1973—2010年肅北縣氣候資源特征分析

郭海瑛　王勝

摘要 利用肅北國家一般氣象站1973—2010年氣溫、降水觀測資料，通過Excel、SPSS、Matlab軟件對肅北縣城區(qū)氣象要素的年代、年際、季節(jié)以及月變化特征進行了統(tǒng)計，運用線性傾向估計法、滑動平均值法、小波分析法進行了分析和研究。結果表明：近38年肅北縣的年平均氣溫呈現(xiàn)上升趨勢，降水量略有下降的趨勢。四季當中，冬季、夏季增溫趨勢明顯；春季、秋季次之；春季、秋季、冬季降水量逐年增加，夏季降水量表現(xiàn)為減少的特征。

關鍵詞 氣候變化；氣溫；降水量；甘肅肅北；1973—2010年

中圖分類號 S162.3 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）04-0190-02

Abstract Using annual temperature and precipitation observation data of Subei General Weather Station during 1973-2010，the decadal，inter-annual，seasonal and monthly variation characteristics of the meteorological elements of Subei County were figured out by Excel，SPSS，Matlab software，linear trend estimation，the running average method and wavelet analysis.The results showed that during the past 38 years，the annual average temperature of Subei County had a upward trend，and a slight downward trend in rainfall. Among the four seasons，the trend of increasing temperature was obvious in winter and summer，followed by spring and autumn.The precipitation of spring，autumn and winter increased every year，and that in summer decreased.

Key words climate change；temperature；precipitation；Subei Gansu；1973-2010

天氣系統(tǒng)變化不僅是全球性的，而且具有局地特征[1]。目前，全球異常天氣常規(guī)化，氣候變化引起了眾多研究者的關注[2-3]。天氣要素中的降水量和氣溫的周期變化會極大地影響氣候變化。肅北縣具有悠久的養(yǎng)畜歷史，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主體是牧業(yè)，占農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的95%以上，南山片區(qū)河流與泉水較多，水源充足。境內(nèi)4條常年河流均發(fā)源于祁連山區(qū)，且落差很大，年總徑流量達14.5億m3，水能資源蘊藏量達50萬kW，得天獨厚的水利資源開發(fā)前景十分廣闊。因此，分析研究本地區(qū)的氣溫、降水量變化特征，不僅可以得到肅北縣氣候變化的時空變化特征和規(guī)律，而且對該地區(qū)進行氣候預測、氣象資源合理應用及保障農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)有著重要的意義。

1 資料與方法

1.1 資料來源

對肅北國家一般觀測站1973—2010年氣溫資料（四季平均氣溫、年均氣溫）和降水資料（四季降水量、年總降水量）進行研究，對該期間的季節(jié)進行定義（冬季為12月至翌年2月，春季為3—5月，夏季為6—8月，秋季為9—11月）。

1.2 研究方法

對1973—2010年氣象資料進行研究時，利用數(shù)學方法建立一元線性回歸方程，利用線性氣候傾向估計法[4]，對氣候趨勢變化進行分析，線性傾向趨勢系數(shù)利用最小二乘法求出[5]，降雨和氣溫變化規(guī)律使用一元線性回歸方程來演示：

y（t）=a0+a1t（1）

其中t為時間（t=1，2，3，…，n），單位為年，a0為常數(shù)，a1為回歸系數(shù)，當a1為正（負）時，表示相應的氣象要素在該時段內(nèi)線性增加（減弱）。

運用小波分析法分別對氣溫、降水量進行小波分析，獲得氣象要素在不同時間尺度上的變化特征，從而總結出氣溫、降水量的變化周期，以及對未來的變化趨勢進行預測。

2 結果與分析

2.1 氣溫變化

2.1.1 年平均氣溫變化。從總的變化趨勢來看肅北縣年平均氣溫整體呈現(xiàn)震蕩上升趨勢，氣候傾向率為0.5 ℃/10年，也就是說1973—2010年肅北縣年平均氣溫上升1.9 ℃。利用5年滑動平均法對年平均氣溫距平時間序列進行平滑，可以看到氣溫升高較快的時段分別為1983—1990年、1994—1998以及2003—2006年，其中年平均氣溫最大值出現(xiàn)在2009年，達到了8.4 ℃；而氣溫呈現(xiàn)比較明顯下降趨勢的時段只有1998—2003年，年最低氣溫出現(xiàn)在1976年，為5.6 ℃。從平均氣溫距平曲線可以看到氣溫變化波動較大，1987年以前氣溫距平值基本為負值，之后的年份氣溫距平基本為正值。分析1973—2010年逐年平均氣溫距平Morlet小波變換圖（圖1）可以發(fā)現(xiàn)研究區(qū)域近40年年平均氣溫變化有2個尺度的結構，其中4～6年的周期性變化為小時間尺度，大時間尺度存在著10～20年上的周期振蕩非常明顯，期間經(jīng)歷了氣溫低—高的交替。1992年以前年平均氣溫表現(xiàn)為低值期，1992年之后表現(xiàn)為高值期。

2.1.2 各季平均氣溫變化。肅北縣氣溫變化也存在著隨季節(jié)變化不同程度升高的特征：其中夏季平均氣溫增加最為明顯，氣候傾向率略高于年平均氣溫，達到了0.7 ℃/10年，表明夏季增溫貢獻最大；冬季與春季次之，氣候傾向率均為0.5 ℃/10年；秋季氣候傾向率等于年平均氣溫氣候傾向率，為0.4 ℃/10年。冬季平均氣溫5年滑動平均曲線波動最為明顯，特別是1980年之前，說明冬季平均氣溫年際變化最為突出；春季、夏季、秋季平均氣溫5年滑動平均曲線較平穩(wěn)，表明年際變化較小。

2.2 降水量變化

2.2.1 逐年降水量變化。根據(jù)肅北縣1973—2010年年平均降水量的變化情況，能夠清晰地看到降水量隨年代變化的波動性比較大，其中波動頻率較大的時間段主要有1979—1988年、1994—2002年，從總的變化趨勢來看降水量隨著時間的推移呈現(xiàn)出較弱的下降趨勢，氣候傾向率為-1.0 mm/10年，也就是說1973—2010年肅北縣年降水量下降了3.8 mm。降水量在1991—1993年增加速率較快，而年最大降水量就出現(xiàn)在1993年，達到了252.3 mm；年降水量最小值出現(xiàn)在2009年，為73 mm，較歷年平均降水量少了52%。

由圖2可知，降水量變化有2個較為明顯的周期：5年和15年。在15年時間尺度上，降雨量變化周期為2002—2010年為降雨偏多期，1994—2001年為降雨偏少期，1983—1993年同樣為降雨偏多期，而1982年以前為降雨偏少期，所以15年時間尺度降雨量變化為4個變化周期。同時分析圖2還可發(fā)現(xiàn)2002—2010年這個降雨周期的降雨等值線已經(jīng)完全閉合，這表明2010年以后的下個10年間降雨量變化可能為偏少期。在5年的時間尺度研究肅北縣降雨量發(fā)現(xiàn)，在1998年之前降雨量變化明顯存在相關的變化周期，共有7個周期，分別為1988—1990年、1983—1984年、1977—1979年3個降雨量偏多期和1991—1994年、1985—1987年、1980—1982年、1973—1976年4個降雨偏少期。

2.2.2 各季降水量變化。春季、夏季、秋季、冬季降水量氣候傾向率分別為7.9、-14.0、5.1、0.6 mm/10年，可以看到四季降水量變化趨勢差異較大：夏季降水量呈減少趨勢，春季、秋季、冬季平均降水量均呈增加的趨勢。秋季、冬季曲線的波動比較明顯，說明這兩季降水量的年際變化特征突出，春季、夏季曲線較平滑，表明降水量的年際變化趨勢不明顯。

經(jīng)過統(tǒng)計分析，春、夏、秋、冬四季的降水量分別占全年降水總量的20%、63%、11%、6%，由此可見，肅北縣降水量的60%～70%都集中在夏季，對該地區(qū)水資源的變化起著重要的作用。

3 結論與討論

（1）1973—2010年肅北縣氣溫整體呈現(xiàn)震蕩上升趨勢，氣候傾向率為0.5 ℃/10年；降水量呈現(xiàn)下降的趨勢，降水量氣候傾向率為-1.0 mm/10年；同時，氣溫、降水量均存在著季節(jié)性的變化。氣溫在四季具有不斷升高的特性，具體表現(xiàn)為：夏季平均氣溫增加最為明顯，氣溫氣候傾向率為0.7 ℃/10年；冬季與春季次之，為0.5 ℃/10年；秋季氣溫增加最緩慢，氣溫氣候傾向率為0.4 ℃/10年，與年平均氣溫氣候傾向率相等。

（2）四季降水量表現(xiàn)為：春季、夏季、秋季、冬季降水量氣候傾向率分別為7.9、-14.0、5.1、0.6 mm/10年，說明四季降水量變化趨勢差異較大，其中夏季降水量表現(xiàn)為減少的特征，春季、秋季、冬季平均降水量均表現(xiàn)為增加的趨勢。通過降水序列的小波分析發(fā)現(xiàn)2002—2010年等值線已閉合，由此預測未來10年降水量有可能減少。四季中春季降水量增加趨勢最為明顯，降水量氣候傾向率高達7.9 mm/10年，由于春季降水量占全年總降水量的比重僅次于夏季，為20%，這可能是導致肅北縣春季易發(fā)生雪災的主要原因[6]。

4 參考文獻

[1] 鄧自旺，林振山，周曉蘭.西安市近50年來氣候變化多時間尺度分析[J].高原氣象，1997，16（1）：81-93.

[2] 丁麗佳.潮州氣候變化特征及其對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響和對策[J].氣象科技，2009，37（2）：190-195.

[3] 黃向榮，葛紅衛(wèi).合肥市近55年日照時數(shù)氣候變化特征分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2008（20）：8723-8725.

[4] 魏鳳英.現(xiàn)代氣候統(tǒng)計診斷與預測技術[M].北京：氣象出版社，2007.

[5] 黃嘉佑.氣象統(tǒng)計分析與預報方法[M].北京：氣象出版社，2004：28-30.

[6] 楊建明，王勝.近38年肅北縣氣溫變化趨勢分析[J].甘肅農(nóng)業(yè)科技，2012（1）：22-24.