成都市氣溫和降水變化特性研究

賀繼偉

摘要：利用成都市的國(guó)家9個(gè)氣象站觀測(cè)1960-2017年的氣溫和降水資料，采用線性回歸分析，趨勢(shì)線分析、累積距平統(tǒng)計(jì)量與信噪比檢驗(yàn)方法，對(duì)58年來的氣溫和降水變化進(jìn)行特性分析。結(jié)果表明：成都市年平均氣溫呈現(xiàn)逐年增加的趨勢(shì)，降水量都出現(xiàn)逐年減小的趨勢(shì)，不考慮量綱差異，其降低速率具有反向相關(guān)性，大致年平均氣溫每升高1℃，年降水量減少14mm。四季氣溫均呈現(xiàn)穩(wěn)步上升趨勢(shì)，其中春、秋兩季氣溫升高顯著，四季降水量變化表現(xiàn)為冬季降水量有所增加，夏、秋兩季降水量有所減小。

Abstract： The temperature and precipitation data from 1960 to 2017 were observed by nine national weather stations in Chengdu. The characteristics of temperature and precipitation changes in the past 58 years were analyzed by using linear regression analysis， trend line analysis， cumulative anomaly statistics and signal-to-noise ratio test methods. The results showed that the annual average temperature of Chengdu showed a trend of increasing year by year， and the precipitation showed a trend of decreasing year by year. Regardless of the dimensional difference， the decreasing rate was inversely correlated， and the approximate annual average temperature decreased by 14mm for every 1℃ increase. The temperature in all four seasons showed a steady trend of rise， in which the temperature in spring and autumn increased significantly， and the change of precipitation in four seasons showed an increase in winter and a decrease in summer and autumn.

關(guān)鍵詞：氣溫;降水;季節(jié)變化;年際變化

Key words： temperature;precipitation;seasonal changes;interannual variability

中圖分類號(hào)：P333 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2020）25-0194-04

1 ?研究背景

成都位于四川省中部，四川盆地西部，全市總面積達(dá)到1.4萬平方公里，耕地面積近700萬畝。因成都市位于中國(guó)地形上的第二階梯，海拔變化較大，大多數(shù)區(qū)域在1000-3000米之間。全市地勢(shì)差異較為明顯，整體呈現(xiàn)為西北高，東南低的特點(diǎn)。成都市地形地貌復(fù)雜，氣候類型多變，雨量較為充沛，河網(wǎng)密度大且水質(zhì)優(yōu)良，能夠滿足成都市人民生產(chǎn)和生活用水，充沛的水源為農(nóng)業(yè)及工業(yè)的發(fā)展帶來很多的便利[1-4]。隨著全球氣候變暖及極端天氣的增多，探究成都市的氣溫和降水量是否有與全球氣候變暖趨勢(shì)一致這一問題，對(duì)社會(huì)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)都有著及其重要的意義。

本文以來自空間離散分布的氣象臺(tái)站的氣候數(shù)據(jù)資料，研究了了成都地區(qū)氣候條件隨時(shí)間發(fā)生的變化。單獨(dú)采用時(shí)間序列分析具有局限性，因此本文利用9個(gè)站點(diǎn)的氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)成都地區(qū)的氣候時(shí)空變化特性進(jìn)行研究，以多年來的降雨量和溫度變化，嘗試對(duì)氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，探索成都市地表氣象數(shù)據(jù)的變化特征，實(shí)現(xiàn)對(duì)未來社會(huì)生產(chǎn)和生活及經(jīng)濟(jì)活動(dòng)提供科學(xué)的氣象和降水依據(jù)。

2 ?數(shù)據(jù)來源和研究方法

2.1 資料來源

2.1.1 研究區(qū)概況

成都市位于中國(guó)四川中部地區(qū)（30°05′～31°26′， 102°54′～104°53′），地勢(shì)特征極為復(fù)雜，平均海拔在2000米左右，氣候類型多樣，雨量充足，但由于其獨(dú)特的地勢(shì)特點(diǎn)，境內(nèi)氣候和降水影響因素很多，其地理環(huán)境因素對(duì)氣候和降雨有很明顯的影響。

2.1.2 數(shù)據(jù)來源

文中所有數(shù)據(jù)均來源于中國(guó)氣象數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)地面氣候資料日值數(shù)據(jù)，根據(jù)時(shí)間序列的連續(xù)性及長(zhǎng)時(shí)段性等標(biāo)準(zhǔn)，為了確保站點(diǎn)信息氣溫和降水變化趨勢(shì)的一致性，經(jīng)過分析后剔除部分?jǐn)?shù)據(jù)缺失較多或年限過短的站點(diǎn);隨后對(duì)所有篩選過的氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行了檢驗(yàn)，最終選取符合條件的9個(gè)氣象站點(diǎn)1956-2017 年期間共58年長(zhǎng)度的逐日氣溫和降水?dāng)?shù)據(jù)。典型氣象站點(diǎn)信息見表1。

2.2 研究方法

①線性回歸：屬于時(shí)間序列趨勢(shì)分析，該方法是研究氣候變化問題中時(shí)間序列趨勢(shì)改變普遍使用的方法之一，關(guān)鍵是利用時(shí)間序列和氣候因素構(gòu)造一元線性方程，通過方程中兩者的數(shù)學(xué)關(guān)系反映氣候要素的時(shí)間變化特征，表示為[5]：

其中，yi代表氣候要素，xi為yi所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，a為常數(shù)，b為趨勢(shì)系數(shù)。b 絕對(duì)值的大小反映了氣候要素的速率變化[6，7]。通常用氣候變化傾向率即b×10 來描述氣候要素趨勢(shì)變化，單位為℃/10a或mm/10a。

②累積距平統(tǒng)計(jì)量與信噪比：時(shí)間序列的某一個(gè)數(shù)xi與均值x之差為距平值，即 xi-x。在對(duì)氣候要素進(jìn)行分析中，經(jīng)常會(huì)對(duì)氣候要素的時(shí)間序列進(jìn)行距平化處理，即用距平序列取代氣候要素原始數(shù)據(jù)。累積距平法顧名思義是對(duì)每個(gè)時(shí)間序列距平值得累計(jì)，可以通過其判斷氣候變化，對(duì)研究區(qū)的突變點(diǎn)進(jìn)行分析時(shí)可以采用該方法，對(duì)于序列x，某一時(shí)刻的累計(jì)距平如下：

其中，x1，x2為轉(zhuǎn)折年份前后氣候要素的平均值;s1，s2 為標(biāo)準(zhǔn)差。當(dāng)S/N>1時(shí)，該氣候要素存在突變，否則認(rèn)為突變不明顯。

3 ?結(jié)果與分析

3.1 氣溫和降水量年際變化特性

對(duì)從成都市獲取的九個(gè)氣象站近60年來的氣象資料數(shù)據(jù)整理分析后，可以得到成都市年平均氣溫曲線圖，見圖1。分析得到成都市的年平均氣溫呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，且年氣溫上升速率為0.34℃/（10a）。根據(jù)資料得到多年平均氣溫為16.0℃，年際標(biāo)準(zhǔn)差為0.46。2006年平均氣溫是58年來氣象監(jiān)測(cè)測(cè)量資料中年平均氣溫的最大值，為16.9℃; 1976年平均氣溫是58年來氣象監(jiān)測(cè)測(cè)量資料中年平均氣溫的最小值，為15.2℃;2016年最高氣溫是58年來氣象監(jiān)測(cè)測(cè)量資料中最高氣溫的最大值，為36.7℃;2016年最低氣溫是58年來氣象監(jiān)測(cè)測(cè)量資料中最低氣溫的最小值，為-6.5℃;年最大氣溫和年最小氣溫相差43.2℃，溫差很大，對(duì)社會(huì)生產(chǎn)生活有一定影響。

為了更好地對(duì)年平均氣溫的變化趨勢(shì)進(jìn)行表述，采用標(biāo)準(zhǔn)法對(duì)58年的年平均氣溫進(jìn)行分析，當(dāng)年平均氣溫與多年年平均氣溫的差值大于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差時(shí)，認(rèn)為氣溫異常，若當(dāng)年平均氣溫大于多年平均氣溫，認(rèn)為是偏暖年，反之為偏冷年。以此確定出，偏暖的年份為1998、2001、2002、2006、2007、2009、2013、2015、2016、2017，偏冷的年份為1968、1976、1980、1981、1982、1984、1985、1986、1988、1989、1992、1996 其余為氣溫正常年，可以得到氣溫異常年占比38%。偏冷年大多集中在1998年前，偏暖年大多集中在1998年后。

從圖2年最高氣溫變化曲線可以看出，60年來成都市的年最大氣溫呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，氣溫上升速率為0.36℃/（10a）。從擬合曲線可以看出，其上升趨勢(shì)較為明顯，與年平均變化擬合曲線相比，其上升趨勢(shì)近似為年平均氣溫下上升趨勢(shì)的3倍。從圖3年最低氣溫變化曲線可以看出，60年來成都市的年最低氣溫基本穩(wěn)定，氣溫升高速率僅為0.025℃/（10a）。

從圖4年降水量變化曲線可以看出，60年來成都市的年降水趨勢(shì)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，根據(jù)擬合曲線可以得到其降低速率為18mm/（10a）。其中年均降水量最大的年份出現(xiàn)在1961年，降水量達(dá)到1416.2mm，年均降水量最小的年份出現(xiàn)在1965年，降水量達(dá)到607.5mm，年際標(biāo)準(zhǔn)差為187.85mm。采用標(biāo)準(zhǔn)法對(duì)62年的年降水量變化進(jìn)行分析，將異常降水年分為降水充沛年份和降水稀少年份[8]。依次為根據(jù)，則降水充沛年分為1961、1966、1967、1973、1978、1984、1990、1998、1999、2013，降水稀少年份為1965、1986、1991、1996、2000、2006、2007、2009、2012，其余為正常降水年。

3.2 氣溫和降水量年代變化特性

由表2可知，成都市的年平均氣溫在20世紀(jì)60年代開始下降，至80年代左右開始回升，2000年后的平均氣溫明顯高于以往時(shí)期。從最高氣溫的年代變化來看，20世紀(jì)70年代，最高氣溫有短暫的下降后，從20世紀(jì)80年代開始，成都市年代最高氣溫呈現(xiàn)穩(wěn)步上升趨勢(shì)。從最低氣溫的年代變化來看，20世紀(jì)70年代到90年代，最低氣溫逐漸上升，在20世紀(jì)90年代后，最低氣溫呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，20世紀(jì)60年代最低氣溫為年際間最高。從年代降水量上進(jìn)行分析，20世紀(jì)60到90年代降水量較為穩(wěn)定，在21世紀(jì)初，降水量相對(duì)較少。

3.3 氣溫和降水量季節(jié)變化特性

3.3.1 氣溫季節(jié)變化

為了對(duì)年氣溫季節(jié)變化進(jìn)行分析，采用中國(guó)通用的季節(jié)劃分方法，3-5月為春季，6-8月為夏季，9-11月為秋季，12-2月為冬季，年平均氣溫季節(jié)變化特征見圖5。

從氣象觀測(cè)資料及圖表可以得知，成都市春季平均氣溫在16.3℃左右，氣溫呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，根據(jù)擬合曲線可知?dú)鉁厣仙俾蕿?.17℃/（10a）;夏季平均氣溫在24.5℃左右，氣溫呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，氣溫上升速率為0.085℃/（10a），季節(jié)變化最小;秋季平均氣溫在16.7℃左右，氣溫呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，氣溫升高速率為0.16℃/（10a）。冬季平均氣溫在6.5℃左右，氣溫上升趨勢(shì)明顯，氣溫降低速率為0.12℃/（10a）。由以上分析可知，成都市四季氣溫均有所上升，其中春季氣溫上升趨勢(shì)最為顯著，夏季氣溫上升趨勢(shì)為季節(jié)變化最小。

3.3.2 降水季節(jié)變化

年降水季節(jié)劃分與年氣溫季節(jié)劃分相同，年降水季節(jié)變化特征見圖6。

從氣象觀測(cè)資料及圖表可以得知，成都市春季降水在148.5mm左右，春季降水量基本穩(wěn)定;夏季降水量在554.3m左右，降水量呈現(xiàn)快速下降趨勢(shì)，降水量下降速率為13.0mm/（10a）;秋季降水在189.4mm左右，降水量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，降水量降低速率為8.9mm/（10a）;冬季降水量在24.6mm左右，降水量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，降水量上升速率為0.55 mm/（10a）;由以上分析可知，成都市夏季、秋季降水量有所下降，且秋季降水量下降趨勢(shì)迅速。春季、冬季降水量基本穩(wěn)定。

3.4 氣溫和降水量突變年分析

圖7是成都市年平均氣溫變化的累計(jì)距平曲線，根據(jù)曲線進(jìn)行分析可以得知，成都市年平均氣溫累計(jì)距平值大致呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)，既1960年至1996年逐步下降，1996年以后呈現(xiàn)逐步上升趨勢(shì)。1996年作為轉(zhuǎn)折年，極有可能是突變年，經(jīng)過檢測(cè)信噪比0.97<1.0，氣溫氣候要素不存在突變。圖8是成都市年降水量變化的累計(jì)距平曲線，根據(jù)曲線進(jìn)行分析可以得知，成都市年降水量累計(jì)距平值呈現(xiàn)復(fù)雜變化趨勢(shì)，整體有先增大后減小的趨勢(shì)，既1960年至1985年逐漸上升，1985年后呈現(xiàn)快速下降趨勢(shì)，15年以后略有抬頭。1985年作為轉(zhuǎn)折年經(jīng)過信噪比檢測(cè)0.20<1.0，因此年平均降水也不存在突變年份。

4 ?結(jié)論與展望

①根據(jù)氣溫和降水量年代變化特性，58年來成都市氣溫升高趨勢(shì)，降水量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，大致年平均氣溫每上升1℃，年降水量減少140mm。根據(jù)氣溫和降水量年際變化特性分析，20世紀(jì)80年代以來，成都市平均氣溫呈現(xiàn)逐漸升高趨勢(shì)，夏季最高氣溫在出現(xiàn)相應(yīng)的上升趨勢(shì)。②成都市四季氣溫變化趨勢(shì)：四季平均氣溫都有所增加，與全球變暖趨勢(shì)具有一致性，其中春、秋季氣溫升高趨勢(shì)明顯，四季降水量變化表現(xiàn)為冬季降水量有所增加，夏、秋兩季降水量有所減小，四季降水量逐漸均勻化。③成都市20世紀(jì)80年代以來，年代平均氣溫和年代最高氣溫均有所上升，兩者之間具有一定相關(guān)性，需要更進(jìn)一步的研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]謝娜，李昕翼，趙靜，倪萍.城市化進(jìn)程中成都地區(qū)的氣候變化特征[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（30）：17092-17094，17121.

[2]郝麗萍，方之芳，李子良，劉澤全，何金海.成都市近50a氣候年代際變化特征及其熱島效應(yīng)[J].氣象科學(xué)，2007（06）：648-654.

[3]郝麗萍.成都市近50年氣候變化特征及其熱島效應(yīng)研究[D].南京信息工程大學(xué)，2006.

[4]胡毅，朱克云，李躍春，張杰，李紅梅.成都平原中西部近40年氣候特征及其變化研究[J].成都信息工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2004（02）：223-231.

[5]殷紅，張美玲，辛明月，張麗敏，陳龍.近50年沈陽氣溫變化與城市化發(fā)展的關(guān)系[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2011，20（03）：544-548.

[6]蘇曉丹，欒兆擎，張雪萍.三江平原氣溫降水變化分析——以建三江墾區(qū)為例[J].地理研究，2012，31（07）：1248-1256.

[7]阿拉努爾·艾尼娃爾，吐爾遜·哈斯木，買合甫拉提·乃比，劉亞文.吐魯番市和哈密市氣溫與降水特征變化比較[J].西北師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2019，55（03）：105-111，134.

[8]蘇宏超，魏文壽，韓萍.新疆近50a來的氣溫和蒸發(fā)變化[J].冰川凍土，2003（02）：174-178.