中國東北近60年氣溫時(shí)間變化的研究

朱靈珊

自1980年來，對全球氣候變化的預(yù)測一直是人類的熱門話題之一。最近的氣候異?，F(xiàn)象，由于對世界上許多國家在農(nóng)業(yè)、工業(yè)等方面造成嚴(yán)重影響，而成為世界上公認(rèn)的問題。IPCC提交的第4次評估報(bào)告顯示，全球地表溫度一直呈上升趨勢［1］。從1956年到2005年，氣候變暖速率為(0.13±0.03)℃/10年，相當(dāng)于1906至2005年的兩倍。最近54年(1951－2004年)，約0.25℃/10年的中國區(qū)域增溫率，與氣候變暖在同一時(shí)期全球或半球相比，平均增長率變高，其中東北地區(qū)最顯著［2－3］。東北地區(qū)近年來降水量和生長季降水量均呈減少趨勢，其中地區(qū)和季節(jié)差異性顯著［4］。作為世界三大黑土帶的東北地區(qū)，糧食產(chǎn)量占全國總產(chǎn)量的三分之一，是中國重要的商品糧基地。因此，深入分析氣候變化和研究其對農(nóng)業(yè)的影響，對中國糧食市場的穩(wěn)定是非常重要的，也在農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)具有重要意義。

1 研究方法

1.1 資料來源

本文的數(shù)據(jù)是由國家氣象局提供的東北地區(qū)1953－2012年間96個(gè)站點(diǎn)逐日氣溫和降水的觀測數(shù)據(jù)，包括逐日平均氣溫和逐日降水量(圖1)。

1.2 研究方法

1.2.1 一元線性趨勢分析

氣候變化的趨勢，一般采用一元線性回歸模型的描述［5］，即:

式中，y為氣候要素，x為時(shí)間序列(本文中為1953－2012年)，b為線性趨勢項(xiàng)，即為每個(gè)氣候傾向率，用于定量分析氣候要素變化的線性趨勢。

1.2.2 累積距平分析

累計(jì)距平是一種由曲線氣候變化的趨勢直觀判斷的方法［5］。在某一時(shí)刻的氣候序列，累積距平可表示為:

圖1 東北地區(qū)氣候站點(diǎn)分布圖

將各時(shí)刻的累積距平值全部算出，繪出累積距平曲線進(jìn)行趨勢分析。

1.2.3 小波分析法

利用小波分析對東北地區(qū)站點(diǎn)的氣溫和降水量變化周期進(jìn)行分析。其中各個(gè)站點(diǎn)多年平均氣溫和降水量與整個(gè)區(qū)域有很強(qiáng)的相關(guān)性，且統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)年代較長，所有可用站點(diǎn)的研究結(jié)果代表整個(gè)東北地區(qū)的情況［6］。

小波變換:設(shè)為滿足下列條件的任意函數(shù)，

式(5)是式(4)的一種類型的頻譜，根據(jù)信號(hào)類型的小波(5)變換是:

式(6)為時(shí)間參數(shù)，稱為平移因子，反映有關(guān)時(shí)間上的位移。本文以墨西哥帽狀小波形式(Marr)為母小波函數(shù)，表達(dá)式為:

在實(shí)數(shù)域，式(6)的離散表達(dá)式:

式(8)為采樣間隔，N為樣本大小。在本研究中，式(7)與用于計(jì)算的式(8)取同樣的尺度因子。由式(8)，小振幅的參數(shù)和變更，通過小波變換，該序列為一維的要素序列和作為坐標(biāo)的二維圖像，通過對二維圖像進(jìn)行分析可以得到關(guān)于元素的區(qū)域特性。

2 數(shù)據(jù)分析

2.1 東北地區(qū)氣溫的年際變化

東北地區(qū)1953－2012年年平均溫度在3.97～5.92℃之間，年平均氣溫在波動(dòng)中逐漸上升，氣候傾向率分析為0.15℃/10a。東北地區(qū)四季平均氣溫均呈現(xiàn)增高的趨勢，春季增溫幅度最大，為0.31℃/10a;夏季增溫幅度次之，為0.25℃/10a;秋季增溫幅度為0.09℃/10a;冬季增溫幅度最小，為0.04℃/10a(圖2)。

2.2 東北地區(qū)氣溫的年代際變化

1973－1982年間，春季、秋季和冬季均溫開始變暖。1983－1992年間，夏季均溫開始變暖。由此得知，季節(jié)性溫度的年代際轉(zhuǎn)變也呈現(xiàn)出了統(tǒng)一的變暖趨向。1973－1982年間，東北地區(qū)氣溫年代際變化開始變暖。氣溫隨年代逐年升高，幅度逐年增大。雖然1953－1962年和1963－1972年氣溫偏冷，但總體呈現(xiàn)上升趨向(表1)。

表1 東北地區(qū)年、季節(jié)溫度距平年代際變化 ℃

夏－0.26 －0.29 －0.99 0.42 0.53 0.61秋－0.17 －0.07 0.05 0.48 0.97 1.05冬－0.66 －0.04 0.18 0.49 0.26 0.89

圖2 東北地區(qū)氣溫的年、季節(jié)變化圖

2.3 東北地區(qū)氣候變化對農(nóng)業(yè)的影響

氣候變化將對農(nóng)業(yè)產(chǎn)生重要影響，改變東北地區(qū)的作物種植結(jié)構(gòu)。玉米、小麥、水稻等作物在黑龍江省的高產(chǎn)中心將發(fā)生移動(dòng)，大大提高了單位面積的產(chǎn)量［7］。

由于氣候的變化，使研究氣候變化的事實(shí)具有不確定性、區(qū)域差異性。通過著眼于部分地區(qū)空間尺度的局限性等研究，將明顯有利于減少這些研究上的不確定性。在東北農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，根據(jù)時(shí)空變化特征、農(nóng)業(yè)的影響氣候變化和變化規(guī)律等進(jìn)行更深層次的研究，對評價(jià)農(nóng)業(yè)氣候影響是非常有意義的。

氣候變化對農(nóng)業(yè)的影響是不確定的，但事實(shí)證明，由于氣候的變化，我國農(nóng)業(yè)發(fā)展已經(jīng)受到了影響。為了確保未來的糧食安全，學(xué)習(xí)對策和適應(yīng)技術(shù)是十分必要的。適應(yīng)技術(shù)可以分為以下兩個(gè)方面:一方面，對于因?yàn)闅夂蜃兓瘜ψ魑锂a(chǎn)量增減變化而產(chǎn)生的，相關(guān)決策機(jī)構(gòu)的人民政府應(yīng)當(dāng)開展積極的宣傳和引導(dǎo)，有計(jì)劃地進(jìn)行農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)潛在利益和減少損失，提高適應(yīng)能力。另一方面，在氣候變化面前，農(nóng)民和農(nóng)村社區(qū)應(yīng)該有意識(shí)地調(diào)整種植制度，調(diào)整管理措施，調(diào)整農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)，完善農(nóng)業(yè)設(shè)備，發(fā)展生物技術(shù)。

3 結(jié)論

利用小波分析的方法，通過對中國東北的近60年的溫度分布和變化特征分析，可以得到如下結(jié)論。

(1)1953年以來，東北地區(qū)年平均氣溫一次線性擬合的氣溫傾向率為0.15℃/10a，從20世紀(jì)90年代起平均值超出了約50年的年平均氣溫值。20世紀(jì)50－80年代中后期是冷期，大多數(shù)是負(fù)距平。20世紀(jì)90年代和21世紀(jì)初是暖期，大多數(shù)呈現(xiàn)正距平。

(2)根據(jù)小波系數(shù)的時(shí)間尺度的變化趨勢，得到了最近的東北地區(qū)溫度有下降趨勢的結(jié)論。(3)調(diào)整種植制度，調(diào)整管理措施，調(diào)整農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)，完善農(nóng)業(yè)設(shè)備，發(fā)展生物技術(shù)，趨利避害。

［1］Solomon S.Climate Change2007:The scientific basis∥ Contribution of Working Group Ito the Forth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change.Cambridge and New York:Cambridge University Press，2007.

［2］Chen L X，Zhou X J，Li W L，et al.Characteristics of the climate change and its formation mechanism in China in last 80 years［J］.Acta Meteorologica Sinica，2004，62(5):634－646.

［3］Lin X C，Yu SQ，Tang GL.Series of average air temperature over China for the last 100－year speriod［J］.Scientia Atospherica Sinica，1995，19(5):525－534.

［4］付長超，劉吉平，劉志明.近60年東北地區(qū)氣候變化時(shí)空分異規(guī)律的研究［J］.干旱區(qū)資源與環(huán)境，2009，23(12):60－65.

［5］賀偉，布仁倉，熊在平，等.1961－2005年東北地區(qū)氣溫和降水變化趨勢［N］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2013，33(2):519－531.

［6］吉奇，宋冀風(fēng)，劉輝.近50年東北地區(qū)溫度降水變化特征分析［J］.氣象與環(huán)境學(xué)報(bào)，2006，22(5):1－5.

［7］孫芳.農(nóng)業(yè)適應(yīng)氣候變化能力研究－種植結(jié)構(gòu)與技術(shù)方向［D］.北京:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所，2008.