近57年錫林浩特市和阿巴嘎旗氣溫變化特征比較分析

洪園園，春 風(fēng)，包玉海，包金蘭

(1.內(nèi)蒙古師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010022；2.內(nèi)蒙古師范大學(xué)，內(nèi)蒙古自治區(qū)遙感與地理信息系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010022；3.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018；4.內(nèi)蒙古自治區(qū)土地調(diào)查規(guī)劃院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)

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近57年錫林浩特市和阿巴嘎旗氣溫變化特征比較分析

洪園園1,2，春 風(fēng)1,3，包玉海2，包金蘭4

(1.內(nèi)蒙古師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010022；2.內(nèi)蒙古師范大學(xué)，內(nèi)蒙古自治區(qū)遙感與地理信息系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010022；3.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018；4.內(nèi)蒙古自治區(qū)土地調(diào)查規(guī)劃院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)

利用1953-2009年錫林浩特市和阿巴嘎旗的氣象數(shù)據(jù)，運(yùn)用線(xiàn)性?xún)A向率、滑動(dòng)平均法、距平法和Morlet小波分析法，對(duì)比分析了錫林浩特市和阿巴嘎旗氣溫變化特征。結(jié)果表明:近57a阿巴嘎旗的增溫速率比錫林浩特市的增溫速率大，但氣溫變化的穩(wěn)定性卻比錫林浩特市平均氣溫變化的穩(wěn)定差，易出現(xiàn)災(zāi)害天氣；從90年代開(kāi)始平均氣溫的增溫比較明顯，對(duì)多年平均氣溫的高低有很大的影響；近57a錫林浩特市和阿巴嘎旗的平均氣溫在各年代均表現(xiàn)出升溫變化特征。在57年尺度上，錫林浩特市和阿巴嘎旗平均氣溫均存在50a、35a、20a和15a左右的震蕩周期；從30年尺度分析，錫林浩特市和阿巴嘎旗平均氣溫均存在23a、13a和10a左右的震蕩周期；平均最高氣溫和平均最低氣溫存在明顯的非對(duì)稱(chēng)變化，使得年較差有減小趨勢(shì)。

錫林浩特市；阿巴嘎旗；氣溫；比較分析

近年來(lái)，以氣候變暖為代表的全球氣候變化問(wèn)題吸引了科學(xué)工作者和各國(guó)的關(guān)注〔1〕。因?yàn)榈厍虮砻娴母叩推鸱?，即便是在一個(gè)自然區(qū)域內(nèi),氣候變化同樣表現(xiàn)出顯著的區(qū)域性特征,即各地區(qū)對(duì)氣候變化的區(qū)域響應(yīng)程度不同〔2，3〕。錫林浩特市與阿巴嘎旗毗鄰且地處錫林郭勒盟中部，均屬中溫帶半干旱大陸性氣候，生態(tài)環(huán)境脆弱，易受氣候變化的影響。以往的研究中,對(duì)錫林郭勒盟氣溫變化的研究較多〔4-8〕，而小尺度區(qū)域上的比較分析相對(duì)較少。因此，本文對(duì)比分析了錫林浩特市和阿巴嘎旗的氣溫變化特征，包括兩者的年際變化、年代變化、周期和年較差特征，為掌握各地區(qū)的氣候變化規(guī)律進(jìn)而更好地指導(dǎo)人們的生產(chǎn)和生活，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

錫林浩特市屬中溫帶半干旱大陸性氣候。冬季嚴(yán)寒漫長(zhǎng)，夏季溫涼短促，春秋風(fēng)多而干燥的氣候特征。年平均氣溫1.7℃。最熱為7月，平均氣溫20.8℃，極端最高氣溫38.3℃。最冷為1月，平均氣溫-19.8℃，極端最低氣溫-42.4℃。氣溫年較差40.6℃，日較差14.3℃。無(wú)霜期平均123天。年均降水量為287.2毫米，分布不均。

阿巴嘎旗地處內(nèi)蒙古錫林郭勒盟中北部，地勢(shì)由東北向西南傾斜，平均海拔1127米。從形態(tài)上可劃分為低山丘陵、高平原、熔巖臺(tái)地、沙地四個(gè)類(lèi)型。氣候?qū)僦袦貛О敫珊荡箨懶詺夂?，多大風(fēng)寒潮，冷暖多變，日溫差大。年平均溫度1.3℃，年平均降水量250毫米左右，多集中在6-8月，無(wú)霜期90-110天。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源及其處理

本文選用1953-2009年的錫林浩特市和阿巴嘎旗的氣溫資料，來(lái)源于內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林浩特市54102站臺(tái)和阿巴嘎旗53192站臺(tái)的詳細(xì)記錄數(shù)據(jù)，分別統(tǒng)計(jì)出年平均氣溫、平均最高氣溫和平均最低氣溫和氣溫年較差，距平值的計(jì)算采用WMO規(guī)定的1971-2000年的標(biāo)準(zhǔn)氣候平均值，對(duì)1953-2009年的資料進(jìn)行平均得到多年平均值，對(duì)于氣象局沒(méi)有記錄的數(shù)據(jù)使用平均值進(jìn)行替代。

1.3 研究?jī)?nèi)容與方法

本文主要對(duì)錫林浩特市和阿巴嘎旗的氣溫變化特征進(jìn)行對(duì)比分析，使用線(xiàn)性?xún)A向率〔9〕和滑動(dòng)平均法〔10〕對(duì)氣溫的變化趨勢(shì)進(jìn)行分析，使用距平法〔11〕分析氣溫變化特征，使用Morlet小波分析法〔12-13〕分析氣溫的周期性。

2 結(jié)果與分析

2.1 平均氣溫的年際變化特征比較分析

近57年來(lái)，錫林浩特市與阿巴嘎旗平均氣溫大概分布在-3℃～4.5℃范圍內(nèi)，二者均是隨時(shí)間的推移在波動(dòng)中呈上升變化趨勢(shì)(圖1)。由變化曲線(xiàn)可以看出，錫林浩特市與阿巴嘎旗在近57a平均氣溫的年際變化具有明顯的一致性，使用SPSS軟件對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)性分析，結(jié)果其相關(guān)系數(shù)r=0.946>r0.001=0.4078，通過(guò)了0.001的顯著性水平。不同之處在于二者變化的線(xiàn)性?xún)A向率的大小、平均氣溫值的大小和氣溫的變幅，錫林浩特市的線(xiàn)性?xún)A向率為0.52/10a，即錫林浩特市的平均氣溫每10年增加0.52℃，阿巴嘎旗的線(xiàn)性?xún)A向率為0.541/10a，即阿巴嘎旗平均氣溫每10年增加0.541℃。由此可知，近57a阿巴嘎旗的增溫速率比錫林浩特市的增溫速率大；從圖1可以很明顯的分析出錫林浩特市的平均氣溫每年都比阿巴嘎旗的高，平均氣溫最高值出現(xiàn)在1998年達(dá)4.4℃，平均氣溫最低值出現(xiàn)在1956年達(dá)-0.5℃，錫林浩特市的平均氣溫變幅為4.9℃，阿巴嘎旗的平均氣溫變幅為5℃，其中，2007年氣溫最高值達(dá)3.6℃，1956年氣溫最低值達(dá)-1.4℃。雖然，近57a錫林浩特市的平均氣溫每年都比阿巴嘎旗的高，但阿巴嘎旗的氣溫變幅比錫林浩特市的氣溫變幅大，說(shuō)明阿巴嘎旗的平均氣溫變化沒(méi)有錫林浩特市平均氣溫變化的穩(wěn)定，易出現(xiàn)災(zāi)害天氣。

圖1 年平均氣溫的變化曲線(xiàn)Fig.1 The curve of annual mean temperature

由圖2可以看出，錫林浩特市與阿巴嘎旗5年滑動(dòng)平均氣溫的年際變化也存在明顯的一致性，使用SPSS軟件對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)性分析，兩者相關(guān)系數(shù)r=0.968>r0.001=0.4078，通過(guò)了0.001顯著性檢驗(yàn)，二者也均是在波動(dòng)中呈上升變化趨勢(shì)。具體是從50年代開(kāi)始升溫到60年代中期到達(dá)波峰，從60年代中期開(kāi)始出現(xiàn)降溫到末期達(dá)波谷，之后又開(kāi)始升溫直到70年代初期，從70年代初期開(kāi)始呈現(xiàn)較穩(wěn)定的變化直到80年代中期，從80年代中期開(kāi)始一直持續(xù)升溫至今。另外，二者的5年滑動(dòng)平均氣溫均在1990年超過(guò)各自的多年平均氣溫值，由此可以說(shuō)明從90年代開(kāi)始平均氣溫的增溫比較明顯，對(duì)多年平均氣溫的高低有很大的影響。

圖2 5年滑動(dòng)平均氣溫和多年平均氣溫變化曲線(xiàn)Fig.2The curve of 5 year moving average temperature and the average temperature

2.2 平均氣溫的年代變化特征比較分析

為進(jìn)一步對(duì)比分析錫林浩特市和阿巴嘎旗平均氣溫的變化特征，分別計(jì)算了平均氣溫和平均氣溫距平的年代變化，見(jiàn)表1和表2。從表1可以很明顯的看出，錫林浩特市各年代的平均氣溫均比阿巴嘎旗各年代的平均氣溫高；錫林浩特市和阿巴嘎旗平均氣溫最低值均出現(xiàn)在50年代，最高值均出現(xiàn)在21世紀(jì)初期，相鄰兩年代之間的溫度差均為正值，可知錫林浩特市和阿巴嘎旗的平均氣溫均隨時(shí)間推移而升高，即近57a錫林浩特市和阿巴嘎旗的平均氣溫在各年代均表現(xiàn)出升溫變化特征。

錫林浩特市和阿巴嘎旗平均氣溫距平從50年代到80年代均是負(fù)距平，從90年代開(kāi)始到21世紀(jì)初期均是正距平(表2)，由此可以說(shuō)明從90年代開(kāi)始平均氣溫增溫比較明顯，不同的是阿巴嘎旗在90年代到21世紀(jì)初期的增溫幅度比錫林浩特市的大。從表2還可以看出,50年代、90年代和21世紀(jì)初期錫林浩特市和阿巴嘎旗平均氣溫距平的變幅均最大，60年代、70年代和80年代兩個(gè)地區(qū)平均氣溫距平的變幅均變化不大。從大尺度來(lái)分析可知，阿巴嘎旗的平均氣溫距平的年代間變幅更加明顯,為3.09℃,而錫林浩特市僅為2.77℃，由此也說(shuō)明了，阿巴嘎旗平均氣溫變化的穩(wěn)定性比錫林浩特市的差。

表2 平均氣溫距平特征對(duì)比/℃Tab.2The average temperature anomaly feature comparison

2.3 平均氣溫的周期特征比較分析

小波系數(shù)的變化趨勢(shì)與氣候的信號(hào)的起伏是基本一致的，等值線(xiàn)中心為冷暖中心，正小波為暖，負(fù)小波為冷，中心值所對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)值為年份,縱坐標(biāo)值為序列的變化周期。從圖4和圖5可以分析出錫林浩特市和阿巴嘎旗近57a平均氣溫包含了多個(gè)不同尺度的周期變化，形成各種尺度正負(fù)相間的振蕩中心，存在明顯的年代和年際變化。

在57年尺度上(圖4左)，錫林浩特市平均氣溫主要存在50a、35a、20a和15a左右的震蕩周期，50a左右的震蕩周期的變化從50年代一直持續(xù)至21世紀(jì)初期，周期震蕩非常明顯，具有全域性，存在暖-冷交替的5個(gè)循環(huán)(3個(gè)暖期和2個(gè)冷期)，從57a尺度小波系數(shù)變化(圖4左)可知，目前錫林浩特市仍處于暖期，但該振蕩周期等值線(xiàn)已閉合，可以推測(cè)錫林浩特市將會(huì)在2009年以后進(jìn)入一個(gè)新的冷期。35a左右的震蕩周期的變化也是從50年代一直持續(xù)至21世紀(jì)初期，周期震蕩非常明顯，具有全域性，存在冷-暖交替的8個(gè)循環(huán)(4個(gè)冷期和4個(gè)暖期)。在Matlab軟件中，對(duì)圖4左做Zoom In(細(xì)節(jié)放大)處理，發(fā)現(xiàn)小尺度20a和15a的振蕩周期均不具有全域性，20a左右的震蕩周期從80年代初期才開(kāi)始比較明顯，并且一直持續(xù)至21世紀(jì)初期，15a左右的震蕩周期在50年代到70年代末期比較明顯。在57年尺度上(圖5左)，阿巴嘎旗平均氣溫主要存在的震蕩周期與錫林浩特市的震蕩周期一樣，且冷暖周期變化與錫林浩特市平均氣溫的冷暖周期變化基本一致，不同的是阿巴嘎旗冷暖的程度差異比錫林浩特市冷暖程度小。

在30年尺度上(圖4右)，錫林浩特市平均氣溫主要存在23a、13a和10a左右的震蕩周期。23a左右的震蕩周期的變化從50年代一直持續(xù)至21世紀(jì)初期，周期震蕩非常明顯，具有全域性，存在暖-冷交替的8個(gè)循環(huán)(4個(gè)暖期和4個(gè)冷期)。從30a尺度小波系數(shù)變化(圖4右)可以看出，目前錫林浩特市仍處于暖期，但該振蕩周期等值線(xiàn)尚未閉合，可以推測(cè)出錫林浩特市在2009年以后仍將持續(xù)一段時(shí)間的暖期。在30年尺度上(圖5右)，阿巴嘎旗平均氣溫主要存在的震蕩周期與錫林浩特市的震蕩周期一樣，且冷暖周期變化與錫林浩特市平均氣溫的冷暖周期變化也基本一致，不同的是阿巴嘎旗冷暖的程度差異比錫林浩特市冷暖程度大。

從圖4和圖5還可知平均氣溫的變化階段和目前所處的氣候背景，在不同的時(shí)間尺度上所反映的冷暖結(jié)果是不一樣的。

圖3 近57a錫林浩特市平均氣溫不同時(shí)間尺度的小波變換圖Fig.3 Figure of average temperature at different time scales wavelet transform of Xilinhot in resent 57 years

圖4 近57a阿巴嘎旗平均氣溫不同時(shí)間尺度的小波變換圖Fig.4 Figure of average temperature at different time scales wavelet transform of AbagBanner in resent 57 years

2.4 最高氣溫、最低氣溫及年較差特征比較分析

年平均最高氣溫和年平均最低氣溫是反映一個(gè)地區(qū)炎熱或寒冷狀態(tài)的標(biāo)志，其差值為氣溫年較差〔14〕。隨著全球氣候的變化，氣溫年較差的變化研究已開(kāi)始得到廣泛關(guān)注。

近57年錫林浩特市和阿巴嘎旗的氣溫年較差呈遞減變化趨勢(shì)，分別以每10年0.279℃和0.255℃的速度減少(圖9)，從平均最高氣溫變化曲線(xiàn)(圖10)和平均最低氣溫變化曲線(xiàn)(圖11)看，對(duì)兩個(gè)城市氣溫年較差貢獻(xiàn)最大的均是平均最低氣溫，原因是兩個(gè)城市的平均最低氣溫的變化速率均約是平均最高氣溫變化速率的二倍，即平均最高氣溫和平均最低氣溫明顯的非對(duì)稱(chēng)變化表現(xiàn)，高溫增溫比較緩慢，低溫增溫比較迅速，使得二者的差值也就是年較差在逐年減小，與“中國(guó)平均最低氣溫的增幅明顯大于平均最高氣溫的增幅”的結(jié)論是一致的〔14〕。同時(shí)，錫林浩特市平均最高氣溫和平均最低氣溫均普遍高于阿巴嘎旗，由此可以說(shuō)明，錫林浩特市的城市熱島效應(yīng)比阿巴嘎旗的明顯。

圖5 氣溫年較差變化曲線(xiàn)Fig.5 The curve of temperature annual range

圖6 平均最高氣溫變化曲線(xiàn)Fig.6 Thecurve of average maximum temperature

圖7 平均最低氣溫變化曲線(xiàn)Fig.7 The curve of average minimum temperature

3 結(jié)論

本文利用1953-2009年的氣象資料，比較分析了錫林浩特市和阿巴嘎旗氣溫變化的年際、年代、周期特征及年較差的變化趨勢(shì)。近57年，錫林浩特市和阿巴嘎旗平均氣溫均呈上升變化趨勢(shì)，并且二者的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.946(通過(guò)了0.001的顯著性水平)，不同之處在于二者變化的線(xiàn)性?xún)A向率的大小、平均氣溫值的大小和氣溫的變幅，阿巴嘎旗的平均氣溫變化沒(méi)有錫林浩特市平均氣溫變化的穩(wěn)定，易出現(xiàn)災(zāi)害天氣。在年代變化上，近57年錫林浩特市和阿巴嘎旗的平均氣溫在各年代均表現(xiàn)出升溫變化特征，從90年代開(kāi)始平均氣溫增溫比較明顯，不同的是阿巴嘎旗在90年代到21世紀(jì)初期的增溫幅度比錫林浩特市的大，阿巴嘎旗的平均氣溫距平的年代間變幅更加明顯。

從周期變化上看，在57年尺度上，錫林浩特市平均氣溫主要存在50a、35a、20a和15a左右的震蕩周期，與阿巴嘎旗的震蕩周期一樣，且二者的冷暖周期變化也基本一致，不同的是阿巴嘎旗冷暖的程度差異比錫林浩特市冷暖程度小。在30年尺度上，錫林浩特市平均氣溫主要存在23a、13a和10a左右的震蕩周期，與阿巴嘎旗的震蕩周期一樣，且冷暖周期變化也基本一致，不同的是阿巴嘎旗冷暖的程度差異比錫林浩特市冷暖程度大。

近57年錫林浩特市和阿巴嘎旗的氣溫年較差呈遞減變化趨勢(shì)，分別以每10年0.279℃和0.255℃的速度減少，高溫增溫比較緩慢，低溫增溫比較迅速，使得二者的差值也就是年較差在逐年減小。

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Comparative Analysis on the Characteristics of Temperature Variation inXilinhot and Abag Banner duringLast 57 years

HONG Yuan-yuan1,2，Chun feng1,3，BAO Yu-hai2，BAO Jin-lan4

(1.College of Geographical Science，Inner Mongolia Normal University，Hohhot，Inner Mongolia，China，010022；2.Inner Mongolia Key Laboratory of Remote Sensing and Geographic Information System，Inner Mongolia Normal University，Hohhot，Inner Mongolia，China，010022；3.College of Ecology and Environment，Inner Mongolia Agricultural University，Hohhot，China，010018；4.Land Surveying and Panning Institute of Inner Mongolia Autonomous Region，Hohhot，Inner Mongolia，China，010010)

Employing the meteorological data from 1953 to 2009 in Xilinhot and Abag Banner，using linear trendrate, the moving average method, anomaly method and Morlet wavelet analysis method，comparative analysis of the characteristics of temperature variations in Xilinhot and AbagBanner. The results showed that in recent 57years the warming rate of Abag Banneris larger than Xilinhot，but the stability of the temperature change is less stable than the Xilinhot average temperature change , easy to cause the disaster weather；since the 1990s the warmingof average temperatures is more obvious and has a great influence on the level of the mean annual temperature；the temperature in Xilinhot andAbag Banner in every ageshowed a temperature change characteristics in recent 57years.At the 57-year scales，Xilinhot and Abag Banner's average temperature both exists 50a、35a、20a and15afluctuation；At the 30-year scales，Xilinhot and Abag Banner's average temperature both exists 23a、13a and 10a fluctuation；the mean maximum temperature and mean minimum temperatureexists obvious asymmetric change，make the annual range have the decreasing trend.

Xilinhot；AbagBanner；temperature；comparative analysis

P467

2095—5952(2015)03—0015—07

2015-06-08

內(nèi)蒙古自然科學(xué)基金“內(nèi)蒙古礦業(yè)廢棄地土壤環(huán)境條件的改善對(duì)植被恢復(fù)的影響研究”(2014MS0405)

洪園園(1991-)，女，蒙古族，內(nèi)蒙古興安盟人，碩士研究生，主要從事地理信息系統(tǒng)和遙感應(yīng)用方面的研究，E-mail:623423815@qq.com

春 風(fēng)(1981-)，女，蒙古族，內(nèi)蒙古興安盟人，在職博士生，講師，主要從事地理信息系統(tǒng)和遙感應(yīng)用方面的研究工作，E-mail:chunfeng07@126.com