成都市氣溫和降水變化特性研究

賀繼偉

摘要：利用成都市的國家9個氣象站觀測1960-2017年的氣溫和降水資料，采用線性回歸分析，趨勢線分析、累積距平統(tǒng)計量與信噪比檢驗方法，對58年來的氣溫和降水變化進行特性分析。結果表明：成都市年平均氣溫呈現(xiàn)逐年增加的趨勢，降水量都出現(xiàn)逐年減小的趨勢，不考慮量綱差異，其降低速率具有反向相關性，大致年平均氣溫每升高1℃，年降水量減少14mm。四季氣溫均呈現(xiàn)穩(wěn)步上升趨勢，其中春、秋兩季氣溫升高顯著，四季降水量變化表現(xiàn)為冬季降水量有所增加，夏、秋兩季降水量有所減小。

Abstract： The temperature and precipitation data from 1960 to 2017 were observed by nine national weather stations in Chengdu. The characteristics of temperature and precipitation changes in the past 58 years were analyzed by using linear regression analysis， trend line analysis， cumulative anomaly statistics and signal-to-noise ratio test methods. The results showed that the annual average temperature of Chengdu showed a trend of increasing year by year， and the precipitation showed a trend of decreasing year by year. Regardless of the dimensional difference， the decreasing rate was inversely correlated， and the approximate annual average temperature decreased by 14mm for every 1℃ increase. The temperature in all four seasons showed a steady trend of rise， in which the temperature in spring and autumn increased significantly， and the change of precipitation in four seasons showed an increase in winter and a decrease in summer and autumn.

關鍵詞：氣溫;降水;季節(jié)變化;年際變化

Key words： temperature;precipitation;seasonal changes;interannual variability

中圖分類號：P333 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）25-0194-04

1 ?研究背景

成都位于四川省中部，四川盆地西部，全市總面積達到1.4萬平方公里，耕地面積近700萬畝。因成都市位于中國地形上的第二階梯，海拔變化較大，大多數(shù)區(qū)域在1000-3000米之間。全市地勢差異較為明顯，整體呈現(xiàn)為西北高，東南低的特點。成都市地形地貌復雜，氣候類型多變，雨量較為充沛，河網(wǎng)密度大且水質優(yōu)良，能夠滿足成都市人民生產和生活用水，充沛的水源為農業(yè)及工業(yè)的發(fā)展帶來很多的便利[1-4]。隨著全球氣候變暖及極端天氣的增多，探究成都市的氣溫和降水量是否有與全球氣候變暖趨勢一致這一問題，對社會生產和經(jīng)濟建設都有著及其重要的意義。

本文以來自空間離散分布的氣象臺站的氣候數(shù)據(jù)資料，研究了了成都地區(qū)氣候條件隨時間發(fā)生的變化。單獨采用時間序列分析具有局限性，因此本文利用9個站點的氣象觀測數(shù)據(jù)成都地區(qū)的氣候時空變化特性進行研究，以多年來的降雨量和溫度變化，嘗試對氣象觀測數(shù)據(jù)進行分析，探索成都市地表氣象數(shù)據(jù)的變化特征，實現(xiàn)對未來社會生產和生活及經(jīng)濟活動提供科學的氣象和降水依據(jù)。

2 ?數(shù)據(jù)來源和研究方法

2.1 資料來源

2.1.1 研究區(qū)概況

成都市位于中國四川中部地區(qū)（30°05′～31°26′， 102°54′～104°53′），地勢特征極為復雜，平均海拔在2000米左右，氣候類型多樣，雨量充足，但由于其獨特的地勢特點，境內氣候和降水影響因素很多，其地理環(huán)境因素對氣候和降雨有很明顯的影響。

2.1.2 數(shù)據(jù)來源

文中所有數(shù)據(jù)均來源于中國氣象數(shù)據(jù)共享服務網(wǎng)地面氣候資料日值數(shù)據(jù)，根據(jù)時間序列的連續(xù)性及長時段性等標準，為了確保站點信息氣溫和降水變化趨勢的一致性，經(jīng)過分析后剔除部分數(shù)據(jù)缺失較多或年限過短的站點;隨后對所有篩選過的氣象站點數(shù)據(jù)質量進行了檢驗，最終選取符合條件的9個氣象站點1956-2017 年期間共58年長度的逐日氣溫和降水數(shù)據(jù)。典型氣象站點信息見表1。

2.2 研究方法

①線性回歸：屬于時間序列趨勢分析，該方法是研究氣候變化問題中時間序列趨勢改變普遍使用的方法之一，關鍵是利用時間序列和氣候因素構造一元線性方程，通過方程中兩者的數(shù)學關系反映氣候要素的時間變化特征，表示為[5]：

其中，yi代表氣候要素，xi為yi所對應的時間，a為常數(shù)，b為趨勢系數(shù)。b 絕對值的大小反映了氣候要素的速率變化[6，7]。通常用氣候變化傾向率即b×10 來描述氣候要素趨勢變化，單位為℃/10a或mm/10a。

②累積距平統(tǒng)計量與信噪比：時間序列的某一個數(shù)xi與均值x之差為距平值，即 xi-x。在對氣候要素進行分析中，經(jīng)常會對氣候要素的時間序列進行距平化處理，即用距平序列取代氣候要素原始數(shù)據(jù)。累積距平法顧名思義是對每個時間序列距平值得累計，可以通過其判斷氣候變化，對研究區(qū)的突變點進行分析時可以采用該方法，對于序列x，某一時刻的累計距平如下：

其中，x1，x2為轉折年份前后氣候要素的平均值;s1，s2 為標準差。當S/N>1時，該氣候要素存在突變，否則認為突變不明顯。

3 ?結果與分析

3.1 氣溫和降水量年際變化特性

對從成都市獲取的九個氣象站近60年來的氣象資料數(shù)據(jù)整理分析后，可以得到成都市年平均氣溫曲線圖，見圖1。分析得到成都市的年平均氣溫呈現(xiàn)上升趨勢，且年氣溫上升速率為0.34℃/（10a）。根據(jù)資料得到多年平均氣溫為16.0℃，年際標準差為0.46。2006年平均氣溫是58年來氣象監(jiān)測測量資料中年平均氣溫的最大值，為16.9℃; 1976年平均氣溫是58年來氣象監(jiān)測測量資料中年平均氣溫的最小值，為15.2℃;2016年最高氣溫是58年來氣象監(jiān)測測量資料中最高氣溫的最大值，為36.7℃;2016年最低氣溫是58年來氣象監(jiān)測測量資料中最低氣溫的最小值，為-6.5℃;年最大氣溫和年最小氣溫相差43.2℃，溫差很大，對社會生產生活有一定影響。

為了更好地對年平均氣溫的變化趨勢進行表述，采用標準法對58年的年平均氣溫進行分析，當年平均氣溫與多年年平均氣溫的差值大于一個標準差時，認為氣溫異常，若當年平均氣溫大于多年平均氣溫，認為是偏暖年，反之為偏冷年。以此確定出，偏暖的年份為1998、2001、2002、2006、2007、2009、2013、2015、2016、2017，偏冷的年份為1968、1976、1980、1981、1982、1984、1985、1986、1988、1989、1992、1996 其余為氣溫正常年，可以得到氣溫異常年占比38%。偏冷年大多集中在1998年前，偏暖年大多集中在1998年后。

從圖2年最高氣溫變化曲線可以看出，60年來成都市的年最大氣溫呈現(xiàn)上升趨勢，氣溫上升速率為0.36℃/（10a）。從擬合曲線可以看出，其上升趨勢較為明顯，與年平均變化擬合曲線相比，其上升趨勢近似為年平均氣溫下上升趨勢的3倍。從圖3年最低氣溫變化曲線可以看出，60年來成都市的年最低氣溫基本穩(wěn)定，氣溫升高速率僅為0.025℃/（10a）。

從圖4年降水量變化曲線可以看出，60年來成都市的年降水趨勢呈現(xiàn)下降趨勢，根據(jù)擬合曲線可以得到其降低速率為18mm/（10a）。其中年均降水量最大的年份出現(xiàn)在1961年，降水量達到1416.2mm，年均降水量最小的年份出現(xiàn)在1965年，降水量達到607.5mm，年際標準差為187.85mm。采用標準法對62年的年降水量變化進行分析，將異常降水年分為降水充沛年份和降水稀少年份[8]。依次為根據(jù)，則降水充沛年分為1961、1966、1967、1973、1978、1984、1990、1998、1999、2013，降水稀少年份為1965、1986、1991、1996、2000、2006、2007、2009、2012，其余為正常降水年。

3.2 氣溫和降水量年代變化特性

由表2可知，成都市的年平均氣溫在20世紀60年代開始下降，至80年代左右開始回升，2000年后的平均氣溫明顯高于以往時期。從最高氣溫的年代變化來看，20世紀70年代，最高氣溫有短暫的下降后，從20世紀80年代開始，成都市年代最高氣溫呈現(xiàn)穩(wěn)步上升趨勢。從最低氣溫的年代變化來看，20世紀70年代到90年代，最低氣溫逐漸上升，在20世紀90年代后，最低氣溫呈現(xiàn)下降趨勢，20世紀60年代最低氣溫為年際間最高。從年代降水量上進行分析，20世紀60到90年代降水量較為穩(wěn)定，在21世紀初，降水量相對較少。

3.3 氣溫和降水量季節(jié)變化特性

3.3.1 氣溫季節(jié)變化

為了對年氣溫季節(jié)變化進行分析，采用中國通用的季節(jié)劃分方法，3-5月為春季，6-8月為夏季，9-11月為秋季，12-2月為冬季，年平均氣溫季節(jié)變化特征見圖5。

從氣象觀測資料及圖表可以得知，成都市春季平均氣溫在16.3℃左右，氣溫呈現(xiàn)上升趨勢，根據(jù)擬合曲線可知氣溫上升速率為0.17℃/（10a）;夏季平均氣溫在24.5℃左右，氣溫呈現(xiàn)上升趨勢，氣溫上升速率為0.085℃/（10a），季節(jié)變化最小;秋季平均氣溫在16.7℃左右，氣溫呈現(xiàn)上升趨勢，氣溫升高速率為0.16℃/（10a）。冬季平均氣溫在6.5℃左右，氣溫上升趨勢明顯，氣溫降低速率為0.12℃/（10a）。由以上分析可知，成都市四季氣溫均有所上升，其中春季氣溫上升趨勢最為顯著，夏季氣溫上升趨勢為季節(jié)變化最小。

3.3.2 降水季節(jié)變化

年降水季節(jié)劃分與年氣溫季節(jié)劃分相同，年降水季節(jié)變化特征見圖6。

從氣象觀測資料及圖表可以得知，成都市春季降水在148.5mm左右，春季降水量基本穩(wěn)定;夏季降水量在554.3m左右，降水量呈現(xiàn)快速下降趨勢，降水量下降速率為13.0mm/（10a）;秋季降水在189.4mm左右，降水量呈現(xiàn)下降趨勢，降水量降低速率為8.9mm/（10a）;冬季降水量在24.6mm左右，降水量呈現(xiàn)上升趨勢，降水量上升速率為0.55 mm/（10a）;由以上分析可知，成都市夏季、秋季降水量有所下降，且秋季降水量下降趨勢迅速。春季、冬季降水量基本穩(wěn)定。

3.4 氣溫和降水量突變年分析

圖7是成都市年平均氣溫變化的累計距平曲線，根據(jù)曲線進行分析可以得知，成都市年平均氣溫累計距平值大致呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，既1960年至1996年逐步下降，1996年以后呈現(xiàn)逐步上升趨勢。1996年作為轉折年，極有可能是突變年，經(jīng)過檢測信噪比0.97<1.0，氣溫氣候要素不存在突變。圖8是成都市年降水量變化的累計距平曲線，根據(jù)曲線進行分析可以得知，成都市年降水量累計距平值呈現(xiàn)復雜變化趨勢，整體有先增大后減小的趨勢，既1960年至1985年逐漸上升，1985年后呈現(xiàn)快速下降趨勢，15年以后略有抬頭。1985年作為轉折年經(jīng)過信噪比檢測0.20<1.0，因此年平均降水也不存在突變年份。

4 ?結論與展望

①根據(jù)氣溫和降水量年代變化特性，58年來成都市氣溫升高趨勢，降水量呈現(xiàn)下降趨勢，大致年平均氣溫每上升1℃，年降水量減少140mm。根據(jù)氣溫和降水量年際變化特性分析，20世紀80年代以來，成都市平均氣溫呈現(xiàn)逐漸升高趨勢，夏季最高氣溫在出現(xiàn)相應的上升趨勢。②成都市四季氣溫變化趨勢：四季平均氣溫都有所增加，與全球變暖趨勢具有一致性，其中春、秋季氣溫升高趨勢明顯，四季降水量變化表現(xiàn)為冬季降水量有所增加，夏、秋兩季降水量有所減小，四季降水量逐漸均勻化。③成都市20世紀80年代以來，年代平均氣溫和年代最高氣溫均有所上升，兩者之間具有一定相關性，需要更進一步的研究。

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