1961—2017年開魯縣氣溫變化特征分析

于靜 齊佳慧 劉夢(mèng)迪

摘要? ? 利用開魯縣1961—2017年的氣溫資料，分析近57年的氣溫變化特征。結(jié)果表明，開魯縣年以及季節(jié)的平均溫度均呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢(shì)，氣候傾向率為0.335 ℃/10 a，其中春季增溫幅度最大，氣候傾向率為0.43 ℃/10 a;利用M-K突變檢驗(yàn)得到開魯?shù)貐^(qū)年平均氣溫在1993年發(fā)生突變，突變前1961—1993年平均氣溫為6.2 ℃，突變后年平均氣溫為7.3 ℃，突變后比突變前氣溫上升了1.1 ℃;同時(shí)使用Matlab進(jìn)行小波周期分析得到，年平均溫度存在明顯的5年、11年、22年以及27年多個(gè)時(shí)間尺度的震蕩周期，小波方差圖上表現(xiàn)存在3個(gè)主周期，依次對(duì)應(yīng)著28年、22年以及11年的時(shí)間尺度。

關(guān)鍵詞? ? 氣溫;變化趨勢(shì);M-K突變檢驗(yàn);小波分析;內(nèi)蒙古開魯;1961—2017年

中圖分類號(hào)? ? P423? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼? ? A? ? ? ? 文章編號(hào)? ?1007-5739（2019）06-0177-02

Abstract? ? Based on the temperature data of 1961-2017 in Kailu County，the variation characteristics of temperature in recent 57 years were analyzed. The results showed that the annual and seasonal temperature of Kailu showed an obvious upward trend.The climatic tendency rate was 0.335 ℃/10 a，and the warming range in spring was the largest，climatic tendency rate was 0.43 ℃/10 a.By means of MK mutation test，the annual mean temperature in Kailu area was abrupt in 1993，the average temperature in 1961-1993 was 6.2 ℃，and the annual average temperature after mutation was 7.3 ℃.At the same time，the wavelet period analysis with Matlab was used to get the oscillation periods of 5 a，11 a，22 a and 27 a.The wavelet variance graph showed that there were three main periods，which correspond to 28 a，22 a and 11 a.

Key words? ? temperature;change trend;M-K;wavelet analysis;Inner Mongolia Kailu County;from 1961 to 2017

開魯縣地處西遼河沖擊平原，介于東經(jīng)120°25′～121°52′、北緯43°9′～44°10′之間，是內(nèi)蒙古重要的農(nóng)區(qū)，被譽(yù)為“中國(guó)的紅干椒之都”。IPCC報(bào)告指出，全球氣候變化將對(duì)農(nóng)業(yè)產(chǎn)生重大影響。同時(shí)還指出，1880—2012年間全球平均溫度已升高0.85 ℃[1]，同時(shí)，大量研究表明，中國(guó)的氣候變化與全球氣候變化總趨勢(shì)保持一致[2]，中國(guó)近54年增溫速率約 0.25 ℃/10 a，開魯?shù)貐^(qū)氣溫也發(fā)生了明顯變化。本文為進(jìn)一步了解氣溫年及季節(jié)變化的特點(diǎn)，利用Mann-Kendall突變檢測(cè)及Matlab的小波周期分析，對(duì)通遼市開魯縣1961—2017年長(zhǎng)時(shí)間序列氣溫變化特征進(jìn)行分析[3]，以期揭示開魯?shù)貐^(qū)的氣候變化規(guī)律，為農(nóng)業(yè)部門在氣候變化背景下合理安排農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供科學(xué)參考。

1? ? 資料與方法

采用開魯縣1961—2017年的氣溫資料，選取平均氣溫建立長(zhǎng)時(shí)間的年氣溫時(shí)間序列，依據(jù)氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《氣候季節(jié)劃分》，以3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季，12至翌年2月為冬季，進(jìn)行四季的統(tǒng)計(jì)分析，進(jìn)而建立各季氣溫時(shí)間序列。利用氣溫的長(zhǎng)時(shí)間序列對(duì)開魯?shù)貐^(qū)氣溫的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)進(jìn)行分析，并使用M-K突變檢測(cè)，進(jìn)一步總結(jié)突變特征，同時(shí)采用小波分析方法，對(duì)多年氣溫變化周期進(jìn)行分析，進(jìn)而掌握氣溫變化的振蕩周期。

2? ? 結(jié)果與分析

2.1? ? 年、季節(jié)氣溫變化趨勢(shì)分析

由圖1可知，開魯縣年以及季節(jié)的平均溫度均呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢(shì)。從圖1（a）可以看出，1961—2017年年平均溫度在4.6～8.6 ℃之間，氣候傾向率為0.335 ℃/10 a，其中區(qū)域平均氣溫最低出現(xiàn)在1969年（4.6 ℃），最高氣溫出現(xiàn)在2007年（8.6 ℃），多年平均溫度為6.7 ℃，1961—2017年間呈現(xiàn)波動(dòng)上升的變化趨勢(shì)。由圖1（b）（c）（d）（e）可以看出，開魯?shù)貐^(qū)四季平均氣溫與年氣溫變化趨勢(shì)一致，其中春季增溫幅度最大，氣候傾向率為0.43 ℃/10 a，冬季次之，為0.37 ℃/10 a，秋季為0.28 ℃/10 a，夏季為0.25 ℃/10 a，各季度呈現(xiàn)出明顯波動(dòng)增長(zhǎng)的變化趨勢(shì)。開魯?shù)貐^(qū)年平均氣溫和四季平均氣溫變化趨勢(shì)與全國(guó)氣溫以及全球氣溫變化趨勢(shì)基本一致。

2.2? ? 年、季節(jié)氣溫突變分析

氣溫突變是氣候預(yù)測(cè)與模擬的重要因素，是普遍存在于氣候系統(tǒng)中的一個(gè)重要現(xiàn)象[4-5]。本文利用Mann-kendall法繪制開魯?shù)貐^(qū)年及季節(jié)平均氣溫時(shí)間序列M-K曲線，顯著水平為0.05（臨界值為±1.96），同時(shí)，結(jié)合累積距平法對(duì)開魯?shù)貐^(qū)1961—2017年及季節(jié)平均氣溫進(jìn)行突變分析[6]。由累積距平曲線可知，開魯?shù)貐^(qū)氣溫經(jīng)歷了一個(gè)顯著的升降過(guò)程，總體而言，1961—1987年呈下降趨勢(shì)，1987—2017年呈上升趨勢(shì)，其中個(gè)別年份伴隨著較小波動(dòng)，見圖2（a）。

Mann-kendall突變檢驗(yàn)結(jié)果見圖 2（b），可以看出，在置信區(qū)間范圍內(nèi)，UF曲線與UB曲線有一個(gè)交點(diǎn)（1993年），通過(guò)對(duì)突變點(diǎn)前后的氣溫差異進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，判斷出開魯?shù)貐^(qū)年平均氣溫在1993年發(fā)生突變，突變前平均氣溫為6.2 ℃，突變后年平均氣溫為7.3 ℃，突變后比突變前氣溫上升了1.1 ℃。

由圖 2（c）（d）（e）（f）可知，四季平均氣溫的UF曲線與UB曲線在0.05置信區(qū)間內(nèi)均存在交叉點(diǎn)。在置信區(qū)間內(nèi)，春季存在1個(gè)交叉點(diǎn)，突變出現(xiàn)在1993年，突變后比突變前上升1.57 ℃;夏季存在3個(gè)交叉點(diǎn)，分別為1999年、2001年及2004年，經(jīng)檢驗(yàn)，1999年為夏季平均氣溫的突變點(diǎn)，突變后比突變前上升1 ℃;秋季和冬季平均氣溫也存在突變，分別出現(xiàn)在1987年，突變后比突變前溫度分別上升1.01 ℃和1.4 ℃，其中春季增溫趨勢(shì)最明顯。

2.3? ? 年、季節(jié)氣溫周期變化分析

為進(jìn)一步研究開魯?shù)貐^(qū)年平均氣溫的多重時(shí)間尺度的周期變化特征，本文對(duì)開魯?shù)貐^(qū)1961—2017年的年平均氣溫進(jìn)行Morlet小波分析（圖3）。等值線值的大小在一定程度上反映了波動(dòng)的震蕩強(qiáng)度[7]。開魯站年平均氣溫序列小波變換系數(shù)在1961—2017年間存在明顯的5年、11年、22年以及27年多個(gè)時(shí)間尺度的的震蕩周期，在不同震蕩周期上均存在偏低和偏高中心;1995年后生成明顯的5年震蕩周期，存在著5次震蕩，且氣溫偏高趨勢(shì)顯著。

小波方差圖反映平均氣溫時(shí)間序列的波動(dòng)能量隨尺度年的分布情況，進(jìn)而確定平均氣溫多年變化中的主周期[8]。由圖4可知，小波方差圖中存在3個(gè)主周期，依次對(duì)應(yīng)著28年、22年、11年的時(shí)間尺度。這3個(gè)周期的波動(dòng)控制年平均氣溫在整個(gè)時(shí)間域內(nèi)的變化特征。

其中，最大峰值對(duì)應(yīng)著28年的時(shí)間尺度，說(shuō)明28年左右的震蕩周期最強(qiáng)，為年平均氣溫變化的第一主周期，結(jié)合圖3發(fā)現(xiàn)，在28年主震蕩周期上存在3個(gè)偏低中心與2個(gè)偏高中心;22年時(shí)間尺度對(duì)應(yīng)第二峰值，為年平均氣溫變化的第二主周期;第三峰值對(duì)應(yīng)著11年的時(shí)間尺度，為第三主周期。

3? ? 結(jié)語(yǔ)

開魯縣年以及季節(jié)的平均溫度均呈現(xiàn)出明顯的上升趨（下轉(zhuǎn)第182頁(yè)）

勢(shì)。1961—2017年年平均溫度氣候傾向率為0.335 ℃/10 a，同時(shí)，開魯?shù)貐^(qū)四季平均氣溫與年氣溫變化趨勢(shì)一致，其中春季增溫幅度最大，氣候傾向率為0.43 ℃/10 a，冬季次之，為0.37 ℃/10 a，秋季為0.28 ℃/10 a，夏季為0.25 ℃/10 a，四季均呈現(xiàn)出明顯波動(dòng)增長(zhǎng)的變化趨勢(shì)。通過(guò)M-K突變檢驗(yàn)得到開魯?shù)貐^(qū)年平均氣溫經(jīng)歷了一個(gè)顯著的升降過(guò)程，總體而言，1961—1987年呈下降趨勢(shì)，1987—2017年呈上升趨勢(shì)，其中個(gè)別年份伴隨著較小波動(dòng)，在1993年發(fā)生突變，突變前1961—1993年平均氣溫為6.2 ℃，突變后年平均氣溫為7.3 ℃，突變后比突變前氣溫上升了1.1 ℃。同時(shí)，開魯站年平均氣溫序列小波變換系數(shù)在1961—2017年間存在明顯的5年、11年、22年以及27年多個(gè)時(shí)間尺度的的震蕩周期，并存在3個(gè)主周期，依次對(duì)應(yīng)著28年、22年以及11年的時(shí)間尺度。

4? ? 參考文獻(xiàn)

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