杭州地面和高空850 hPa氣溫變化特征

陳 健 任俊梅 蔡曉芬

(1.武義縣氣象局，浙江武義321200;2.浙江省氣象局，浙江 杭州310002)

0 引言

當(dāng)全球地面增暖得到廣泛證實(shí)后，人們把氣溫變化趨勢的研究延伸到整個(gè)大氣層［1－2］。因?yàn)楦呖沾髿馐菤夂蛳到y(tǒng)的重要組成部分，確定高空氣象要素的變化成為氣候變化研究不可或缺的基礎(chǔ)。Ross等［3］研究了北半球45°N ～75°N 之間不同區(qū)域1973—1993年地面和高空氣溫變化趨勢，發(fā)現(xiàn)地面氣溫變化趨勢大的區(qū)域其地面至500hPa高空各等壓面層氣溫變化趨勢也大，并且氣溫變化趨勢隨著高度的增加而減小。

長江三角洲地處東亞季風(fēng)區(qū)，是我國東部經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)，城市最集中，人口密度最大，城市化進(jìn)程最快的地區(qū)。過去47 a(1949—2005年)和25 a(1981—2005年)期間，由于受城市化的影響長江三角洲年均氣溫、年均最高和最低氣溫都顯著增加，增溫率都是冬季和春季較高，夏季最低［4］。

對于長三角地區(qū)地面氣溫變化的研究相對較多，相比之下，目前關(guān)于長江三角地區(qū)高空氣溫變化的研究尚不多，為此本文根據(jù)杭州站近34 a(1979—2012年)地面和850 hPa的月平均氣溫資料，詳細(xì)分析了杭州站兩個(gè)層次上四季平均氣溫的時(shí)間演變特征。

1 資料方法和介紹

選取長三角地區(qū)杭州站近34 a(1979—2012年)地面和850 hPa等壓面上月平均氣溫資料，對杭州站這兩個(gè)層次近34 a的四季平均氣溫進(jìn)行分析。文中分別以4、7、10和1月表示春、夏、秋、和冬季。

文中使用的統(tǒng)計(jì)方法主要有:線性回歸、Morlet小波分析和Mann-Kendall突變檢驗(yàn)等［5］。

2 杭州地面和高空850 hPa氣溫變化趨勢

為了解杭州站近34 a來地面和高空850 hPa平均氣溫線性變化趨勢。首先利用線性回歸方法，分析近34 a來這兩個(gè)層次各季節(jié)平均氣溫的線性變化趨勢。

表1給出了近34 a杭州(地面、850 hPa)四季平均氣溫線性變化趨勢。由表1可見，杭州四季氣溫的年際變化率，除冬季850 hPa外都為正，其中春季地面和850 hPa增溫最為明顯。地面上增溫速率春季0.81℃/10 a，夏季、秋季次之冬季最差。850 hPa上增溫速率春季0.26℃/10 a，夏季、秋季次之冬季降溫。說明地面和高空850 hPa氣溫升高的步調(diào)基本一致，在春季表現(xiàn)得最為明顯。相關(guān)分析表明，在杭州地面上年際平均氣溫變化趨勢春季和秋季極顯著、夏季顯著，在850 hPa上春季顯著。

表1 杭州近34 a增溫速率(℃/10 a)及顯著性檢驗(yàn)

2.1 杭州春季、夏季平均氣溫變化

線性回歸方法計(jì)算表明，近34 a，杭州地面和850 hPa上的平均氣溫在春季和夏季總體上是呈上升趨勢的，且上升趨勢比較明顯。在春季和夏季中杭州站點(diǎn)上地面平均氣溫增加的幅度比850 hPa平均氣溫增加的幅度大。杭州平均氣溫的變化趨勢在地面和850 hPa上除冬季外都比較相似，兩者具有相似的年際變化，說明杭州氣溫的空間變化具有較強(qiáng)的一致性。(圖1)。此外，杭州秋季的氣溫變化趨勢與春季、夏季的氣溫變化趨勢相似(圖略)。

2.2 杭州四季兩個(gè)層次平均氣溫變化趨勢

由圖1、表1可以得出:近34 a來，除冬季850 hPa略有降低，每10 a降低0.26℃外，杭州四季地面和850 hPa平均氣溫大都是增加的，且地面增溫更明顯。在地面上，春季近34 a平均氣溫增加的幅度為0.81℃/10 a，夏季近34 a平均氣溫增加的幅度為0.69℃/10 a，秋季近34 a平均氣溫增加的幅度為0.59℃/10 a，冬季近34 a平均氣溫增加的幅度為0.10℃/10 a。在850 hPa上平均氣溫春季、夏季、秋季為增加，冬季為降低，春季近34 a平均氣溫增加的幅度為0.26℃/10 a，夏季近34 a平均氣溫增加的幅度0.16℃/10 a，秋季近34 a平均氣溫增加的幅度為0.04℃/10 a。由此可得出近34 a地面平均氣溫可能由于受城市化的影響而增大的趨勢加大，而高空平均氣溫同樣受到城市化的影響但相比于地面影響較小。

圖1 杭州春季(a)、夏季(b)地面1.5 m和850 hPa平均氣溫年際變化

3 杭州地面、850 hPa氣溫的時(shí)空演變特征

以下采用morlet小波分析了杭州四季平均氣溫在不同高度上的多尺度變化特征。

3.1 杭州地面、850 hPa小波分析

分析1979—2012年期間杭州春季地面、850 hPa平均氣溫小波系數(shù)實(shí)部和小波方差圖(圖2)，通過morlet小波分析可以將氣溫場的顯著周期及其變量定量化。在整個(gè)分析時(shí)段平均氣溫在地面和850 hPa都普遍具有7 a左右的顯著振蕩周期。在杭州春季整個(gè)分析時(shí)段平均氣溫在地面和850 hPa的顯著震蕩周期相似。說明杭州地面氣溫變化趨勢和高空氣溫變化趨勢兩者間也具有較強(qiáng)的一致性。此外，杭州夏季、秋季、冬季平均氣溫在地面和850 hPa上顯著震蕩周期的對比與春季情況相似(圖略)。

圖2 杭州春季地面1.5 m(a)、850 hPa(b)小波分析

3.2 杭州各季地面和850 hPa小波分析

分別對1979—2012年期間杭州的地面和850 hPa兩個(gè)層次春、夏、秋、冬4個(gè)代表月份的月平均氣溫進(jìn)行Morlet小波分析(表2)。春季:杭州地面和850 hPa都存在7 a振蕩周期。夏季:杭州地面和850 hPa都存在3 a震蕩周期。秋季:杭州地面存在11 a振蕩周期，850 hPa存在10 a振蕩周期。冬季:杭州地面和850 hPa都存在4 a震蕩周期?？偨Y(jié)得出杭州地面和850 hPa秋季周期最長，春季、冬季次之，夏季最短。由此說明了長三角地區(qū)地面和850 hPa相互的耦合性。

表2 杭州地面和850 hPa小波分析

4 杭州四季平均氣溫的突變檢驗(yàn)

由圖3a可見，自1996—2012年，杭州春季地面平均氣溫有一明顯的增暖趨勢。1999年后這種增暖趨勢已超過顯著性水平0.05臨界線，2009年甚至達(dá)到0.001顯著性水平，表明杭州春季地面平均氣溫的上升趨勢明顯。根據(jù)UF和UB曲線交點(diǎn)的位置，確定杭州春季地面平均氣溫在1996年的增暖是一突變現(xiàn)象。在850 hPa杭州春季平均氣溫的Mann-Kendall檢驗(yàn)曲線(圖3b)上，自1999—2012年杭州春季850 hPa平均氣溫有增暖的趨勢，由其UB與UF曲線交點(diǎn)的位置，斷定變暖在1997年后發(fā)生了突變。比較杭州春季地面和850 hPa平均氣溫增暖趨勢，地面平均氣溫增暖趨勢更為顯著。

圖3 1979—2012年杭州春季地面(a)、850hPa(b)平均氣溫Mann-Kendall檢驗(yàn)線

表3列出了杭州地面與850 hPa四季的Mann-Kendell檢驗(yàn)的結(jié)果，杭州春季、夏季、冬季的地面氣溫是在80年代后變暖的，秋季的地面氣溫是在90年代后變暖的。春季、夏季和秋季升溫顯著，且都存在突變現(xiàn)象。其中春季、夏季和秋季突變開始時(shí)間均在90年代后。杭州850 hPa春季和夏季存在變暖的趨勢，秋季和冬季氣溫變化趨勢表現(xiàn)得較為穩(wěn)定，其中春季和夏季存在突變年份。薛德強(qiáng)等［2］曾研究過近 40 a(1961—2000年)來，中國年平均氣溫變化趨勢，自地面至700 hPa，絕大部分地區(qū)氣溫上升，尤其是地面，而西南地區(qū)有降溫趨勢。

表3 杭州地面與850 hPa各個(gè)季節(jié)的Mann-Kendell檢驗(yàn)

5 結(jié)語

本文根據(jù)杭州站近34 a(1979—2012年)地面和850 hPa的月平均氣溫資料，分別討論了杭州站兩個(gè)層次四季平均氣溫的時(shí)空演變特征。

1)杭州地面和850 hPa高空，氣溫變化的趨勢在時(shí)間分布上具有一致性。表明杭州地區(qū)近34 a來地面和850 hPa高空，氣溫變化的步調(diào)是基本一致的。其中春、夏、秋一致性較強(qiáng)，冬季較弱。春季增溫最強(qiáng)，夏季、秋季次之，冬季最差。

2)杭州地面和850 hPa高空，近34 a平均氣溫變化總體為上升趨勢，而且地面氣溫上升趨勢明顯大于高空850 hPa?？赡苡捎诔鞘谢M(jìn)程的影響，地面氣溫變化趨勢加大，而在對流層下層越遠(yuǎn)離地面的高空這種影響表現(xiàn)得就越不明顯。

3)杭州四季平均氣溫變化具有明顯的多尺度變化特征。杭州在地面、850 hPa兩個(gè)層次上，同一季節(jié)的周期值相似。其中杭州地面和850 hPa秋季周期最長，春季、冬季次之，夏季最短。

4)杭州地面上的氣溫普遍在80—90年代開始變暖，且每個(gè)季節(jié)都存在突變年份，850 hPa上也存在變暖現(xiàn)象但不是每個(gè)季節(jié)都存在突變年份，突變在80年代末和90年代末。

［1］ 翟盤茂，郭艷君.高空大氣溫度變化研究［J］.氣候變化研究進(jìn)展，2006，2(5):228 －232.

［2］ 薛德強(qiáng)，談?wù)苊?，龔佃利，?近40年中國高空溫度變化的初步分析［J］.高原氣象，2007，26(1):141 －149.

［3］ Ross R J，Otterman J，Starr D，et al.Regional t rends of surface and tropospheric temperature and evening－morning temperature difference in northern latitudes:1973—1993.Geophys Res Lett［J］.1996，23(22):3179 － 3182.

［4］ 崔林麗，史軍，楊引明，等.長江三角洲氣溫變化特征及城市化影響［J］.地理研究，2008，27(4):775 －786.

［5］ 魏鳳英.現(xiàn)代氣候統(tǒng)計(jì)診斷與預(yù)測技術(shù)［M］.北京:氣象出版社.1999:296.