廈門市近50年的氣溫降水變化特征及突變分析

田愉

摘 要 利用廈門市近50年的氣象觀測站的氣溫與降水資料，運用氣候趨勢系數(shù)和一元回歸分析法分析了該區(qū)域的氣候變化規(guī)律。結(jié)果表明：50年來廈門市氣溫整體上呈上升趨勢，平均氣溫以0.51 ℃/10 a幅度升高，四季平均氣溫以冬季、秋季平均氣溫上升為主，且冬季增幅最大，達0.21 ℃/10 a。50年來，年降水量有明顯的增加，平均年降水量傾向率為68.73 mm/10 a，四季降水量均呈上升趨勢，其中秋季降水量上升趨勢最為明顯，氣溫突變出現(xiàn)在1981年及1998年，而降水突變不明顯。

關(guān)鍵詞 氣溫；降水；變化趨勢；氣候突變

中圖分類號：P467 文獻標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.12.079

近100年來，地球氣候正經(jīng)歷一次以全球變暖為主要特征的明顯變化。近30年來，相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，全球溫室效應(yīng)變得更明顯，北半球地面平均溫度增幅為0.3～0.6 ℃[1-2]。官方報道（IPCC第四次評估報告），20世紀(jì)至21世紀(jì)初（約100年），全球地面平均溫度上升了0.74 ℃，預(yù)計仍將上升1.1～6.4 ℃；而未來全球平均海平面升高范圍可能在0.18～0.59 m[3]。這種趨勢無疑會給全球的生態(tài)系統(tǒng)、人類的生產(chǎn)與生活帶來巨大的影響。

全球氣候變化的研究涉及許多復(fù)雜的問題，為了更好地預(yù)測未來氣候的變化，國內(nèi)外氣候變化的研究主要集中在降水和氣溫上。20世紀(jì)是近千年來最暖的世紀(jì)[4]，全球增溫主要發(fā)生在1910—1945年及1976—2000年。近百年來，中國氣溫上升了0.4～0.5 ℃，年際變化特征比較明顯，20世紀(jì)60年代呈弱下降趨勢，20世紀(jì)70年代及80年代初呈緩慢增暖趨勢，20世紀(jì)80年代后則顯著變暖[5-8]。

基于理論和觀測的研究，氣候變化在不同區(qū)域，并不具備同步性。全球變暖背景下，我國跨越不同氣候帶，氣候變化具有梯度變化差異。在20世紀(jì)50年代到80年代末期，我國不同地區(qū)的降水量具有很多差別，總體年降水量在減少，而在此前的50年中降水量變化很小。在此后的10年中，我國降水集中在長江中下游、華南和東北的部分地區(qū)，而且全國降水量普遍增加[9-12]。

廈門市地處我國福建省（東經(jīng)118°04′04″、北緯24°26′46″），臨近泉州、漳州，距離臺灣海峽不遠，直對著金門諸島，與臺灣島、澎湖列島相隔海域，屬于我國五大經(jīng)濟特區(qū)行列，為典型的南亞熱帶季風(fēng)氣候。廈門市主要發(fā)展工商業(yè)，同時也在打造成為一個旅游城市。當(dāng)前學(xué)者們已經(jīng)選取過國內(nèi)很多省市的氣候變化問題作為研究課題，然而卻很少有針對廈門市氣候變化的研究成果，因而主要采用氣候趨勢系數(shù)、一元線性回歸以及累計距平等方法，對廈門市1961—2010年的氣溫變化和降水變化做全面探究，致力于摸索出該市的氣候變化規(guī)律，以期促進該市氣候預(yù)測工作的順利開展，同時還將有利于該市氣候研究和防范任務(wù)的進行。

1 研究數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究數(shù)據(jù)來源

以廈門市1961—2010年近50年的平均氣溫、降水等資料為研究對象，資料來源于廈門市氣象臺以及廈門市經(jīng)濟特區(qū)年鑒數(shù)據(jù)共享網(wǎng)。

1.2 研究方法

1）對所選氣候資料進行整理，建立從1月到12月，從春季到冬季或從一年到另一年這樣的氣候研究階段。按照氣象劃分習(xí)慣，3—5月屬于春季，6—8月是夏季，9—11月屬于秋季，12月到第二年的2月是冬季。計算各年份四季氣溫及降水量的平均值、最大值、最小值等特征量，進行特征量分析。

2）計算廈門市年氣候趨勢系數(shù)。

式中，xi是第i年要素值；x為其樣均值；t=（n+1）/2，n代表年數(shù)。rxt值是正數(shù)，說明這個值在n年中表現(xiàn)出增長的狀態(tài)，反之，是下降的狀態(tài)；據(jù)此就能反映氣象要素在長時間中的具體變動情況，這是普遍適用的一元線性回歸系數(shù)，將切實減少氣象要素均方差對現(xiàn)行回歸系數(shù)產(chǎn)生的干擾。滿足自由度n-2的t分布，可以確定此時的氣候趨勢有何價值，屬于一種隨機振動。此外，可以算出不同年代不同季節(jié)氣溫和降水量的平均值、距平值，然后通過一元線性回歸方程分析氣候季節(jié)變化的狀態(tài)。

3）累計距平法。累計距平法主要用來分析序列變化狀態(tài)。序列x在某個t的累計距平為：

求出每個具體時刻的累計距平值，最終可以繪制出完整的累計距平曲線。針對整體變化體現(xiàn)的階段性做研究，如果整個曲線呈現(xiàn)向上的趨勢，就說明很多氣象因素都屬于較高的狀態(tài)，如果曲線表現(xiàn)出下降的狀態(tài)，則大部分氣象要素都屬于較低的狀態(tài)。本文利用氣候要素累計距平曲線確定年平均氣溫以及降水的突變年份。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣溫變化分析

2.1.1 年均氣溫的年際變化特征

在1961—2010年，氣溫平均在20.7 ℃，2007年廈門市的最高溫度達到21.6 ℃，這也是這段時間該市的最高溫度；1984年，該市迎來了最低溫度，達到19.7 ℃。分析廈門市在50年以來的氣候形勢，平均氣溫始終在升高，如圖1所示。然而不符合相關(guān)性檢驗的程度，主要受到隨機因素的影響。廈門市從20世紀(jì)60年代到80年代平均氣溫總體表現(xiàn)出下降的特征。當(dāng)分析30年的氣候變化，廈門自1981年起平均氣溫都在不斷增加。可以具體表現(xiàn)成線性方程Y=0.0514X-81.896，R=0.81，這個方程符合0.01的顯著性檢驗。據(jù)此可知，該市自20世紀(jì)80年代開始，每年氣溫都會增加0.051 4 ℃。

2.1.2 年均氣溫的年代際變化特征

廈門市1961—2010各年代氣溫趨勢系數(shù)見表1。20世紀(jì)70年代及20世紀(jì)90年代，廈門市年平均氣溫一直在提高，在20世紀(jì)60年代、80年代，以及2000—2010年，年平均氣溫呈現(xiàn)下降趨勢。20世紀(jì)60年代氣溫呈下降趨勢，趨勢系數(shù)為-0.529，降溫主要表現(xiàn)在6月、10月，增溫主要在1月、7月；20世紀(jì)70年代明顯回升，上升趨勢明顯，趨勢系數(shù)為0.462，增溫主要在1月、7月、8月；20世紀(jì)80年代年平均氣溫又大幅度下降，趨勢系數(shù)為-0.386，降溫主要在3月、9月、10月；20世紀(jì)90年代是20世紀(jì)增溫最大的時期，趨勢系數(shù)為0.500，增溫主要出現(xiàn)在10月，降溫主要在8月、9月、12月；2000—2010年氣溫又再一次呈小幅度下降趨勢。

2.1.3 四季平均氣溫的變化特征

廈門市春季平均氣溫（1961—2010年）為19 ℃，50年中氣溫最高為21.5 ℃（2002年），最低為17.2 ℃（1970年、1984年）。從年代際來看，春季平均氣溫最高為19.7 ℃（2000—2010年），20世紀(jì)80年代春季平均氣溫最低為18.2 ℃。由圖2a可得，春季平均氣溫波動幅度不大，以0.079 ℃/10 a的幅度呈極微弱的上升趨勢。

廈門市夏季平均氣溫（1961—2010年）為27.4 ℃，50年中氣溫最高達28.6 ℃（1980年）；最低達26.1 ℃（1985年）。從年代際來看，夏季平均氣溫20世紀(jì)70年代最高，為27.5 ℃；20世紀(jì)90年代最低，為27.1 ℃。從圖2b觀察可得，夏季年平均氣溫以-0.018 ℃/10 a的幅度波動下降，但2000—2010年呈小幅度的上升趨勢。

廈門市秋季平均氣溫（1961—2010年）為23.1 ℃，50年中平均氣溫最高為23.9 ℃（2005年）；最低為21.7 ℃（1988年）。從年代際來看，秋季平均氣溫最高在20世紀(jì)60年代，為23.4 ℃；20世紀(jì)80年代平均氣溫最低，為22.6 ℃。由圖2c可以看出，秋季平均氣溫以-0.02 ℃/10 a小幅度下降，除2000—2010年有小幅度的上升趨勢外，其余年代秋季平均氣溫均呈下降趨勢。下降最明顯的集中在20世紀(jì)80年代。

廈門市冬季平均氣溫（1961—2010年）為13.4 ℃，50年中氣溫最高為15.3 ℃（2007年）；最低溫為11.7 ℃（1984年）。從年代際來看，冬季平均氣溫最高是2000—2010年，為14.1 ℃；最低的是20世紀(jì)80年代，為12.7 ℃。由圖2d可以看出，冬季平均氣溫以0.21 ℃/10 a的幅度波動上升，但20世紀(jì)80年代冬季平均氣溫呈下降趨勢，且下降幅度較大，其余各年代均呈上升趨勢，20世紀(jì)70年代及2000—2010年增溫幅度較大。

由此分析可知，廈門市冬、春兩季增溫，但春季增溫很小，冬季增溫較為明顯；夏、秋兩季降溫，但降溫的幅度較小，這種季節(jié)性增溫差異與王馥棠等人提到“我國氣候變暖幅度由南向北增加，以冬季和西北、華北、東北最為明顯”基本上相符合。這表明冬季平均氣溫增加趨勢最明顯。

2.2 年降水量變化

2.2.1 年降水量的年際變化特征

分析圖3可知，廈門市全年降水量保持上升的水平，但未通過顯著性檢驗（線性系數(shù)為6.873 4 mm/a，R=0.329）。在1961—2010年的50年間，廈門市年降水量的多年平均值為1 249.28 mm，最大值為1 998.6 mm，發(fā)生在1990年；最小值在837.1 mm，發(fā)生于1966年，最大值是最小值的2.4倍。可見，廈門市的年降水量年際變化很明顯。

2.2.2 年降水量的年代際變化特征

分析表2可知，廈門市近50年以來，不同月份和全年降水變化形勢都少于0.05置信水平，這反映出廈門市降水量變化較小，總體來看，仍然是上升水平，降水量趨勢系數(shù)達到了0.332，8月降水量上升最明顯，1月、6月、7月、11月降水量小幅度下降。分析降水量年代際的變化可知，20世紀(jì)60年代到90年代，以及從2000—2010年廈門市年降水量均呈現(xiàn)下降的趨勢。減少趨勢最為顯著是20世紀(jì)60年代，年降水量趨勢系數(shù)為-0.435；到20世紀(jì)70年代降水下降趨勢減慢，趨勢系數(shù)為-0.099；20世紀(jì)80年代的降水下降趨勢更緩慢，趨勢系數(shù)為-0.003；直到20世紀(jì)90年代及2000—2010年降水下降的趨勢開始重新加快，趨勢系數(shù)分別為-0.181、-0.246；不同年份相比較，其中降水量最多和最少之間相差1.3，這反映出廈門市年代際降水量的變化值要比年際降水量的變化大。其中，20世紀(jì)90年代的降水量要超過2000—2010年期間的降水量，還依次比20世紀(jì)80年代、70年代和60年代的降水量都要多。

2.2.3 四季降水量變化趨勢

在1961—2010年期間，春季平均降水量132.1 mm，在1983年，降水量達到最多，為311.6 mm，在1971年降水量最少，為56.0 mm。從春季降水量年代際變化看，20世紀(jì)80年代（171.3 mm）>20世紀(jì)90年代（135.5 mm）>2000—2010年（132.1 mm）>20世紀(jì)70年代（116.2 mm）>20世紀(jì)60年代（102.6 mm）。從圖4a可以看出，廈門市春季降水量呈小幅度上升趨勢，20世紀(jì)80年代上升趨勢明顯，但20世紀(jì)90年代呈下降的趨勢。

夏季降水量平均為174.9 mm，最大值為362.9 mm（1972年），最小值為73.9 mm（1970年）。從夏季降水量年代際變化來看，20世紀(jì)90年代（205.5 mm）

>2000—2010年（194.4 mm）>20世紀(jì)70年代（178.5 mm）>20世紀(jì)60年代（164.9 mm）>20世紀(jì)80年代（130.5 mm）。從圖4b可以看出，廈門市夏季降水量總體都在增加，但增幅不大，到20世紀(jì)60年代到80年代呈下降趨勢，20世紀(jì)90年代與2000—2010年上升趨勢最明顯。

秋季降水量平均為66.0 mm，最大值為187.3 mm（2010年），最小值為12.7 mm（1995年）；分析廈門市不同年代秋季降水量的變化可知，2000—2010年的降水量是80.3 mm，而20世紀(jì)90年代降水量是70.24 mm，20世紀(jì)80年代降水量是70.2 mm，呈現(xiàn)出依次遞減的趨勢，20世紀(jì)70年代（64.4 mm）>20世紀(jì)60年代（42.4 mm）。從圖4c可以看出，廈門市秋季降水量呈小幅度上升趨勢，且20世紀(jì)80年代及20世紀(jì)90年代上升趨勢最明顯，20世紀(jì)60年代到70年代上升幅度較小。

冬季降水量平均為45.4 mm，最大值為130.6 mm（1983年），最小值5.9 mm（1963年）。從冬季降水量年代際變化來看，20世紀(jì)90年代（56.3 mm）>2000—2010年（45.6 mm）>20世紀(jì)80年代（44.5 mm）>20世紀(jì)60年代（40.5 mm）>20世紀(jì)70年代（39.7 mm）。分析圖4d可知，廈門市在秋季降水量在不斷增加，但降水量在20世紀(jì)60年代、90年代呈下降趨勢，20世紀(jì)70年代與2000—2010年上升幅度較為明顯。綜上所述，秋季年降水上升趨勢最為明顯。

2.3 氣溫與降水的突變分析

2.3.1 年平均氣溫突變分析

從表3及圖5可知，該市在1961—2010年中曾有兩次氣候急劇改變，1981年遭遇首次氣候突變，氣候從較暖變成較冷，距平值由0.063 ℃降至-0.468 ℃；第二次突變發(fā)生在1998年，則是由偏冷氣候期轉(zhuǎn)為偏暖氣候期，距平值則又從-0.468 ℃突變?yōu)?.474 ℃。

2.3.2 年降水量突變分析

由圖6可知，廈門市年降水量距平曲線在1971年前較為平緩，1971年后呈波動上升變化，且變化幅度較大，絕對值最大出現(xiàn)在1990年，為749.3 mm；并沒有明顯的突變。

3 結(jié)論

1961—2010年廈門市年平均氣溫整體上呈上升趨勢，四季平均氣溫以冬季、春季年平均氣溫上升為主，且冬季增加趨勢最為明顯，春季溫度波動幅度相對較小。這與福建省溫度變化特征相符合，但廈門市的年升溫只有0.063 ℃/10 a，相對于整個福建省的0.15 ℃/10 a變化很微弱，與中國年平均氣溫增溫為0.22 ℃/10 a相比更是微乎其微?？梢娙驓夂蜃兓瘜τ趶B門市的溫度變化影響還不是很明顯，主要集中表現(xiàn)在冬季。

50年來，廈門市年降水量在波動中逐漸增加，平均降水增加為68.73 mm/10 a，這種降水量的增加形勢遠比福建省的水平高。每個季節(jié)的降水量都在增加，降水量變化最顯著的是秋季。這些數(shù)據(jù)顯示，廈門市的氣候總體更加暖濕，但變化不是特別顯著。而廈門市地處東亞夏季風(fēng)前端，直接受到臺風(fēng)、風(fēng)暴潮等的影響，這些也是全球變暖的結(jié)果，而廈門市作為一個經(jīng)濟發(fā)展的示范性城市，人口多，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)完善，氣候變化的影響需要重視。

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（責(zé)任編輯：趙中正）