1966～2015年山東曹縣氣溫變化特征分析

王秀麗， 景安華， 楊啟峰， 高學(xué)芹

(1.山東省曹縣氣象局，山東曹縣 274400；2.山東省菏澤市氣象局，山東菏澤 274000；2.山東省壽光市氣象局，山東壽光 262700)

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1966～2015年山東曹縣氣溫變化特征分析

王秀麗1， 景安華2， 楊啟峰1， 高學(xué)芹3

(1.山東省曹縣氣象局，山東曹縣 274400；2.山東省菏澤市氣象局，山東菏澤 274000；2.山東省壽光市氣象局，山東壽光 262700)

利用1966～2015年曹縣氣溫觀測資料，采用線性回歸分析、線性傾向估計、M-K檢驗、Morlet子波分析等方法，分析了近50 a曹縣氣溫變化趨勢、周期變化、突變和異常年份。結(jié)果表明，近50 a曹縣年平均氣溫呈明顯的增溫趨勢，增溫率為0.20 ℃/10 a；四季中冬季增溫趨勢最為顯著，夏季略有下降；50 a來各月平均氣溫均呈增溫趨勢；平均最低、最高氣溫均呈上升趨勢，曹縣增溫主要表現(xiàn)于冬季氣溫和最低氣溫的升高。1991年為曹縣年平均氣溫增暖的突變起始年，20世紀(jì)80年代后期以前氣溫是一個偏低的時期，而其后是一個偏高的時期。曹縣平均氣溫以異常偏低年份居多。

氣溫；變化特征；突變檢驗；異常年份

氣候變化已成為全球共同關(guān)注的重大問題，各國科學(xué)家及政府部門對全球增暖可能引起的環(huán)境和生態(tài)變化給予了極大關(guān)注[1-5]。在全球氣候變暖的背景下，我國的氣候近百年來也發(fā)生了明顯的變化，因氣候變化有其地域性，各個地區(qū)的增溫速率是不同的。《氣候變化國家評估報告》指出，近50 a我國年平均氣溫增加1.1 ℃，增幅為0.22 ℃/10 a，高于全球同期平均增溫速率，冬季和春季增溫最明顯，夏季增溫不明顯[6]。廉麗姝等[7]研究表明山東省年和四季平均氣溫均呈上升趨勢，其中年平均氣溫增溫率為0.24 ℃/10 a，溫度變化會對生態(tài)環(huán)境和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)均產(chǎn)生影響，制約著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展。曹縣位于山東省西南部，是全國重要的糧食生產(chǎn)大縣，屬典型的溫帶季風(fēng)氣候。筆者利用曹縣1966～2015年的氣溫觀測資料，運用線性傾向估計、Morlet子波分析、累計距平、M-K檢驗等方法，對近50 a曹縣氣溫變化特征進(jìn)行分析，找出曹縣的溫度變化規(guī)律，為合理利用曹縣氣候資料、指導(dǎo)當(dāng)?shù)毓まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展提供依據(jù)。

1　資料與方法

1.1資料選取選用曹縣氣象觀測站1966～2015年逐年平均氣溫、平均最低氣溫、平均最高氣溫資料。計算距平用的平均值是1966～2015年的累年平均。四季劃分標(biāo)準(zhǔn)為春季(3～5月)、夏季(6～8月)、秋季(9～11月)、冬季(12月～次年2月)。

1.2分析方法利用一元線性回歸分析方法進(jìn)行氣候傾向率和變化過程分析；利用Morlet子波分析進(jìn)行周期變化分析；以距平大于標(biāo)準(zhǔn)差的2倍作為氣溫異常判別標(biāo)準(zhǔn)[8]；利用Mann-Kendal法進(jìn)行氣溫突變點檢驗[9]。

2　結(jié)果與分析

2.1變化趨勢分析

2.1.1平均氣溫變化。

2.1.1.1年變化。近50 a曹縣年平均氣溫14.1 ℃，年極端最高氣溫40.9 ℃，出現(xiàn)在2002年7月15日，年極端最低氣溫-17.6 ℃，出現(xiàn)在1990年2月1日。從圖1可以看出，1966～2015年曹縣年平均氣溫呈上升趨勢，線性傾向率為0.20 ℃/10 a，比山東省年平均氣溫傾向率(0.24 ℃/10 a)[4]低，近50 a來曹縣年平均氣溫升高約1.7 ℃。

2.1.1.2季變化。近50 a來曹縣各季的平均氣溫變化趨勢不同，夏季平均氣溫的變化趨勢略有下降(-0.07 ℃/10 a)，其余各季節(jié)均呈上升趨勢，冬季氣溫增溫趨勢最明顯，變化率為0.41 ℃/10 a，其次為春季、秋季，變化率分別為0.24、0.21 ℃/10a，表明曹縣增溫得益于冬季氣溫的升高。春季平均氣溫最高年出現(xiàn)在2014年，為16.4 ℃，最低年出現(xiàn)在1991年，為12.5 ℃；夏季平均氣溫最高年出現(xiàn)在1966年，為28.1 ℃，最低年出現(xiàn)在2004年，為24.9 ℃；秋季平均氣溫最高年出現(xiàn)在1998年，為16.9 ℃，最低年出現(xiàn)在1981年，為13.1 ℃；冬季平均氣溫最高年出現(xiàn)在2002年，為3.5 ℃，最低年出現(xiàn)在1969年，為-2.3 ℃。

2.1.1.3月變化。從表1可以看出，1966～2015年曹縣月平均氣溫7月最高，為27.0 ℃；月平均氣溫1月最低，為-0.5 ℃。1～12月平均氣溫均呈增溫趨勢，增溫速率最高的是2月(0.62 ℃/10 a)，其次為3月(0.61 ℃/10 a)，增溫速率最低的是5月(0.02 ℃/10 a)，其次為7月(0.03 ℃/10 a)。

圖1　1966～2015年曹縣年平均氣溫變化Fig.1　The change of annual average temperature in Caoxian during 1966-2015

Table 1The change of monthly temperature in Caoxian during 1966-2015

月份Month平均氣溫Averagetemperature均值Mean℃傾向率Tendencyrate∥℃/10a最高氣溫Maximumtemperature℃最低氣溫Minimumtemperature℃1-0.50.313.0-3.422.40.626.8-3.538.00.6111.85.1414.90.1416.912.3520.60.0223.418.5625.60.1227.623.7727.00.0328.725.2825.80.1328.624.2920.90.1423.518.91015.20.3218.112.9117.60.1810.34.1121.30.293.8-2.4

2.1.2平均最低、最高氣溫變化。從圖2可以看出，近50 a來曹縣年平均最高氣溫、最低氣溫均呈上升趨勢，而年平均最低氣溫線性傾向率達(dá)0.33 ℃/10 a，遠(yuǎn)高于年平均最高氣溫線性傾向率(0.09 ℃/10 a)。四季變化趨勢來看，夏季平均氣溫略有下降(平均最高氣溫-0.17 ℃/10 a、平均最低氣溫-0.01 ℃/10 a)，其余各季節(jié)均呈上升趨勢。升溫最顯著的是冬季(平均最高氣溫0.31 ℃/10 a、平均最低氣溫0.45 ℃/10 a)，其次是春季(平均最高氣溫0.14 ℃/10 a、平均最低氣溫0.37 ℃/10 a)、秋季(平均最高氣溫0.10 ℃/10 a、平均最低氣溫0.36 ℃/10 a)，可見平均最低、最高氣溫的變化趨勢與曹縣平均氣溫的變化趨勢一致，表明曹縣的增溫主要得益于最低氣溫的升高。

圖2　1966～2015年曹縣平均最高、最低氣溫變化Fig.2　The change of average maximum and minimum temperature in Caoxian during 1966-2015

圖3　1966～2015年曹縣年平均氣溫Morlet子波分析Fig.3　Morlet wavelet analysis of annual average temperature in Caoxian during 1966-2015

圖4　1966～2015年曹縣年平均氣溫M-K檢驗Fig.4　M-K test of annual average temperature in Caoxian during 1966-2015

2.2變化周期分析從圖3可看出，近50 a來曹縣年平均氣溫變化周期中較明顯的是5、15 a左右的周期變化時間尺度且具有全域性。在5 a左右的周期變化時間尺度里，1969、1988和2009年前后各對應(yīng)一個變冷期；1978和1998年前后各對應(yīng)一個增暖期。由此可見，2015年及以后的5 a里處于一個增暖期，但將逐漸由增暖向變冷轉(zhuǎn)變的時期。在15 a左右的周期變化時間尺度里，1978和2003年前后分別對應(yīng)變冷期和增暖期，可見，2015年及以后的15 a里將逐漸由增暖期向變冷期轉(zhuǎn)變。20世紀(jì)90年代初期是一個轉(zhuǎn)折點，從曹縣年平均氣溫距平值的歷史變化規(guī)律來看，20世紀(jì)80年代后期以前氣溫是一個偏低的時期，而其后是一個偏高的時期。 2.3氣溫突變分析由圖4可見，UF和UB曲線于1991年處相交，且通過α=0.05的顯著水平檢驗，可以確定1991年

為曹縣年平均氣溫增暖的突變起始年。將突變前后的平均氣溫分2個階段：1966～1990年平均氣溫為8.9 ℃，1992～2015年平均氣溫為9.9 ℃，突變前后平均氣溫相差1.0 ℃。曹縣平均氣溫自1991年始出現(xiàn)了突發(fā)性增溫，進(jìn)入了一個相對偏暖的氣候態(tài)，這與全球性的氣候變暖是相呼應(yīng)的[1]。

2.4異常分析經(jīng)分析，1966～2015年曹縣平均氣溫以異常偏低年份居多，氣溫異?，F(xiàn)象主要發(fā)生在秋季，秋季以氣溫異常偏高居多，其中2006年該季異常偏高。

3　結(jié)論

(1)1966～2015年曹縣年平均氣溫呈明顯的增溫趨勢，增溫率為0.20 ℃/10 a；四季中冬季增溫趨勢最為顯著，達(dá)0.41 ℃/10 a，夏季略有下降，僅為-0.07 ℃/10 a。50 a來各月平均氣溫均呈增溫趨勢，增溫率排在前3位的依次是2、3、10月；平均最低、最高氣溫均呈上升趨勢，平均最低的增溫率遠(yuǎn)高于平均最高的增溫率?？梢?，曹縣增溫主要表現(xiàn)于冬季氣溫和最低氣溫的升高。

(2)Morlet子波分析表明，20世紀(jì)90年代初期是一個轉(zhuǎn)折點，從曹縣年平均氣溫距平值的歷史變化規(guī)律來看，20世紀(jì)80年代后期以前氣溫是一個偏低的時期，而其后是一

個偏高的時期。應(yīng)用Mann-Kendall方法檢驗，確定1991年為曹縣年平均氣溫增暖的突變起始年。

(3)從氣候異常分析可看出，曹縣平均氣溫以異常偏低年份居多。

(4)曹縣氣溫的顯著升高與全球氣候變暖的大背景密切相關(guān)，可以看作是對全球和我國氣候變暖的一種響應(yīng)，冬季對氣候變暖貢獻(xiàn)最大，氣候變暖在最低溫度上表現(xiàn)更加明顯。

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Analysis of Temperature Variation Characteristics in Caoxian,Shandong Province during 1966-2015

WANG Xiu-li1,JING An-hua2,YANG Qi-feng1et al

(1.Caoxian Meteorological Bureau,Caoxian,Shandong 274400; 2.Heze Meteorological Bureau,Heze,Shandong 274000)

By using temperature observation data in Caoxian during 1966-2015,adopting linear regression analysis,linear tendency estimation,M-K test,Morlet wavelet analysis,temperature variation trend,periodic change,mutation and abnormal years in Caoxian in recent 50 years were analyzed.The results showed that annual average temperature presented a significant warming trend in Caoxian in recent 50 years,with warming rate of 0.20 ℃/10 a; in the whole year,winter warming trend was most significant,summer was slightly decreased; the average temperature of each month showed a warming trend in recent 50 years; the average minimum and maximum temperature showed an upward trend,and warming in Caoxian was mainly expressed in the winter temperature and the lowest temperature.The average temperature in Caoxian increased significantly in 1991,in the late 1980s,the temperature was a low period,and the later period was a high one.The average temperature in Caoxian was mostly in abnormal low year.

Temperature; Variation characteristics; Mutation test; Abnormal year

王秀麗(1978- )，女，山東安丘人，工程師，從事綜合氣象觀測研究。

2016-04-08

S 161.2+2

A

0517-6611(2016)18-162-02