仙居縣氣溫變化特征研究

李知何 金郁淇

（仙居縣氣象局，浙江仙居 317300）

近年來， 全球氣候變暖問題已成為國際社會關注的焦點，極端天氣的發生頻率、強度也不斷攀升。1880—2012 年，全球的海洋與陸地的平均溫度上升速率約為0.12 ℃/10 a[1-2]，同時研究[3-7]發現，中國的氣溫正在以0.25 ℃/10 a 的速度上升。

氣溫作為最重要的氣候分析因素之一， 它的變化能夠極大地影響人們的生產生活。 在這種背景之下， 研究并分析特定區域內的氣溫變化特征可以進一步客觀、全面、科學地了解浙中地區氣候變化規律，以期為當地氣象部門開展氣象服務提供幫助；也可以為決策部門在建立高溫、低溫預警機制和保護生態環境提供參考。

我國幅員遼闊， 不同地域氣溫演變特征存在一定的差異[8]，氣溫的變化情況在年際以及季節尺度上也有各自的特點。因此，根據目前人類對氣候變化的認識， 需要準確研究區域和地方的氣候變化特征及趨勢[9-10]。 本文敘述了仙居縣平均氣溫隨時間變化的規律，揭示了仙居縣平均氣溫序列的冷暖變化過程，并對仙居縣未來的溫度變化趨勢進行預測， 以期為當地氣象研究提供參考。

1 資料與方法

1.1 數據來源

為保證數據的完整性以及研究結論的準確性，本文采用由仙居縣氣象局提供的并經過專業分析處理和綜合性質量檢驗的仙居縣氣象站1960—2020 年逐日平均氣溫數據，該數據的使用確保了研究結果的可信度。 通過氣象數據統計方法分別統計出仙居縣氣象站逐年平均氣溫以及春季（3—5 月）、夏季（6—8 月）、秋季（9—11 月）、冬季（12 月至次年2 月）的平均氣溫。

1.2 研究方法

本文采用線性趨勢分析法、R/S 分析法、小波分析法、M-K 分析法等對仙居縣溫度變化特征進行研究。

2 結果與分析

運用線性趨勢分析法與五點滑動平均法對仙居縣近60 年氣溫變化趨勢曲線進行擬合（圖1）。 可以看出，仙居縣近60 年平均氣溫波動變化，但整體呈現上升趨勢。仙居縣近60 年平均氣溫約17.57 ℃；最低平均氣溫在1981 年，為16.6 ℃；最高平均氣溫在2020 年，為19.1 ℃。 將仙居縣近60 年平均氣溫變化趨勢曲線進行擬合， 得到年平均氣溫的一元線性回歸方程為y=0.022 8x+16.851。

由一元線性回歸方程可得，1960—2020 年仙居縣氣溫變化率約為0.23 ℃/10 a，仙居縣過去60 年平均氣溫上升了約1.4 ℃。 該結論與某些學者[11-12]得出的中國氣溫正在以0.25 ℃/10 a 的速率上升，而全國的平均氣溫也上升了約1.3℃的部分結論相吻合。 仙居縣過去60 年平均氣溫的上升幅度基本與全國平均氣溫上升幅度相同（仙居縣變化率為0.23 ℃/10 a，全國變化率為0.25 ℃/10 a）。 統計了仙居縣近60 年各季節平均氣溫變化要素（表1）后發現，春季、夏季、秋季、冬季的升溫率分別為0.260、0.125、0.200、0.341 ℃/10 a，由此看出，仙居縣春、冬兩季的升溫率要大于夏、秋兩季，且冬季的平均氣溫升溫率最高，說明仙居縣在平均氣溫的上升趨勢中冬季和春季成為氣溫增長趨勢的最主要貢獻者。 然而從5 年滑動平均趨勢曲線來看，仙居縣近60 年的年均氣溫波動大致可以劃分為2 個時期，即1960—1998 年的偏冷期，1999—2020 年的偏暖期。其中，在1999—2020 年的偏暖期當中，2008—2012 年有1 個轉冷的時期，且在這個轉冷的時期中冬季平均氣溫變化幅度要大于另外3 個季節； 而在1999—2020 年的偏暖期中秋季轉向偏暖日期開始于1990 年左右，要早于其他3 個季節。

表1 仙居縣近60 年各季節平均氣溫變化

對仙居縣近60 年的春季、夏季、秋季、冬季溫度的變化趨勢曲線進行擬合（圖2），發現仙居縣四季平均氣溫變化都呈現波動上升趨勢， 這也在一定程度上佐證了年平均溫度上升的結論， 而各個季節的氣溫變化趨勢系數都是正值， 說明四季的溫度變化特征或多或少都呈現線性上升趨勢。

由圖3 可以看出，UB 和UF 2 條曲線于2006 年在顯著性水平檢驗（α=0.05）的臨界線內接近相交，在2012 年時在臨界線之外相交，故仙居縣年平均氣溫沒有發生突變。 從圖中的UF 曲線可以看出，仙居縣的年平均氣溫在1960—1990 年呈現波動式下降；在1990—2020 年呈上升趨勢， 尤其在1998 年前后曲線上升較為平滑，且在2008 年前后突破顯著性水平檢驗（α=0.05），說明在2008 年之后仙居縣氣溫上升趨勢十分顯著。

從季節角度來看，夏、秋、冬三季的平均氣溫都存在突變情況，其中：秋季發生了2 次突變，且這2 次突變發生在2010 年前后；夏、冬兩季的突變都發生在2000 年左右。 在春季氣溫突變檢驗中，雖然UF 和UB 有交點， 但是交點位于顯著性水平檢驗（α=0.05）的臨界線之外，因而春季的平均氣溫不存在突變情況（圖4）。 觀察UF 曲線走勢可以看到，春、秋、冬三季在UF 與UB 出現交點前，均溫都有較明顯的上升趨勢；而夏季的均溫在UF 與UB 出現交點之前，呈現波動上升的趨勢。 在交點之后，UF 曲線的上升趨勢都十分明顯，在突破顯著性水平檢驗（α=0.05）的范圍之后，氣溫上升趨勢都非常顯著。

雖然年平均氣溫在2010 年左右未通過顯著性水平檢驗（α=0.05），但是觀察UF 曲線能夠明顯看出，從1988 年開始溫度呈現上升趨勢。 這一發現與雷 媛等[13]得出的浙江省在1951—1985 年為氣溫下降階段， 在20 世紀80 年代中期以后氣溫開始上升變暖的結論相吻合。

結合圖5 可以看出，仙居縣近60 年年平均氣溫的規律性較為明顯， 其在演變過程中存在多時間尺度的特征。具體來說，其演變過程存在著2~5 年短周期規律和10~20 年的較長周期規律。 在3~4 年的時間尺度上出現了冷—暖交替的準3 次震蕩變化，歷經了約3 個比較完整的冷—暖交替變化， 且在整個研究時間序列表現比較穩定，具有全域性，估計震蕩中心在3.5 年左右； 在10~20 年的時間尺度上存在著2~3 次震蕩，預計震蕩中心在13 年左右。 但不論是從2~5 年短周期規律還是從10~20 年較長的周期規律來看，2020 年至今仙居縣都處在暖周期，這也從側面印證了2008 年后仙居縣溫度顯著上升的結論。

基于仙居縣近60 年觀測數據，采用R/S 分析得出年平均氣溫與各個季節平均氣溫的Hurst 指數，并擬合出仙居縣的年平均氣溫與季節平均氣溫的Hurst 指數圖。 由圖6、7 可以看出，各個時間序列所得出的lg（R/S）-lg（n）圖像都具有比較好的線性特征，且運用最小二乘法對其進行擬合時，其一元線性回歸模型都通過了相關檢驗，且相關系數（R2）都比較高，進一步說明了Hurst 指數可信度較高，能很好地揭示時間序列趨勢[14]。 從年平均氣溫的Hurst 指數值（全年H=1.039、春季H=0.991 4、夏季H=0.907 3、秋季H=0.944 6、冬季H=0.883 9）可以看到，5 個氣溫序列的Hurst 值都大于0.5（其中全年H=1.039，略大于1 但接近于1， 表明未來全年于過去有著很強的正持續性， 其微小的誤差不影響氣溫趨勢的預測結果）。仙居縣的年平均氣溫與四季平均氣溫變化都具有正持續性的特征， 這說明仙居縣未來氣溫變化趨勢與過去氣溫變化趨勢相同， 且仙居縣未來的年平均氣溫與過去趨勢相同、 四季的平均氣溫變化趨勢也與過去趨勢相同，都將持續增暖。 IPCC 的第四次與第五次評估報告都指出， 未來氣候仍將保持增溫趨勢。 這與本文對仙居縣未來氣溫趨勢所預測的結果一致。

3 結論

本文依據1960—2020 年的氣溫數據，利用小波分析探究其氣溫冷暖變化周期的變化規律和時間長度， 并利用統計分析方法闡明了仙居縣變暖速率和全國水平間的關系， 說明了仙居縣年平均氣溫和四季平均氣溫變化的特點，得出以下結論。

（1）線性趨勢分析表明，仙居縣近60 年平均氣溫呈現上升趨勢，上升了約1.4 ℃，年平均氣溫變化率約為0.23/10 a，與全國平均升溫率基本持平。 從季節角度看，就氣溫上升率而言（春季0.260 ℃/10 a、夏季0.125 ℃/10 a、秋季0.199 ℃/10 a、冬季0.341 ℃/10 a），冬季和春季成為氣溫增長趨勢的最主要貢獻者；從五點滑動平均所得曲線來看，仙居縣近60 年四季平均氣溫變化趨勢和年平均氣溫變化趨勢大致相同，都可以劃分為2 個時期， 即1960—1998 年的偏冷期，1999—2020 年的偏暖期。

（2）M-K 分析結果表明，近60 年仙居縣平均氣溫雖然沒有發生突變，但在1988 年左右氣溫開始轉為偏暖，且在2008 年前后仙居縣的氣溫上升趨勢十分顯著；對于季節平均氣溫而言，除了春季沒有通過突變檢驗外，其他季節均發生了突變，其中夏、冬兩季的突變都發生在2000 年左右，秋季的2 次突變發生在2010 年前后。

（3）小波分析結果顯示，仙居縣近60 年平均溫度在演變過程中存在2~5 年短周期規律和10~20 年較長周期規律， 其中在3~4 年的時間尺度之上歷經了約3 個比較完整的冷—暖交替變化，在10~20 年的時間尺度上存在著2~3 次比較完整的冷—暖交替變化。

（4）R/S 分析結果顯示， 仙居縣四季和全年的平均氣溫Hurst 值都大于0.5。 結合Hurst 指數含義，可知仙居縣未來氣溫變化趨勢與過去氣溫變化趨勢相同，且仙居縣未來的年平均氣溫與過去趨勢相同、四季平均氣溫變化趨勢也與過去趨勢相同， 都將持續增暖。