1966～2016年黃驊市氣溫變化趨勢分析與預(yù)測

楊國慶，孫萌萌，王佳真

（河北省黃驊市氣象局，河北 黃驊 061100）

近年來，氣候變化成為人類社會關(guān)心的主要問題之一，氣溫是其中最主要的氣候因子，其變化及其趨勢給人類生產(chǎn)生活帶來的影響最為明顯和直接。華北平原是我國氣溫變化幅度較大的地區(qū)之一，其氣溫在50 a間上升了約1.1℃，氣候傾向率約為0.22℃/10 a。但此類研究主要是在大范圍內(nèi)進(jìn)行的，而對當(dāng)?shù)刂饕Z食、經(jīng)濟(jì)作物生產(chǎn)區(qū)域的小范圍溫度研究相對缺乏。黃驊地處華北平原東部、渤海灣西岸，傳統(tǒng)種植業(yè)以小麥、玉米為主，特色作物冬棗種植規(guī)模、效益較大，被譽(yù)為“中國冬棗之鄉(xiāng)”。溫度變化對該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響巨大，因此，深入研究分析當(dāng)?shù)販囟茸兓厔菥哂兄匾默F(xiàn)實(shí)意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

選取黃驊國家基本氣象觀測站1966～2016年的氣象數(shù)據(jù)作為研究對象。數(shù)據(jù)由黃驊市氣象局提供。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 滑動平均與距平法 計(jì)算1966～2016年溫度5 a滑動平均值，擬合一元線性方程。

1.2.2 R/S分析法 R/S分析法又稱重標(biāo)度分析法，屬于非參數(shù)分析法，目前廣泛用于自然界、金融界等各領(lǐng)域。當(dāng)H＝0.5時(shí)，氣候過程獨(dú)立、氣候變化隨機(jī)；當(dāng)0.5＜H＜1時(shí)，氣候變化具有持續(xù)性，未來趨勢仍將繼續(xù)且H值越接近1，持續(xù)越強(qiáng)；當(dāng)0≤H＜0.5時(shí)，氣候變化具有時(shí)間相關(guān)性，但趨勢相反。

1.2.3 突變特征分析 突變特征分析采用M-K檢驗(yàn)方法，通過計(jì)算繪出UF和UB曲線，若UF（UB）＞0時(shí)，序列呈上升趨勢，反之呈下降趨勢。在給定顯著性水平a＝0.05時(shí)，則UF和UB的臨界值為±1.96。當(dāng)其超過臨界直線時(shí)，表明上升或下降趨勢明顯；若UF和UB曲線相交時(shí)，且交點(diǎn)在臨界直線之間，那么交點(diǎn)對應(yīng)的時(shí)刻就是突變開始的時(shí)刻。

2 結(jié)果與分析

2.1 年平均氣溫變化分析

通過計(jì)算1966～2016年黃驊市5 a滑動平均值，利用最小二乘法擬合一元線性方程Y＝0.039 8x＋11.636。氣溫呈持續(xù)上升態(tài)勢發(fā)展（圖1）。51 a間黃驊市平均氣溫為12.7℃，且呈現(xiàn)出上升趨勢，氣溫變化速率為0.398℃/10 a，高于華北地區(qū)平均增幅（0.250℃/10 a）。通過歷年氣溫距平分析顯示，該市年平均氣溫變化分為偏冷階段（1966～1993年） 和增溫階段（1993～2016年）2個(gè)時(shí)期。其中，偏冷階段氣溫負(fù)距平頻率為85.7%，僅1989年距平在+0.2℃以上；20世紀(jì)90年代后該市氣溫開始升高，1997～2009年為增溫明顯階段，2010～2013年經(jīng)歷短暫低溫期后，2014年起又進(jìn)入顯著增溫期，目前階段年平均氣溫持續(xù)在全系列最高位附近。

圖1 1966～2016年黃驊市年平均溫度（a） 和年平均溫度距平（b）Fig.1 Annual average temperature(a)and annual average temperature anomaly(b)in Huanghua from 1966 to 2016

2.2 四季平均氣溫變化分析

1966～2016年黃驊市四季平均氣溫均值分別為13.3、25.8、13.5和1.9℃，均呈現(xiàn)上升趨勢，升溫速率分別為0.448℃/10 a、0.228℃/10 a、0.339℃/10 a和0.609℃/10 a，冬季升溫速率明顯高于其他季節(jié)，變暖趨勢十分顯著（圖2）。4個(gè)季節(jié)平均氣溫均呈現(xiàn)震蕩上升趨勢，其中，冬季振幅最大，夏季最?。?個(gè)季節(jié)的氣溫均在1990年后由負(fù)距平較多向正距平較多趨勢發(fā)展，2012年前后出現(xiàn)1次小低谷，目前又處于高峰階段（圖3）。

2.3 RS分析

通過對1966～2016年黃驊市51 a間Hurst指數(shù)分析可知，H＝0.904 5，決定系數(shù)R2＝0.974 5（圖4）。數(shù)據(jù)表明，黃驊市平均氣溫與時(shí)間序列具有明顯趨勢性和長期相關(guān)性，且該趨勢具有很強(qiáng)的持續(xù)性，未來該市的平均氣溫變化與過去的變化一致，即未來一段時(shí)間氣溫仍將繼續(xù)呈上升趨勢。

2.4 突變特征分析（MK檢驗(yàn)）

利用黃驊51 a平均氣溫?cái)?shù)據(jù)及其逆序列，分別計(jì)算并繪出UF和UB曲線（圖5）。1966～1977年黃驊平均氣溫呈緩慢下降趨勢，之后均呈上升趨勢，且上升趨勢愈來愈明顯，至20世紀(jì)90年代中后期該上升趨勢連續(xù)通過置信度95%和置信度99%的顯著性檢驗(yàn)，表明黃驊年平均氣溫上升趨勢十分顯著。根據(jù)UF與UB曲線交點(diǎn)位置，該市氣溫上升是突變現(xiàn)象，突變年份在1991年。

3 結(jié)論與建議

通過對1966～2016年黃驊市的氣溫變化趨勢進(jìn)行分析，得到以下結(jié)論：（1）1966～2016年黃驊市年平均氣溫的氣候變化率為0.398℃/10 a，高于華北地區(qū)平均增溫幅度。該市年平均氣溫變化趨勢分為偏冷階段（1966～1993年） 和偏暖階段（1994～2016年） 2個(gè)階段，且在偏暖階段中2010～2013年出現(xiàn)了短暫的低溫期。（2）1966～2016年黃驊市四季平均溫度均呈震蕩上升趨勢，其中，冬季升溫速率最大，對年平均氣溫上升貢獻(xiàn)最大。（3）運(yùn)用RS分析顯示，未來黃驊市氣溫仍然呈繼續(xù)上升趨勢。MK檢驗(yàn)亦驗(yàn)證了這一上升趨勢，且發(fā)生這一突變的年份為1991年。

圖2 1966～2016年黃驊市四季的平均氣溫變化Fig.2 Changes of average temperature of four seasons in Huanghua from 1966 to 2016

圖3 1966～2016年黃驊市四季平均氣溫距平的變化趨勢Fig.3 Change trends of average temperature anomalies of four seasons in Huanghua from 1966 to 2016

圖4 1966～2016年黃驊市平均氣溫的Hurst指數(shù)Fig.4 Hurst index of average temperature in Huanghua from 1966 to 2016

圖5 1966～2016年黃驊市平均氣溫的MK突變檢驗(yàn)曲線Fig.5 MK test curve of average temperature in Huanghua from 1966 to 2016

黃驊市氣溫將會持續(xù)升高的發(fā)展趨勢，一方面，提高了該地區(qū)的有效積溫，作物生長期延長，種植范圍相應(yīng)擴(kuò)大，對當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生積極影響；另一方面，氣溫的升高將進(jìn)一步加大農(nóng)田蒸發(fā)量，對該地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成直接影響；冬季升溫加快了病蟲害的發(fā)生概率；春季高溫易引發(fā)旱情，對當(dāng)?shù)氐闹饕?jīng)濟(jì)作物冬棗生產(chǎn)造成不利影響。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，根據(jù)氣候變化趨勢，細(xì)化完善農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃，適時(shí)調(diào)節(jié)作物生育期和種植結(jié)構(gòu)；引進(jìn)良種；加強(qiáng)農(nóng)田水利設(shè)施建設(shè)，大力推廣農(nóng)業(yè)節(jié)水種植和管理技術(shù)。