內(nèi)蒙古烏蘭浩特市氣溫降水變化特征分析以1986—2015年為例

吳亞平 張惜偉

摘 要：利用烏蘭浩特氣象站（區(qū)站號50838）1986—2015年的日平均氣溫和降水量數(shù)據(jù)，對研究區(qū)氣溫和降水進(jìn)行趨勢分析、相關(guān)性分析、降水距平百分率分析。結(jié)果表明，近30a來，研究區(qū)年平均氣溫、年平均最高溫、年平均最低溫均處于增溫的趨勢，變化傾向率分別為0.247℃/10a、0.143℃/10a、0.315℃/10a。季節(jié)方面來看，春、夏、秋3個(gè)季節(jié)有升溫的趨勢;其中夏季升溫幅度最大，變化傾向率為0.618℃/10a，而冬季則有降溫的趨勢，變化傾向率為-0.429℃/10a。年際降雨量有下降趨勢，變化傾向率為-31.114mm/10a;干旱年份逐漸增加，30a中有13a為干旱年。季節(jié)方面，春季和冬季的年平均降水量有上升趨勢，變化傾向率分別為11.238mm/10a和2.557mm/10a;而夏季和秋季年平均降水量則有下降的趨勢，變化傾向率分別為-42.057mm/10a和-2.852mm/10a。年平均氣溫和降水量之間沒有明顯的相關(guān)性。季節(jié)方面，夏季和冬季的平均氣溫與降水量在0.01水平上呈負(fù)相關(guān)關(guān)系;在13a干旱季節(jié)主要集中在秋季和夏季，其中秋季占31%，夏季占29%，春季和冬季分別占14%、26%。

關(guān)鍵詞：氣溫;降水量;相關(guān)性;烏蘭浩特

中圖分類號：S161文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.19754/j.nyyjs.20191030061

全球氣候變暖是一種和自然有關(guān)的現(xiàn)象，是由于溫室效應(yīng)不斷積累，導(dǎo)致地氣系統(tǒng)吸收與發(fā)射的能量不平衡，能量不斷在地氣系統(tǒng)累積，從而導(dǎo)致溫度上升，造成全球氣候變暖。氣候變化是全球變化的重要組成部分，與人類的生存息息相關(guān)。人類只有詳細(xì)的了解氣候變化的歷史、幅度、機(jī)制，才能更好的預(yù)測將來的氣候變化趨勢以及其對人類社會(huì)的影響。在全球變暖的背景下，內(nèi)蒙古地區(qū)近幾十年來氣溫增暖特征明顯，并且增暖速率明顯加快。馬柱國、錢維紅等人的研究表明[1-2]：我國增溫的總體趨勢是北方大南方小，這與全球增溫分布一致，其中東北西部及內(nèi)蒙古的東部增溫幅度最大[3]，增溫率達(dá)到0.5℃/10a;在降水量的變化趨勢上，全國總的趨勢是東部減少，西部增加[4]。

目前，有關(guān)烏蘭浩特氣候變化已有一些研究，如梁潔、范海嬌等人研究指出烏蘭浩特市近43a（1971—2014年）年均氣溫，四季溫度都呈上升趨勢，其中年均氣溫的增溫速率為0.43℃/10a;年降水量呈減少趨勢，春季和冬季降水量增加，夏季和秋季降水量減少。[5]

本文利用內(nèi)蒙古烏蘭浩特氣象站1986—2015年的日平均氣溫和降水量數(shù)據(jù)，對烏蘭浩特氣溫和降水進(jìn)行趨勢分析、相關(guān)性分析、降水距平百分率分析，發(fā)現(xiàn)烏蘭浩特氣溫降水變化規(guī)律，并結(jié)合前人研究成果，對未來的演變趨勢進(jìn)行預(yù)測，對合理利用氣候資源改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，促進(jìn)農(nóng)牧業(yè)及旅游業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

烏蘭浩特市位于內(nèi)蒙古東北部，地理座標(biāo)為N45°22′～46°18′，E121°51′～122°20′之間（圖1）。處于大興安嶺與松遼平原接合處，屬低山丘陵地貌。東與扎賚特旗、吉林省鎮(zhèn)賚縣相鄰，南與吉林省白城市洮北區(qū)、洮南市接壤，西南與吉林省洮南市相連，西、北與科爾沁右翼前旗相鄰，屬中溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候區(qū)。南部是以旱地為主的耕地和草地;中北部大多為水田和水澆地;城區(qū)為工業(yè)和商業(yè)集中區(qū)。四季分明，冬季漫長寒冷，春季干旱多風(fēng)，夏季溫?zé)岫檀?，降水集中，雨熱同季。無霜期較短，日照充足，積溫有效性高，降水量偏少，蒸發(fā)量大。年降水量分布沒有明顯的地域特征，年平均降水量為433.4mm，主要集中在6—8月，占年降水量的75%。主要?dú)庀鬄?zāi)害有干旱、冰雹、霜凍、大風(fēng)、洪澇、沙塵暴、寒潮等，其中干旱是影響農(nóng)牧業(yè)最主要的氣象災(zāi)害。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文利用的氣象數(shù)據(jù)為烏蘭浩特市氣象站（區(qū)站號50838）2000—2015年的逐月降水和氣溫記錄。氣象數(shù)據(jù)來自中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享網(wǎng)（http：//data.cma.cn/）。文中所指的平均最高溫、平均最低溫為逐月最高溫、最低溫進(jìn)行求和，并進(jìn)行平均的結(jié)果。按照北方地區(qū)氣候特征及氣象研究特點(diǎn)，四季的劃分：3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季，12月—次年2月為冬季。

1.3 分析方法

1.3.1 線性傾向估計(jì)

利用樣本容量為n的某一氣候變量yi，用xi表示yi所對應(yīng)的時(shí)間，建立yi與xi之間的一元線性回歸yi=axi+b（i=1，2…，n）。氣候的趨勢變化用一元線性回歸方程來表示，式中xi為年份，a為氣候傾向率，用于定量描述氣候變量隨時(shí)間的變化趨勢特征，式中回歸系數(shù)a和常數(shù)b可以用最小二乘法進(jìn)行計(jì)算。其公式為：

a=n∑xiyi-∑xi∑yin∑xi2-∑xi2[JY]（1）

b=y[TX-]-ax[TX-][JY]（2）

其中y[TX-]=1n∑ni=1yi，x[TX-]=1n∑ni=1xi[JY]（3）

回歸系數(shù)a表示氣候變量y的傾向趨勢，a的值為正數(shù)，說明隨時(shí)間x的增加，氣候變量呈上升趨勢;當(dāng)a的數(shù)值為負(fù)值時(shí)，則說明隨著時(shí)間x的推移，氣候變量呈現(xiàn)下降的趨勢。同時(shí)a值的大小還說明了氣候變量y上升和下降的速度。

1.3.2 相關(guān)性分析

本文基于SPSS軟件，對變量之間進(jìn)行相關(guān)性分析。相關(guān)系數(shù)r可說明x與y的相關(guān)程度。當(dāng)相關(guān)系數(shù)r為正數(shù)時(shí)，表示x與y之間為正相關(guān)，正相關(guān)是表示2個(gè)要素間呈同方向變化的相關(guān)，也就是y值隨x的增加而變大或隨x的減少而變小;負(fù)數(shù)時(shí)，表示x與y之間為負(fù)相關(guān)，負(fù)相關(guān)是表示2個(gè)要素間呈反方向變化的相關(guān)，即y隨x的增大而變小或隨x的減小而變大。相關(guān)系數(shù)的絕對值|r|越大，表示2個(gè)x與y相關(guān)程度越密切。當(dāng)r=1時(shí)，為完全正相關(guān);當(dāng)r=-1時(shí)，為完全負(fù)相關(guān);r=0時(shí)，則完全無關(guān)，r值介于-1≤r≤1之間。其公式為：

r=∑xy-∑x∑yn ∑x2-∑x2n∑y2-∑y2n[JY]（4）

1.3.3 降水量距平百分率（pa）

降水距平百分率反映的是，某時(shí)段內(nèi)的降水量相較常年偏多或偏少的標(biāo)準(zhǔn)之一，即某時(shí)段內(nèi)的降水同平均狀態(tài)的偏離程度[6]。它可以反映降水異常而引起的干旱?！稓庀蟾珊档燃墶穂7]中規(guī)定降水量距平百分率pa的計(jì)算公式為：

Pa（%）=p-p[TX-]p[TX-]×100%[JY]（5）

p[TX-]=1n∑ii=1pi[JY]（6）

式中，p-為某段時(shí)段內(nèi)降水量，p[TX-]-為計(jì)算某時(shí)段同期氣候平均降水量，n-為研究的年數(shù)，i=1，2，3，…，n。

1.3.4 干旱等級標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《氣象干旱等級》[7]其旱澇標(biāo)準(zhǔn)（表1）：

2 結(jié)果分析

2.1 氣溫變化特征

2.1.1 年際變化特征

烏蘭浩特近30a（1986—2015年）的平均氣溫、平均最高溫、平均最低溫趨勢圖（圖2），可以得出，從1986—2015年烏蘭浩特年平均氣溫呈逐漸升高的趨勢，并于2008年達(dá)到最高值7.1℃，比30a平均氣溫（5.749℃）高1.351℃。1988年達(dá)到年平均氣溫最低值4.225℃，比30a平均氣溫低1.524℃。最低溫與最高溫之間相差2.875℃。

1986—2015年中烏蘭浩特平均最高溫與最低溫呈現(xiàn)升高的趨勢，于2008年平均最高溫達(dá)到最高值13.47℃，1988年平均最低溫達(dá)到最小值-1.2℃。30a間平均最高溫的變化幅動(dòng)較小，其一元線性回歸模型為y=0.0143x-16.752，溫度變化速率為0.143℃/10a，即說明從1986—2015年間增溫0.143℃/10a;而平均最低溫的變化幅動(dòng)較大，其一元線性回歸模型為y=0.0315x-62.746，溫度變化速率為0.315℃/10a，說明從1986—2015年間增溫0.315℃/10a。

2.1.2 季節(jié)變化特征

通過對烏蘭浩特1986—2015年各季節(jié)平均溫度、平均最高溫、平均最低溫進(jìn)行趨勢分析（圖3），結(jié)果表明，烏蘭浩特1986—2015年30a以來，春、夏、秋3個(gè)季節(jié)的平均溫度、平均最高溫、平均最低溫呈上升趨勢，而冬季則呈下降趨勢。烏蘭浩特30a的春季平均氣溫為7.2463℃，夏季為22.149℃，秋季為5.829℃，冬季為-12.219℃。變化趨勢方面（表3），春季的平均氣溫變化傾向率為0.313℃/10a，夏季的平均氣溫變化傾向率為0.618℃/10a，秋季的平均氣溫變化傾向率為0.435℃/10a，冬季的平均氣溫變化傾向率為-0.429℃/10a。由此可見，春季的上升幅度最小，夏季的上升幅度最大，冬季則呈下降趨勢。

2.2 降水量變化特征

2.2.1 年際變化特征

根據(jù)烏蘭浩特1986—2015年的降水資料進(jìn)行趨勢分析，并計(jì)算出一元線性回歸模型（圖4），結(jié)果顯示，在降水量方面，烏蘭浩特1986—2015年30a年均降雨量為434.153mm，最大年降雨量為1998年的822.4mm，最小年降雨量為2004年的157mm，最大降雨量與最小降雨量相差5倍多。30a間年均降水量有減少的趨勢，趨勢系數(shù)為-31.114mm/10a。烏蘭浩特屬中溫帶半干旱季風(fēng)氣候，30a間超過400mm的年份有16a。

2.2.2 季節(jié)變化特征

通過對烏蘭浩特四季降水量進(jìn)行線性擬合（圖5），發(fā)現(xiàn)春季和冬季變化有上升的趨勢，春季的上升傾向率為11.238mm/10a，冬季的上升傾向率為2.557mm/10a。夏季和秋季均呈下降趨勢，夏季下降傾向率為-42.057mm/10a，秋季下降傾向率為-2.852mm/10a，其中夏季降水量下降趨勢最顯著。

1986—2015年的30a間，春季平均降水量為 57.353mm，夏季平均降水量為318.366mm，秋季平均降水量為50.9966mm，冬季平均降水量為7.4366mm。春季降水量于2010年達(dá)到最高值139.6mm，2004年達(dá)到最低值5.2mm;夏季降水量在1998年達(dá)到最高值672.3mm，2004年為最低值116.8mm;秋季降水量于2012年達(dá)到最高值128.3mm，2007年為最低值16.8mm;冬季降水量于2012年達(dá)到最高值22.7mm，1996和2011達(dá)到最低值，分別為0.6mm，0.7mm。

經(jīng)過對30a來烏蘭浩特季節(jié)降水量統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)內(nèi)降水主要集中在夏、春、秋3個(gè)季節(jié)，春季平均降水量為57.353mm，夏季平均降水量為318.366mm，秋季平均降水量為50.996mm，冬季平均降水量為7.436mm。對全年降雨量貢獻(xiàn)最大的是夏季，占到全年降雨量的73%，其次是春季和秋季，分別占全年降雨量的13%和12%，冬季降雨稀少，只占全年降雨量的2%。

2.3 干旱時(shí)間特征變化

2.3.1 年尺度干旱特征

利用降水距平百分率計(jì)算烏蘭浩特1986—2015年降水距平百分率（圖6）?？梢钥闯鰹跆m浩特1986—2015年間的年降水距平百分率有減少的趨勢。1989年、1992年、1995—1997年、1999年、2000—2004年、2006—2009年、2011年降水距平百分率為負(fù)值，并根據(jù)干旱等級劃分標(biāo)準(zhǔn)（表1），1989、1992、1997、1999、2000、2001、2002、2004、2006、2007、2008、2009、2011年出現(xiàn)干旱（表7），其中2001、2004年達(dá)到特旱等級，這與烏蘭浩特實(shí)際干旱情況吻合。2001年和2004年的特旱使烏蘭浩特農(nóng)業(yè)生產(chǎn)遭到了巨大損失。[8]

烏蘭浩特屬于對氣候變化反映敏感的脆弱區(qū)，抵御各種自然災(zāi)害的能力較弱，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不穩(wěn)定性很大，因此農(nóng)業(yè)收成的好壞很大程度上取決于自然降水量的多少及其時(shí)空分布[8]。降水量多的年份，農(nóng)業(yè)獲得豐收;干旱少雨季節(jié)，農(nóng)業(yè)欠收。[8]

2.3.2 季節(jié)尺度干旱特征

根據(jù)降水量距平百分率公式，計(jì)算1986—2015年烏蘭浩特各季節(jié)的降水距平百分率。利用表1干旱等級劃分得到表5。由表5可以看出，[JP2]發(fā)生輕旱的年份為1992年、2002年、2004年、2006—2009年、2011年。發(fā)生中旱的年份為1989年、1999年、2000年，于1997年發(fā)生重旱，2001年和2004年發(fā)生特旱。季節(jié)方面來看，在13a里（表4）干旱季節(jié)主要集中在秋季和夏季，其中秋季在干旱的13a里占31%，夏季占29%，

春季和冬季分別占14%、26%。

2.4 氣溫與降水量的相關(guān)性分析

2.4.1 年平均氣溫與年降水量的相關(guān)性

通過對烏蘭浩特近30a（1986—2015年）的年平均氣溫和降水量的相關(guān)性分析（表5）可知，烏蘭浩特年平均氣溫和降水量之間沒有明顯的相關(guān)性。即表示，氣溫與降水量增加趨勢的關(guān)系很復(fù)雜，除氣溫以外降水量還受地理環(huán)境、下墊面、海拔等因素的影響。

2.4.2 季平均氣溫與季降水量的相關(guān)性

通過對烏蘭浩特近30a（1986—2015年）的各季平均氣溫與降水量的相關(guān)性分析，與其它季節(jié)相比，夏季氣溫與夏季降水量的相關(guān)系數(shù)為r=-0.489，在0.01水平上呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，表示隨著夏季氣溫的增高，夏季降水量逐漸減少;冬季氣溫與冬季降水量的相關(guān)系數(shù)為r=-0.552，在0.01水平上呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，說明隨著冬季氣溫的減少，冬季降水量在逐漸增多。

3 討論

研究區(qū)近30a的氣溫總體呈上升趨勢，年際平均氣溫變化速率為0.247℃/10a，蔣春宇，張圣微[9]等人在40～50a的較大時(shí)間尺度上的研究表明，內(nèi)蒙古全區(qū)氣溫增溫速率為0.41℃/10a，內(nèi)蒙古東部地區(qū)氣溫上升速率為0.36℃/10a。因此，本文結(jié)果與前人研究結(jié)果基本吻合。降水量方面年均降水量有減少的趨勢，趨勢系數(shù)為-31.114mm/10a，這與前人研究的內(nèi)蒙古全區(qū)30a（1981—2010年）的年降水變化趨勢系數(shù)-30.8mm/10a[10]基本一致。

在氣溫與降水量的相關(guān)性中，降水量除了受氣溫方面的影響外，還包括地形、植被、人類活動(dòng)等等。對氣溫和降水量的變化趨勢的原因，因受數(shù)據(jù)所限，未對此作深入探討。

4 結(jié)論

本文利用內(nèi)蒙古烏蘭浩特氣象站（區(qū)站號50838）1986—2015年的日平均氣溫和降水量數(shù)據(jù)，對烏蘭浩特近30a的氣溫和降水的變化趨勢進(jìn)行分析。運(yùn)用線性傾向估計(jì)、相關(guān)性分析、降水距平百分率分析等方法得出以下結(jié)論。

4.1 氣溫方面

平均氣溫、年平均最高溫、年平均最低溫均處于增溫的趨勢，變化傾向率分別為0.247℃/10a、0.143℃/10a、0.315℃/10a。極端天氣方面來看，極端最高溫與極端最低溫均有上升的趨勢;其中極端最高溫的變化幅度最大，達(dá)到了0.835℃/10a，極端最低溫的變化傾向率為0.445℃/10a。季節(jié)方面來看，春、夏、秋3個(gè)季節(jié)有升溫的趨勢;其中夏季升溫幅度最大，變化傾向率為0.618℃/10a，春季和秋季變化傾向率分別為0.313℃/10a、0.435℃/10a，而冬季則有降溫的趨勢，變化傾向率為-0.429℃/10a。

4.2 降水方面

年際降雨量有下降趨勢，變化傾向率為-31.114mm/10a。烏蘭浩特1986—2015年間干旱年份逐漸增加，30a中有13a為干旱年，其中2001、2004年達(dá)到特旱等級。季節(jié)方面來看，春季和冬季的年平均降水量有上升趨勢，變化傾向率為分別為11.238mm/10a和2.557mm/10a。而夏季和秋季年平均降水量則有下降的趨勢，變化傾向率分別為-42.057mm/10a和-2.852mm/10a。在13a干旱季節(jié)主要集中在秋季和夏季，其中秋季占31%，夏季占29%，春季和冬季分別占14%、26%。

4.3 年平均氣溫和降水量之間沒有明顯的相關(guān)性

季節(jié)方面來看夏季平均氣溫與夏季降水量在0.01水平上呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為r= -0.489;冬季的平均氣溫與降水量在0.01水平上呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為r=-0.552。

參考文獻(xiàn)

[1] 錢維宏，符嬌蘭，張瑋瑋，等.近40年中國平均氣候與極值氣候的變化概述[J].地球科學(xué)進(jìn)展，2007（22）：673-684.

[2]馬柱國，任小波.1951—2006年中國區(qū)域干旱化特征[J].氣候變化研究進(jìn)展，2007（4）：195-201.

[3]王美蓮，楊達(dá).內(nèi)蒙古通遼市氣溫變化規(guī)律與趨勢分析[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，34（2）：77-82.

[4]包姝芬，馬志憲，催學(xué)明.近50年錫林郭勒盟的氣候變化特征分析[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，32（3）：157-161.

[5]梁潔，范海嬌.烏蘭浩特市近43年氣溫與降水量的耦合分析[J]. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2017（1）：57-63.

[6]魏風(fēng)英.現(xiàn)代氣候統(tǒng)計(jì)診斷與預(yù)測技術(shù)（第2版）[M].北京：氣象出版社，2007.

[7]GB/T20481-2006.氣象干旱等級[S].2006.

[8]唐紅艷，幺文.異常氣候?qū)εd安盟農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的影響[J].內(nèi)蒙古氣象，2002（3）：30-32.

[9]蔣春宇，張圣微，趙鴻彬，等.內(nèi)蒙古地區(qū)近50年氣溫時(shí)空變化特征分析[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，35（3）：69-80.

[10]包剛，吳瓊，阿拉騰圖雅，等.內(nèi)蒙古地區(qū)近50年氣溫時(shí)空變化研究[J]. 內(nèi)蒙古師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，41（6）：668-674.

作者簡介：

吳亞平（1997-），女，在讀碩士研究生。研究方向：土地資源可持續(xù)利用;

張惜偉（1980-），女，博士，副教授。研究方向：土地資源利用與評價(jià)。