1981—2015年遼陽(yáng)縣氣溫變化特征及趨勢(shì)分析

張琳+黃薈羽+白志娜

摘要 根據(jù)1981—2015年遼陽(yáng)縣35年的氣溫?cái)?shù)據(jù)，采用一元線(xiàn)性回歸分析、5年滑動(dòng)平均分析、Mann-Kendall突變檢驗(yàn)和Morlet小波分析統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)該地區(qū)多年氣溫的變化特征進(jìn)行線(xiàn)性趨勢(shì)分析、突變分析和周期性分析。結(jié)果表明，近35年遼陽(yáng)地區(qū)年均氣溫呈上升趨勢(shì)，氣候傾向率為0.457 ℃/10年。5年滑動(dòng)平均曲線(xiàn)得出，年均氣溫在研究時(shí)域內(nèi)經(jīng)歷了3次“冷—暖”交替變化。從Mann-Kendall突變特征分析中，遼陽(yáng)縣年均氣溫在1994年發(fā)生由低溫到高溫的突變，從1997年開(kāi)始出現(xiàn)顯著增加。Morlet小波分析結(jié)果表明，年均氣溫變化過(guò)程中存在著16～35年、11～15年和2.5～10.0年3類(lèi)尺度周期變化規(guī)律，主要表現(xiàn)在32年和7年左右的主周期。

關(guān)鍵詞 年均氣溫；變化特征；趨勢(shì)分析；突變檢驗(yàn)；小波分析；遼寧遼陽(yáng)；1981—2015年

中圖分類(lèi)號(hào) P423.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2017）24-0194-02

Analysis on Characteristics and Tendency of Temperature Change in Liaoyang County from 1981 to 2015

ZHANG Lin 1 HUANG Hui-yu 1 BAI Zhi-na 2 SONG Xiao-wei 3 LI Da-wei 1 LI En-jian 1

（1 Liaoyang County Meteorological Bureau in Liaoning Province，Liaoyang Liaoning 111299； 2 Liaoyang Meteorological Bureau；

3 Shenyang Meteorological Bureau）

Abstract Based on the temperature data in the region of Liaoyang County from 1981 to 2015，linear regression analysis，5-year moving average analysis，Mann-Kendall test and Morlet wavelet analysis method were employed to analyze the linear trend，the sudden change and the periodicity of temperature change in this area. The results showed that the annual temperature of Liaoyang County had presented an upward trend in recent 35 years，and the climate tendency rate was 0.457 ℃ per 10 years. 5-year moving average curve showed that the average temperature presented 3 times of cold-warm alternating. The Mann-Kendall sudden change characteristics analysis showed that the annual average temperature changed suddenly from low to high in 1994 and increased significantly in 1997.In addition，Morlet wavelet analysis method showed that there were three scales（16-35 years，11-15 years，and 2.5-10.0 years）in the temperature periodic variation.These variations were mainly shown in the period of 32 years and 7 years.

Key words annual average temperature；change characteristics；trend analysis；sudden change test；wavelet analysis；Liaoyang Liaoning；1981-2015

全球氣候變化是氣候研究領(lǐng)域的大事件，是各國(guó)政府和相關(guān)科研機(jī)構(gòu)等共同關(guān)注的焦點(diǎn)，包括全球變暖、極端氣候、干旱洪澇災(zāi)害等一系列氣候事件，對(duì)人類(lèi)與地球生物圈產(chǎn)生重要影響。2013年9月IPCC發(fā)布的第五次評(píng)估報(bào)告中指出：過(guò)去130年全球升溫0.85 ℃[1]，1983—2012年的30年中，相比之前幾十年都要熱，每10年的地表溫度均高于1850年以來(lái)的任何時(shí)期，過(guò)去 30 年極有可能是近800～1 400年間最熱的30年[2]，氣候系統(tǒng)變暖無(wú)疑，且近百年來(lái)我國(guó)增溫主要發(fā)生在東北、華北、西北地區(qū)[3]。近幾十年，氣溫特征變化和趨勢(shì)研究已成為學(xué)者們研究的熱點(diǎn)內(nèi)容[4-7]。韓 璐等[8]對(duì)1959—2008年遼寧省22個(gè)氣象站點(diǎn)年均氣溫和降水量資料進(jìn)行趨勢(shì)分析、突變分析和周期性分析，得出氣溫總體呈明顯上升趨勢(shì)，且存在7年左右的主周期。田海峰等[9]采用M-K突變檢驗(yàn)和小波統(tǒng)計(jì)分析方法研究近60年豫東農(nóng)區(qū)氣溫變化，指出近60年來(lái)四季和年變化周期復(fù)雜，存在多時(shí)間尺度上的嵌套結(jié)構(gòu)。

遼陽(yáng)縣屬于大陸性季風(fēng)氣候，分為東部山區(qū)和西部平原2個(gè)部分，特殊的地理環(huán)境是氣象災(zāi)害頻發(fā)區(qū)。通過(guò)本文研究分析，以期能夠?qū)|陽(yáng)縣地區(qū)未來(lái)農(nóng)業(yè)氣候資源的調(diào)整和優(yōu)化起到借鑒作用，為當(dāng)?shù)剞r(nóng)事生產(chǎn)提供科學(xué)指導(dǎo)，提高氣象防災(zāi)減災(zāi)能力，并對(duì)該地區(qū)農(nóng)業(yè)及社會(huì)可持續(xù)發(fā)展起到積極的增效作用。endprint

1 數(shù)據(jù)與方法

本文選取1981—2015年遼陽(yáng)縣國(guó)家一般站的逐日氣溫觀測(cè)資料，通過(guò)數(shù)據(jù)預(yù)處理方法統(tǒng)計(jì)年均氣溫?cái)?shù)據(jù)，采用一元線(xiàn)性回歸分析、M-K突變檢驗(yàn)、小波分析3種方法，對(duì)遼陽(yáng)縣年均氣溫的年際變化進(jìn)行研究。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣溫趨勢(shì)分析

1981—2015年遼陽(yáng)縣年均氣溫平均值為9.3 ℃，最高值11.1 ℃出現(xiàn)在2014年，最小值7.9 ℃出現(xiàn)在1985年，兩者相差達(dá)3.2 ℃。線(xiàn)性?xún)A向趨勢(shì)線(xiàn)表明，年均氣溫變化趨勢(shì)傾向的回歸系數(shù)均>0，遼陽(yáng)地區(qū)近35年年均氣溫呈上升趨勢(shì)（圖1），根據(jù)線(xiàn)性?xún)A向趨勢(shì)線(xiàn)結(jié)果顯示，氣候傾向率為0.457 ℃/10年。從5年滑動(dòng)平均曲線(xiàn)分析，年均氣溫在1997—2003年和2008—2013年2個(gè)時(shí)間段呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)，其余時(shí)間段均呈上升趨勢(shì)，經(jīng)歷了從1981—1987年偏冷、1988—1996年偏暖、1997—2003年偏冷、2004—2007年偏暖、2008—2013年偏冷、2014年以后偏暖的“冷—暖—冷—暖—冷—暖”交替變化。整體而言，遼陽(yáng)地區(qū)近35年年均氣溫呈平穩(wěn)波動(dòng)上升趨勢(shì)，大約從20世紀(jì)90年代后，年均氣溫增加趨勢(shì)顯著。

2.2 氣溫突變分析

由圖2可以看出，在1983年之前，UF>0，表明年均氣溫在1983年之前呈上升趨勢(shì)；1983—1989年UF<0，表明年均氣溫在此期間呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；1989年以后，UF>0，且出現(xiàn)持續(xù)上升趨勢(shì)，表明1989年之后年均氣溫持續(xù)上升，并在1997年這種上升趨勢(shì)顯著（置信水平α=0.05），之后年均氣溫出現(xiàn)顯著增加。在置信區(qū)間內(nèi)，UF與UB曲線(xiàn)在1994年有1個(gè)交點(diǎn)，說(shuō)明遼陽(yáng)縣年均氣溫在1994年開(kāi)始發(fā)生了由低溫到高溫的突變。

2.3 氣溫振蕩周期分析

根據(jù)遼陽(yáng)縣年均氣溫的年際分布序列，采用Morlet小波變換作年均氣溫周期性分析，繪制小波系數(shù)實(shí)部等值線(xiàn)分布圖、小波系數(shù)模平方圖和小波方差圖，正值區(qū)表示溫度偏高，負(fù)值區(qū)表示溫度偏低，從而得出遼陽(yáng)地區(qū)35年年均氣溫具有多時(shí)間尺度的嵌套結(jié)構(gòu)和周期變化特征。

由圖3可以看出，年均氣溫變化過(guò)程中存在多時(shí)間尺度特征?？傮w來(lái)說(shuō)，氣溫變化過(guò)程中存在著16～35、11～15、2.5～10.0年3種尺度周期變化規(guī)律。其中，年均氣溫序列在周期為16～35年較長(zhǎng)時(shí)間尺度的低頻振蕩中，有3條突變線(xiàn)，突變線(xiàn)分別位于90年代初期、90年代后期至21世紀(jì)初期、2011年左右。此時(shí)間尺度經(jīng)歷了冷—暖交替的準(zhǔn)2次振蕩，冷暖情況分別為80年代初期到末期的偏冷時(shí)期、90年代初期到末期的偏暖時(shí)期、21世紀(jì)初期的偏冷時(shí)期和10年代后的偏暖時(shí)期。在11～15年尺度的周期振蕩中，出現(xiàn)了5條突變線(xiàn)，分別出現(xiàn)在1987年左右、1993年左右、21世紀(jì)初期和00年代中后期到10年代初期。此時(shí)間尺度經(jīng)歷了冷—暖交替的準(zhǔn)3次振蕩，冷暖情況分別為20世紀(jì)80年代初期到中后期的偏冷期、1987—1993年左右的偏暖期、90年代中期到21世紀(jì)初期的偏冷期、2002—2007年左右的偏暖期、21世紀(jì)00年代中期到2013年左右的偏冷期和2013年以后至今的偏暖期。在2.5～10.0年尺度左右的高頻振蕩周期中，出現(xiàn)11條突變線(xiàn)，且出現(xiàn)明顯準(zhǔn)7次冷—暖交替振蕩現(xiàn)象。

由圖4年均氣溫小波系數(shù)模平方圖分析不同周期的振蕩能量得出，在整個(gè)研究時(shí)間域內(nèi)，存在3個(gè)能量強(qiáng)、周期顯著的振蕩中心，由于時(shí)間制約沒(méi)有完整顯示，但中心時(shí)間尺度分別在32年、25年和16年左右。另外，在1989—2004年左右出現(xiàn)的時(shí)間域內(nèi)，存在1997年左右的振蕩中心，中心時(shí)間尺度為12年。在1990—2007年左右出現(xiàn)的時(shí)間域內(nèi)，存在1998年左右的振蕩中心，中心時(shí)間尺度為7年。同時(shí)，還存在振蕩中心在2000年左右，中心時(shí)間尺度在5年的振蕩信號(hào)、振蕩中心在2009年左右，中心時(shí)間尺度在4年的振蕩信號(hào)和振蕩中心在2013年左右，中心時(shí)間尺度在6年的振蕩信號(hào)。

年均氣溫的小波方差（圖5）存在5個(gè)較為明顯的峰值，依次對(duì)應(yīng)著5、7、12、21、32年的時(shí)間尺度。其中，最大峰值對(duì)應(yīng)著32年的時(shí)間尺度，說(shuō)明32年左右的周期振蕩最強(qiáng)，為年均氣溫變化的第一主周期；7年時(shí)間尺度對(duì)應(yīng)著第二峰值，為第二主周期；5、21、12年分別對(duì)應(yīng)著第三、四、五主周期，這5個(gè)主周期的波動(dòng)控制著年均氣溫在整個(gè)時(shí)間域內(nèi)的變化特征。

3 結(jié)論

（1）1981—2015年遼陽(yáng)縣年均氣溫呈上升趨勢(shì)，氣候傾向率為0.457 ℃/10年，并出現(xiàn)多次冷暖交替過(guò)程波動(dòng)，從20世紀(jì)90年代以后，年均氣溫增溫較明顯。

（2）遼陽(yáng)縣年均氣溫在1994年發(fā)生突變，并在1997年以后年均氣溫的上升趨勢(shì)出現(xiàn)顯著增加。

（3）Morlet小波變換作遼陽(yáng)縣年均氣溫周期性分析研究得出該地區(qū)年均氣溫具有多時(shí)間尺度的嵌套結(jié)構(gòu)和周期變化特征。在氣溫變化過(guò)程中存在著16～35、11～15、2.5～10.0年3種低頻到高頻尺度振蕩的周期性變化，且在各尺度周期振蕩中存在突變線(xiàn)和氣溫的冷暖交替過(guò)程。在5、7、12、21、32年的時(shí)間尺度中，不同時(shí)間域內(nèi)存在能量強(qiáng)、周期顯著的震蕩中心，且以32年時(shí)間尺度的周期震蕩最強(qiáng)，7年時(shí)間尺度周期振蕩次之。

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