溫日數急劇增多，尤其是40℃以上極端高溫日數顯著增多。

2）榮昌氣溫存在約42年的“冷、暖”周期交替變化，目前處于偏暖周期。小波分析與R/S分析結果一直表明，在2019—2030年期間，仍將處于偏暖周期，增溫速率將持續加快，平均氣溫不斷攀升，高溫日數也呈現逐年增加趨勢，極端高溫風險加劇。至2030年以后，隨氣候態偏冷周期到來，增溫速率可能會有所減緩，極端高溫風險亦隨之降低。

值得思考的是，在全球變暖的氣候大背景下，隨城市化進程和經濟社會發展，極端高溫風險加劇趨勢不可避免，本文基于氣候態變化規律分析未來高溫趨勢具有一定的參考價值。但是重慶榮昌增暖速率和高溫風險加劇程度與全球增暖速率以及社會經濟發展具有很大關系，偏冷氣候態的到來對于增暖速率的延緩作用有多大效果還需進一步的研究分析，給出合理的量化結果。

參考文獻

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第一作者簡介：張新科（1989-）男，漢族，甘肅岷縣人，碩士研究生，助理工程師，從事氣象預報與服務工作。

（作者單位：重慶市榮昌區氣象局）