近42年農(nóng)安縣氣溫變化特征分析

摘要 選取農(nóng)安縣1980—2021年的氣溫資料，運(yùn)用趨勢分析法、距平分析、Mann-Kendall 突變檢驗(yàn)、R/S分析等方法，分析了氣溫的年際變化特征、季節(jié)變化特征、年代際變化特征、突變特征，并探討了氣溫變化原因和未來氣溫變化趨勢。

關(guān)鍵詞 農(nóng)安縣；氣溫變化特征；趨勢

中圖分類號：P467 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）05–0052-03

Analysis of Temperature Change Characteristics in Nong’an County in Recent 42 Years

Lyu Shan-shan （Nong’an County Meteorological Bureau， Nong’an， Jilin 130200）

Abstract Based on the temperature data of Nong’an County from 1980 to 2021， the characteristics of interannual change， seasonal change， interdecadal change and abrupt change of temperature are analyzed by means of trend analysis， anomaly analysis， Mann-Kendall mutation test and R/S analysis， and the causes of temperature change and the trend of future temperature change are discussed.

Key words Nong’an County; Temper-ature variation characteristics; Trend

全球氣候變暖主要是由于人類的各種活動導(dǎo)致以CO2為主的溫室氣體增多、溫度上升的現(xiàn)象[1]。近年來，全世界都在密切關(guān)注全球氣候變暖等氣候變化問題。國際專家組織統(tǒng)計分析了全球變暖情況，分析結(jié)果顯示：從19世紀(jì)80年代至2014年，全球氣溫增速約為0.13 ℃/10年，且北半球高緯度地區(qū)出現(xiàn)了最高的變熱速率[2]。有研究表明，2025年全球地表平均溫度可能會升高1.0 ℃。21世紀(jì)后期全球地表平均溫度可能升高2.0～5.0 ℃[3]。

賀偉等[4]研究發(fā)現(xiàn)，近一個世紀(jì)以來，我國氣溫以0.08 ℃/10年的速度上升，比同時期的環(huán)球變化略高，冬季和春季出現(xiàn)顯著的增溫。2010年，李宗省等[5]發(fā)現(xiàn)，近50年以來，我國地表溫度升高了1.1 ℃，上升速度為0.22 ℃/10 年，超過了同期的全球平均升溫速度。除此之外，在這近50年以來，我國四季的平均溫度都呈現(xiàn)了上升的態(tài)勢，增溫速度按大小排名為冬gt;春gt;秋gt;夏，分別為0.3、0.24、0.19和0.13 ℃/10年。任國玉等[6]研究發(fā)現(xiàn)，自2000年以來，我國氣溫以0.44 ℃/10年的速度上升，2009年升溫最大。除此之外，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，我國氣候變化存在明顯的地域性差異，西北、東北、華北地區(qū)與全國的改變規(guī)律比較相似，而華南和西南地區(qū)則有所不同[7]。方之芳等[8]對東北地區(qū)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)1961—2006 年，吉林、遼寧、黑龍江三省的平均升溫速度為0.36 ℃/10年，其中寒冬的增溫速度最快，其次為春、夏、秋季。同時，吉林、遼寧、黑龍江三省不同地區(qū)的氣溫改變情況也有所不同，表現(xiàn)出不同的上升幅度，從小到大分別為遼寧、吉林、黑龍江省。王青霞等[9]利用趨勢分析、因子分析等方法，對青藏高原地區(qū)的不同地區(qū)進(jìn)行了氣候變化特征的研究，并發(fā)現(xiàn)近40年來該地區(qū)的平均氣溫呈總體持續(xù)上升的態(tài)勢，其中柴達(dá)木盆地地區(qū)的溫度上升現(xiàn)象顯著，升溫速度達(dá)到0.49 ℃/10年，在1987和1998年，各地區(qū)的氣溫均發(fā)生了從低到高的驟變現(xiàn)象，且在1998年后，溫度升高現(xiàn)象最為顯著。

1 資料與方法

使用的所有氣象數(shù)據(jù)均來源于吉林省農(nóng)安縣氣象站的氣候統(tǒng)計資料。選取1980—2021年氣溫數(shù)據(jù)序列在近 42 年來的對比分析，從統(tǒng)計學(xué)的角度來看，該時間序列可以得到更充分可信的結(jié)果。四季按氣象方法劃分：春季（3—5 月）夏季（6—8月）、秋季（9—11月）、冬季（12月至翌年2月）。

運(yùn)用趨勢分析法、距平分析、Mann-Kendall突變檢驗(yàn)、R/S分析等方法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 氣溫變化特征分析

2.1 氣溫年際變化特征

從1980—2021年農(nóng)安縣平均氣溫年際變化曲線可以看出，1980—2021年農(nóng)安縣年平均氣溫略有上升趨勢，線性傾向率為0.058 ℃/10年，近42年的年氣溫平均值為5.5 ℃（圖1）。1998年的年均氣溫值最大，為7.0 ℃；2010年的年均氣溫值最小，只有3.7 ℃。年平均最高溫和最低溫相差3.3 ℃。

對1980—2021年農(nóng)安縣的年均氣溫進(jìn)行線性趨勢分析，可以明顯看到年均氣溫整體呈上升趨勢。20世紀(jì)80年代波動幅度呈現(xiàn)先升后降，最低值出現(xiàn)在1980年，只有4.4 ℃；最高值出現(xiàn)在1988年，達(dá)到6.0 ℃，最高與最低值差值1.6 ℃；20世紀(jì)90年代年均氣溫有較大波動，呈現(xiàn)“下降—上升—下降—上升”特征。1998年年均氣溫7.0 ℃，是最高值；1999年為4.7 ℃，是最低值，兩者相差2.3 ℃，明顯高于20世紀(jì)80年代的高低溫差值；21世紀(jì)00年代的年均氣溫整體波動不大，最高值出現(xiàn)在2001年，為6.9 ℃，最低值出現(xiàn)在2009年，為4.2 ℃，最高值與最低值相差2.7 ℃；21世紀(jì)10年代的年均氣溫整體呈上升趨勢，最低值出現(xiàn)在2010年，只有3.7 ℃；最高值出現(xiàn)在2018年，為6.4 ℃，二者相差2.7 ℃。由此可見，年均氣溫波動最大的年代是20世紀(jì)90年代。

2.2 氣溫季節(jié)變化特征

對1980—2021年農(nóng)安縣的春、夏、秋和冬季平均氣溫進(jìn)行平均值和線性趨勢的分析（表 1）。近42年內(nèi)，春季平均氣溫整體呈上升趨勢，趨勢傾向率為0.363 ℃/10年，平均值是7.3 ℃，最高值出現(xiàn)在1998年，為10.1 ℃；最低值出現(xiàn)在2010年，為4.0 ℃，最高值與最低值相差6.1 ℃。夏季平均氣溫呈上升趨勢，趨勢傾向率為0.179 ℃/10年，平均值為22.1 ℃，最高值出現(xiàn)在2000年，為23.9 ℃；最低值出現(xiàn)在1983年，只有20.7 ℃，最高值與最低值相差3.2 ℃。秋季氣溫整體也呈現(xiàn)上升趨勢，趨勢傾向率為0.054 ℃/10年，平均值是6.0 ℃， 最高值出現(xiàn)在1990年，為8.1 ℃；最低值出現(xiàn)在2002年，僅有3.6 ℃，最高值與最低值相差4.5 ℃。冬季平均溫度整體呈下降趨勢，趨勢傾向率為-0.466 ℃/10年，平均值為-13.9 ℃，最高值出現(xiàn)在2006年，為-10.2 ℃；最低值出現(xiàn)在2012年，為-19.6 ℃，最高值與最低值相差9.4 ℃。由此可見，近42年內(nèi)冬季的氣溫波動幅度最為顯著。

2.3 氣溫年代際變化特征

將農(nóng)安縣1980—2021年的平均氣溫按照年代劃分統(tǒng)計可知，年均氣溫在20世紀(jì)80年代較低，為5.2 ℃；20世紀(jì)90年代為5.99 ℃，21世紀(jì)00年代為5.4 ℃，21世紀(jì)10年代也為5.4 ℃，兩者幾近相同。

農(nóng)安縣1980—2021年春季的平均氣溫是7.3 ℃，其中，20世紀(jì)80年代春季氣溫的平均值為6.5 ℃，20世紀(jì)90 年代春季氣溫的平均值為7.4 ℃；21世紀(jì)00年代春季氣溫的平均值為7.7 ℃；21世紀(jì)10～20年代初，春季氣溫的平均值為7.5 ℃。由此可知，近42年，20年代80年代的春季平均氣溫最低，21世紀(jì)00年代的春季平均溫度最高。

農(nóng)安縣1980—2021年夏季的平均氣溫是22.1 ℃，其中，20世紀(jì)80年代夏季氣溫的平均值為21.7 ℃；20世紀(jì)90年代夏季氣溫的平均值為22.2 ℃；21世紀(jì)00年代夏季氣溫的平均值為22.1 ℃；21世紀(jì)10年代至21世紀(jì)20年代初，夏季氣溫的平均值為22.4 ℃。由此可知，近42年，20年代80年代的夏季平均氣溫最低，21世紀(jì)10年代至21世紀(jì)20年代初的夏季平均溫度最高。

農(nóng)安縣1980—2021年秋季的平均氣溫是6.0 ℃，其中，20世紀(jì)80年代秋季氣溫的平均值為5.6 ℃；20世紀(jì)90年代秋季氣溫的平均值為6.5 ℃；21世紀(jì)00年代秋季氣溫的平均值為6.03 ℃；21世紀(jì)10年代至21世紀(jì)20年代初，秋季氣溫的平均值約為5.97 ℃。由此可知，近42年，20年代80年代的秋季平均氣溫最低，20世紀(jì)90年代秋季平均溫度最高。

農(nóng)安縣1980—2021年冬季的平均氣溫是-13.9 ℃，其中，20世紀(jì)80年代冬季氣溫的平均值為-13.6 ℃；20世紀(jì)90年代冬季氣溫的平均值為-12.4 ℃；21世紀(jì)00年代冬季氣溫的平均值為-14.5 ℃；21世紀(jì)10年代至21世紀(jì)20年代初，冬季氣溫的平均值約為-14.9 ℃。由此可知，近 42 年，21世紀(jì)10年代至21世紀(jì)20年代初冬季平均氣溫最低，20世紀(jì)90年代冬季平均溫度最高。

2.4 氣溫突變特征

對農(nóng)安縣1980—2021年氣溫的年均值進(jìn)行距平和累積距平的分析，20世紀(jì)80年代氣溫較低，距平值基本為負(fù)，曲線一直向下滑動，至20世紀(jì)90年代，曲線一直向上滑升至1999年前后，中間雖然偶爾出現(xiàn)小的下滑，但上升趨勢不受影響，說明該段時間平均氣溫較高。2000—2009年，氣溫上下波動，至2013年，年均氣溫大幅降低，曲線直線下滑，而2014—2021年開始回暖，年均氣溫升高。

對農(nóng)安縣的年均氣溫進(jìn)行Mann-Kendall突變檢驗(yàn)，2009年之前，UF曲線整體先升后降，而UB曲線是先降后升，在2007年UF曲線和UB曲線相交，在2009年UB曲線超過了臨界線，這2個條件表明農(nóng)安縣的年平均氣溫在2007年發(fā)生過突變現(xiàn)象。雖然在2007年后UF與UB曲線也相交過，但是在交點(diǎn)后兩曲線都沒有超出過臨界線，即表明1980—2021年農(nóng)安縣的年平均氣溫只在2007年發(fā)生過突變。

對農(nóng)安縣1980—2021年春、夏、秋、冬季的氣溫進(jìn)行距平和累積距平的分析，從春季分析可知，累積距平在2002年之前一直為負(fù)數(shù)，也就表明 1980—2002年氣溫距平大多小于平均距平值，也說明2002年之前氣溫整體低于平均值。而在2002—2010年累積距平值有較為明顯的上下波動，但均為正數(shù)。從2011—2021年，累積距平先減小后增大，但均為負(fù)數(shù)。從夏季來看，累積距平曲線先波動下降，而后曲折上升，2000年之前基本為負(fù)數(shù)，2000—2021年雖然也是波動起伏不斷，但基本上正值偏多。從秋季來看，先期也是累積距平為負(fù)數(shù)，直到1995年前后累積距平開始逐漸增加為正值，而后也是波動起伏，整體上正值。而冬季與其他3個季節(jié)截然不同，20世紀(jì)80年代上下波動較大，正負(fù)基本持平。從20世紀(jì)90年代到2013年，累積距平先升后降，波動明顯，全部為正數(shù)，2014—2021年降為負(fù)數(shù)。

采用Mann-Kendall突變檢驗(yàn)方法檢驗(yàn)農(nóng)安縣1980—2021年春、夏、秋、冬季的平均氣溫的突變情況。可知1988年春季平均氣溫UF和UB曲線在臨界線內(nèi)相交，之后UF和UB曲線超過臨界線。表明農(nóng)安縣春季平均氣溫在1988年發(fā)生突變。夏季平均氣溫UF與UB曲線在1993年相交，2000年超過臨界線，由此判斷夏季平均氣溫突變年為1993年。農(nóng)安縣秋季平均氣溫UF和UB曲線1982年臨界線內(nèi)相交，而后超出臨界線，由此可以判斷突變年份是1982年。冬季平均氣溫UF和 UB曲線分別在2003、2005和2007年相交于臨界線內(nèi)，2007年后超出臨界線，由此表明農(nóng)安縣冬季平均氣溫在2007年發(fā)生過突變現(xiàn)象。

2.5 氣溫變化原因簡要分析

溫度的顯著升高主要由人為活動（包括化石燃料燃燒及毀林）排放的溫室氣體濃度增加所導(dǎo)致[10]。隨著科技的進(jìn)步，人類對氣候系統(tǒng)的影響不斷增強(qiáng)，已成為擾動氣候系統(tǒng)的一個重要因素。尤其是工業(yè)革命以來，人類燃燒大量的化石燃料，向大氣排放越來越多的CO₂，工業(yè)革命前的CO₂濃度大約為280 mg/kg，2021年的CO₂濃度是417 mg/kg，增加了49%，這是導(dǎo)致近百年全球變暖的主要因素，也是國際社會呼吁減排和增匯、減緩全球變暖的重要原因[11]。

除了人為原因外，自然原因也是影響溫度顯著升高的重要因素。目前，地球正處于2個冰期之間的比較溫暖的間冰期，此時高緯度地區(qū)的大冰蓋面積縮小，中、低緯度山岳冰川大規(guī)模后退，高山雪線大幅度升高，冰緣作用衰退，全球自然地理帶向兩極方向推移，世界海平面上升[12]。

2.6 未來趨勢分析

利用重標(biāo)極差R/S（Rescaled Range Analysis）分析方法應(yīng)用于時間序列的特性分析，最大的優(yōu)點(diǎn)是不用假定R/S測定的時間序列的分布特征，即無論時間序列是正態(tài)分布還是非正態(tài)分布，R/S的分析結(jié)果都是穩(wěn)定且不受影響的[13]。

根據(jù)R/S分析方法，利用農(nóng)安縣 1980—2021年的年、春、夏、秋、冬季平均氣溫，計算得出季節(jié)和年平均序列的Hurst指數(shù)。根據(jù)分析結(jié)果，四季的平均氣溫和年平均氣溫的Hurst指數(shù)均大于0.5，說明農(nóng)安縣未來將是升溫的趨勢。春季和冬季的增溫趨勢最強(qiáng)（持續(xù)性強(qiáng)度：很強(qiáng)），其次是年平均氣溫（持續(xù)性強(qiáng)度：強(qiáng)），最后是夏季和秋季（持續(xù)性強(qiáng)度：較弱）。

3 小結(jié)

（1）近42年來，農(nóng)安縣年平均氣溫略上升，上升速率為0.058 ℃/10年。

（2）春、夏、秋季的平均氣溫均呈現(xiàn)上升趨勢，其上升速率分別約為0.363、0.179和0.054 ℃/10年，而冬季氣溫呈現(xiàn)略微下降的趨勢，下降速率約為-0.466 ℃/10年，出現(xiàn)了冬天越來越冷的現(xiàn)象。

（3）2007年年平均氣溫變化劇烈，出現(xiàn)了突變。春季增溫十分顯著且發(fā)生了明顯突變，突變年為1988年；夏季平均氣溫在1993年發(fā)生了突變；秋季平均氣溫突變年為1982年；冬季平均氣溫顯著增高，2007年是顯著的突變點(diǎn)。

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責(zé)任編輯：黃艷飛